現(xiàn)代酶工程課件

1、現(xiàn)代酶工程1 酶工程 Enzyme Engineering 現(xiàn)代酶工程2 第一章第一章 緒緒 論論 現(xiàn)代酶工程3 第一章第一章 緒緒 論論 第一節(jié)第一節(jié) 酶的基本概念酶的基本概念 第二節(jié)第二節(jié) 酶工程發(fā)展概況酶工程發(fā)展概況 第三節(jié)第三節(jié) 酶的生產(chǎn)方法和應(yīng)用酶的生產(chǎn)方法和應(yīng)用 現(xiàn)代酶工程4 第一節(jié) 酶的基本概念 一、人們對(duì)酶的認(rèn)識(shí)和酶的一、人們對(duì)酶的認(rèn)識(shí)和酶的 生物學(xué)意義生物學(xué)意義 二、酶的催化特性二、酶的催化特性 三、酶的分類(lèi)與命名三、酶的分類(lèi)與命名 四、酶活力的測(cè)定四、酶活力的測(cè)定 現(xiàn)代酶工程5 一、人類(lèi)對(duì)酶的認(rèn)識(shí)及其生物學(xué)意義一、人類(lèi)對(duì)酶的認(rèn)識(shí)及其生物學(xué)意義 人們對(duì)酶的認(rèn)識(shí)最早起源于釀酒、

2、造醬、制 飴和治病等生產(chǎn)與生活實(shí)踐 現(xiàn)代酶工程6 中國(guó) 我們的祖先在幾千年以前就已經(jīng)開(kāi)始 利用酶： 夏禹時(shí)代，人們就會(huì)釀酒；夏禹時(shí)代，人們就會(huì)釀酒； “周禮周禮”上也已有造醬、制飴的記載；上也已有造醬、制飴的記載； 春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，已采用曲治療消化春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，已采用曲治療消化 不良等疾病的案例。不良等疾病的案例。 當(dāng)然，在那個(gè)時(shí)代，我們祖先對(duì)酶還是缺乏 認(rèn)識(shí)。 現(xiàn)代酶工程7 西方 隨著人們對(duì)釀酒發(fā)酵過(guò)程研究隨著人們對(duì)釀酒發(fā)酵過(guò)程研究 的深入，從的深入，從1919世紀(jì)起對(duì)酶的認(rèn)識(shí)也世紀(jì)起對(duì)酶的認(rèn)識(shí)也 逐漸深入。逐漸深入。 現(xiàn)代酶工程8 1810年Jaseph-Lussac發(fā)現(xiàn)： 酵母可將糖轉(zhuǎn)化為

3、酒精 現(xiàn)代酶工程9 酶的現(xiàn)代史可以追溯到酶的現(xiàn)代史可以追溯到18331833年年 18331833年年, ,佩恩佩恩( (Payen)Payen)和帕索茲和帕索茲 ( (Persoz)Persoz)首先發(fā)現(xiàn)酶；首先發(fā)現(xiàn)酶； 現(xiàn)代酶工程10 1833年年,他們?cè)谒麄冊(cè)贏nnales de Chemie et de Physique期刊發(fā)表文章期刊發(fā)表文章 文章中,法國(guó)化學(xué)家Anselme Payen和 Jean-Franois Persoz描述了從大麥的麥芽 中分離淀粉酶多聚體的過(guò)程，并將之命 名為淀粉酶。和麥芽一樣，該產(chǎn)物將糊 化淀粉轉(zhuǎn)變成糖，主要是麥芽糖。 現(xiàn)代酶工程11 18351835年

4、瑞典的年瑞典的J Jns Jacob Berzeliusns Jacob Berzelius 首次證明了用麥芽提取物可以比首次證明了用麥芽提取物可以比 硫酸更有效地降解淀粉，并將這一過(guò)硫酸更有效地降解淀粉，并將這一過(guò) 程稱(chēng)為催化。程稱(chēng)為催化。 現(xiàn)代酶工程12 1836年德國(guó)生理學(xué)家年德國(guó)生理學(xué)家 Theodor Schwann 在研究消化過(guò)程時(shí)，分離出 一種在胃內(nèi)消化蛋白的物質(zhì)，將 它命名為胃蛋白酶。這是第一個(gè) 從動(dòng)物組織中提取到的酶。 現(xiàn)代酶工程13 在對(duì)酶的認(rèn)識(shí)上還存在在對(duì)酶的認(rèn)識(shí)上還存在 著一段長(zhǎng)達(dá)著一段長(zhǎng)達(dá)6060年關(guān)于酵母年關(guān)于酵母 的爭(zhēng)論的爭(zhēng)論 現(xiàn)代酶工程14 1839年，德國(guó)化學(xué)

