1、1第七章第七章 酶工程基本原理酶工程基本原理第一節第一節 酶工程概述酶工程概述第二節第二節 酶工程基本技術及應用實例酶工程基本技術及應用實例2第一節第一節 酶工程概述酶工程概述一、酶工程一、酶工程二、酶的分類及命名二、酶的分類及命名三、酶的特點與活性三、酶的特點與活性四、酶的生產方法四、酶的生產方法the engineering of enzyme says allthe engineering of enzyme says all3c cohoho oh hnhnhc cnhnho o- h- h2 2o o一、酶工程一、酶工程1.1.什么是酶什么是酶 酶（酶（enzymeenzyme）是生

2、物體內活細胞所產生的一種具有特殊催化功能的一）是生物體內活細胞所產生的一種具有特殊催化功能的一類蛋白質類蛋白質( (少數為少數為rna)rna)或其復合體，是生物催化劑。或其復合體，是生物催化劑。 例如：例如：由胰腺分泌的胰蛋白酶（由胰腺分泌的胰蛋白酶（肽鏈內切酶），它能把多肽鏈中賴氨肽鏈內切酶），它能把多肽鏈中賴氨酸和精氨酸殘基中的羧基側切斷。酸和精氨酸殘基中的羧基側切斷。nhnh(ch(ch2 2) )4 4chchcoohcooh nhnh2 2(ch(ch2 2) )4 4chchc co oohoho on nh hnhnhhnhno on nh hnhnh精氨酸殘基精氨酸殘基賴氨酸

3、殘基賴氨酸殘基42.2.酶促進反應酶促進反應 酶促進反應是指酶的催化反應，是反應物（又稱為底物）在酶的催化酶促進反應是指酶的催化反應，是反應物（又稱為底物）在酶的催化作用下所進行的反應。作用下所進行的反應。例如：例如：葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化下氧化成葡萄糖酸。葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化下氧化成葡萄糖酸。葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶chch2 2ohoh(choh)(choh)4 4chochocoohcooh(choh)(choh)4 4chocho+ o+ o2 2+ h+ h2 2o o底物底物(substrate)(substrate)3.3.酶工程酶工程 酶工程就是通過酶或微生物細胞，動

4、植物細胞，細胞器等在一定的生酶工程就是通過酶或微生物細胞，動植物細胞，細胞器等在一定的生物反應裝置中，利用酶所具有的特殊生物催化功能，借助工程手段將相應物反應裝置中，利用酶所具有的特殊生物催化功能，借助工程手段將相應的原料轉化成有用物質并應用于社會生活的工程技術科學。它包括酶制劑的原料轉化成有用物質并應用于社會生活的工程技術科學。它包括酶制劑的制備，酶的固定化，酶的修飾與改造及酶反應器等方面內容。酶工程是的制備，酶的固定化，酶的修飾與改造及酶反應器等方面內容。酶工程是現代生物工程的重要組成部分。現代生物工程的重要組成部分。5二、酶的分類與命名二、酶的分類與命名 國際生物化學聯合會酶學委員會（國

5、際生物化學聯合會酶學委員會（enzyme commission enzyme commission ，ecec）根據酶）根據酶所催化的反應類型，將酶分為所催化的反應類型，將酶分為 6 6大類。即：大類。即：1.1.酶的分類酶的分類氧化還原酶類（氧化還原酶類（oxido-reductasesoxido-reductases）轉移酶類（轉移酶類（transferasestransferases）水解酶類（水解酶類（hydrolaseshydrolases）裂解酶類（裂解酶類（lyaseslyases）異構酶類（異構酶類（isomerasesisomerases）合成酶類（合成酶類（syntheta

6、sessynthetases）6氧化還原酶類氧化還原酶類 氧化還原酶類用于催化氧化還原反應。生物體內的氧化還原反應多以氧化還原酶類用于催化氧化還原反應。生物體內的氧化還原反應多以脫氫、加氫的方式進行。脫氫為氧化，加氫為還原。氧化還原酶類是生物脫氫、加氫的方式進行。脫氫為氧化，加氫為還原。氧化還原酶類是生物獲取能量的一種重要酶。獲取能量的一種重要酶。 例如：例如：葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化下氧化成葡萄糖酸。葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化下氧化成葡萄糖酸。葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶chch2 2ohoh(choh)(choh)4 4chochocoohcooh(choh)(choh)4 4chocho+

