酶的命名和分类.ppt

1、酶催化剂工程科学(1)、酶催化剂工程科学、酶催化剂命名和分类酶催化剂的化学本质、来源和生产酶催化剂的催化反应机制以及反应动力学酶固定化和固定化酶反应器酶工程应用酶工程研究进展、酶与酶工程概述、(1)、酶概念(2)、酶认识和研究历史(3)、酶工程概念(1)、酶概念， 酶催化剂是生物催化剂的主要蛋白质，也有核酸，在比较温和的条件下有效地发挥催化作用，使生物体内的各种物质不断地在新陈代谢中。 生物体内新陈代谢的各种化学反应条件温和(37，接近中性)，速度快，井井有条。 (二)、对酶催化剂的认识和研究的历史，人们对酶催化剂的认识始于生产实践，人类几千年前就开始发酵和制作食品。 1833年，Pagon

2、Persoz从麦芽中水解作用淀粉得到物质淀粉酶。 1878年，Khne在总称为“酶催化剂”(Enzyme) 1887年，Buechner兄弟发现了不含酵母细胞球的酵母提取液与糖生成醇，表明发酵可以与细胞球活力无关，使酶催化剂溶解，以活性状态从破碎细胞球中分离。 1926年，Sumner从刀豆中提取乌土卫五酶，得到结晶，证明其为蛋白质。 之后获得百事达、胰蛋白酶的结晶，1969年将牛胰蛋白酶的核糖核酸酶合成为人造的。 1983年，核酸催化功能获得1989年诺贝尔奖，酶催化剂工程科学概念，酶催化剂工程科学：设计了工业上有目的的反应器和反应条件，利用酶催化剂催化功能，在常温常压下催化化学反应，发现了

3、生产人所需要的产品和服务的应用技术。 广义上也包括酶催化剂的生产、分离、纯化。 国际酶催化剂工程科学学会(1971年)定义为一门工程科学，研究开发酶催化剂的生产、酶催化剂的分离纯化、酶催化剂的固定化、酶催化剂与固定化酶的反应器、酶催化剂与固定化酶的应用等。 现代观点酶催化剂工程科学主要用于研究以下内容的酶催化剂大量生产与分离纯化及新酶催化剂在细胞球外应用的发现、研究与应用酶催化剂的固定化技术和固定化酶反应器基因工程技术对酶制剂生产与基因修饰酶的分子改造及化学修饰和酶结构与功能的关系有机介质中酶的反应酶抑制剂， 激活剂的研制和应用研究抗体酶的研究、激酶的研究、模拟酶催化剂、合成酶催化剂和酶催化剂

4、分子的人工设计、合成的研究、二酶催化剂的命名和分类、(一)、习惯命名法(二)、国际系统分类法(三)、国际系统命名法(四)、同工酶(五)、酶活力和活力单位、(一)、习惯命名、惯用名根据酶作用的基质和反应的类型原则： (1)作用基质：淀粉酶、蔗糖酶、蛋白酶等。 (2)根据反应性质，包括水解作用酶催化剂、黄素脱氢酶、转阿美娜酶等。 (3)两者的结合：如乳酸脱氢酶、谷氨酰胺等。 (4)加入酶催化剂的由来、特性，如木瓜蛋白酶、百事达、酸性磷酸酶、碱磷酸酯酶等。 (二)、国际系统分类法根据反应性质，催化六大类一、氧化还原酶类：氧化还原反应，涉及h和电子转移。 例如，黄素脱氢酶类。 2、转移酶类：催化分子间

5、功能化学基的转移。 转阿美娜酶类等。 3水解作用酶催化剂类：催化水解作用反应。 蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、蔗糖酶等。 4裂合酶催化剂类：催化非水解作用除去基质分子中化学基及其逆反应的酶催化剂。 如醛缩酶脱阿摩尼亚酶催化剂脱羧酶催化剂，5异构酶类：催化同分异构体相互转移。 6、合成酶催化剂：与ATP分解结合，由两种物质合成一种物质。 例如，天冬氨酸合成酶催化剂注音字酸羧化酶在各大分类的酶催化剂中，根据作用于基质的化学基或结合的特征分为几个子类，其次，依次排列某个子类、属于子类的酶催化剂，把已知的酶催化剂分类并排列成一个表，称为酶表。类亚类亚类编号，如EC1.1.1.1.27为乳酸： NAD氧化还原