5、家年，德國(guó)化學(xué)家Jutus von Liebig建立了一個(gè)模型來(lái)闡述酵母建立了一個(gè)模型來(lái)闡述酵母 在發(fā)酵過(guò)程中的作用。他把在發(fā)酵在發(fā)酵過(guò)程中的作用。他把在發(fā)酵 混合液中的酵母看作一個(gè)能產(chǎn)生震混合液中的酵母看作一個(gè)能產(chǎn)生震 蕩的分解物質(zhì)：蕩的分解物質(zhì)： 蔗糖原子經(jīng)過(guò)重排，蔗糖原子經(jīng)過(guò)重排， 變?yōu)榫凭投趸?。變?yōu)榫凭投趸肌?現(xiàn)代酶工程15 Liebig首次認(rèn)為發(fā)酵現(xiàn)象是 由于酵母細(xì)胞中含有發(fā)酵酶，是 發(fā)酵酶催化糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精。 但由于當(dāng)時(shí)科學(xué)和技術(shù)的限但由于當(dāng)時(shí)科學(xué)和技術(shù)的限 制，他未能從酵母細(xì)胞中制備出制，他未能從酵母細(xì)胞中制備出 可催化發(fā)酵的無(wú)細(xì)胞酶制品可催化發(fā)酵的無(wú)細(xì)胞酶制品。 現(xiàn)

6、代酶工程16 而到而到1858年，法國(guó)化學(xué)及生年，法國(guó)化學(xué)及生 物學(xué)家物學(xué)家Louis Pasteur用一系列用一系列 文章證明發(fā)酵僅在活體細(xì)胞狀文章證明發(fā)酵僅在活體細(xì)胞狀 態(tài)下才會(huì)發(fā)生態(tài)下才會(huì)發(fā)生 即是與生命相關(guān)的現(xiàn)象即是與生命相關(guān)的現(xiàn)象 Louis Pasteur視視 其為一種生理活動(dòng)。其為一種生理活動(dòng)。 現(xiàn)代酶工程17 對(duì)酵母在發(fā)酵過(guò)程中作用機(jī)理對(duì)酵母在發(fā)酵過(guò)程中作用機(jī)理 的分歧，引發(fā)了的分歧，引發(fā)了Liebig和和Pasteur 之間的激烈爭(zhēng)論。之間的激烈爭(zhēng)論。 直到直到Liebig和和Pasteur先后于先后于 1873年和年和1895年去世，爭(zhēng)論仍未年去世，爭(zhēng)論仍未 結(jié)束。結(jié)束。

7、現(xiàn)代酶工程18 1897年，德國(guó)化學(xué)家年，德國(guó)化學(xué)家Eduard Bchner 和和 Hans Bchner（常稱(chēng)（常稱(chēng) Bchner 兄弟）兄弟）發(fā)現(xiàn)一種離體酵母提發(fā)現(xiàn)一種離體酵母提 取物可以使酒精發(fā)酵，即酵母細(xì)胞產(chǎn)取物可以使酒精發(fā)酵，即酵母細(xì)胞產(chǎn) 生一種酶，這種酶引起發(fā)酵。生一種酶，這種酶引起發(fā)酵。 現(xiàn)代酶工程19 證明離體酵母提取物可以證明離體酵母提取物可以 象活體酵母細(xì)胞一樣將葡萄糖象活體酵母細(xì)胞一樣將葡萄糖 轉(zhuǎn)變?yōu)榫凭投趸肌Q句轉(zhuǎn)變?yōu)榫凭投趸?。換句 話(huà)說(shuō)，這一轉(zhuǎn)變并不依賴(lài)于酵話(huà)說(shuō)，這一轉(zhuǎn)變并不依賴(lài)于酵 母細(xì)胞，而是依賴(lài)于無(wú)生命的母細(xì)胞，而是依賴(lài)于無(wú)生命的 酶。酶。 現(xiàn)代酶

8、工程20 Buecher兄弟結(jié)果的意義 從實(shí)驗(yàn)上說(shuō)明了發(fā)酵與細(xì) 胞的活力無(wú)關(guān) 表明了酶能夠以溶解的、 有活性的狀態(tài)從破碎的細(xì) 胞中分離出來(lái)， 現(xiàn)代酶工程21 推動(dòng)了酶的分離以及對(duì)酶 的理化性質(zhì)的進(jìn)一步探討 和研究 促進(jìn)了各種與生命活動(dòng)過(guò) 程有關(guān)的酶系統(tǒng)的深入研 究 現(xiàn)代酶工程22 至此，至此，LiebigLiebig和和PasteurPasteur之間的爭(zhēng)之間的爭(zhēng) 論就最終得到解決。論就最終得到解決。 B Bchnerchner兄弟也由此奠定了現(xiàn)代生兄弟也由此奠定了現(xiàn)代生 物化學(xué)的基石。物化學(xué)的基石。 現(xiàn)代酶工程23 從此時(shí)開(kāi)始，人類(lèi)對(duì) 具有生物催化的酶有了一 個(gè)較為清晰的認(rèn)識(shí) 現(xiàn)代酶工程24