7、 o+ o2 2+ h+ h2 2o o 又如：又如：細胞內乙醇在乙醇脫氫酶的催化下轉化為乙醛，使乙醇脫氫酶細胞內乙醇在乙醇脫氫酶的催化下轉化為乙醛，使乙醇脫氫酶的輔酶的輔酶nadnad還原為還原為ndahndah2 2。chch3 3chch2 2ohoh乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶chch3 3c ch ho onad nadhnad nadh2 27轉移酶類轉移酶類 轉移酶類用于催化功能基團的轉移反應。轉移酶類是生物代謝及能轉移酶類用于催化功能基團的轉移反應。轉移酶類是生物代謝及能量轉移的一種重要酶。量轉移的一種重要酶。例如：例如：氨基酸的代謝。氨基酸的代謝。谷丙轉氨酶谷丙轉氨酶coohcooh

8、(ch(ch2 2) )2 2hcnhhcnh2 2+ + c co o + +chocho己糖激酶己糖激酶atp adpatp adp 又如：又如：葡萄糖在己糖激酶的催化下，被活化為葡萄糖在己糖激酶的催化下，被活化為6-6-磷酸葡萄糖，使底物磷酸葡萄糖，使底物分子上的高能磷酸基團轉移到分子上的高能磷酸基團轉移到 adp adp 分子上。分子上。coohcoohchch3 3coohcooh谷氨酸谷氨酸丙酮酸丙酮酸coohcooh(ch(ch2 2) )2 2hcnhhcnh2 2c co ocoohcoohchch3 3coohcooh-酮戊二酮戊二酸酸丙氨酸丙氨酸chch2 2ohoh+

9、co+ co2 2(choh)(choh)4 4chochochch2 2o op p(choh)(choh)4 48水解酶類水解酶類 水解酶類用于催化底物發生水解反應，水解酶在生物體內擔負降解的水解酶類用于催化底物發生水解反應，水解酶在生物體內擔負降解的作用。水解酶類是當前應用最廣泛的一種重要酶。作用。水解酶類是當前應用最廣泛的一種重要酶。例如：例如：淀粉的水解淀粉的水解水解水解 又如：又如：蛋白質在蛋白酶的催化下水解蛋白質在蛋白酶的催化下水解淀粉酶淀粉酶(c(c6 6h h1010o o5 5) )n n + nh+ nh2 2o o淀粉淀粉ncnc6 6h h1212o o6 6葡萄糖葡

10、萄糖蛋白質蛋白質 多肽多肽 氨基酸氨基酸蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶水解水解9裂解酶類裂解酶類 裂解酶類用于催化底物發生非水解性、非氧化性分解反應。這類反應裂解酶類用于催化底物發生非水解性、非氧化性分解反應。這類反應在生物體代謝中起著重要作用，其特點是通過反應分離出在生物體代謝中起著重要作用，其特點是通過反應分離出 h h2 2o o、nhnh3 3、coco2 2 及醛等小分子，使底物留下雙鍵；或反過來催化底物的雙鍵加成反應。及醛等小分子，使底物留下雙鍵；或反過來催化底物的雙鍵加成反應。天冬氨酸酶天冬氨酸酶例如：例如：天冬氨酸的裂解天冬氨酸的裂解hooc-chhooc-chnhnh2 2hooc

11、-chhooc-ch2 2hooc-chhooc-chhooc-chhooc-ch+ nh+ nh3 3 又如，溶菌酶是一種能裂解致病菌中黏多糖的堿性酶。主要通過破壞又如，溶菌酶是一種能裂解致病菌中黏多糖的堿性酶。主要通過破壞細胞壁中的細胞壁中的n-n-乙酰胞壁酸和乙酰胞壁酸和n-n-乙酰氨基葡糖之間的乙酰氨基葡糖之間的-1,4-1,4糖苷鍵，使細胞糖苷鍵，使細胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，導致細胞壁破裂內容物逸出而使細菌壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，導致細胞壁破裂內容物逸出而使細菌溶解。溶解。106 6磷酸葡萄糖異構酶磷酸葡萄糖異構酶異構酶類異構酶類 異構酶類用于催化底物發生異構反應，

12、包括旋光（或立體）異構、順異構酶類用于催化底物發生異構反應，包括旋光（或立體）異構、順反異構、分子內氧化還原及分子內轉移等。反異構、分子內氧化還原及分子內轉移等。例如：例如：葡萄糖異構反應生成果糖葡萄糖異構反應生成果糖o oohohohohohohhohochch2 2ohoho oohohohohohohhohochch2 2ohoh葡萄糖異構酶葡萄糖異構酶chochoh hc cohohhohoc ch hh hc cohohh hc cohohchch2 2opoopo3 32-2-chochoc co ohohoc ch hh hc cohohh hc cohohchch2 2opoo

