第四章酶的来源与筛选
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生命活动不可或缺的物质。
酶的分类
根据酶促反应的性质，酶可以 分为氧化还原酶类、水解酶类 、转移酶类、裂合酶类和合成 酶类等。
根据酶的来源，酶可以分为动 物酶、植物酶和微生物酶等。
根据酶的结构，酶可以分为单 体酶、寡聚酶和多聚酶等。
酶的结构与功能
酶的结构是由氨基酸组成的多肽链， 具有特定的空间构象，决定了酶的专 一性和活性。
酶的活性受温度、pH值、抑制剂和激 活剂等因素的影响，这些因素可以通 过影响酶的结构来改变酶的活性。
酶的活性中心是酶分子中与底物结合 的区域，是酶发挥催化作用的部位。
02
酶的生物合成与调控
酶的生物合成
酶的生物合成是指酶分子的形成 过程，包括转录和翻译两个阶段
。
在转录阶段，DNA中的信息被转 录成RNA，成为酶的信使RNA（
总结词
酶的结构与功能研究主要关注酶的化学组成、空间构象以及 与底物结合的机制，以揭示酶如何催化生物体内的化学反应 。
详细描述
通过对酶的氨基酸序列、三维结构以及活性位点的深入研究 ，科学家们逐渐理解了酶如何与底物结合、如何催化化学反 应的机制。这些研究不仅有助于解释酶的生物学功能，也为 酶的改造和利用提供了理论基础。
总结词
酶的活性与动力学研究主要关注酶催化化学反应的效率、反应速度以及反应条件对酶活性的影响。
详细描述
通过研究酶的活性与动力学，可以深入了解酶催化反应的过程和机制，探究影响酶活性的因素，为提 高酶的生产和应用效果提供理论支持。此外，酶的活性与动力学研究还为药物设计和生物工程领域提 供了重要的理论基础和技术手段。
酶抑制物的种类
酶抑制物是指能够抑制酶活性的 物质，根据其作用机理可分为竞 争性抑制、非竞争性抑制和反竞
酶的分类
根据酶促反应的性质，酶可以 分为氧化还原酶类、水解酶类 、转移酶类、裂合酶类和合成 酶类等。
根据酶的来源，酶可以分为动 物酶、植物酶和微生物酶等。
根据酶的结构，酶可以分为单 体酶、寡聚酶和多聚酶等。
酶的结构与功能
酶的结构是由氨基酸组成的多肽链， 具有特定的空间构象，决定了酶的专 一性和活性。
酶的活性受温度、pH值、抑制剂和激 活剂等因素的影响，这些因素可以通 过影响酶的结构来改变酶的活性。
酶的活性中心是酶分子中与底物结合 的区域，是酶发挥催化作用的部位。
02
酶的生物合成与调控
酶的生物合成
酶的生物合成是指酶分子的形成 过程，包括转录和翻译两个阶段
。
在转录阶段，DNA中的信息被转 录成RNA，成为酶的信使RNA（
总结词
酶的结构与功能研究主要关注酶的化学组成、空间构象以及 与底物结合的机制，以揭示酶如何催化生物体内的化学反应 。
详细描述
通过对酶的氨基酸序列、三维结构以及活性位点的深入研究 ，科学家们逐渐理解了酶如何与底物结合、如何催化化学反 应的机制。这些研究不仅有助于解释酶的生物学功能，也为 酶的改造和利用提供了理论基础。
总结词
酶的活性与动力学研究主要关注酶催化化学反应的效率、反应速度以及反应条件对酶活性的影响。
详细描述
通过研究酶的活性与动力学，可以深入了解酶催化反应的过程和机制，探究影响酶活性的因素，为提 高酶的生产和应用效果提供理论支持。此外，酶的活性与动力学研究还为药物设计和生物工程领域提 供了重要的理论基础和技术手段。
酶抑制物的种类
酶抑制物是指能够抑制酶活性的 物质，根据其作用机理可分为竞 争性抑制、非竞争性抑制和反竞
食品酶学第四章-脂酶及溶菌酶
保鲜
（6）在食品包装工业中的应用
将溶菌酶固定化在食品包装材料上，生产有抗菌功 效的食品包装材料，以达到抗菌保鲜功能。目前许 多肉制品软包装都需要经过高温灭菌处理。经过处 理的肉制品脆性变差甚至产生蒸煮味。如果在产品 真空包装前添加一定量溶菌酶(1%～3%)，然后巴 氏杀菌(80～100℃，25～30min)，可获得很好的 保鲜效果。
。抗菌机理：