9、 1876年，年，William Kuhne提議用提議用 新的術(shù)語(yǔ)新的術(shù)語(yǔ)-酶（酶（enzyme）來(lái)表示未統(tǒng)）來(lái)表示未統(tǒng) 一名稱(chēng)的已知的各種酵素。如從活體一名稱(chēng)的已知的各種酵素。如從活體 組織中提取的酵素等。組織中提取的酵素等。 enzyme本身的意思是本身的意思是“在酵母在酵母 中中”，起源于希臘語(yǔ)，其中，起源于希臘語(yǔ)，其中en表示表示 “在之內(nèi)在之內(nèi)，zyme- 表示酵母表示酵母 或酵素或酵素 現(xiàn)代酶工程25 此外還有一些劃時(shí)代的事件：此外還有一些劃時(shí)代的事件： 1913年，年， Leonor Michaelis和和 Maud Menten提出了描述酶反應(yīng)速提出了描述酶反應(yīng)速 率和底物濃度

10、之間關(guān)系的動(dòng)力學(xué)模率和底物濃度之間關(guān)系的動(dòng)力學(xué)模 型；型； 1926年，年，Sumner第一次從刀豆中第一次從刀豆中 提出脲酶結(jié)晶，并證明酶具有蛋白提出脲酶結(jié)晶，并證明酶具有蛋白 質(zhì)性質(zhì)；質(zhì)性質(zhì)； 現(xiàn)代酶工程26 1930年，年，Northrop分離出分離出 結(jié)晶的胃蛋白酶、胰蛋白酶及結(jié)晶的胃蛋白酶、胰蛋白酶及 凝乳蛋白酶，并進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)凝乳蛋白酶，并進(jìn)行了動(dòng)力學(xué) 探討，確立了酶的蛋白質(zhì)本質(zhì)。探討，確立了酶的蛋白質(zhì)本質(zhì)。 現(xiàn)代酶工程27 1982年，年，Thomas R. Cech等發(fā)現(xiàn)核糖核酸等發(fā)現(xiàn)核糖核酸(RNA) 也具有催化活性。也具有催化活性。 現(xiàn)代酶工程28 酶的生物學(xué)意義和應(yīng)用 現(xiàn)

11、代酶工程29 從微生物從微生物 到植物再到植物再 到人，酶到人，酶 是所有有是所有有 機(jī)體體內(nèi)機(jī)體體內(nèi) 的組成成的組成成 分。分。 現(xiàn)代酶工程30 ！人、動(dòng)物、植物以及細(xì)菌、真菌等 微生物的體內(nèi)都有酶。 ！酶是自然界的工具，它們剪切、拼 接營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等。 ！酶催化所有生物體必需的代謝活 動(dòng)；比如，在胃內(nèi)，酶將食物消化 為極小的顆粒，以易于轉(zhuǎn)化為體內(nèi) 的能量。 現(xiàn)代酶工程31 可以這樣說(shuō)，在生物有 機(jī)體內(nèi)每當(dāng)物質(zhì)需要由一種 形式轉(zhuǎn)化為另一種形式時(shí)， 酶都可以起催化作用促使反 應(yīng)加速。 現(xiàn)代酶工程32 生命活動(dòng)生命活動(dòng) 生化反應(yīng)生化反應(yīng) 在酶的催在酶的催 化作用下化作用下 生物體內(nèi)，組成生命活動(dòng)的大

12、量生物體內(nèi)，組成生命活動(dòng)的大量 生化反應(yīng)都是在酶的催化作用生化反應(yīng)都是在酶的催化作用 下得以有序而順利地進(jìn)行，進(jìn)而下得以有序而順利地進(jìn)行，進(jìn)而 保證了正常代謝途徑的暢通而不保證了正常代謝途徑的暢通而不 發(fā)生副反應(yīng)，幾乎所有生物的生理發(fā)生副反應(yīng)，幾乎所有生物的生理 現(xiàn)象都與酶的作用緊密相關(guān)現(xiàn)象都與酶的作用緊密相關(guān) 酶是一類(lèi)酶是一類(lèi) 生物催化生物催化 劑，其化劑，其化 學(xué)本質(zhì)為學(xué)本質(zhì)為 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 可以這樣說(shuō)，可以這樣說(shuō)， 沒(méi)有酶的存在沒(méi)有酶的存在 ，就沒(méi)有生物，就沒(méi)有生物 體的一切生命體的一切生命 活動(dòng)活動(dòng) 現(xiàn)代酶工程33 現(xiàn)代酶工程34 3 3 酶是生物體自身的工程師酶是生物體自身的工程師