13、po3 32-2-11合成酶類合成酶類 合成酶又稱為連接酶合成酶又稱為連接酶(ligases)(ligases)，常用于催化使兩個底物連接成一個，常用于催化使兩個底物連接成一個分子。此類反應在生物體內關聯著許多重要生命物質（如：蛋白質、脂分子。此類反應在生物體內關聯著許多重要生命物質（如：蛋白質、脂肪）的合成。肪）的合成。 例如：例如：丙酮酸羧化酶利用丙酮酸羧化酶利用 atp atp 分解釋放的能量催化丙酮酸與分解釋放的能量催化丙酮酸與 coco2 2 合合成草酰乙酸成草酰乙酸coohcooh丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶c co ochch3 3+ co+ co2 2atp adpatp adpc

14、hch2 2 -cooh-coohcoohcoohc co o122.2.酶的命名酶的命名 酶的命名方法有系統命名法和習慣命名法兩種。系統命名法是根據酶的命名方法有系統命名法和習慣命名法兩種。系統命名法是根據國際生物化學聯合會酶學委員會的命名規則進行的命名；習慣命名法常國際生物化學聯合會酶學委員會的命名規則進行的命名；習慣命名法常根據底物名稱和反應類型進行命名。根據底物名稱和反應類型進行命名。系統命名系統命名 國際酶學委員會規定，酶的名稱包括兩部分。即：國際酶學委員會規定，酶的名稱包括兩部分。即： 酶的系統名稱酶的系統名稱 分類編號（分類編號（4 4個數字）個數字） 酶的系統名稱應包括底物名稱

15、、反應類型；若有兩種底物，將其名酶的系統名稱應包括底物名稱、反應類型；若有兩種底物，將其名稱列出，并用稱列出，并用“：”隔開；若底物之一為水，則可略去。隔開；若底物之一為水，則可略去。 分類編號為：分類編號為：ec ec * *. .* *. .* *. .* *（4 4個數字）個數字） ec ec 為國際酶學委員會的英文縮寫，前三個數字分別表示酶所屬的為國際酶學委員會的英文縮寫，前三個數字分別表示酶所屬的大類、亞類、亞亞類，第大類、亞類、亞亞類，第4 4個數字表示該酶在亞亞類中占有的位置。個數字表示該酶在亞亞類中占有的位置。 這樣，根據這這樣，根據這4 4個數字就可以確定具體的酶。個數字就可

16、以確定具體的酶。13例如：催化下述反應的乳酸脫氫酶例如：催化下述反應的乳酸脫氫酶系統名稱系統名稱 l-l-乳酸：乳酸：nadnad氧化還原酶氧化還原酶分類編號分類編號 ec1.1.1.27ec1.1.1.27+ nad + nadh+ nad + nadh2 2乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶o oohohohoho oo oohohl-l-乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸習慣命名習慣命名 習慣命名通常也是根據底物名稱及反應類型進行命名，但沒有系統習慣命名通常也是根據底物名稱及反應類型進行命名，但沒有系統命名法嚴格、詳細。命名法嚴格、詳細。 例如，上述催化例如，上述催化 l-l-乳酸脫氫的酶乳酸脫氫的酶乳酸脫氫酶。

17、乳酸脫氫酶。14三、酶的特點與活性三、酶的特點與活性1.1.酶的催化特點酶的催化特點 酶作為一種特殊的催化劑，除了與一般催化酶作為一種特殊的催化劑，除了與一般催化劑共同具有：劑共同具有：“反應前后其量化學性質不發生改反應前后其量化學性質不發生改變變”、“改變反應速度改變反應速度”、“不改變化學反應平不改變化學反應平衡點衡點”外，還具有如下幾個方面的特點。外，還具有如下幾個方面的特點。 酶的催化效率非常高，是其它無機（或有機）催化劑的酶的催化效率非常高，是其它無機（或有機）催化劑的10106 6-10-1013 13 倍。倍。例如：雙氧水的催化分解反應例如：雙氧水的催化分解反應催化效率高催化效率

18、高2h2h2 2o o2 2 2h 2h2 2o + oo + o2 2催化劑催化劑用用 fefe2+ 2+ 做催化劑做催化劑 催化效率為：催化效率為：6 61010-4 -4 mol/(mols)mol/(mols)用過氧化氫酶催化用過氧化氫酶催化 催化效率為：催化效率為：6 610106 6 mol/(mols)mol/(mols)問題：問題： 什么是催化劑？什么是催化劑？15高度的專一性高度的專一性 酶的專一性是指酶對其作用的底物有嚴格的選擇性，一種酶只能催化酶的專一性是指酶對其作用的底物有嚴格的選擇性，一種酶只能催化某一類，甚至某一種物質起化學變化。某一類，甚至某一種物質起化學變化。

