酶的基本概念与发展简史.ppt

1、第一章 绪论,酶 ？,概念：具有生物催化功能的生物大分子 化学组成：蛋白类酶（P酶）和 核酸类酶（R酶） 产生方式： 1）自发调控产生： 动物、植物、微生物细胞都可以在适宜条件下产生 2）人工调控产生： 定向大量产生所需的酶 特点： 1）催化效率高； 2）专一性强； 3）作用条件温和。 用途： 医药、食品、轻工、化工、环保、能源、生物工程等领域。,酶工程 ？,概念：对酶进行生产和应用的技术过程。 主要内容： 微生物细胞发酵产酶； 动植物细胞培养产酶； 酶的提取与分离纯化； 酶的分子修饰； 酶的固定化（游离酶、原生质、细胞）； 酶的非水相催化； 酶反应器； 酶的应用。 主要任务： 经过预先设计，

2、通过人工操作，获得人们所需要的酶，并通过各种方法使酶充分发挥其催化功能。,第一节 酶的基本概念与发展简史,不自觉的应用：酿酒、造酱、制饴、治病 主动性研究：酶学的产生（消化与发酵现象）和发展,1. 不自觉的应用（中国）,几千年来，人们不自觉地在生活中利用酶来制造食品和治疗疾病！ 文献记载： 4000多年前（夏禹时代），酿酒技术； 3000多年前（周朝），制造饴糖、食酱； 2500多年前（春秋战国），麴来治疗消化不良。,19世纪30年代开始，人们才真正认识到酶的存在和作用。此后，人们对酶的认识经历了一个不断发展和逐步深入的过程。 （1）对消化的研究 1777年，意大利物理学家斯巴兰沙尼Spall

3、anzani 山鹰实验。 1822年，美国外科医生博蒙特 Beaumont 研究食物在胃里的消化。 19世纪30年代，德国科学家施旺 Schwann获得胃蛋白酶（腐败和发酵实验中）。,2. 主动性研究（国外）,（2）对发酵的研究 1684年，比利时医生Helment提出 ferment引起酿酒过程中物质变化的因素（酵素）。 1833年，法国化学家Payen和Person 用酒精处理麦芽抽提液，得到淀粉酶（diastase）。 1839 年，德国化学家李比希（Liebig）提出发酵过程中酵母起着机械作用（酶 = 化学催化剂 ）。 1857年Pasteur等人提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果。活酵

4、母细胞内有一种物质，可使糖发酵生成乙醇。 1878年，德国科学家Khne提出 enzyme从活生物体中分离得到的酶，意思是“在酵母中”（希腊文）。,Buchner兄弟的试验,1896年，巴克纳兄弟用细砂研磨酵母细胞，压取汁液，汁液不含活细胞，但仍能使糖发酵生成酒精和二氧化碳。 证明：发酵与细胞的活动无关 酶活细胞产生的，能在细胞内外起作用的（催化）生理活性物质。,酶的化学本质研究（蛋白酶的确立） 1926年美国康乃尔大学的萨姆纳（Summer）从刀豆中提取出脲酶的结晶,并证明它具有蛋白质的性质。 19301936年Northrop等得到了胃蛋白酶（pepsin）、胰蛋白酶（trypsin）等的

5、结晶，证实并确立了酶是蛋白质的化学本质。,3. 酶学研究的快速发展,是否所有的酶都是 蛋白质 ？,酶的化学本质的拓展（核酶的发现） 1982年,切克(Cech)等发现四膜虫细胞rRNA前体具有自我剪贴功能，发现：催化功能的RNA-核酶(ribozyme)。 1983年，阿尔特曼（Almant）等发现核糖核酸酶P（RNase P）的RNA部分M1 RNA 具有核糖核酸酶P的催化活性，而该酶的蛋白质部分C5蛋白却没有酶活性。 （核酶的发现，改变了酶的概念-“酶是具有生物催化功能的生物大分子（蛋白质 或 RNA）”，Cech 和 Altman 为此共同获得了1989年度诺贝尔化学奖：不仅为探索RNA

6、的复制能力提供了线索，而且说明了最早的生命物质是同时具有生物催化功能和遗传功能的RNA，打破了蛋白质是生物起源的定论） 酶分两大类：主要由蛋白质组成蛋白类酶（P酶） 主要由核糖核酸组成核酸类酶（R酶）,酶催化的理论研究 1894年Fisher提出酶与底物作用的“锁与钥匙” 学说。 1903年Henri提出酶与底物作用的中间复合物学说。 1913年Michaelis等导出米氏方程,1925年Briggs等进一步修改米氏方程并提出稳态学说。 1958年， Koshland提出诱导契合学说。 1960年,雅各(Jacob)和莫诺得(Monod)提出操纵子学说,阐述了酶生物合成的基本调节机制。,酶的其

7、它理论研究 1963年Hirs等测定了核糖核酸酶(RNase)的氨基酸顺序。 1965年Phillips首次用X射线晶体衍射技术阐明鸡蛋溶菌酶的三维结构。 1969年Merrifielid等人工合成具有酶活性RNase。 1986年Schultz等人研制成了抗体酶（abzyme，具有催化性质的抗体）。 1997年Boyer等人阐明了ATP合酶合成和分解ATP的分子机制。,酶学研究中的诺贝尔化学奖,1907年 巴克纳 (Edward Buchner,18601907) 德国人，发现无细胞发酵现象。 1929年 哈登 (Sir Arthur Harden，18651940) 英国人，研究糖的发酵作

8、用及其与酶的关系；奥伊勒(Sir Arthur Harden，18651940) 瑞典人，研究辅酶。 1946年 萨姆纳（James Batcheller Sumner,1887-1955）美国人，发现结晶蛋白酶；诺思罗普(John Howard Northrop，1891) 美国人，制备绩效状态的酶和病毒蛋白质；斯坦利 (Wendell Meredith Stanley，19041971) 美国人，制备绩效状态的酶和病毒蛋白质。 1957年 托德(Sir Alexander Robertus Todd,1907-) 英国人，研究核苷酸和核苷酸辅酶。 1972年 安芬林 (Christian Borhmer Anfinsen，1916-) 美国人，研究酶化学的基本理论；摩雷(Stanford Moore，1913-1982) 美国人，研究酶化学的基本理论 ；斯坦(William HStein，19111980 ) 美国人，研究酶化学的基本理论。 1989年 切赫(TRce