13、現(xiàn)代酶工程35 4 4 每一種酶都有其特定的功能每一種酶都有其特定的功能 現(xiàn)代酶工程36 5 5 酶可以被完全生物降解酶可以被完全生物降解 現(xiàn)代酶工程37 6 6 酶是工業(yè)問(wèn)題的自然解決方案酶是工業(yè)問(wèn)題的自然解決方案 現(xiàn)代酶工程38 6 6 日常生活離不開(kāi)酶日常生活離不開(kāi)酶 現(xiàn)代酶工程39 人類(lèi)對(duì)酶的化學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí) 歷史上對(duì)酶的化學(xué)本質(zhì)的 認(rèn)識(shí)也經(jīng)歷了一個(gè)曲折的過(guò)程 現(xiàn)代酶工程40 自從人類(lèi)對(duì)酶的催化作用有 了認(rèn)識(shí)以后，一直到上世紀(jì)初， 對(duì)酶的化學(xué)本質(zhì)認(rèn)識(shí)都存在爭(zhēng)議， 主要是酶的化學(xué)本質(zhì)是什么沒(méi)有 一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。 現(xiàn)代酶工程41 上世紀(jì)20年代初，著名 學(xué)者Richard Willstatt

14、er認(rèn)為 酶是非蛋白質(zhì)，并開(kāi)展大量 的研究試圖證明他的觀點(diǎn) 現(xiàn)代酶工程42 Willstatter的實(shí)驗(yàn) Willstatter將過(guò)氧化物酶純 化了12000倍后，酶的活性很高， 但卻檢測(cè)不到蛋白質(zhì) 現(xiàn)代酶工程43 Willstatter的結(jié)論 Willstatter錯(cuò)誤地認(rèn)為酶是由活動(dòng) 中心與膠質(zhì)載體組成，活動(dòng)中心決定 酶的催化能力及專(zhuān)一性，膠質(zhì)載體的 作用在于保護(hù)活動(dòng)中心，蛋白質(zhì)只是 保護(hù)膠質(zhì)載體的物質(zhì) 以此來(lái)解釋酶純度越高越不穩(wěn)定 的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。 現(xiàn)代酶工程44 觀點(diǎn)錯(cuò)誤的原因 由于當(dāng)時(shí)蛋白質(zhì)的檢測(cè)水 平的限制而產(chǎn)生 后果：后果：但由于Willstatter的權(quán) 威地位，使這一觀點(diǎn)在當(dāng)時(shí)較

15、 為流行 現(xiàn)代酶工程45 19261926年年SumnerSumner第一個(gè)通過(guò)第一個(gè)通過(guò) 分離和結(jié)晶得到了脲酶分離和結(jié)晶得到了脲酶 提出了酶是由蛋白質(zhì)組成提出了酶是由蛋白質(zhì)組成 的觀點(diǎn)的觀點(diǎn) 現(xiàn)代酶工程46 直到直到NorthropNorthrop和和KunitzKunitz得到了胃得到了胃 蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白 酶的結(jié)晶，并用相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法酶的結(jié)晶，并用相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法 證實(shí)酶是一種蛋白質(zhì)證實(shí)酶是一種蛋白質(zhì) 此后，酶的蛋白質(zhì)屬性才普遍被此后，酶的蛋白質(zhì)屬性才普遍被 人們接受。人們接受。 現(xiàn)代酶工程47 迄今為止，所發(fā)現(xiàn)的酶已 經(jīng)超過(guò)4000種，而這些酶都是

16、 由生物體自然產(chǎn)生的具有催化 能力的是蛋白質(zhì) 現(xiàn)代酶工程48 值得指出的是，近年來(lái)，核酶、 抗體酶、模擬酶或人工酶的發(fā) 現(xiàn)，對(duì)酶的化學(xué)本質(zhì)的傳統(tǒng)概 念提出了挑戰(zhàn) 現(xiàn)代酶工程49 酶的定義：酶的定義： 酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的，在細(xì)胞酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的，在細(xì)胞 內(nèi)、外一定條件下都能起催化作用內(nèi)、外一定條件下都能起催化作用 的具有高效率和高度專(zhuān)一性的一類(lèi)的具有高效率和高度專(zhuān)一性的一類(lèi) 特殊蛋白質(zhì)，特殊蛋白質(zhì)，酶能在機(jī)體內(nèi)十分溫 和的條件下高效率地起催化作用， 使得生物體內(nèi)的各種物質(zhì)處于不斷 的新陳代謝中。 現(xiàn)代酶工程50 蛋白質(zhì) 酶（酶的化學(xué)本質(zhì)） 酶 的 化 學(xué) 本 質(zhì) 現(xiàn)代酶工程51 酶 1 蛋白質(zhì)