19、根據酶的專一性情況，我們可將其分為三類。即：根據酶的專一性情況，我們可將其分為三類。即：h h2 2n-co-nhn-co-nh2 2 + h + h2 2o 2nho 2nh3 3 + co+ co2 2脲酶脲酶絕對專一性絕對專一性 一種酶只能催化一種底物使其發生特定的化學反應。例如，脲酶只能一種酶只能催化一種底物使其發生特定的化學反應。例如，脲酶只能催化尿素水解。催化尿素水解。相對專一性相對專一性 一種酶只對具有相同化學鍵或基團的底物都能進行某種類型的催化反一種酶只對具有相同化學鍵或基團的底物都能進行某種類型的催化反應。例如，酯酶催化酯鍵的水解。應。例如，酯酶催化酯鍵的水解。立體專一性立體

20、專一性 一種酶只對具有某種立體化學結構的底物進行某種類型的催化反應。一種酶只對具有某種立體化學結構的底物進行某種類型的催化反應。例如，例如，l-l-乳酸脫氫酶只能催化乳酸脫氫酶只能催化l-l-乳酸氧化，對乳酸氧化，對 d-d-乳酸不起作用。乳酸不起作用。16要求反應條件溫和要求反應條件溫和 酶是由生物體產生，本身又是蛋白質。因此，酶的催化反應一般只酶是由生物體產生，本身又是蛋白質。因此，酶的催化反應一般只能在常溫、常壓和接近中性的能在常溫、常壓和接近中性的 ph ph 條件下進行。條件下進行。 一般來說，動物體內的酶最適溫度在一般來說，動物體內的酶最適溫度在3535到到4040攝氏度之間，植物

21、體內攝氏度之間，植物體內的酶最適溫度在的酶最適溫度在 40-50 40-50 ；動物體內的酶最適；動物體內的酶最適 ph ph 大多在大多在 6.5-8.0 6.5-8.0 之之間，但也有例外，如胃蛋白酶的最適間，但也有例外，如胃蛋白酶的最適 ph ph 為為1.51.5，植物體內的酶最適，植物體內的酶最適 phph大多在大多在4.5-6.54.5-6.5之間。之間。 這一特性對以酶為催化劑的工業生產，可有效地實現節能，減耗的這一特性對以酶為催化劑的工業生產，可有效地實現節能，減耗的目的。目的。活性調節機制復雜活性調節機制復雜 酶的活性在生物體內受到多方面因素的調節與控制。生物體內酶與酶的活性

22、在生物體內受到多方面因素的調節與控制。生物體內酶與酶之間、酶與其它蛋白質之間存在著若干相互作用，機體通過調節酶的酶之間、酶與其它蛋白質之間存在著若干相互作用，機體通過調節酶的活性和量，控制代謝速度，以滿足生命的各種需要。活性和量，控制代謝速度，以滿足生命的各種需要。172.2.酶的催化活性酶的催化活性 蛋白質按其組成可分為單純蛋白質和結合蛋白質兩大類。單純蛋白質蛋白質按其組成可分為單純蛋白質和結合蛋白質兩大類。單純蛋白質完全水解后，得到的最終產物是氨基酸；結合蛋白質是由單純蛋白質和非完全水解后，得到的最終產物是氨基酸；結合蛋白質是由單純蛋白質和非蛋白質組成，非蛋白質部分稱之為輔基。蛋白質組成，

23、非蛋白質部分稱之為輔基。 例如：核蛋白（含核酸）、糖蛋白（含多糖）、脂蛋白（含脂類）、例如：核蛋白（含核酸）、糖蛋白（含多糖）、脂蛋白（含脂類）、磷蛋白（含磷酸）、金屬蛋白（含金屬）等。磷蛋白（含磷酸）、金屬蛋白（含金屬）等。 酶同樣也可分為單純酶和結合酶兩大類。單純酶是由單純蛋白質組成酶同樣也可分為單純酶和結合酶兩大類。單純酶是由單純蛋白質組成的酶，其催化活性僅由其酶蛋白部分決定；而結合酶的酶，其催化活性僅由其酶蛋白部分決定；而結合酶是由單純蛋白質和非是由單純蛋白質和非蛋白質組成，蛋白質組成，其催化活性除酶蛋白部分外，還需要金屬離子或其它小分子其催化活性除酶蛋白部分外，還需要金屬離子或其它小

24、分子有機化合物作為酶的輔助因子。有機化合物作為酶的輔助因子。酶的組成酶的組成全酶全酶 酶蛋白酶蛋白 輔助因子輔助因子（結合酶）（結合酶） （輔酶、輔基、金屬離子）（輔酶、輔基、金屬離子）18 在全酶中，酶蛋白和輔助因子分別單獨存在時，均無催化活力，只有在全酶中，酶蛋白和輔助因子分別單獨存在時，均無催化活力，只有當兩者結合成全酶時，才能表現出催化活力。酶的輔助因子包括輔酶和輔當兩者結合成全酶時，才能表現出催化活力。酶的輔助因子包括輔酶和輔基。基。輔酶輔酶 輔酶是一類可以將化學基團從一個酶轉移到另一個酶上的輔酶是一類可以將化學基團從一個酶轉移到另一個酶上的“有機小分有機小分子子”，與酶蛋白的結合較