6、酶ec1.1.37为苹果酸： NAD氧化还原酶EC1.1.1为乙醇： NAD氧化还原酶，(三)，要求用国际系统命名法明确显示基质的化学本质和酶催化剂的催化性质。 原则： 1酶催化剂的系统名，如果基质名(基质1 :基质2 )反应名为基质2为水，则省略醇脱氢酶，取酒精： NAD氧化还原酶l乳酸： NAD氧化还原酶。 2酶催化剂的催化反应无论是正反应还是逆反应，都使用相同的名称。 如果只有一个方向的反应被证实，或者只有一个方向的反应有生化的重要性，当然要命名这个方向。 在NAD和NADH相互转化的所有反应中(dh2naddnadh )，命名为DH2: NAD氧化还原酶，可催化相同的化学反应，但酶催化

7、剂蛋白本身的分子结构结构指的是不同的酶催化剂群。 是研究细胞球分化和形态遗传的分子学基础中重要的研究内容。 超氧化物歧化酶(SOD )除可分为CuZn-SOD、Mn-SOD和Fe-SOD种外，乳酸黄素脱氢酶(LDH )也有5种同工酶，催化同一反应同工酶的命名，在系统和习惯上都是一样的。 (五)、酶催化剂活力和活力单位、酶催化剂活力：指酶催化剂催化特定基质转化为产物的速度。 酶催化剂活力是制定酶制剂价格的最重要参考指标，包括环境条件、基质性质、酶催化剂本身因素等酶活力单元：单位时间、单位质量的酶催化剂蛋白催化的基质反应和产物生成的物质的量(或质量)单位质量的生物催化剂、三、酶化学的本质、来源和生

8、产，(一)酶催化剂的化学本质(二)酶的来源和生产1蛋白的性质，2，酶催化剂的化学组成，1构成成分(1)的简单酶催化剂：其活性仅依赖于尿素酶催化剂、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等蛋白质结构。 (2)结合酶催化剂：仅在结合非蛋白成分后(辅助因子)显示活性的全酶催化剂=酶催化剂蛋白辅助因子2，酶催化剂分子大小(1)的单体酶催化剂：一般有一条多肽链，几乎不包括水解作用e，Mr=1300035000，溶解酶催化剂，胰蛋白酶等四级结构(2) 齐聚物酶：几个亚单位以非共价键结合在一起，Mr=35000几百万磷酸化酶催化剂a和3-磷酸甘氨酸黄素脱氢酶(3)多酶复合物：几个酶催化剂结合在一起的复合物以共价

9、键连接在一起，Mr达几百万。 (4)核酶的少数RNA具有自结合加工的催化活性。 (2)酶催化剂的来源和生产，1酶催化剂的来源1 )直接从动植物中获得，即缺乏从生物中分离和纯化：生产周期长，来源有限，受一些自然条件的限制。 2 )化学合成方法不足：一般只适用于肽的生产；3 )工业微生物发酵，即液体深层发酵或固体发酵，是工业酶催化剂的主要来源。 其优点是微生物种类繁多、制备酶催化剂种类齐全的微生物繁殖快、生产周期长的微生物具有较强的适应性和应变能力，能够通过适应、诱导、突然变异诱导、基因工程等方法培育出新的高产酶催化剂菌株。 微生物细胞球产生的酶催化剂分类结构酶催化剂：在细胞球生长过程中应自各儿需