17、（單一） 2 蛋 白 質(zhì) + 其 他 輔助 因子 輔酶 現(xiàn)代酶工程52 酶的組成酶的組成 一一. .酶的化學(xué)組成酶的化學(xué)組成 1.1.單成分酶（單純蛋白質(zhì)單成分酶（單純蛋白質(zhì)/ /簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)）簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)） 2.2.雙成分酶（結(jié)合蛋白質(zhì)）雙成分酶（結(jié)合蛋白質(zhì)） (1)蛋白質(zhì)部分（酶蛋白） 穩(wěn)定輔因子 (2)非蛋白質(zhì)部分（輔因子） 起催化作用 小分子有機(jī)化合物 金屬離子 全酶全酶= =酶蛋白酶蛋白+ +輔因子輔因子 現(xiàn)代酶工程53 輔基輔基/ /輔酶和維生素輔酶和維生素 1.維生素的概念維生素的概念 脂溶性維生素： A(視黃醇) D E(生育酚) K 維生素 硫辛酸（氧化型） 水溶性維生素：Vc（

18、抗壞血酸） VB: B1(硫胺素) B2(核黃素) B3(泛酸) B5(PP) B12（鈷胺素） B6 (吡哆醇/醛/胺） B7 (生物素 ） 硫辛酸（還原型） 現(xiàn)代酶工程54 2.2.輔基輔酶在酶促反應(yīng)中的作用輔基輔酶在酶促反應(yīng)中的作用 傳遞電子 、原子或某些基團(tuán) 現(xiàn)代酶工程55 傳遞氫的輔基傳遞氫的輔基/輔酶輔酶 1. 輔酶輔酶I/輔酶輔酶II及維生素及維生素PP 煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（ NAD/ CoI ） 煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 （ NADP/CoII） NAD+（ NADP+ ） NAD(P )H + H+ +2H+ , 2e -2H+

19、 ,2e 現(xiàn)代酶工程56 2. 黃素核苷酸和維生素黃素核苷酸和維生素B2 (1) 黃素單核苷酸（黃素單核苷酸（FMN) (2) 黃素腺嘌呤二核苷酸（黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD) FMN （FAD) FMNH2（FADH2) 3. 維生素維生素C（抗壞血酸）（抗壞血酸） 4. 泛醌（輔酶泛醌（輔酶Q) 5. 谷胱甘肽谷胱甘肽 2GSH GSSG +2H+ , +2e -2H+ ,-2e -2H + 2 H + + 2 H + +2H 現(xiàn)代酶工程57 二二. .傳遞電子的輔基傳遞電子的輔基鐵卟啉鐵卟啉 Fe 3+ Fe 2+ 三三. .轉(zhuǎn)移基團(tuán)的輔基轉(zhuǎn)移基團(tuán)的輔基/ /輔酶輔酶 1.傳遞磷酸根的輔

20、酶?jìng)鬟f磷酸根的輔酶腺苷磷酸酯腺苷磷酸酯 (ATP/ADP/AMP) 轉(zhuǎn)移磷?；D(zhuǎn)移磷?；?ATP + S ADP + P-S 轉(zhuǎn)移糖基轉(zhuǎn)移糖基 ATP + 糖糖-P ADP-糖糖 + PPi 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移AMP ATP + FMN FAD + PPi 轉(zhuǎn)移腺苷轉(zhuǎn)移腺苷 ATP + Met + H2O 腺苷腺苷- Met + PPi + Pi 能量的載體能量的載體 ATP + H2O ADP + Pi +e -e 現(xiàn)代酶工程58 三三. .轉(zhuǎn)移基團(tuán)的輔基轉(zhuǎn)移基團(tuán)的輔基/ /輔酶輔酶 2.脫羧的輔酶硫胺素焦磷酸（TPP) 硫胺素+ATP TPP + AMP 3.轉(zhuǎn)移?；妮o酶 （1）輔酶A和泛酸 Co

21、A-SH + RCOOH CoA-S-COR + H2O CoA-S-COR +底物 底物- COR + CoA-SH （2）硫辛酸和VB1 mg 硫胺素激酶 現(xiàn)代酶工程59 4.轉(zhuǎn)移氨基的輔酶和VB6 磷酸吡哆醛（PLP)/磷酸吡哆胺(PMP) AA 酮酸 PCHO PCH2NH2 5.固定CO2的輔酶生物素(VB7 、 VH） 6.轉(zhuǎn)移一碳基團(tuán)的輔酶 (1)四氫葉酸（FH4) (2)鈷銨素(VB12) 酮酸AA 現(xiàn)代酶工程60 酶活性中心示意圖酶活性中心示意圖 現(xiàn)代酶工程61 酶酶 的的 活活 性性 中中 心心 酶分子中的酶分子中的 氨基酸殘基氨基酸殘基 輔酶或輔助因子輔酶或輔助因子 或它