25、為松散，與酶蛋白的結合較為松散，可用透析法將輔酶透析出來可用透析法將輔酶透析出來 。 例如：維生素例如：維生素b b1 1、維生素、維生素b b2 2等。等。h h3 3c cn nn nnhnh2 2n ns schch2 2chch2 2ohohchch3 3+ +clcl- -n nn nn no oh h3 3c ch h3 3c cnhnho ohohoohohohohhoho什么是透析？什么是透析？19資料卡片資料卡片1.1.透析（透析（dialysisdialysis） 所謂透析是指：利用小分子通過所謂透析是指：利用小分子通過半透膜擴散的原理，將半透膜擴散的原理，將小分子與生物大

26、分子小分子與生物大分子分開的一種分離純化技術。分開的一種分離純化技術。半透膜半透膜 半透膜是一種只給某種分子或離子擴散進出的薄膜，對不同質點的通過具有半透膜是一種只給某種分子或離子擴散進出的薄膜，對不同質點的通過具有一定的選擇性的薄膜一定的選擇性的薄膜 。2.2.半透膜（半透膜（semipermeable membranesemipermeable membrane）20 輔基可以是有機化合物，如糖類、脂肪和核酸，也可以是金屬離子或輔基可以是有機化合物，如糖類、脂肪和核酸，也可以是金屬離子或金屬配位化合物。輔基與酶蛋白結合較牢固。金屬配位化合物。輔基與酶蛋白結合較牢固。 因為輔基是與酶蛋白以共

27、價方式結合的金屬離子或一類因為輔基是與酶蛋白以共價方式結合的金屬離子或一類“較小的有機較小的有機化合物化合物”，所以用透析法不能除去。輔基在整個酶促反應過程中始終與酶，所以用透析法不能除去。輔基在整個酶促反應過程中始終與酶的特定部位結合。的特定部位結合。輔基輔基 例如：銅（例如：銅（）是銅藍）是銅藍蛋白的輔基，血紅素是血紅蛋白的輔基，血紅素是血紅蛋白的輔基等。蛋白的輔基等。細胞色素細胞色素c c的輔基與酶蛋白的聯接方式的輔基與酶蛋白的聯接方式 21 酶屬生物大分子，相對分子質量至少在酶屬生物大分子，相對分子質量至少在 1 1萬以上，大的可達到幾百萬以上，大的可達到幾百萬，比底物的分子質量大得多

28、。實驗證明，酶的活性并不與整個分子的萬，比底物的分子質量大得多。實驗證明，酶的活性并不與整個分子的各個部分有關，其活力表現只是集中在某一區域。各個部分有關，其活力表現只是集中在某一區域。 例如。脲酶的相對分子質量為例如。脲酶的相對分子質量為 48 48 萬。但只須用萬。但只須用 4 4 個個 agag+ + 與之結與之結合，其活性則徹底散失。合，其活性則徹底散失。酶的催化活性中心酶的催化活性中心 因為組成酶活性中心的氨基酸殘基的側鏈存在著各種不同的功能基因為組成酶活性中心的氨基酸殘基的側鏈存在著各種不同的功能基團，如：團，如：-nh-nh2 2、-cooh-cooh、-sh-sh、-oh -o

29、h 和咪唑基等，它們來自酶分子多肽鏈和咪唑基等，它們來自酶分子多肽鏈的不同部位。的不同部位。 這些基團有些與底物結合時，起結合基團的作用，有的在催化反應這些基團有些與底物結合時，起結合基團的作用，有的在催化反應中起催化基團的作用，有的既在結合中起作用，又在催化中起作用。所中起催化基團的作用，有的既在結合中起作用，又在催化中起作用。所以常將活性部位的功能基團統稱為必需基團。以常將活性部位的功能基團統稱為必需基團。22 實驗證明，在一定的溫度實驗證明，在一定的溫度和和 ph ph 條件下，當底物濃度大條件下，當底物濃度大大超過酶的濃度時，酶的濃度大超過酶的濃度時，酶的濃度與反應速度呈正比關系；當與

30、反應速度呈正比關系；當酶酶濃度很高時，曲線逐漸趨向平濃度很高時，曲線逐漸趨向平緩。緩。酶的濃度酶的濃度0 01 12 23 34 45 5v v( (酶促進反應初速度酶促進反應初速度) )2 24 46 68 81010ee( (酶濃度酶濃度) )3.3.影響酶活性的因素影響酶活性的因素e + s es e + pe + s es e + p酶酶 底物底物 中間產物中間產物 酶酶 產物產物 酶促反應速度受酶濃度和底物濃度的影響，也受溫度、酶促反應速度受酶濃度和底物濃度的影響，也受溫度、phph、激活劑、激活劑和抑制劑的影響。和抑制劑的影響。 23 米契里斯（米契里斯（michaelismich