细菌的细胞壁由胞壁质组成，胞壁质是由N-乙酰氨基葡萄糖 (N-acetylglucosamineNAG)及N-乙酰胞壁酸(N-acetylmuramic acidNAM)交替组成的多聚物，胞壁酸残基上可以连接多肽， 称为肽聚糖(Peptidoycan)。
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三、溶菌酶的种类
根据来源不同，将溶菌酶分为四类： 动物源溶菌酶： 鸡蛋清溶菌酶、
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二、酯酶的催化特性
1.酯化作用中酯酶的催化特性
➢ 反应介质的影响 ➢ 反应底物及产物的影响 ➢ 酶的用量、反应温度和pH的影响
•最适温度：50℃； •最适pH：4.5-7.5。
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2. 脂酶(Lipase)的催化特性
（1）酯酶的性质 天然底物：长链甘油三酯，不溶于水。 不能作用于分散在水中的底物，而能作用于乳化的脂肪
球，脂肪和水之间的界面是酶作用的部位。
（2）作用方式：水解脂肪，产生甘油、甘油一酯和脂肪酸。
（3）最适pH：大多数脂肪酶的最适pH在碱性范围，即pH8-9； 微生物脂肪酶的范围为pH5.6-8.5。
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3. 磷脂酶的催化特性
催化水解磷脂酰、溶血磷脂酰化合物中的羧酸酯键、磷酸酯键 和磷酸与胆碱之间的酯键。 磷脂酶A：水解2位键，此酶广泛分布于自然界，钙离子对其
第四章（第三部分） 食品工业中的水解酶类之
第四章 酶工程
• 合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、 C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应必须与 ATP分解反应相互偶联。 • A + B + ATP + H-O-H ===A B + ADP +Pi • 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。
丙酮酸+CO2+ATP+H2O 草酰乙酸+ADP+Pi
正反应、逆反应都用同一名称
DH2+NAD+D+NADH+H+
DH2NAD+氧化还原酶
各大类酶的 特殊命名规则
转移酶为供体 受体被转移 基团转移酶
氧化还原酶往往可 命名为供体受体 氧化还原酶，
值得注意的是来自不同物种或同 一物种的不同组织或不同细胞器 的同一种酶，虽然他们催化同一 个生化反应，但它们本身的一级 结构可能并不相同，命名也有所 区别
酶的一级结构
酶的二级结构
多肽链主 链原子的 局部空间 排列
酶的 二级 结构
螺旋结构 β-折叠
没有考虑到它的侧链的构象 或与其它部分的相互关系
酶蛋白的-螺旋结构
酶蛋白的折叠结构
由-螺旋、折叠和随机结构 构成的溶菌酶的空间结构
酶的三级结构
指单一的多肽链 或共价连接的多 肽链中，所有原 子在空间上的排 列
酶活性中心示意图
酶的活性中心构成
酶分子中的 氨基酸残基
酶 的 活 性 中 心
辅酶或辅助因子 或它们的部分 结构
酶的结构
四级结构
二级结构
酶的结构
三级结构
一级结构
酶的一级、二级、三级和四级结构示意图
酶的空间结构
三级结构
二级 结构
丙酮酸+CO2+ATP+H2O 草酰乙酸+ADP+Pi
正反应、逆反应都用同一名称
DH2+NAD+D+NADH+H+
DH2NAD+氧化还原酶
各大类酶的 特殊命名规则
转移酶为供体 受体被转移 基团转移酶
氧化还原酶往往可 命名为供体受体 氧化还原酶，
值得注意的是来自不同物种或同 一物种的不同组织或不同细胞器 的同一种酶，虽然他们催化同一 个生化反应，但它们本身的一级 结构可能并不相同，命名也有所 区别
