氧化还原酶类知识
酶的种类及功能解析
酶的种类及功能解析酶是生物体内的一种特殊的蛋白质分子，是细胞代谢活动中不可或缺的物质。
酶具有高效、特异性催化作用，可以加快化学反应速率，降低活化能，使生物体内的代谢反应更加迅速和高效。
酶的种类和功能非常多样，本文将从酶的分类和功能两个方面进行解析。
一、酶的分类酶根据其分类方式可以分为多种，这里我们主要介绍按化学反应类型分类的主要酶。
1. 氧化还原酶氧化还原酶是指在化学反应中起到氧化还原作用的酶类。
这类酶通常存在于电子转移反应中，以改变基团或化学键的氧化还原状态为主要作用。
氧化还原酶主要有过氧化物酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶等。
2. 水解酶水解酶是把大分子水解成小分子的酶类。
它们能够分解多种物质，包括碳水化合物、脂肪、蛋白质等。
水解酶的代表性酶类有淀粉酶、脂肪酶、胰蛋白酶等。
3. 合成酶合成酶是指能够催化物质的合成反应的酶类。
这类酶能够加快生物体内新物质的合成，对于生物体的发育和生长等起着重要的作用。
合成酶的代表性酶类有核苷酸合成酶、葡萄糖合成酶等。
4. 缩合酶缩合酶是指能够催化分子的缩合反应的酶类。
这类酶常常存在于酚类、醛类的缩合反应中，对于生物体内许多重要的化学反应有着重要的作用。
缩合酶的代表性酶类有羟基酸酰基转移酶、羧酸酰基转移酶等。
二、酶的功能酶的功能是多种多样的，它们可以催化许多不同的反应。
在这里，我们将主要介绍酶的三种功能。
1. 消化作用消化酶主要帮助分解食物中的蛋白质、脂肪和碳水化合物等，使它们更容易被身体吸收和利用。
胃液中的消化酶主要有胃蛋白酶、胃脂肪酶等，肠液中的消化酶主要有胰蛋白酶等。
2. 代谢作用代谢酶主要参与生物体的代谢过程。
它们可以将有机物质转化为有机物质、把有机物质氧化还原成为更稳定的有机物质等，以及参与生物体内碳水化合物、脂肪、蛋白质的合成等。
3. 解毒作用解毒酶主要帮助人体解毒。
生物体内的一些毒素经过酶的催化作用后，会被分解成较为安全的物质，从而避免毒素对细胞和身体健康的损害。
氧化还原酶(过氧化物酶 过氧化物酶)汇总
①正 铁血红 素 过氧化 物 酶 ：含有正铁血红素 Ⅲ （羟高铁血红素）为辅基，存在于高等植物、 动物和微生物中。 ②绿过氧化物酶：绿过氧化物酶的辅基也含有一 个铁原卟啉基团，这类酶存在于动物器官和乳 中（乳过氧化氢酶）。 （ 2 ）黄蛋白过氧化物酶：含有黄素腺嘌呤二核苷酸
作为辅基，这类酶存在于微生物和动物组织中。
第7章 氧化还原酶
主要内容：
一、过氧化物酶
二、多酚氧化酶
一、过氧化物酶（POD peroxidase）
过氧化物酶是由单一肽链与一个铁卟啉辅基结合构 成的血红蛋白。多数植物过氧化物酶与碳水化合物结 合成为糖基化蛋白。糖蛋白有避免蛋白酶降解和稳定 蛋白构象的作用。
过氧化物酶是存在于各种动物、植物和微生物体内 的一类氧化酶。催化由过氧化氢参与的各种还原剂的 氧化反应。
240单位/g组织）。
2 过氧化物酶在食品加工中的应用
（1） 过氧化物酶是果蔬成熟和衰老的指标：如 苹果气调贮藏中，过氧化物酶出现两个峰值，
一个在呼吸转折（成熟），一个在衰老开始。
（2） 过氧化物酶的活力与果蔬产品，特别是非
酸性蔬菜在保藏期间形成的不良风味有关。
（ 3 ）过氧化氢酶属于最耐热的酶类，在果蔬加
4.2. 过氧化物酶冷冻增活效应
果蔬热烫后，有多少残余活力或再生活力
被允许留在被保藏的产品中，残余酶活力在冰
冻保藏后，质量比酶完全失活时要高。
速冻蔬菜能否永久保藏？