31、aelis）和門坦（）和門坦（mentenmenten）根據中間產物學說推導）根據中間產物學說推導出酶促反應速度方程式，即米出酶促反應速度方程式，即米- -門公式。門公式。 底物濃度底物濃度米門公式米門公式v = vv = vmaxmaxssk km m +s+s式中：式中： v v 為酶促進反應初速度；為酶促進反應初速度；v vmax max 為達到極限的最大速度；為達到極限的最大速度；ss為底物為底物反應濃度；反應濃度；k km m 為酶特征性常數。為酶特征性常數。 對于一個給定的酶催化反應，當底物對于一個給定的酶催化反應，當底物濃度濃度ss較低時，酶促進反應速度較低時，酶促進反應速度 v

32、 v 隨著隨著底物濃度的增大底物濃度的增大( (急驟急驟) )增大。增大。 當底物濃度超過當底物濃度超過 1/2v1/2vmaxmax 后，酶促進后，酶促進反應速度增幅逐步減小；當底物濃度增大反應速度增幅逐步減小；當底物濃度增大到一定值后，酶促進反應速度不再與底物到一定值后，酶促進反應速度不再與底物濃度有關。濃度有關。ssv vv vmaxmaxk km m v vmaxmax24反應溫度反應溫度 各種酶在最適溫度范圍內，酶活性最強，酶促反應速度最大。各種酶在最適溫度范圍內，酶活性最強，酶促反應速度最大。 在適宜的溫度范圍內，溫度每升高在適宜的溫度范圍內，溫度每升高1010，酶促反應速度可以相

33、應提，酶促反應速度可以相應提高高1 12 2倍；當超過適宜溫度后，酶將發生不可逆性變，使其催化作用散倍；當超過適宜溫度后，酶將發生不可逆性變，使其催化作用散失。失。 例如：例如：最適溫度在最適溫度在6060以下的酶，當溫度達到以下的酶，當溫度達到60608080時，大部分時，大部分酶被破壞并發生不可逆變性；當溫度接近酶被破壞并發生不可逆變性；當溫度接近100100時，酶的催化作用完全時，酶的催化作用完全喪失。喪失。 不同生物體內酶的最適溫度不同。例如：動物組織中各種酶的最適不同生物體內酶的最適溫度不同。例如：動物組織中各種酶的最適溫度為溫度為37374040；微生物體內各種酶的最適溫度為；微生

34、物體內各種酶的最適溫度為25256060。（但常有。（但常有例外，如：枯草桿菌的液化型淀粉酶的最適溫度為例外，如：枯草桿菌的液化型淀粉酶的最適溫度為85859494）。）。 25phph值值 酶反應介質的酶反應介質的 ph ph 值會影響酶分子，特別是活性中心上必需基團的值會影響酶分子，特別是活性中心上必需基團的解離程度和催化基團中質子供體或質子受體所需的離子化狀態，也可影解離程度和催化基團中質子供體或質子受體所需的離子化狀態，也可影響底物和輔酶的解離程度，從而影響酶與底物的結合。響底物和輔酶的解離程度，從而影響酶與底物的結合。 只有在特定的只有在特定的 ph ph 條件下，酶、底物和輔酶的解

35、離情況，最適宜于條件下，酶、底物和輔酶的解離情況，最適宜于它們互相結合，并發生催化作用，使酶促反應速度達最大值，這種它們互相結合，并發生催化作用，使酶促反應速度達最大值，這種phph值值稱為酶的最適稱為酶的最適 ph(optimum ph)ph(optimum ph)。 注意：最適注意：最適 ph ph 和和酶的最穩定酶的最穩定 ph ph 不一定不一定相同，和體內環境的相同，和體內環境的phph也未必相同。也未必相同。26抑制劑抑制劑 凡是能使酶的活性下降而不引起酶蛋白變性的物質，稱做酶的抑制凡是能使酶的活性下降而不引起酶蛋白變性的物質，稱做酶的抑制劑劑(inhibitor)(inhibit