22、們的部分或它們的部分 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 酶的活性中心構(gòu)成酶的活性中心構(gòu)成 現(xiàn)代酶工程62 二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu) 三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu) 一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu) 四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu) 酶的結(jié)構(gòu)酶的結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代酶工程63 酶的一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖 現(xiàn)代酶工程64 酶的空間結(jié)構(gòu) 四級(jí) 結(jié)構(gòu) 三級(jí)結(jié)構(gòu) 二級(jí) 結(jié)構(gòu) 酶的空間結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代酶工程65 酶的一級(jí)結(jié)構(gòu) 酶分子中氨基酸酶分子中氨基酸 的排列順序。的排列順序。 酶的化學(xué)酶的化學(xué) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)酶的一級(jí)結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代酶工程66 酶的二級(jí)結(jié)構(gòu) 酶的酶的 二級(jí)二級(jí) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代酶工程67 酶蛋白的-螺旋結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代酶工程68 酶蛋白的折疊結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代酶工程69 由-螺旋、

23、折疊和隨機(jī)結(jié)構(gòu) 構(gòu)成的溶菌酶的空間結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代酶工程70 酶的三級(jí)結(jié)構(gòu) 酶的三 級(jí)結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代酶工程71 酶的四級(jí)結(jié)構(gòu) 酶的四 級(jí)結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代酶工程72 酶的四級(jí)結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代酶工程73 疏水鍵疏水鍵 離子鍵 現(xiàn)代酶工程74 單體酶 酶的存在類(lèi)別 寡聚酶 多酶融合體 多酶復(fù)合體 現(xiàn)代酶工程75 單體酶 現(xiàn)代酶工程76 寡聚酶 現(xiàn)代酶工程77 寡聚酶 現(xiàn)代酶工程78 多酶復(fù)合體 多 酶 復(fù) 合 體 現(xiàn)代酶工程79 多酶復(fù)合體 酶2 酶3 酶1 酶4 酶6 酶5 現(xiàn)代酶工程80 二、酶的生物催化特性二、酶的生物催化特性 現(xiàn)代酶工程81 與生物膜結(jié)合與生物膜結(jié)合 一種結(jié)構(gòu)更高的多酶復(fù)合體，酶整齊的排列 在生物

24、膜上。催化效率最高。（如呼吸鏈） 酶1 酶2 酶4 酶5 酶3 現(xiàn)代酶工程82 與一般的化學(xué)催化劑相 比較，酶既擁有一般催化劑 的共性，又有特性 現(xiàn)代酶工程83 共性 特性 酶催化作用的特點(diǎn) 現(xiàn)代酶工程84 2H2O2 2H2O+O2 Fe2+作為催化劑 催化效率為 610-4 mol/(mol.s) 過(guò)氧化氫酶，催化效率 為6106 mol/(mol.s 過(guò)氧化氫酶比Fe2+ 的催化效率要高出 1010倍 酶的催化效率相對(duì)其他無(wú)機(jī) 或有機(jī)催化劑要高1061013倍 例子 現(xiàn)代酶工程85 酶對(duì)它所作用的底物有嚴(yán)格的選擇性，一種酶只能 催化某一類(lèi)，甚至是某一種物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng) 酶的專(zhuān)一性底物專(zhuān)一性

25、 反應(yīng)專(zhuān)一性 立體異構(gòu)專(zhuān)一性 (手性、區(qū)域) 從根本上保證了生物體內(nèi)為數(shù)眾多的各種 各樣的化學(xué)反應(yīng)能有條不紊地協(xié)同進(jìn)行 現(xiàn)代酶工程86 酶催化酶催化 專(zhuān)一性專(zhuān)一性 作用機(jī)作用機(jī) 制假說(shuō)制假說(shuō) 現(xiàn)代酶工程87 酶的催化作用機(jī)理酶的催化作用機(jī)理 一一. . 中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō) 二二. .酶作用專(zhuān)一性機(jī)理酶作用專(zhuān)一性機(jī)理 1.1.鎖鑰學(xué)說(shuō)鎖鑰學(xué)說(shuō) 2.2.誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)酶受底物誘導(dǎo)而變形酶受底物誘導(dǎo)而變形 3.3.張力學(xué)說(shuō)（應(yīng)變效應(yīng)）張力學(xué)說(shuō)（應(yīng)變效應(yīng)）底物變形以適應(yīng)酶底物變形以適應(yīng)酶 三三. .酶作用高效性機(jī)理酶作用高效性機(jī)理 -影響酶高效性的因素影響酶高效性的因素 1.1.鄰近定

26、向效應(yīng)鄰近定向效應(yīng) 2.2.應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng) 3.3.親核催化親核催化/ /親電催化（共價(jià)催化）親電催化（共價(jià)催化） 4.4.酸堿催化酸堿催化 5.5.微環(huán)境的影響微環(huán)境的影響 現(xiàn)代酶工程88 酶催化作用的中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)酶催化作用的中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō) E + S ES P + E （酶酶 ） 底物）底物） （中間物（中間物 ） （產(chǎn)物（產(chǎn)物 ） （酶）（酶） 中間產(chǎn)物存在的證明：中間產(chǎn)物存在的證明： H2O2 + 過(guò)氧化物酶過(guò)氧化物酶 （H2O2 過(guò)氧化物酶）過(guò)氧化物酶） （ 褐色）褐色） （ 紅色）紅色） 645587548498nm 561550nm （H2O2 過(guò)氧化物酶）過(guò)氧化物酶）+ AH2