酶的一级结构
酶的二级结构
多肽链主 链原子的 局部空间 排列
酶的 二级 结构
螺旋结构 β-折叠
没有考虑到它的侧链的构象 或与其它部分的相互关系
酶蛋白的-螺旋结构
酶蛋白的折叠结构
由-螺旋、折叠和随机结构 构成的溶菌酶的空间结构
酶的三级结构
指单一的多肽链 或共价连接的多 肽链中，所有原 子在空间上的排 列
酶活性中心示意图
酶的活性中心构成
酶分子中的 氨基酸残基
酶 的 活 性 中 心
辅酶或辅助因子 或它们的部分 结构
酶的结构
四级结构
二级结构
酶的结构
三级结构
一级结构
酶的一级、二级、三级和四级结构示意图
酶的空间结构
三级结构
二级 结构
《生物化学第四章酶》PPT课件
2×9600 2×56000
第三节 酶的分类和命名
一、酶的分类
1. 氧化还原酶 Oxido-reductase
氧化-还原酶催化氧化-还原反应。主要包括脱氢
酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。
AH2+B
A+BH2
如: 乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。
CH3CHCOOH NAD+
根据酶蛋白质分子的特点，将酶分为：
单体酶：仅有一个活性中心，由一条或多条共价 相连的肽链组成的酶分子。
牛胰RNase 鸡卵清溶菌酶 胰凝乳蛋白酶
124 aa 129 aa 三条肽链
单链 单链
寡聚酶：由两个或多个相同或不同亚基组成的酶。 单独的亚基一般无活性。
① 含相同亚基的寡聚酶： 苹果酸脱氢酶（鼠肝），2个相同的亚基
二、酶的命名
(1) 国际系统命名法（systematic name）
是以酶所催化的整体反应为基础，规定每一种酶的名 称应当明确标明酶的底物及催化反应的性质。
(2)习惯命名法（recommended name）
根据酶的作用底物及其所催化的反应类型来命名。
如： 谷氨酸 + 丙酮酸 -酮戊二酸 + 丙氨酸 丙氨酸: -酮戊二酸氨基转移酶 谷丙转氨酶
比非催化高108～1020倍，比非生物催化剂高107～1013
2. 倍酶。具有高度专一性
酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，几乎没 有副反应发生。
3. 酶易失活
常温、常压，中性pH 环境下反应。
4. 酶的催化活性可被调节控制
酶抑制剂调节、反馈调节、酶原激活、共价修饰、 激素控制等。
三、酶的化学本质
O
《酶的来源与筛选》课件
《酶的来源与筛选》PPT 课件
本课件将介绍酶的基本概念、分类和来源，以及酶的筛选与优化方法。探讨 常用的酶筛选方法、酶筛选的应用领域，同时展望酶筛选的意义和未来发展。
酶的基本概念
了解酶是一类生物催化剂，能够加速生物化学反应的进程，使其在温和条件 下快速进行。
酶的分类和来源
分类
酶可分为氧化还原酶、转移酶等多个类别。
来源
天然酶可从细胞内提取，也可通过基因工程技术获得重组酶。
工业应用
酶可从微生物、植物和动物中获得，用于工业生产和生物制药。
酶的筛选与优化
1
筛选方法
通过高通量筛选、分子进化等方法寻找具有理想特性的酶。
2
优化技术
利用基因重组、蛋白工程等技术改良酶的催化效率和稳定性。
3
结构分析
通过3D结构分析了解酶的活性中心，为酶的设计和改造提供依据。
常用的酶筛选方法
基于酶活性
Hale Waihona Puke 基于酶底物亲和性高通量筛选
利用底物转化能力评估酶的活性， 包括颜色反应、发光反应等。
选择具有特定底物亲和性的酶， 如蛋白酶、酶联免疫吸附试验等。
利用自动化设备和微孔板实现对 大量酶样本的快速筛选。
酶筛选的应用领域
1 医药
用于制造药物、生物传感器和生物医学材料 等领域。
2 食品工业
可用于提高食品加工效率、改善产品质量和 降低成本。
3 能源领域
用于生物燃料生产和生物能源开发等可持续 能源研究。