4.3. 非脂肪氧合酶用
在热失活中过氧化物酶分子聚集成寡聚体， 分子量增加一倍，这个过程包括酶分子展开和 展开的酶分子进一步堆积，血红素基暴露，增 加了血红素蛋白非酶催化脂肪氧化的能力，导 致不良风味的产生，这一过程非脂肪氧合酶作 用（热烫钝化）。
生物氧化总结
生物氧化总结生物氧化:物质在生物体内氧化,主要指糖类、脂肪、蛋白质等在体内逐步的分解释放能量，最终生成CO2 O的过程。
和H其他氧化酶：（1）过氧化氢酶（触酶，其辅基含有四个血红素）和过氧化物酶（以血红素为辅基，催化双氧水直接氧化酚类或胺类化合物）.（2）加氧酶：加单氧酶和加双氧酶。
—需要NADPH+H+和细胞色素P450参加。
（3）超氧化物歧化酶（SOD）：清除体内自由基。
二、生物氧化中CO2的生成：α-单纯脱羧；α-氧化脱羧（还有NADH+H+生成）；β-单纯脱羧；β-氧化脱羧三、生物氧化中H2O的生成：（一）底物脱水（二）呼吸链生成水：呼吸链：代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链或电子传递链。
1、组成：递氢体+电子传递体。
主要如下：烟酰胺核苷酸、黄素蛋白类（NADH脱氢酶）（FMN和FAD可以参与单电子或两个电子的传递）、铁硫蛋白（通过铁原子化合价的改变传递电子）、辅酶Q（能接受一个或两个电子）、细胞色素类（含有血红素铁卟啉的蛋白质；a、b、c三种）和铜蛋白。
2、呼吸链复合体：3、呼吸链的排列顺序：标准还原电位从低到高；自由能从高到低（1）NADH呼吸链或长呼吸链：NADH→FMN→(FeS)→CoQ→Cytb→(FeS)→Cytc→Cyta,a3→O2每转运一对电子到氧气分子，就有10个质子从线粒体基质泵到膜间隙。
（2）琥珀酸脱氢酶（也称FAD呼吸链）或短呼吸链：琥珀酸→FADH→(FeS)→CoQ→Cytb→(FeS)→Cytc→Cyta,a3→O2每转运一对电子到氧气分子，就有6个质子从线粒体基质泵到膜间隙。
4、呼吸链抑制剂：阻断NADH→CoQ氢和电子传递的有：鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素。
阻断CoQ→Cytc1电子传递的有：抗霉素A，二巯基丙醇。
阻断Cyta,a3→O2电子传递的有：氰化物，如氰化钾、氰化钠以及叠氮化物和一氧化碳。
《氧化还原酶》课件
在废气处理中，氧化还原酶可以用于催化氧化或还原反应，将有毒有害气体转 化为无害或低害物质，例如将氮氧化物转化为氮气，减少空气污染。
氧化还原酶在制药领域的应用
药物合成
氧化还原酶可以用于药物合成中的关键反应，如手性合成、环氧化物水解等，提高药物合成的效率和纯度。
药物筛选
利用氧化还原酶的催化活性，可以筛选具有药效的化合物，为新药研发提供候选药物。
氧化还原酶
目录 CONTENT
• 氧化还原酶的定义和分类 • 氧化还原酶的作用机制 • 氧化还原酶在生物体内的应用 • 氧化还原酶的工业应用 • 氧化还原酶的研究进展
01
氧化还原酶的定义和分类
氧化还原酶的定义
氧化还原酶是一种生物催化剂，能够催化氧化还原反应的进行。它们通过在反应 中转移电子来发挥催化作用，对于生物体内正常的能量代谢和信号转导等过程具 有重要意义。
活性氧介导的信号转导
在某些情况下，氧化还原酶可以催化活性氧的产生，这些活 性氧可以作为信号分子，参与细胞内的信号转导过程。
04
氧化还原酶的工业应用
氧化还原酶在环保领域的应用
废水处理
氧化还原酶可以用于处理含有重金属、有机污染物等有毒物质的废水，通过催 化氧化或还原反应，将有毒物质转化为无毒或低毒物质，降低对环境的危害。
