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1、酶工程酶工程ppt第一章第一章 第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程第一节第一节 酶工程概述酶工程概述第二节第二节 酶的催化特点及影响因素酶的催化特点及影响因素第三节第三节 酶的活力测定酶的活力测定第四节第四节 酶反应动力学酶反应动力学第一章第一章 酶工程基础酶工程基础 第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程第一节第一节 酶工程概述酶工程概述一、酶及酶工程的研究意义一、酶及酶工程的研究意义 酶是生物催化剂，其化学本质包括酶是生物催化剂，其化学本质包括蛋白质蛋白质和和核核酸酸两大类。两大类。酶是生命活动的产物，又是生命活动不可缺少酶是生命活动的产物，又是生命活动不可缺少的成分。
2、研究酶与生命活动、代谢调节、遗传疾病的成分。研究酶与生命活动、代谢调节、遗传疾病以及生长发育的关系，对于阐明生命现象的本质及以及生长发育的关系，对于阐明生命现象的本质及其规律具有重要的意义。其规律具有重要的意义。第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程 酶的生产和应用的技术过程称为酶的生产和应用的技术过程称为酶工程酶工程。酶工。酶工程是现代生物技术四大工程技术之一，同其他技术程是现代生物技术四大工程技术之一，同其他技术相互交叉，相互促进和发展。相互交叉，相互促进和发展。酶作为一种生物催化剂，同无机催化剂相比，酶作为一种生物催化剂，同无机催化剂相比，具有催化效率高、专一性强、反应条件温和等
3、优点，具有催化效率高、专一性强、反应条件温和等优点，使得酶能够在食品、轻工、医药、化工、能源、环使得酶能够在食品、轻工、医药、化工、能源、环保、科研等领域得到广泛的应用。保、科研等领域得到广泛的应用。酶工程技术的研究对于改善人类生活，促进社酶工程技术的研究对于改善人类生活，促进社会发展具有重要的意义。会发展具有重要的意义。第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程（一）酶的原始利用（一）酶的原始利用二、酶的研究简史二、酶的研究简史最早最早40004000年前的夏禹时代年前的夏禹时代酿酒技术酿酒技术公元前公元前1010世纪世纪豆酱的制作豆酱的制作27002700年前的周代年前的周代利用麦芽制
4、麦芽糖（饴糖）利用麦芽制麦芽糖（饴糖）25002500年前年前利用酒曲治疗消化疾病利用酒曲治疗消化疾病春秋战国时期春秋战国时期漆酶制作油漆漆酶制作油漆中中国国最早最早60006000年前年前古巴比伦人利用麦芽酿酒古巴比伦人利用麦芽酿酒古埃及时代古埃及时代酵母发酵面包酵母发酵面包西西方方 第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程（二）酶的发现和发展（二）酶的发现和发展 1833 Payen1833 Payen和和PersozPersoz从大麦芽中分离出淀粉酶。从大麦芽中分离出淀粉酶。1897 1897 巴克纳兄弟发现酵母细胞抽提物可发酵酒精。巴克纳兄弟发现酵母细胞抽提物可发酵酒精。1894
5、 1894 费歇尔建立钥匙费歇尔建立钥匙-锁理论。锁理论。1961 Monod1961 Monod提出提出“变构模型变构模型”。1913 1913 米彻利斯和曼吞建立米氏方程。米彻利斯和曼吞建立米氏方程。1926 1926 萨姆纳得到尿酶结晶，证实酶的蛋白质本质。萨姆纳得到尿酶结晶，证实酶的蛋白质本质。1982 Cech1982 Cech和和AltmanAltman分别发现了核酶。分别发现了核酶。1995 Cuenoud1995 Cuenoud发现部分发现部分DNADNA分子也有催化功能。分子也有催化功能。第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程（三）酶工程的发展概况（三）酶工程的发展概
6、况 1919世纪末期之前，酶的生产世纪末期之前，酶的生产提取法。提取法。1919世纪末期，酶的大规模应用世纪末期，酶的大规模应用酒曲的固体发酵。酒曲的固体发酵。2020世纪世纪4040年代，液体深层通风发酵技术的开发。年代，液体深层通风发酵技术的开发。19601960年，雅各布和莫诺德提出年，雅各布和莫诺德提出“操纵子学说操纵子学说”。分离技术发展，使酶的应用从粗酶到高纯度酶。分离技术发展，使酶的应用从粗酶到高纯度酶。第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程 2020世纪世纪5050年代，酶分子修饰和固定化技术发展。年代，酶分子修饰和固定化技术发展。2020世纪世纪6060年代，模拟酶技
7、术的发展。年代，模拟酶技术的发展。2020世纪世纪7070年代，酶的基因工程技术发展。年代，酶的基因工程技术发展。2020世纪世纪8080年代，酶的非水相催化技术发展。年代，酶的非水相催化技术发展。第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程第二节第二节 酶的催化特点及影响因素酶的催化特点及影响因素一、酶的催化特点一、酶的催化特点 （1 1）极高的催化效率极高的催化效率（2 2）高度的专一性高度的专一性（3 3）活性的可调节性活性的可调节性（4 4）活性的不稳定性活性的不稳定性绝对专一性，相对专一性，立体异构专一性绝对专一性，相对专一性，立体异构专一性 第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工