4 环境保护
可应用于废水处理、有机废弃物降解等环保 领域。
酶筛选的意义与前景
酶筛选的意义在于发现更高效、特异性更好的酶，为产业发展和生物医学研 究提供有力支撑。
总结及展望
本课件将介绍酶的基本概念、分类和来源，以及酶的筛选与优化方法。探讨 常用的酶筛选方法、酶筛选的应用领域，同时展望酶筛选的意义和未来发展。
酶的基本概念
了解酶是一类生物催化剂，能够加速生物化学反应的进程，使其在温和条件 下快速进行。
酶的分类和来源
分类
酶可分为氧化还原酶、转移酶等多个类别。
来源
天然酶可从细胞内提取，也可通过基因工程技术获得重组酶。
工业应用
酶可从微生物、植物和动物中获得，用于工业生产和生物制药。
酶的筛选与优化
1
筛选方法
通过高通量筛选、分子进化等方法寻找具有理想特性的酶。
2
优化技术
利用基因重组、蛋白工程等技术改良酶的催化效率和稳定性。
3
结构分析
通过3D结构分析了解酶的活性中心，为酶的设计和改造提供依据。
常用的酶筛选方法
基于酶活性
Hale Waihona Puke 基于酶底物亲和性高通量筛选
利用底物转化能力评估酶的活性， 包括颜色反应、发光反应等。
选择具有特定底物亲和性的酶， 如蛋白酶、酶联免疫吸附试验等。
利用自动化设备和微孔板实现对 大量酶样本的快速筛选。
酶筛选的应用领域
1 医药
用于制造药物、生物传感器和生物医学材料 等领域。
2 食品工业
可用于提高食品加工效率、改善产品质量和 降低成本。
3 能源领域
用于生物燃料生产和生物能源开发等可持续 能源研究。
4 环境保护
可应用于废水处理、有机废弃物降解等环保 领域。
酶筛选的意义与前景
酶筛选的意义在于发现更高效、特异性更好的酶，为产业发展和生物医学研 究提供有力支撑。
总结及展望
生物化学_04 酶类化学
忽略了酶的物种差异和组织的差异。 忽略了酶的物种差异和组织的差异。在讨论一个具体 的酶时，应对它的来源与名称一并加以说明。 的酶时，应对它的来源与名称一并加以说明。 SOD：EC1 15. SOD：EC1.15.1.1，只有一个系统名称和编号。 只有一个系统名称和编号。 但是，真核生物有三类不同的SOD SOD： 但是，真核生物有三类不同的SOD： CuZn-SOD: 细胞质中。 CuZn-SOD: 细胞质中。 Mn-SOD: 线粒体中。 线粒体中。 Mn-SOD: Fe-SOD: 叶绿体。 叶绿体。 Fe-SOD: 对于CuZn SOD而言 来自牛红细胞与猪红细胞的， CuZn而言， 对于 CuZn-SOD 而言 ， 来自牛红细胞与猪红细胞的 ， 其 一级结构也有很大不同。 一级结构也有很大不同。
(天然酶、生物工程酶) 天然酶、生物工程酶 天然酶 生物催化剂 核酸类： Deoxyribozyme. 核酸类：Ribozyme ; Deoxyribozyme. （Biocatalyst） ）
模拟生物催化剂
……
酶的生物学功能： 酶的生物学功能：
参与新陈代谢。 ① 参与新陈代谢。 钥匙” ② 分子生物学的 “钥匙”:
（二） 酶的化学组成 单纯酶类(simple enzyme)：仅由蛋白质组成。 单纯酶类(simple enzyme)：仅由蛋白质组成。 脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等。 脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等。 结合酶类（ enzyme): 结合酶类（conjugated enzyme): 全酶 = 酶蛋白 + 辅因子 辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合较松，可透析除去。 辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合较松，可透析除去。 (coenzyme) 辅基(prosthetic group)：与酶蛋白结合较紧。 辅基(prosthetic group)：与酶蛋白结合较紧。
