食品酶学第一二章

第一章 概述 2 第二章 酶的结构与功能 4 第三章 酶的提取、分离与纯化6 第四章 糖酶4 第五章 蛋白酶4 第六章 脂酶4 第七章 氧化酶类4 第八章 溶菌酶2 第九章 果胶酶类4 第十章 酶和酶制剂在食品加工中的应用 4 第一章 概述 酶是一种具有生物活性的蛋白质。 第二节 酶的一般特征 一、酶是蛋白质 1、支持实验： 酶在用热、强酸、强碱、重金属和洗涤剂处理时易失活，而蛋白质在用同样条件处理易变性。 与蛋白质一样，用强酸、强碱长时间处理生产氨基酸； 蛋白质的所有典型实验，如双缩脲反应。 2、全酶 蛋白质部分：脱辅基酶蛋白 非蛋白质部分：辅助因子 辅助因子：低分子量的有机化合物或者金属离子。 二、酶是催化剂 影响反应的速度，但本身不没有成为反应的产物。 降低反应的活化能。 三、酶具有特异性 蛋白酶水解肽键。 麦芽糖酶水解麦芽糖为葡萄糖。 第三节 酶的分类和命名 一、分类和命名 习惯名称：底物的名称而确定。 如脲酶（Urease），乳酸脱氢酶（Lactate dehyogenase）。 老黄酶(Old yellow enzyme)，过氧化氢酶(Catalase)，木瓜蛋白酶(Payain)和胰蛋白酶 (Trypsin)等。 1955年，成立了国际生物化学协会酶委员会。 该委员会对酶分为六大类： 第一大类：氧化还原酶 第二大类：转移酶 第三大类：水解酶 第四大类：裂合酶 第五大类：异构酶 第六大类：连接酶（合成酶） 国际生物化学酶委员会的系统命名 每一种酶有一个四位数的号码 第一位数表示大类；第二位数表示亚类； 第三位数表示次亚类；第四位数表示酶在次亚类中的编号。 如乳酸脱氢酶：1.1.1.27 三糖磷酸异构酶：5.3.1.1 尚有少数的酶没有系统命名，因为它所催化的反应还没有精确地确定。 缺点： 1、没有考虑到酶的来源。从不同组织和器官中提取的酶可以催化相同的反应，但他们可能含有不同的氨基酸组合； 2、使用不便。 二、同功酶（同工酶） 在同一个生物品种或组织中可能存在着能催化系统反应的不同的酶的形式。 它们的差异：氨基酸顺序、共价性质或三维结构等。 电泳分类 三、多酶体系 多酶：指具有两种以上的催化活力的酶。 酶委员会建议，酶具有多于一种的催化活力，它应被称为酶系。 分支酶：能催化去除糖原中的1，6-分支，具有两种催化活力，即淀粉1，6-葡萄糖苷酶和4-a-D-葡聚糖转移酶，在酶分类中出现两次，3.2.1.33和2.4.1.25。 第四节 酶学对于食品科学的意义 与酶有关 1、食品原料生产 2、食品贮藏 3、食品制造 4、食品运销 5、食品检测 第二章 酶的结构与功能 判断是非：所有的酶都是蛋白质，然而并非所有的蛋白质都是酶。 第一节 新酶的发现 1、抗体酶 具有催化活性的抗体。 是抗体的高度专一性与酶的高效催化能力相结合的产物。 2、人工酶 人工合成的具有催化作用的多肽或蛋白质。 1977年Dhar等人报道，人工合成的Glu-Phe-Ala-Glu-Ala-Ser-Phe八肽具有溶菌酶的活性。其活性是天然溶菌酶的50%。 3、模拟酶 利用有机化学合成的方法合成的一些比酶结构简单得多的具有催化功能的非蛋白质分子。它可以模拟酶对底物的结合和催化过程，既可以大大派酶催化功能的高效率，又能克服酶的不稳定性，这样的物质分子，称为模拟酶。 用糊精已经成功地模拟了胰凝乳酶等多种酶。 4、核酶 近年来在生物体内发现的一些具有类似酶催化作用的RNA和DNA，被称为核酶，Ribozyme。 这一重大发现，对于生命起源和生物进化的研究，以及基因疾病、病毒和肿瘤的治疗，具有重大的意义。 第二节 酶在机体中的分布和作用 1、作用：作为生物催化剂，促使反应在体温条件和常压下进行。 2、分布：存在广泛。 举例： 1）分布： a-淀粉酶：人唾液、胰脏、猪胰脏、牛胰脏、细菌 都水解a-1，4-糖苷键，但在蛋白质结构上是不同的。 