8、程酶工程二、影响酶催化作用的因素二、影响酶催化作用的因素1.1.底物浓度的影响底物浓度的影响 2.2.产物浓度的影响产物浓度的影响 3.3.酶浓度的影响酶浓度的影响 =E 4.4.温度的影响温度的影响 SVmaxKm1/2Vmax5.5.pH pH的影响的影响 T(pH)第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程6.6.抑制剂的影响抑制剂的影响（1 1）不可逆的抑制作用不可逆的抑制作用（2 2）可逆的抑制作用可逆的抑制作用竞争性可逆抑制、非竞争性可逆抑制、反竞争性可逆抑制竞争性可逆抑制、非竞争性可逆抑制、反竞争性可逆抑制7.7.激活剂的影响激活剂的影响（1 1）无机离子激活剂无机离子激活剂
9、 ClCl-,Br,Br-,I,I-,Zn,Zn2+2+,Mg,Mg2+2+,Ca,Ca2+2+,Na,Na+（2 2）小分子有机化合物小分子有机化合物 抗坏血酸，半胱氨酸，谷胱甘肽抗坏血酸，半胱氨酸，谷胱甘肽（3 3）生物大分子激活剂生物大分子激活剂 激酶激酶 第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程第三节第三节 酶的活力测定酶的活力测定 酶活力，又称酶活性，是指酶催化某一化学反应的酶活力，又称酶活性，是指酶催化某一化学反应的能力，酶活力可用酶催化的某一化学反应的速率来表示。能力，酶活力可用酶催化的某一化学反应的速率来表示。反应速率越大，酶活力越高。因此，酶活力的测定实际上反应速率越大
10、，酶活力越高。因此，酶活力的测定实际上就是通过测定酶所催化的化学反应的速率来测定的。化学就是通过测定酶所催化的化学反应的速率来测定的。化学反应的速率可用单位时间内底物的减少量或产物的增加量反应的速率可用单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示。来表示。第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程一、酶活力单位一、酶活力单位 酶活力单位是表示酶量多少的单位。不同的酶，测酶活力单位是表示酶量多少的单位。不同的酶，测定方法不同，反应条件不同，对活力单位的定义也不相定方法不同，反应条件不同，对活力单位的定义也不相同。同。国际酶活力单位（国际酶活力单位（IU）:在特定条件下，每分钟催化在特定条件下，
11、每分钟催化1umol的底物转化为产物的酶量。的底物转化为产物的酶量。酶活力单位酶活力单位催量（催量（kat）:在最适条件下，每秒在最适条件下，每秒钟催化钟催化1mol1mol的底物转化为产物的酶量。的底物转化为产物的酶量。1kat=1mol/s=60mol/min=6107IU 第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程二、酶的比活力二、酶的比活力 在特定条件下，单位质量的酶（蛋白或在特定条件下，单位质量的酶（蛋白或RNA)所具所具有的酶活力单位数称为酶的比活力。有的酶活力单位数称为酶的比活力。酶的比活力酶的比活力=酶活力（酶活力（U）/mg（蛋白或（蛋白或RNA)酶的比活力可用来表示酶制
12、剂的纯度或活力的高低。酶的比活力可用来表示酶制剂的纯度或活力的高低。第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程三、酶的转换数和催化周期三、酶的转换数和催化周期 转换数转换数（Kcat）:单位时间内，酶分子中每个单位时间内，酶分子中每个活性中心或每个酶分子所能转化的底物分子数。活性中心或每个酶分子所能转化的底物分子数。催化周期催化周期（T）:指酶进行一次催化所需的指酶进行一次催化所需的时间。时间。T=1/Kcat 第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程四、酶活力的测定方法四、酶活力的测定方法（一）终止法（一）终止法1.1.化学法化学法2.2.放射性化学法放射性化学法3.3.酶偶联法酶
13、偶联法（二）连续反应法（二）连续反应法1.1.光谱吸收法光谱吸收法2.2.量气法量气法3.3.量热法量热法4.4.酶偶联的连续法酶偶联的连续法 第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程（三）酶活力测定中应注意的问题（三）酶活力测定中应注意的问题 1.1.测定的反应速率必须是初速度，即底物消测定的反应速率必须是初速度，即底物消耗量在耗量在5%5%以内，或产物形成量占总产量的以内，或产物形成量占总产量的15%15%以下以下的速度。的速度。2.2.底物浓度、辅因子的浓度必须远大于酶浓底物浓度、辅因子的浓度必须远大于酶浓度；反应条件为酶的最适条件；反应系统中不含度；反应条件为酶的最适条件；反应系
14、统中不含酶的激活剂、抑制剂，底物自身不能裂解。酶的激活剂、抑制剂，底物自身不能裂解。第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程第四节第四节 酶反应动力学酶反应动力学一、米氏方程一、米氏方程最简单的酶促反应方程式为：最简单的酶促反应方程式为：E+SESE+P反应速度与底物浓度之间的关系为：反应速度与底物浓度之间的关系为：第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程二、米氏方程的意义二、米氏方程的意义 （1）通过酶反应动力学常数可以反映出反应性质、）通过酶反应动力学常数可以反映出反应性质、反应条件、反应速度之间的关系反应条件、反应速度之间的关系 （2）明显反映了反应速度与底物浓度之间的关系。）明显反映了反应速度与底物浓度之间的关系。（3）反映了反应速度与酶浓度之间的关系。）反映了反应速度与酶浓度之间的关系。第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程三、动力学常数三、动力学常数 Km 和和 Vm 的求取的求取1.Linewear-Burk 作图法作图法1 1/1 1/Vm-1-1/Km01 1/S 第一章第一章 酶工程基础酶工程基础酶工程酶工程2.Hames-Woolf 作图法作图法3.Eadie Hofstee 作图法作图法S/Km/Vm-Km0S0Km/VmVmVm/Km