(天然酶、生物工程酶) 天然酶、生物工程酶 天然酶 生物催化剂 核酸类： Deoxyribozyme. 核酸类：Ribozyme ; Deoxyribozyme. （Biocatalyst） ）
模拟生物催化剂
……
酶的生物学功能： 酶的生物学功能：
参与新陈代谢。 ① 参与新陈代谢。 钥匙” ② 分子生物学的 “钥匙”:
（二） 酶的化学组成 单纯酶类(simple enzyme)：仅由蛋白质组成。 单纯酶类(simple enzyme)：仅由蛋白质组成。 脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等。 脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等。 结合酶类（ enzyme): 结合酶类（conjugated enzyme): 全酶 = 酶蛋白 + 辅因子 辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合较松，可透析除去。 辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合较松，可透析除去。 (coenzyme) 辅基(prosthetic group)：与酶蛋白结合较紧。 辅基(prosthetic group)：与酶蛋白结合较紧。
《生物化学》课件——酶(人卫版)
苷酸，辅酶I）
NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核
苷酸磷酸，辅酶II）
FMN （黄素单核苷酸）
FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）
醛基
TPP（焦磷酸硫胺素）
酰基
辅酶A（CoA）
硫辛酸
烷基
钴胺素辅酶类
二氧化碳
生物素
氨基
磷酸吡哆醛
甲基、甲烯基、 四氢叶酸
甲炔基、甲酰基
等一碳单位
尼克酰胺（维生素PP之一）
尼克酰胺（维生素PP之一）
• 将酶促反应达到最大速度的某一温度范围叫
做酶作用的最适温度。
反 应 速 度
最适温度 温度
•
温度对酶促反应速度的影响在临床上
具有理论指导意义。
• 低温一般不破坏酶，一旦温度回升后，酶又恢复活性。
所以对酶制剂和酶检测标本（如血清、血浆等）应放在 低温保存。
• 低温麻醉可通过低温降低酶活性以减慢组织细胞代谢速
第四章 酶
enzyme
酶（enzyme ）：生物催化剂（biocatalyst）
两类生物催化剂：
酶（enzyme，Ｅ）是机体内催化 各种代谢反应最主要的催化剂 。
核酶（ribozyme）是具有高 效、特异催化作用的核酸
第一节 概述
introduction
酶（enzyme ):
由活细胞合成的、对其特异底物具有高效 催化作用的特殊蛋白质 。
（一）绝对特异性 (absolute specificity)
（二）相对特异性 (relative specificity)
（三）立体异构特异性 (stereo specificity)
三、酶催化活性的可调节性
物质代谢在动态平衡中 催化各条代谢过程酶活性的调节作用是维持 这种平衡的重要环节 。
生物化学教案——第四章 酶
第四章酶一、酶的概念：由活细胞产生的,以蛋白质为主要成分的生物催化剂。
酶与一般催化剂相比的异同：相同特点：1、只催化热力学上允许的化学反应（△G<0）；2、降低活化能，但不改变化学反应的平衡点；3、加快化学反应速度，但催化剂本身反应前后不发生改变。
特殊之处：1.催化具有高效性；2.高度的专一性(只能催化一种底物或一定结构的底物)；3.易失活；4.催化活性受到调节和控制；5.催化活性与辅助因子有关(全酶=酶蛋白＋辅助因子)。
二、酶的组成1、按组成成分来分：1）单纯酶：仅由氨基酸残基构成的酶。