此外，根据来源的不同，氧化还原酶还可以分为植物酶、 动物酶和微生物酶等类型。这些酶在生物体内的分布和作 用机制也有所不同。
02
氧化还原酶的作用机制
氧化还原酶的催化机制
氧化还原酶通过催化氧化还原反应，将底物氧化或还原，从而完成电子转移过程。
酶的催转移是关键 步骤。
详细描述
揭示了氧化还原酶的分子结构和催化机制
第8章氧化还原酶
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5.4. 加热方式：pH确定，T确定，T变长，导 致酶失活后可能性变大，HTST易导致酶再生。
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5.5. 结合处理：
微波和离子照射能降低在热烫过程中使酶失活 所需的热处理强度。
马铃薯过氧化物酶的微波处理完全失活所需的时间
微波处理 沸水处理
1.5min
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5.2. 低水分含量，POD耐热性增加： 例如：水分含量低于40%时，谷类中过氧 化物酶的热稳定性与水分含量成反比。 对于加工脱水果蔬有重要参考价值。
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5.3. 外加因素：降低pH，增加NaCl浓度。 以辣根中过氧化物酶为例，加入羟高铁血红素能 降低酶的热失活速度(pH 7.0、76℃) 而升高温度能提高酶的热失活速度。 在pH7时酶热失活的速度最低，在pH 4.0和 pH10 时 酶 热 失 活 的 速 度 分 别 提 高 到 8 倍 和 2 倍 。 酶失活的初速度正比于NaCl的浓度(pH7.0、 NaCl浓度低于0.6mo1／L)， 糖能提高苹果和梨中过氧化物酶的热稳定性。
有利：红茶生产，苹果浓缩汁除涩 三要素：底物、O2、酶
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1多酚氧化酶在自然界的分布
（1）广泛存在于自然界，植物、微生物及动物 器官。植物品种不同，含量变化很大。果蔬中 以橄榄含量最高。
（2）PPO在植物细胞中分布取决于品种和年龄， 果蔬而言还取决成熟度，如线粒体，叶绿体。
第8章 氧化还原酶
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主要内容： 一、过氧化物酶 二、多酚氧化酶 三、 脂肪氧合酶 四、葡萄糖氧化酶 五、超氧化物歧化酶 1
氧化还原酶基础及应用研究
氧化还原酶基础及应用研究氧化还原酶是一种广泛存在于自然界中的重要酶类，在生物化学、生物技术及环境科学等领域，具有广泛应用和开发价值。
本文就此进行介绍和探讨。
一、氧化还原酶基础氧化还原酶是一种在细胞内外广泛存在的主要酶类之一，可将氧化还原反应中的电子从供体传递至受体，维持着生命活动的正常进行。
氧化还原酶按照其电子受体的不同被分为多种类型，如细胞色素、铜蓝蛋白、硫氧还原酶等。
氧化还原酶的结构也因其功能的不同而有所差异。
一般而言，酶的结构由蛋白质和辅助基团所组成，而氧化还原酶除了具有蛋白质结构外，还含有多种氧化还原的辅因子，如二价铁、双原子氧、辅酶Q等。
这些辅因子在酶的活性和催化作用中扮演着重要的角色。
二、氧化还原酶应用氧化还原酶广泛应用于生物化学、医药、环境科学、食品等领域。