2）不同生物和生物的不同时期，酶的种类和含量不同 第三节 酶的蛋白质构成 氨基酸是所有蛋白质的构成单位。 天然存在的氨基酸已分离出175种，但仅有20种氨基酸存在于蛋白质中。 一、蛋白质的分类 1、单纯蛋白：仅由氨基酸组成。 如：核糖核酸酶、胰凝乳酶、胰蛋白酶等。 2、结合蛋白：除了氨基酸之外还有有机和无机组分。 如：1）色蛋白：血红蛋白、肌红蛋白、POD、CAT等都含有铁卟啉辅助因子； 2）非血红素金属蛋白，如铁蛋白； 3）脂蛋白，如血液中含有的a-脂蛋白等； 4）糖蛋白，糖基。 例如，粘蛋白，是唾液、胃液和内分泌液的主要成分； 5）磷蛋白，磷。如酪蛋白和胃蛋白酶； 6）需要各种不同辅助因子的酶。 二、酶蛋白的组成---氨基酸 1、氨基酸的缩写与组成：复习！ 2、氨基酸通过肽键连结成多肽链 氨基酸+氨基酸+…=多肽+水分子 基本概念 主链：构成多肽的有规则的部分； 侧链：多肽链中可变化的部分； 残基：多肽链中的一个氨基酸单位被称为一个残基。 三、酶蛋白的二级与高级结构 1、二级结构 1）a-螺旋（helix)（右手） 2）B-折叠(replicate, fold over)（片） 3）三股螺旋（胶原螺旋） 动物结缔组织---胶原蛋白---胶原纤维 组成：Gly (35%), Ala (11%), Pro(12%), Hypro(9%) 无-NH，胶原蛋白中无a-螺旋，借助Gly残基的肽键之间形成氢键而组成三股螺旋（右手），其中每一股是左手螺旋。 2、三级结构 进一步折叠成更紧密的结构。 例如，几乎所有的极性氨基酸处于蛋白质分子的表面，而几乎所有的非极性氨基酸处于蛋白质分子的内部。 稳定三级结构的键或作用力： Vander Walls力、静电力、疏水力、氢键、二硫交联等。 3、酶蛋白的四级结构 1、不同数目的多肽链组成 如：RNA酶、溶菌酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶和一些a-淀粉酶由一条多肽链组成。 而很多酶由两条以上的多肽链组成。 如：抗坏血酸氧化酶（EC.1.10.1.6）由6条多肽链组成； 脂氧合酶（EC.1.13.11.12）由2条多肽链组成。 乳糖酶（EC.3.2.1.23）由4条多肽链组成。 2、稳定酶蛋白四级结构的键和作用力 键和作用力： 疏水键和静电相互作用力为主。 4、酶的存在 存在状态：在生物组织中，酶以完全溶解的状态或以同膜结合的状态存在。 在电子输送链中的酶，以有次序的方式结合到结构蛋白质上。 第四节 酶的作用机理及活性测定 一、 酶的活力测定 指酶的催化能力。 在特定的系统和条件下，酶作用的化学反应所进行的速度，就代表酶活力。 2、酶活力测定过程 要求：快速、简便、准确。 过程：在一定的条件下将酶与底物混合，反应一段时间后，测定反应液中底物和产物的量。 测定步骤： （1）根据酶的专一性，选择适宜的底物，并配制成一定浓度底物溶液。注意：均匀、纯度、新鲜。 （2）根据资料或试验结果，确定酶催化反应的温度、pH等条件。 T：室温（25），体温（37）、最适温度或其他。 pH：最适。Buffer solution (3)在一定的条件下，将一定量的酶液与一定量的底物溶液混合均匀，适时记下反应时间。 （4）反应到一定的时间，取出适量的反应液，运用各种适合的生化检测技术，测定产物的生成量和底物的减少量。 3. 酶活力测定方法 （1）初速度法 酶反应的过程若用产物生成和时间关系作图，反应速度即为此曲线的斜率。 反应速度逐渐降低的原因：底物浓度降低和产物浓度增加加速了逆反应的进行；产物的抑制作用；酶的部分失活等。 在实际测定过程中，为了保证测得的是初速度，往往使底物浓度足够大，把酶完全饱和。 （2）终止法 是指在恒温反应系统中进行酶促反应，间隔一定的时间，分几次取出一定容积的反应液，使酶即可停止作用，然后分析产物的生成量或底物的消耗量。 这是最古典的但仍然经常使用的方法，几乎所有的酶都可以根据这一原理，设计测定其活力的具体方法。 使酶停止作用常使用强酸、强碱、三氯乙酸、SDS（十二烷基硫酸钠）等，或迅速加热使酶失活或变性，放到冰粒或冰盐上（使温度降到10度以下）。 酶反应的底物或产物可用以下方法测定： 化学法: 利用化学反应使产物变成一个可用某种物理方法测定的化合物。如根据比色、酸碱滴定、量热、量气法等来计算酶的活力。 放射性化学法: 用层析或电泳的法将具有同位素标记的底物和产物分离，测定产物（或底物的放射性）就可得知酶的活力。同位素有：3H、14C、35P、113I，计数器记录。 酶偶联法：有些酶促反应的产物不易直接测定，需加入一指示酶转变成可测定的产物。 （3）连续法 不需要取样终止反应，而是基于反应过程中光谱吸收、气体体积、酸碱度、温度、粘度等变化，用仪器跟踪监测反应进行的过程，记录结果，算出酶活性。 此法使用方便，一个样品可多次测定，且有利于动力学研究，但很多酶反应还不能用该法测定。 （4） 酶分析的自动化 是指从加样、启动反应、检测、数据记录及结果处理等整个过程由仪器自动操作。 主要基于反应的初速度原理。 4. 酶的活力单位 国际单位（IU）： EC规定在25°C，在最适底物浓度、最适缓冲液离子强度和pH的系统内，1min转化一个微摩尔底物所需要的酶量，称为1IU。 比活力：是纯度的量度，指单位重量的蛋白质中所含的某种酶的催化活力。 Specific catalytic activity // IU·mg-1， 比活力越高，表示酶越纯。 5、酶反应的动力学原理 1）酶活性部位的本质 （1）Fisher提出“锁钥学说” （2）Koschland提出“诱导楔合”学说 （1）Fisher提出“锁钥学说” 底物类似钥匙，酶类似锁。在酶蛋白质的表面存在一个和底物结构互补的区域，如果一个分子的结果能和这个区域充分互补，那么它就能与酶相结合；当底物分子上敏感的键正确地定向到酶的催化部位，底物就有可能转变成产物。 （2）Koschland提出“诱导楔合”学说 A、酶和底物在形成吸附络合物以前是分离的，此时酶的活性部位不存在和底物结构互补的构象； B、当底物分子接近酶表面时，引起肽链位置的变化，从而使它和底物的形状达到紧密一致。 （1）底物浓度对酶催化反应速度的影响 * 反应图示 *Michaelis-Menten方程 （2）酶浓度对催化反应速度的影响 反应图示 （3）pH值对酶催化反应速度的影响 最适pH：酶活力最高时的pH。 pH对反应速度的影响： 影响酶的稳定性 影响酶与底物结合，以及催化底物转变为产物 （4）温度对酶反应速度的影响 采用温度来控制酶反应速度的意义： 低温保藏可减少酶对食品软化、不良风味的形成，以及成熟的影响。 高温抑制酶活性，保持食品品质。 第五节 固定化酶及其功能 1、定义 在酶促反应过程中，将酶定位或限制在一定的空间范围内，使其在反应后易于和反应物及产物分开，从而达到反复使用和连续生产的新型酶制剂。 2、优点 1）反复使用。 2）能与反应物分开，生产过程容易控制。 3）由于三级结构得到稳定，酶的稳定性得到提高。 4）产物中不含酶， 利于提高食品质量。 5）是研究酶动力学的良好模型。 3、历史 4、固定方法 5、应用 1）固定化葡萄糖异构酶---生产果糖 玉米淀粉---液化---糖化--- 过滤--- 精制--- 离子交换---蒸发---异构化（固定化葡萄 糖异构酶）---精制--- 离子交换--- 浓缩--- 高果糖浆 2）固定化葡萄糖淀粉酶---生产葡萄糖 玉米淀粉---液化---糖化（固定化葡萄 糖淀粉酶） --- 过滤--- 精制--- 离子交换---蒸发---浓缩---葡萄糖 3）其他：啤酒、制药行业等。