2）结合酶：除了蛋白质组分外，还含有对热稳定的非蛋白的小分子物质。
结合酶的全酶=酶蛋白＋辅助因子a.酶蛋白：决定反应的特异性；b.、辅助因子：决定反应的种类与性质；可以为金属离子或小分子有机化合物。
辅助因子可分为辅酶：与酶蛋白结合疏松，可以用透析或超滤方法除去；辅基：与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤方法除去。
酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物称为全酶，只有全酶才有催化作用。
2、按酶蛋白的亚基组成及结构特点分类1）单体酶由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子牛胰RNase 124a.a 单链；胰凝乳蛋白酶三条肽链单体酶种类较少，一般多催化水解反应。
2）寡聚酶由两个或两个以上亚基组成的酶，亚基可以相同或不同，一般是偶数，亚基间以非共价键结合。
寡聚酶中亚基的聚合，有的与酶的专一性有关，有的与酶活性中心形成有关，有的与酶的调节性能有关。
大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。
3）多酶复合体由两个或两个以上的酶，靠非共价键结合而成，其中每一个酶催化一个反应，所有反应依次进行，构成一个代谢途径或代谢途径的一部分。
如脂肪酸合成酶复合体。
例如：大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成①丙酮酸脱氢酶（E1）以二聚体存在2×9600②二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2）70000③二氢硫辛酸脱氢酶（E3）以二聚体存在2×56000复合体：12个E1二聚体24×96000；24个E2单体24×70000；6个E3二聚体12×56000 。
酶的生产方法.ppt
（五）生产种子的制备
生产种子：由原始保藏菌种，经过活化，扩大培养，用 于发酵罐接种的大量菌体。
1、种子制备工艺过程
养
接种至发酵罐
（1 ）菌种活化
目的：保藏的菌种在用于发酵生产之前，必须接 种于新鲜的斜面培养基上，在一定的条件下培养，以 恢复细胞的生命活动能力。
为此，在有些酶的发酵生产过程中，要在不同的发酵阶段 控制不同的温度，即在微生物生长阶段控制在生长的最适温度 范围，而在产酶阶段控制在产酶最适温度范围。
（3）温度的控制方法
一般采用热水升温，冷水降温。因此，在发酵罐中均设有 足够传热面积的热交换装置，如排管、蛇管，夹套、喷淋管等。
4、酵母
啤酒酵母：丙酮酸脱羧酶、醇脱氢酶等。
假丝酵母：脂肪酶、尿酸酶、尿囊酸酶、转化酶、醇脱氢 酶等。
工业规模应用的微生物酶和它们的某些来源
酶 α-淀粉酶
产酶微生物
枯草芽胞杆菌 地衣芽胞杆菌
米曲霉
用途
淀粉液化，织物退浆，消化 助剂，加酶洗涤剂
米曲霉，黑曲霉， 制造葡萄糖，发酵、酿酒等
葡萄糖淀粉酶
此外石油产品中12碳—16碳的碳氢化合物已成功用作微生 物培养基的碳源。
注意：在选择碳源时，应尽量选择对所需酶有诱导作用的 碳源，而不使用或少使用有分解代谢物阻遏作用的碳源。
2、氮源：提供氮元素。
来源：①有机氮：常利用农副产品的籽实榨油后的 副产品，如豆饼、花生饼、菜子饼等；
②无机氮：含氮的无机化合物，如（NH4）2SO4、 NH4NO3 、NaNO3和（NH4）3PO4等。
玉米粉 8%
豆饼粉 4%
磷酸氢二钠 0.8%
硫酸铵
0.4%
氯化钙
0.2%
氯化铵
生物化学-酶
酶一级结构的差别也决定了催化性质的不同， 如胰蛋白酶、 胰糜蛋白酶和弹性蛋白酶三种蛋白 酶的活性中心Ser残基附近都有一个在立体结构上 的“口袋”状结构。由于三种蛋白酶的口袋”状结 构不同，决定其与不同底物结合即有不同特异性。