具体而言，其应用如下：1. 生物化学：氧化还原酶在生物化学实验中被广泛应用，用于测定生物样品中的物质含量或鉴定其种类，如乳酸脱氢酶用于测定肌肉缺氧和乳酸酸中毒等。
2. 医药：氧化还原酶在医药领域应用广泛，如葡萄球菌的氧化还原酶在制备大量青霉素酶抑制剂时起到重要作用。
另外，氧化还原酶在体外血红蛋白的氧气输送、血红蛋白的氧气释放与肿瘤治疗中也有着广泛的应用。
3. 环境科学：氧化还原酶常常被用于环境监测工作中。
例如，采用硝酸盐还原酶检测土壤中硝酸盐含量的变化，对于污染程度的判定与修复设计具有重要价值。
4. 食品：氧化还原酶可以用于食品加工、增加营养成分，如氧化还原酶制备的亚铁蛋白作为一种天然的食品添加剂，用于增加食品的营养价值，提高人体对铁元素的吸收利用率。
三、氧化还原酶应用前景氧化还原酶作为一种自然存在、广泛应用的酶类，在未来的发展中有着广泛的应用前景。
1. 工业化应用：氧化还原酶在食品、制药、环保、化工离线控制等行业中都具有广泛的应用。
其中，氧化还原酶在环保与节能领域中，作为重要的脱硫酶催化剂，将是未来的重点发展方向。
2. 公共安全：氧化还原酶在诊断和环境监测中的应用，可以起到重要的检测作用，通过快速检测恶意物质的存在，保障公共安全。
氧化还原
一、需氧脱氢酶和氧化酶
受氢体 不需氧脱氢酶 需氧脱氢酶 氧化酶 辅酶 O2 O2
辅酶（辅基） 产物
FMN或FAD 含Cu
H 2 O2 H 2O
二、过氧化物酶体中的酶类
（一）过氧化氢酶(catalase)
又称触酶，其辅基含4个血红素
2H2O2
过氧化氢酶
2H2O + O2
（二）过氧化物酶(perioxidase)
RH + NADPH + H+ + O2 ROH + NADP+ + H2O
故又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase) 或羟化酶(hydroxylase)。 上述反应需要细胞色素P450 (Cyt P450)参与。
（二）加双氧酶
此酶催化氧分子中的2个氧原子加到底 物中带双键的2个碳原子上。
以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化 酚类或胺类RH2+ H2O2
RO + H2O R + 2H2O
过氧化物酶
三、超氧化物歧化酶
反应氧族
超氧离子(O2﹣)、H2O2、羟自由基(•OH) 的统称。
2O2﹣+ 2H+
SOD
H2O2 + O2
过氧化氢酶 H2O + O2
SOD：超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase)
例 如：
O NH2 COOH NH CHO
O 色氨酸吡咯酶 N H NH2
(O2)
色氨酸
甲酰犬尿酸原
其它氧化体系
一、需氧脱氢酶和氧化酶 二、过氧化物酶体中的氧化酶类
三、超氧物歧化酶（superoxide
氧化还原酶类知识
RH2 + O2 = R + H2O2
主要特征： 产物之一为H2O2
需要黄素核苷酸（FAD或FMN）为辅酶 例葡萄糖氧化酶
b. 催化底物脱氢，并氧化生成H2O
2RH2+O2=2R+2H2O
主要特征
有的含金属 有的以细胞色素为辅助因子 例多酚氧化酶、细胞色素氧化酶
过氧化物酶
催化以H2O2为氧化剂的氧化还原反应,
多酚氧化酶的分布及存在形态
6.1.2.1 分布
整体水平： 大量的植物（如水果、蔬菜）
亚细胞水平：叶绿体、线粒体
结合态 无活性状态
6.1.2.2
存在形态
可溶态 活性状态
杏子
13
水 果 种 类 桃 甜樱桃 可溶态多酚氧化酶 占总的酶活力（%） 20~30 15~17