10、要表达，诱导酶：加入相应的诱导剂才能表达，诱导剂一般为该酶催化剂发生催化反应的底物或产物。 一般来说，野生型微生物经过遗传改造，需要成为高产酶催化剂的菌株。 方法包括建构物理诱变育种化学诱变育种基因工程，期望优良菌种条件繁殖快，产生酶催化剂高，酶催化剂性质符合使用要求，并且能产生细胞球外分泌细胞的酶催化剂，产生酶催化剂容易分离纯化的菌种不易变异退化，产生酶性能稳定，不易受噬菌体感染，廉价菌种并非致病菌，而是与系统发育有关，不产生或尽可能不产生有毒物质或其他大姨妈活性物质的蛋白酶，经常使用的微生物及其产生的酶催化剂，2 )影响酶催化剂的生产、酶催化剂生产的主要因素1 )培养基设计：微生物的生长、

11、繁殖、代谢和代谢产物的营养物质和原料。 其中为了诱导酶催化剂的生产，必须添加诱导剂2 )发酵方式的选择：固体发酵：也称为表面培养或曲培养，是以麸质、米糠等为基本原料，以适量的无机盐和水为培养基进行产生酶催化剂的微生物菌种培养的培养技术。 特点：设备简单易于推广，特别适合霉菌，缺点：发酵条件难以特罗尔节，材料利用不完善，劳动强度大，易感染等。 液体深层发酵：又称浸没式培养，是利用液体培养基在发酵槽中进行的搅拌式通气培养方式，发酵过程需要一定的设备和技术条件，动力消耗大，原料利用率和酶催化剂产量高。 目前，在工业上主要采用液体深层发酵技术生产酶催化剂，而固态发酵技术则应用于酒曲培养、食品工业及饲料

12、添加剂的酶催化剂生产。 3 )发酵条件控制了营养条件的环境条件，注意溶解氧浓度、温度、pH值，特别注意剪切力对蛋白质的影响，高剪切力下蛋白质易失活。 注意发酵的泡沫。 蛋白质是界面激活剂，由于大量的蛋白质积蓄在发酵液中，在起泡条件下容易形成泡沫，影响发酵的正常操作。 因此，考虑到脱泡装置，应该添加防沫剂。 3 .酶催化剂的分离和纯化，1 )酶催化剂的用途和对酶催化剂纯度的要求：科研需要最高的纯度，必要时，结晶医疗需要高纯度，基于避免不良反应食品工业的安全性，纯度低的工业达到了一定的酶活力，对纯度的要求不高，2 )酶催化剂的分离纯化是投入酶催化剂生产的成本大的专业在细胞球破碎液和发酵液中，存在很

13、多与目标酶催化剂蛋白质性质类似的分子量。 酶催化剂对环境条件敏感，环境中的蛋白酶容易作用于目的酶催化剂，使其失活。 3 )实现目的，整个细胞球可直接用作生物催化剂细胞球内的目的酶催化剂的活性高，工业过程满足酶活力要求的胞内酶催化作用必须依赖于辅助酶催化剂，利用细胞球内辅酶再生系统所需的生物转化过程，需要细胞内多种酶的协同参与；4 )酶分离纯化步骤因此，所有的操作都必须在低温下进行，一般在05之间，防止重金属的失活、防止SH被氧化、不过度搅拌等，细胞球破碎的方法：动物细胞球比较容易破碎，一般的研磨器、匀浆机、粉碎机械等目标细菌细胞贴壁要较厚地破碎，需要医学超声、细菌磨粉机， 必须用溶血工作团队、

14、某化学溶剂(甲苯、脱氧胆酸钠等)或冻融等处理破碎后的分离方法，使酶催化剂分离纯化盐析法： eg(NH4)SO4、Nacl、Na2SO4、e析出后需要超盐的有机溶剂沉淀法： 3060%的乙醇、丙酮、异丙醇色谱分析法：用亲和色谱法、离子交换色谱、凝胶过滤进行分析，吸附保存色谱分析法等酶催化剂：低温、干燥、遮光、忌氧。 四、酶催化反应的反应历程和反应动力学，(一)酶催化反应的特点，(二)酶催化反应的反应历程，(三)酶催化反应的速率理论，(四)酶催化反应动力学，(一)酶催化反应的特点，反应条件温和：常温、常压、接近中性的pH催化效率。 用分子比表示，酶催化比非催化剂的反应速度快1081020倍，比其他