酶的特异的三维空间结构是酶催化功能的基础。 酶的二、三级结构是维持酶的活性中心空间构象的 必需结构。
酶的命名包括习惯命名和系统命名，酶可分为六类。 酶与疾病发生、诊断、治疗等密切相关。
➢一、酶的概念 酶是由生物活细胞产生的具有高效催化功能
和高度专一性的一类特殊蛋白质，又叫生物催化 剂•．绝大多数的酶都是蛋白质。
酶的化学本 质是什麽？
酶的概念
• 一、相关概念 • 酶催化的生物化学反应，称为酶促反应。 • 被酶的催化的物质称为底物(S) • 反应的生成物为产物（P） • 酶所具有的催化能力称酶的活性． • 酶失去催化能力称酶的失活．
第四章 酶 (Enzymes)
内容简介
酶是具有高度催化效率及高度特异性的蛋白质。 酶通过多种机制降低反应活化能使反应速率增加。 酶分子一级结构及空间结构是催化功能的基础。 酶促反应速率受到[S]、[E]、pH、T、抑制剂及激活
剂的影响
酶活性可受到别构调节、共价修饰、酶原激活、关键 酶、多酶体系、同工酶等调节
H N C O
COOH CH
R6
氨基酸
氨基酸
消化道中各种蛋白酶的专一性
3．立体异构特异性：一些酶仅能催化一种立体异
构体进行反应，或其催化的结果只产生一种立体异
构体，酶对立体异构物的选择性称为立体异构特异
性（stereospecificity）。
L-乳酸
D-乳酸
H
H
C
OH
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4%
1)不可培养微生物：指在实验室内,采用常 规培养方法培养不出的微生物。（占全 部微生物的99%）
• 绕开菌种分离、纯化的步骤，应用分子 生物学方法，直接从中找有开发价值 的、新的微生物酶基因和新的酶种。
2)嗜极端环境微生物 • 嗜热微生物（250～350℃）； • 嗜冷微生物（-10～0℃）； • 嗜酸微生物（pＨ0）； • 嗜碱微生物(pＨ11)； • 嗜盐微生物[饱和食盐溶液（含盐32%或 5 2mol/Ｌ）]； • 耐有机溶剂微生物
水解释放黄色对 硝基苯酚或苯胺 对硝基苯糖苷 水解酶活性检测中最常用的色原性底物-对硝 基苯基衍生物 脂肪酶—对硝基苯酯 蛋白酶—对硝基苯酰胺 糖苷酶—对硝基苯糖苷
其他常用的发光底物 • 试卤灵（resorufin）,1-萘酚衍生物。 • 荧光底物-伞形酮（umbelliferone）作为内置 荧光团的衍生物
• 细胞通过高速流动系统, 排成单行,逐个流经 检测区进行。
• 复筛：特定筛 —— 慢、精确。使用准确的 定量分析方法，确定反应速率、选择性等。 （液、气相色谱、分光光度法等）
• 毛细管电泳法，质谱法，红外热成像法，酶法检 测，酶联免疫等多种现代分析方法逐渐应用于酶
尤其是酶立体选择性的筛选。
5．生产菌的改良 • 诱变、定向突变；代谢调控。
• 缺点：只能模拟目标真实底物。
氧化还原酶活性检测
• 基于NAD(P)H生成的比色法 NAD(P)H在340nm的吸光度可用于检测信号。 间接法：四唑氮蓝（NBT）/吩嗪硫酸甲酯 （PMS）法，在PMS存在下，NAD(P)H与 黄色的 NBT反应，可生成蓝紫色甲臜 （formazan），吸计兼并引物，PCR克隆 (Southern 杂交)，表达，活性检测。
宏基因组（metagenome)法 宏基因组是特定小生境中全部微小生 物遗传物质的总和。 • 土样 — 分离收集 DNA 片断 — 限制酶剪切 — PCR 扩增 — 克隆到载体内 — 转化（大肠杆 菌）—筛选转化株—功能基因—新酶。
• 重点： 1.产酶微生物筛选的基本流程 2.筛选过程中筛子的设计
• 关注： 酶的分子筛选 1. Genomic Data Mining: An Efficient Way to Find New and Better Enzymes 2. Sequence- and activity-based screening of microbial genomes for novel dehalogenases