苹果
8~15
为什么受伤的组织表面才会褐变？
6.1.4.2 pH
最适pH随来源和选用的底物而不同， 多为pH4~7。
6.1.4.3 温度
随来源不同而异, 25 ℃ 37℃; 属于不耐热的酶，在大多数情况下，在组织中或在溶液 中的酶在70℃ 90℃下热处理短时间，足以使它部分或全 部地不可逆失活。 在低温下（通常为0℃以下冰冻状态），果蔬中PPO会 发生可逆的失活，当解冻后，酶活力会恢复 。
担负H2O2与过氧物的分解与转化
H2O2 + R’ = R’O + H2O
主要特征
有的以血红素为辅基 有的以FAD为辅基
有的是含硒、铜、铁、锌
例过氧化物酶、SOD
氧合酶
和氧化酶的不同：它们催化氧原子直接参入有机
分子，其中有的在反应过程中伴随羟基的形成， 故又称羟化酶。
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食品中常用的氧化还原酶
• 脱氢酶类 • 氧化酶类 • 过氧化物酶 • 氧合酶类 如乳酸脱氢酶（E.C.1.1.1.27） 如多酚氧化酶（E.C.1.10.3.1） 葡萄糖氧化酶（E.C.1.1.3.4） 如过氧化氢酶（E.C.1.11.1.6） 辣根过氧化物酶（E.C.1.11.1.7） 如脂肪氧合酶（E.C.1.13.1.13）
6.1.3.1 一元酚羟基化，生成相应的 邻---二羟基化合物
OH OH O
OH
O
OH
Hale Waihona Puke OH+CH3
+O
2
+
CH3
+ H2O
6.1.3.2
OH
邻-二酚氧化，生成邻-醌
O OH O
2
+ O2
+ 2H2O
氧化产物邻-醌 （1）或相互作用生成高分子量聚合物； （2）或与氨基酸或蛋白质反应形成高分子络合物. 这两个反应均导致褐色素的生成，色素的分子
酪氨酸酶
CH2 CHCOOH HO 酪氨酸 NH2
+O 慢
HO HO 多巴
CH2 CHCOOH NH2
+O 快
O O 多巴醌 +O
CH2 CHCOOH NH2 快
HO + CO2 HO N H 5,6- 二羟基吲哚 快 +O O N H 5,6-吲哚醌 慢
O COOH O 多巴色素 H N +O N H
3、对-苯二胺和醌醇氧化酶
漆酶 (EC 1.10.3.2)
OH HO O OH OH OH HO | | O CO CH CH OH | OH OH 儿茶素 HO CH2 OH
NH2 CH COOH
3,4--二羟基苯丙氨酸
NH2 COOH OH HO CH2 酪氨酸 CH COOH
绿原酸
6.1.2
第6章
氧化还原酶类
(oxido-reductases)
氧化还原酶的作用
• 催化H、O原子或电子从一底物向另一底 物转移的反应。 • 作用：氧化产能、 解毒、形成生理活性物 质。 • 在食品生产实践中，应用仅次于水解酶
分类
• 系统分类中，亚类的 分类是按照作用的底 物的基团来分类：如 1.1作用于CHOH 1.2作用于C＝O 1.3作用于HC＝CH • 生物学研究中常用的 氧化还原酶如 脱氢酶类 氧化酶类 过氧化物酶类 氧合酶类
HO COOH HO N H 无色化合物
快
O 蛋白质 O 黑色素 _ 蛋白质
O
较慢
O N H 黑色素
O
6.1.4 影响多酚氧化酶活性的因素
6.1.4.1 底物
OH OH
OH
OH
OH OH
CH3
OH
（ ）
（ ）
（ ）
（）
酚酶对邻羟基型结构的作用快于一元酚，对位 二酚也可被利用，但间位二酚则不能作为底物。
6.1.4.4
化学试剂
1 激活剂