15、催化剂反应高1071013。例1:H2O2H2OO2 ()Fe2催化剂10-5mol/s ()H2O2E催化剂105mol/sE的催化能力高的例2 :已知催化反应最快的是无水碳酸酶催化剂。 CO2H2O H2CO3能够比非酶催化剂催化剂每秒6105个CO2分子和水盐化学基H2CO3快107倍。 酶催化剂的作用是特异性的。 通常，酶催化剂起作用的物质称为该酶催化剂的基质(substrate )。 一种酶催化剂只作用于一种或一种基质。 反应专一性(结合专一性):这些个的酶催化剂专一性低，可以催化具有相同化学键和化学基的基质进行某种反应。 史黛拉酶基质专一性：只催化特定的基质发生特定的反应。 乌土卫

16、五酶只是催化尿素，而且只是水解作用反应的立体化学专一性：表现为对基质构象有特殊要求。 l乳酸脱氢酶只能催化l乳酸的氧化，但对d乳酸不起作用。 酶催化剂的催化活性与补酶催化剂、辅助化学基及金属络离子有关。 辅助因子可分为辅助酶催化剂和辅助酶催化剂：与酶催化剂蛋白松弛结合，可通过透析或其它方法从全酶催化剂中清除，如NADH、ATP或各种维生素辅助化学基：共价键和酶催化剂蛋白结合，难以透析清除，如Ca2、Co2、Zn2、Mg2等金属络离子、酶催化剂容易失活。 所有使蛋白质变性的因素都会破坏酶催化剂，完全失去活性酶活力的调节控制。 在各个层面进行，酶催化剂层面的控制方式有抑制调节、共有修饰调节、反馈调

17、节、酶活力化、荷尔蒙激素控制等。 (2)酶催化剂催化反应机理，1酶的活性中心是指在酶催化剂分子中直接与底物结合，而与酶催化剂催化作用直接相关的部位。 (1)结合化学基：与s结合的化学基。 (2)催化化学基：直接参与催化反应的化学基。 酶催化剂的活性部位不仅确定了酶催化剂的专一性，还起到了确定e的催化性质的作用。 活性部位的所有化学基都是必需的化学基，并且除了活性部位之外，必需的化学基还包括维持空间星座所需的其他化学基。 2酶催化的特异性作用机制假说(1)摇滾乐密钥的学说： 1890年Fisher提出。 该学说认为酶催化剂的自然构象具有刚性，只要基质分子结构稍有差异，就不会被酶催化剂分子吸收，不

18、会被酶催化剂催化。 (2)诱导适合假设：Koshland提出，当酶催化剂分子接近基质时，酶催化剂蛋白被基质分子诱导，其构象发生了有利于基质结合的变化，酶催化剂和基质互补地发生楔结合反应。 3 .中间配合物学说：底物首先与酶催化剂和不稳定的中间配合物结合，其次分析释放酶催化剂和底物，分别为H2O2过氧化酶(H2O2过氧化酶) ( 褐色) (红色) 6455878488nm56550nm(h2o2过氧化酶) AH2过氧化酶A 2H2O (红色) (褐色)， (三)酶催化反应的速率理论1概念：在反应体系中，任何反应分子都有进行化学反应的可能性，但是只有能量超过一定限度(能量阈值)的活化分子在碰撞中发生化学反应。 能量门限激活能：激活分子处于激活状态，激活能激活状态和常态的能量差，即分子从常态转变为激活状态所需的能量。 达到或超过能量阈值的分子活化分子越多，反应速度越快。 提高活化分子数量的途径是加热反应体系，降低激活能。 2、酶催化剂有效催化的理论酶催化能降低激活能，为非酶催化的1/3以下。 (1)邻近效应和取向效应邻近效应：酶催化剂、底物结合而形成配合物时，底物分子与底物分子之间、酶催化剂的催化剂