过氧化物酶
• ABTS(2,2’-连氮基-双-(3-乙基苯并二氢噻唑 啉-6-磺酸)二铵盐)检测法 ABTS可被过氧化物酶氧化呈浓绿色 • 邻联茴香胺-氧化呈红色。
2） 微孔板悬浮法
• 需有吸光度的变化，可见，或荧光。 3）微珠细胞固定化法 • Freeman等人设计的微珠固定化方法,通过物 理手段使单个细胞附着在单个聚丙烯酰胺 固体。 .4）流式细胞计数法
2. 酶的寻找
获得新酶的方法
⑴筛选新酶：从自然环境中； ⑵发现现有酶的新活力（非自然）； ⑶利用新的反应条件，如改变反介质，或 新的影响因素（如金属离子）； ⑷酶的改造，主要指利用基因工程技术， 突变酶,定向进化；
⑸人工酶。
脂肪酶的催化混杂性
脂肪酶的催化混杂性
3.酶或产酶微生物的筛选 （1）从商品酶库中筛选 （2）从已知菌种来源和菌种保藏中心筛选 （3）从自然界发现和筛选产酶微生物 （4）从基因库筛选
第三章 酶的筛选
一、酶的来源与多样性 可以通过两条途径 1 ．化学合成，包括酶的化学全合成、模拟酶的 化学合成。
2．生物合成，从生物中提制。
少数来自于动植物，多数（ 80% 以上）来源于 微生物；
微生物作为酶源的优点：
(1)种类繁多，易筛选：凡是动植物体内有的酶几
乎都能从微生物中找到．并可根据应用特点和
4）从基因库筛选
分子筛选(molecular screening)
基于序列(sequence-based)的筛选。 数据库挖掘（Database mining） 基于序列的同源性，从已知酶基因（蛋 白）出发，搜索数据库。
PCR筛选 • 根据已知酶蛋白，设计兼并引物，PCR克隆 ，表达，活性检测。
要求，筛选出最佳的产酶菌株； (2)繁殖快，发酵周期短，培养简便，能通过控制 培养条件大幅度提高酶的产量； (3)微生物具有较强的适应能力，可采用各种遗传
变异手段，培育出新的、更理想菌株。
微生物多样性赋予的酶开发的巨大开发潜力
生物 细菌 古细菌 真菌 病毒 已知种类 4760 ＜500 69000 5000 估计总的种 类 800000 ～ 3000000 50000 500000 1500000 130000 ～ 所占百分率 0.2%-0.6% 0.1%-1% 5%
二、酶的寻找和发现 1. 反应过程的设计 • 选择合适的合成的反应途径、反应底物 或原料 • 底物：价廉、易合成
• 酶：是否易得、活性、稳定性。
• 资料查阅：是否有已确定的能转化该反应的或相似反
应的酶。
氨基酸生物合成的多条途径
• brenda (http://www.brenda.uni-koeln.de/) • 大量关于酶的信息：包括酶的分类，序列、结 构、功能、特性（稳定性、最佳pH、最佳反应 温度）、底物\产物、催化的反应，代谢途径， 抑制剂、激活剂，辅助因子等 • Ligand 数据库http://www.genome.ad.jp/ligand/ • 包含了化合物（除常规代谢途径的化合物外还 包括其他化合物、如：药物、多糖）、酶、反 应。 • Biocatalysis/biodegradation • 代谢途径和生物转化，主要包含代谢途径、反 应、化合物、酶。
从自然界筛选产酶微生物一般步骤：
1.采样：生物多样性环境；高选择压力环境（针对
与工艺条件相似的环境）。
2.富集培养：取其所好，投其所抗。
3. 分离：稀释涂布、划线分离。
4.筛选 • 初筛：最普通的筛子 —— 快速简单，筛去大部分 非目标株，尽量保留有潜力的候选株。
1）琼脂板涂布法 筛子： • 以底物或底物类似物为唯一的碳、氮原 ； • 底物的转化或产物的形成在琼脂培养皿上产生的 半透明圈。 • 产物的衍生化或络合：衍生化或络合试剂与产物 的某些功能团形成呈色圈。 • 色原性底物：通过酶催化时颜色的变化,对菌群进 行可视的直接鉴定。 • 指示菌株：对产物能显示某种生理变化，如生长、 或不生长。