• 阴离子洗涤剂，例如十二烷基磺酸钠（SDS）， 是多酚氧化酶的典型的激活剂。 • 用酸或尿素处理葡萄中的多酚氧化酶，能使酶可 逆地激活；
2 抑制剂
（1）金属螯合剂 （2）竞争性抑制剂 （3）与氧化产物醌作用的还原剂 （4）醌偶合剂 （5）与酚类底物作用的化合物
脱氢酶类
催化的反应伴有H原子的转移，直接从底物上脱氢，
催化反应通式：
RH2 + R’ = R + R’H2
这类酶需要辅酶I（NAD+或CoI表示）或辅 酶II（NADP+或CoII表示）起受氢体或供氢体 的转氢作用。
氧化酶类
催化的反应有氧分子直接参与
a. 催化底物脱氢，氧化生成H2O2，又称需氧脱氢酶
担负H2O2与过氧物的分解与转化
H2O2 + R’ = R’O + H2O
主要特征
有的以血红素为辅基 有的以FAD为辅基
有的是含硒、铜、铁、锌
例过氧化物酶、SOD
氧合酶
和氧化酶的不同：它们催化氧原子直接参入有机
分子，其中有的在反应过程中伴随羟基的形成， 故又称羟化酶。
RH2 + O2 = R（OH）
有的是黄素蛋白，含铁、含铜蛋白
有的包含细胞色素等
氧化还原酶及在食品加工中的控制及应用 有利
有害
6.1 多酚氧化酶
(Polyphenol Oxidase ，简称PPO )
6.1.1 多酚氧化酶的种类
多酚氧化酶是一类催化酚类化合物氧化从而产生 褐色产物的酶，根据其底物特异性的不同，可分为： 1、单酚氧化酶 2、双酚氧化酶 酪氨酸酶 (EC 1.14.18.1) 儿茶酚酶 (EC 1.10.3.1)
多酚氧化酶的分布及存在形态
6.1.2.1 分布
整体水平： 大量的植物（如水果、蔬菜）
亚细胞水平：叶绿体、线粒体
结合态 无活性状态
6.1.2.2
存在形态
可溶态 活性状态
杏子
13
水 果 种 类 桃 甜樱桃 可溶态多酚氧化酶 占总的酶活力（%） 20~30 15~17
苹果
8~15
为什么受伤的组织表面才会褐变？
区域化：多酚氧化酶定位在细胞的质体（内囊 体）中，底物定位在液泡中，正常情况下二者分 离 当植物受到伤害时，二者接触相互作用 酶促褐变：使底物氧化产生醌，醌自发聚合并 与蛋白质的氨基酸残基侧链基团反应产生黑色或 褐色物质，使组织发生褐变。
6.1.3
多酚氧化酶催化的反应
• 多酚氧化酶以铜离子为辅基，它催化两类完全不 同的反应，这两类反应都需要有分子氧参加：
量愈高，颜色愈暗——多酚氧化酶间接酶促褐变。
6.1.3.3 酶促褐变色素的形成
• 在植物中，多酚氧化酶作用的基本底物是酪氨酸 • 首先酪氨酸羟化成邻二酚——多巴，并进一步氧化 成多巴醌，再进一步环化生成红色的色素——多巴 色素；再经一系列的重排、脱羧和自发氧化，分别 生成5，6-二羟基吲哚和吲哚醌，吲哚醌是黑色素最 简单的单体形式，可自动聚合生成相对分子质量高、 有色的黑色素。
6.1.4.2 pH
最适pH随来源和选用的底物而不同， 多为pH4~7。
6.1.4.3 温度
随来源不同而异, 25 ℃ 37℃; 属于不耐热的酶，在大多数情况下，在组织中或在溶液 中的酶在70℃ 90℃下热处理短时间，足以使它部分或全 部地不可逆失活。 在低温下（通常为0℃以下冰冻状态），果蔬中PPO会 发生可逆的失活，当解冻后，酶活力会恢复 。
RH2 + O2 = R + H2O2
主要特征： 产物之一为H2O2
需要黄素核苷酸（FAD或FMN）为辅酶 例葡萄糖氧化酶
b. 催化底物脱氢，并氧化生成H2O
2RH2+O2=2R+2H2O
主要特征
有的含金属 有的以细胞色素为辅助因子 例多酚氧化酶、细胞色素氧化酶
过氧化物酶
催化以H2O2为氧化剂的氧化还原反应,