27、 過(guò)氧化物酶過(guò)氧化物酶 + A + 2H2O （ 紅色）紅色） （ 褐色）褐色） 現(xiàn)代酶工程89 鎖鎖 鑰鑰 學(xué)學(xué) 說(shuō)說(shuō) 現(xiàn)代酶工程90 誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō) 現(xiàn)代酶工程91 鄰鄰 近近 定定 向向 效效 應(yīng)應(yīng) 現(xiàn)代酶工程92 溫和的反應(yīng)條件溫和的反應(yīng)條件 常 溫 常常 壓壓 接近中性的接近中性的pH值值 不需要耐高溫、高壓以及 耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的反應(yīng)器 現(xiàn)代酶工程93 酶催化機(jī)理實(shí)例酶催化機(jī)理實(shí)例胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 1.1.胰凝乳蛋胰凝乳蛋 白酶結(jié)構(gòu)白酶結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代酶工程94 2.胰凝乳蛋白酶的電荷接力胰凝乳蛋白酶的電荷接力 網(wǎng)網(wǎng) 現(xiàn)代酶工程95 3. 胰凝乳蛋白酶的催化過(guò)程胰凝乳蛋白酶的催化過(guò)程

28、A.A.酶與底物結(jié)合，形成米氏復(fù)合物（酶與底物結(jié)合，形成米氏復(fù)合物（ESES）B.B.形成四聯(lián)體過(guò)渡態(tài)中間物形成四聯(lián)體過(guò)渡態(tài)中間物 現(xiàn)代酶工程96 現(xiàn)代酶工程97 E.E.形成包括水分子的四聯(lián)體過(guò)度中間物形成包括水分子的四聯(lián)體過(guò)度中間物 F.F.羰基產(chǎn)物形成，酶游離羰基產(chǎn)物形成，酶游離 現(xiàn)代酶工程98 酶 的 調(diào) 控 方 式 調(diào)節(jié)酶的調(diào)節(jié)酶的 活性、酶量活性、酶量 來(lái)控制代來(lái)控制代 謝速度，謝速度， 以滿(mǎn)足生以滿(mǎn)足生 命的各種命的各種 需要和適需要和適 應(yīng)環(huán)境的應(yīng)環(huán)境的 變化變化 現(xiàn)代酶工程99 降低化降低化 學(xué)反應(yīng)學(xué)反應(yīng) 的活化的活化 能能 現(xiàn)代酶工程100 底物 酶 “底物+酶” 中間絡(luò)合

29、物 產(chǎn)物 酶 現(xiàn)代酶工程101 與底物結(jié)合與底物結(jié)合 的結(jié)合中心的結(jié)合中心 促進(jìn)底物發(fā)促進(jìn)底物發(fā) 生化學(xué)變化生化學(xué)變化 的催化中心的催化中心 決定了酶 的專(zhuān)一性 現(xiàn)代酶工程102 需要輔酶 的酶一級(jí)結(jié)構(gòu)上可能相距甚 遠(yuǎn)，甚至是位于不同的 肽鏈上，通過(guò)肽鏈的盤(pán) 繞、折疊而在空間構(gòu)象 上相互靠近 現(xiàn)代酶工程103 酶原 酶 原 現(xiàn)代酶工程104 酶原酶原- -酶關(guān)系酶關(guān)系 例子例子 現(xiàn)代酶工程105 現(xiàn)代酶工程106 三酶的命名和分類(lèi) 現(xiàn)代酶工程107 2-根據(jù)酶所催化的反應(yīng)性質(zhì)根據(jù)酶所催化的反應(yīng)性質(zhì) 酶學(xué)研究早期，無(wú)系統(tǒng)的命名法則酶學(xué)研究早期，無(wú)系統(tǒng)的命名法則 1-根據(jù)酶的作用底物命名根據(jù)酶的作

30、用底物命名 淀粉酶淀粉酶 蛋白酶蛋白酶 脂肪酶脂肪酶 氧化酶氧化酶 還原酶還原酶 轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶 現(xiàn)代酶工程108 1 2 結(jié)合法結(jié)合法 膽固醇膽固醇 氧化酶氧化酶 醇醇 脫氫酶脫氫酶 谷丙谷丙 轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶 來(lái)源來(lái)源 心心 肌肌 黃黃 酶酶 胰胰 蛋蛋 白白 酶酶 現(xiàn)代酶工程109 缺點(diǎn) 現(xiàn)代酶工程110 1961年提出年提出 1965、1972、1978、 1984修改、補(bǔ)充修改、補(bǔ)充 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法 國(guó)際分類(lèi)法國(guó)際分類(lèi)法 現(xiàn)代酶工程111 1-氧化還氧化還 原酶類(lèi)原酶類(lèi) 2-轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移 酶類(lèi)酶類(lèi) 3-水解水解 酶類(lèi)酶類(lèi) 6-合成合成 酶類(lèi)酶類(lèi) 5-異構(gòu)異構(gòu) 酶類(lèi)酶類(lèi) 4-裂解裂解 酶類(lèi)

