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微生物的代谢-酶,Microbial Metabolism -enzyme,新陈代谢（metabolism）简称代谢，泛指发生在活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。,分解代谢是指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和还原力的作用。 合成代谢与分解代谢正好相反，是指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和H式的还原力一起合成复杂的大分子的过程。,酶（enzyme）,一.酶的一般特性 二.酶的化学本质即组成 三.酶的类型 四.微生物细胞的酶系统 五.微生物细胞对酶的调控,一.酶的一般特性,催化效率高； 具有高度的专一性； 反应条件温和； 酶活力可调节； 无毒。,1.催化效率高,反应速度是无酶催化或普通人造催化剂催化反应速度的1061016倍； 绝无副反应；,催化剂通过降低反应的活化能使反应速度加快但并不改变反应的平衡点（反应平衡常数不变）,二.酶的专一性（specificity ）,酶的专一性（特异性）是指一种酶只能作用于一种或一类底物（substrate，底物是指酶作用的反应物）。 酶的特异性又分为绝对特异性、相对特异性和立体异构特异性。,绝对特异性(absolute specifictity),绝对特异性(absolute specifictity) ： 有的酶只作用于一种底物产生一定的反应，称为绝对专一性。 如脲酶(urease)，只能催化尿素水解成NH3和CO2，而不能催化甲基尿素水解。,相对特异性(relative specificity),相对特异性(relative specificity) ： 一种酶可作用于一类化合物或一种化学键。 如： 脂肪酶(lipase)不仅水解脂肪，也能水解简单的酯类； 磷酸酶(phosphatase)对一般的磷酸酯都有作用，无论是甘油的还是一元醇或酚的磷酸酯均可被其水解。,3. 立体异构特异性(stereopecificity),立体异构特异性(stereopecificity) 是指酶只作用于具有特定的立体结构的底物。 包括光学异构性 和几何异构性。,光学异构性是指一种酶只能催化一对镜像异构体中的一种，而对另一种不起作用。 如：L-乳酸脱氢酶(L-lacticacid dehydrogenase)的底物只能是L型乳酸，而不能是D型乳酸。 几何异构性是指酶只作用于几何异构体中的顺式或反式。 如-淀粉酶(-amylase)只能水解淀粉中-1,4-糖苷键，不能水解纤维素中的-1,4-糖苷键。,三.酶的反应条件 PH的影响最适PH 过酸或过碱可以使酶的空间结构破坏，引起酶构象的改变，酶活性丧失。 当pH改变不很剧烈时，酶的活力受到影响。 pH影响维持酶分子空间结构的有关基团解离，从而影响了酶活性部位的构象，进而影响酶的活性。,pH对反应速度的影响,最适pH (optimum pH)： 酶催化活性最大时的环境pH。,0,酶 活 性,pH,胃蛋白酶,淀粉酶,胆碱酯酶,2,4,6,8,10,温度的影响（请给出最适温度的概念） 最适温度 动物3540 植物4050 微生物差别较大，如TaqDNA聚合酶的可高达70 酶的最适温度与PH、离子浓度、酶作用时间等因素有关。,四.酶活性的调节,别构效应的调节 共价修饰 酶原的激活 同工酶,二、酶的化学本质及组成,单纯酶,结合酶, 酶蛋白 + 辅因子,有机小分子,金属离子,辅基,辅酶,辅基与辅酶：,与酶蛋白共价结合，牢而不易分离（辅基）。,与酶蛋白非共价结合，疏松而易分离（辅酶）。,仅有蛋白质组成。例如，脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等 。,如超氧化物歧化酶Cu2+,Zn2+。 酶的专一性由蛋白的结构决定。 辅助因子传递电子或某些化学基团。,三、酶的类型,1. 氧化还原酶类（oxido-reductases) 2. 转移酶类（transferases） 3. 水解酶类（huduolases） 4. 裂合酶类（lyases） 5. 异构酶类（isomerases） 6.连接酶类（ligases）/合成酶类（synthetase）,1. 氧化还原酶类（oxido-reductases),系统命名：乳酸：NAD+氧化还原酶（EC1.1.1.27） 习惯名：乳酸脱氢酶,2. 转移酶类（transferases）,催化化合物某些集团的转移 系统命名：Ala：酮戊二酸氨基转移酶（EC2.6.1.2） 习惯名： 谷丙转氨酶,3. 水解酶类（huduolases）,催化水解反应，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。 系统命名：亮氨酸氨基肽水解酶（EC3.4.1.1） 习惯名： Ile氨肽酶。,4. 裂合酶类（lyases）,催化从底物上移去一个基团而形成双键的反应或其逆反应 系统命名：二磷酸酮糖裂合酶（EC4.1.2.7） 习惯名：醛缩酶,5. 异构酶类（isomerases）,催化同分异构体相互转化,6. 连接酶类（ligases）,催化一切必须与ATP分解相偶联、并合成一种物质的反应。,四、微生物细胞的酶系统,1、根据酶的活动部位分 胞内酶 胞外酶 2、根据酶合成与代谢产物的关系 组成酶 诱导酶,胞内酶（endoenzyme） 在细胞内起催化作用的酶，这些酶在细胞内常与颗粒体结合并有着一定的分布。如线粒体上分布着三羧酸循环酶系和氧化磷酸化酶系，而蛋白质合成的酶系则分布在内质网的核糖体上。 胞外膜 ectoenzyme，lyoenzyme；exoenzyme；extracellular enzyme 细胞内合成而在细胞外起作用的酶。 包括位于细胞外表面或细胞外质空间的酶，也指释放入培养基的酶。 利用这种酶催化反应，可以不必把细胞破坏。很多发酵反应都是利用胞外酶的作用促进的。 如人和动物的消化液中以及某些细菌所分泌的水解淀粉、脂肪和蛋白质的酶。,组成酶 constitutive enzyme 与生长发育条件无关，常进行定量合成的酶。按其合成方式，可与诱导酶、抑制性酶相对应。可能是因为缺少产生阻遏蛋白等的调节基因或调节基因原来就发生了变异引起的。因此，此类酶的合成量是由附着在启动子上的RNA聚合酶的亲和性等所决定的因系统的不同有很大的差异。可以认为，在供给生物所必需的组成成分的酶中，这种例子是很多的。这种酶类因为是作为细胞组成成分被合成的，所以有组成酶这一名称。,诱导酶(induced enzyme) 是在环境中有诱导物（通常是酶的底物）存在的情况下，由诱导物诱导而生成的酶。例如，大肠杆菌分解乳糖的半乳糖苷酶就属于诱导酶。又如，催化淀粉分解为糊精、麦芽糖等的-淀粉酶也是一种诱导酶，多种微生物都能产生这种酶。如果将能合成-淀粉酶的菌种培养在不含淀粉的葡萄糖溶液中，它就直接利用葡萄糖而不产生-淀粉酶；如果将它培养在含淀粉的培养基中，它就会产生活性很高的-淀粉酶。诱导酶的合成除取决于诱导物以外，还取决于细胞内所含的基因。如果细胞内没有控制某种酶合成的基因，即便有诱导物存在也不能合成这种酶。因此，诱导酶的合成取决于内因和外因两个方面。诱导酶在微生物需要时合成，不需要时就停止合成。这样，既保证了代谢的需要，又避免了不必