36、or)。使酶變性失活。使酶變性失活( (稱為酶的鈍化稱為酶的鈍化) )的因素（如：強酸、強的因素（如：強酸、強堿等），不屬于抑制劑。堿等），不屬于抑制劑。 通常根據抑制劑的抑制作用，可將其分為可逆性抑制和不可逆性抑通常根據抑制劑的抑制作用，可將其分為可逆性抑制和不可逆性抑制兩類。制兩類。 不可逆性抑制作用，通常是抑制劑與酶以共價鍵方式結合，是抑制不可逆性抑制作用，通常是抑制劑與酶以共價鍵方式結合，是抑制劑與酶的必需基團進行不可逆結合，使酶喪失活性。劑與酶的必需基團進行不可逆結合，使酶喪失活性。【不可逆抑制劑】【不可逆抑制劑】 可逆性抑制作用，通常是抑制劑與酶以非共價鍵結合，在用透析等可逆性抑制

37、作用，通常是抑制劑與酶以非共價鍵結合，在用透析等物理方法除去抑制劑后，酶的活性能恢復，即抑制劑與酶的結合是可逆物理方法除去抑制劑后，酶的活性能恢復，即抑制劑與酶的結合是可逆的。的。【可逆抑制劑】【可逆抑制劑】27激活劑激活劑 凡能提高酶活性而不引起酶蛋白變性的物質，都稱為激活劑（又稱凡能提高酶活性而不引起酶蛋白變性的物質，都稱為激活劑（又稱活化劑）。活化劑）。 其中大部分是離子或簡單的有機化合物。激活劑按分子大小可分為其中大部分是離子或簡單的有機化合物。激活劑按分子大小可分為三類：三類：無機離子無機離子如：如：k k+ +、mgmg2+2+、caca2+2+、h h+ +、 brbr- -、c

38、lcl- -等等有機分子有機分子如：谷胱甘肽、如：谷胱甘肽、edtaedta等等蛋白質等生物大分子蛋白質等生物大分子如：酶原激活如：酶原激活 某些酶在細胞內合成或初分泌時沒有活性，這些沒有活性的酶的某些酶在細胞內合成或初分泌時沒有活性，這些沒有活性的酶的前身稱為酶原。使酶原轉變為有活性酶的作用稱為酶原激活。前身稱為酶原。使酶原轉變為有活性酶的作用稱為酶原激活。 例如：消化酶的酶原（胃蛋白酶原，胰蛋白酶原，胰凝乳蛋白酶例如：消化酶的酶原（胃蛋白酶原，胰蛋白酶原，胰凝乳蛋白酶原），它可以貯存在其合成部位而沒有引起細胞或組織自我消化（水原），它可以貯存在其合成部位而沒有引起細胞或組織自我消化（水解）

39、的危險，待細胞需要時再被激活。解）的危險，待細胞需要時再被激活。酶原激活酶原激活28四、酶的生產方法四、酶的生產方法 酶的生產是指經過預先設計，通過人工控制而獲得所需的酶的生產過酶的生產是指經過預先設計，通過人工控制而獲得所需的酶的生產過程。程。 常用的酶的生產方法有提取法、發酵法和化學合成法。常用的酶的生產方法有提取法、發酵法和化學合成法。1.1.提取法提取法 提取法是通過物理化學方法，直接從動植物組織中將酶提取，是最早提取法是通過物理化學方法，直接從動植物組織中將酶提取，是最早采用并且一直沿用至今的一種方法。采用并且一直沿用至今的一種方法。 提取法操作簡便，但受資源控制，這就使提取法的廣泛

40、應用受到了限提取法操作簡便，但受資源控制，這就使提取法的廣泛應用受到了限制。但在動植物或微生物資源豐富的地區，提取法仍然具有應用價值。制。但在動植物或微生物資源豐富的地區，提取法仍然具有應用價值。 例如：例如：在屠宰廠，可從家畜胰臟中提取胰酶；在水果加工廠，可從菠在屠宰廠，可從家畜胰臟中提取胰酶；在水果加工廠，可從菠蘿皮中提取菠蘿蛋白酶。蘿皮中提取菠蘿蛋白酶。問題：問題： 提取法生產酶的基本工序有哪些？提取法生產酶的基本工序有哪些？29資料卡片資料卡片胰酶提取工藝流程胰酶提取工藝流程凍胰臟凍胰臟( (材料材料) )破碎破碎勻漿勻漿活化活化5-10 24-36h5-10 24-36h活化胰漿活化

41、胰漿材料預處理材料預處理分分離離提提取取提取提取粗濾粗濾ph5-6 10-20ph5-6 10-2025%c25%c2 2h h5 5ohoh胰乳胰乳沉淀物沉淀物沉淀沉淀離心分離離心分離95%c95%c2 2h h5 5ohoh0-50-5脫脂脫脂上清液上清液乙醚乙醚干燥干燥產品產品( (胰酶原粉胰酶原粉) )濃縮純化濃縮純化30資料卡片資料卡片菠蘿蛋白酶提取工藝流程菠蘿蛋白酶提取工藝流程菠蘿皮菠蘿皮( (材料材料) )壓榨壓榨汁液汁液濃縮純化濃縮純化材料預處理材料預處理吸附物吸附物吸附吸附吸附劑吸附劑上清液上清液提取分離提取分離洗脫、壓濾洗脫、壓濾鹽析鹽析洗脫液洗脫液硫酸銨硫酸銨離心分離離心

42、分離溶解溶解沉淀物沉淀物粗酶粗酶水水ph 7-7.5ph 7-7.5過濾過濾濾液濾液沉淀沉淀鹽酸鹽酸ph 4.0ph 4.0離心分離離心分離沉淀物沉淀物冷凍干燥冷凍干燥精制產品精制產品( (菠蘿蛋白酶菠蘿蛋白酶) )312.2.化學合成法化學合成法 化學合成法是運用各種儀器設備，通過化學反應進行人工合成而獲得化學合成法是運用各種儀器設備，通過化學反應進行人工合成而獲得所需的酶的生產過程。所需的酶的生產過程。 自自19691969年，美國科學家首次采用化學合成的方法獲得了含有年，美國科學家首次采用化學合成的方法獲得了含有124124個氨個氨基酸的核糖核酸酶后，化學合成法初步成為一種生產酶的技術。

43、基酸的核糖核酸酶后，化學合成法初步成為一種生產酶的技術。 化學合成法要求技術條件和經濟條件高，化學合成法要求技術條件和經濟條件高，并且只能合成那些已知化學并且只能合成那些已知化學結構的酶。所以，化學合成法目前仍然停留在實驗室內合成的階段結構的酶。所以，化學合成法目前仍然停留在實驗室內合成的階段。 但是，隨著人們對酶生物合成、結構及其生物催化機理的進一步深入但是，隨著人們對酶生物合成、結構及其生物催化機理的進一步深入了解，隨著科學技術的不斷進步，化學合成法同樣將是酶工程制藥的一個了解，隨著科學技術的不斷進步，化學合成法同樣將是酶工程制藥的一個重要組成部分。重要組成部分。32 酶作為生物催化劑普遍

44、存在與動物、植物、微生物生物體中。最早人酶作為生物催化劑普遍存在與動物、植物、微生物生物體中。最早人們多從動物臟器、腺體及植物果實、種子中提取酶。們多從動物臟器、腺體及植物果實、種子中提取酶。 自自1919世紀末，日本人用曲霉通過固體培養生產世紀末，日本人用曲霉通過固體培養生產“他卡他卡”淀粉酶用作消淀粉酶用作消化劑開始，利用微生物進行工業化生產酶就逐步發展起來。化劑開始，利用微生物進行工業化生產酶就逐步發展起來。 20 20世紀世紀2020年代，德國人用枯草桿菌生產年代，德國人用枯草桿菌生產淀粉酶，用于棉布退漿技淀粉酶，用于棉布退漿技術，使微生物酶的工業化生產奠定了基礎。術，使微生物酶的工業

45、化生產奠定了基礎。 20 20世紀世紀4040年代，日本人用深層發酵法生產年代，日本人用深層發酵法生產淀粉酶，可視為微生物淀粉酶，可視為微生物生產酶的大規模工業化的開始。生產酶的大規模工業化的開始。 目前，工業上應用的酶，大多采用微生物發酵法生產。目前，工業上應用的酶，大多采用微生物發酵法生產。3.3.發酵法發酵法問題：問題： 發酵法生產酶的基本工序有哪些？發酵法生產酶的基本工序有哪些？33資料卡片資料卡片一、真菌一、真菌淀粉酶淀粉酶的提取工藝流程的提取工藝流程菌株誘變菌株誘變選育選育米曲霉米曲霉21972197種子擴大種子擴大培養培養菌種菌種發酵發酵發酵液發酵液發酵的上游工程發酵的上游工程發酵的中游工程發酵的中游工程（材料）（材料）過濾過濾浸提壓濾浸提壓濾稀酶液稀酶液超濾超濾濃縮液濃縮液乙醇沉析乙醇沉析沉析液沉析液過濾過濾濾液濾液熱處理熱處理70709090噴霧干燥噴霧干燥產品產品( (真菌真菌淀粉酶淀粉酶) )酶泥酶泥沉淀物沉淀物濾渣濾渣預預處處理理提取分離提取分離濃縮純化濃縮純化34資料卡片資料卡片二、二、淀粉酶淀粉酶 淀粉酶是水解淀粉、糖原酶類的總稱，屬糖苷酶類。根據水解淀粉的方式不淀粉酶是水解淀粉、糖原酶類的總稱，屬糖苷酶類。根據水解淀粉的方式不同，淀粉酶可分為同，淀粉酶可分為淀粉酶、淀粉酶、淀粉酶、糖化酶及異淀粉酶淀粉酶、糖化酶及異淀粉酶4 4類。類