31、酶類(lèi) 1 國(guó)際系國(guó)際系 統(tǒng)分類(lèi)法統(tǒng)分類(lèi)法 現(xiàn)代酶工程112 氧化氧化- -還原酶催化氧化還原酶催化氧化- -還原反應(yīng)。還原反應(yīng)。 主要包括脫氫酶主要包括脫氫酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶 (Oxidase)(Oxidase)。 如，乳酸如，乳酸(Lactate)(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。 氧化氧化- -還原酶還原酶 OxidoreductaseOxidoreductase CH3CHCOOH OH NAD+H+CH3CCOOH O NADH 現(xiàn)代酶工程113 水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。水解酶催化底物

32、的加水分解反應(yīng)。 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反應(yīng)：催化的脂的水解反應(yīng)： 水解酶水解酶 hydrolasehydrolase H2O COOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH 現(xiàn)代酶工程114 轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子 的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。 例如例如, ,谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。 轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 TransferaseTr

33、ansferase CH3CHCOOH NH2 HOOCCH2CH2CCOOH O HOOCCH2CH2CHCOOH NH2 CH3CCOOH O 現(xiàn)代酶工程115 裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或 原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。 主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。 例如，例如， 延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。 裂合酶裂合酶 LyaseLyase HOOCCH=CHCOOHH2O HOOCCH2CHCOOH OH 現(xiàn)代酶工程116 異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，異

34、構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化， 即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過(guò)程。即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過(guò)程。 例如，例如，6-6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。 異構(gòu)酶異構(gòu)酶 IsomeraseIsomerase O CH2OH OH OH OH OH O CH2OHCH2OH OH OH OH 現(xiàn)代酶工程117 合成酶，又稱(chēng)為連接酶，能夠催化合成酶，又稱(chēng)為連接酶，能夠催化C-CC-C、C-OC-O、 C-N C-N 以及以及C-S C-S 鍵的形成反應(yīng)。這類(lèi)反應(yīng)必須與鍵的形成反應(yīng)。這類(lèi)反應(yīng)必須與 ATPATP分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。 A + B + ATP

35、+ H-O-H =A A + B + ATP + H-O-H =A B + ADP +Pi B + ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)。例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)。 丙酮酸丙酮酸+CO2+ATP+H2O 草酰乙酸草酰乙酸+ADP+Pi 合成酶合成酶 Ligase or SynthetaseLigase or Synthetase 現(xiàn)代酶工程118 核酶是唯一的非蛋白酶。它是一類(lèi)特殊的核酶是唯一的非蛋白酶。它是一類(lèi)特殊的RNARNA， 能夠催化能夠催化RNARNA分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反 應(yīng)。應(yīng)。 核酶（催化核酸）核酶（催化核酸） ribozyme

36、ribozyme 33 33 3 33 3 33 55 555 555 55 BB BBB PPP + POHPP BBB B PP PP P B P 現(xiàn)代酶工程119 ECEC命名法命名法 ECx.y.z.nECx.y.z.n ECEC為酶學(xué)委員會(huì)為酶學(xué)委員會(huì) Enzyme Enzyme CommissionCommission 亞亞類(lèi)下亞亞類(lèi)下 的具體的的具體的 個(gè)別酶的個(gè)別酶的 順序號(hào)順序號(hào) 各亞類(lèi)下各亞類(lèi)下 的亞亞類(lèi)的亞亞類(lèi) 酶所屬酶所屬 大類(lèi)大類(lèi) 1616 大類(lèi)下大類(lèi)下 的亞類(lèi)的亞類(lèi) x,y,zx,y,z 編號(hào)中的前三個(gè)編號(hào)中的前三個(gè) 數(shù)字表明了該酶數(shù)字表明了該酶 的特性如反應(yīng)物的特

37、性如反應(yīng)物 的種類(lèi)、反應(yīng)的的種類(lèi)、反應(yīng)的 性質(zhì)性質(zhì) 現(xiàn)代酶工程120 2 2 國(guó)際系國(guó)際系 統(tǒng)命名法統(tǒng)命名法 酶酶 系統(tǒng)名稱(chēng)系統(tǒng)名稱(chēng)習(xí)慣名稱(chēng)習(xí)慣名稱(chēng) 現(xiàn)代酶工程121 國(guó)際系統(tǒng)命名法國(guó)際系統(tǒng)命名法 XYXY 正反應(yīng)、逆反應(yīng)都用同一名稱(chēng)正反應(yīng)、逆反應(yīng)都用同一名稱(chēng) 催化的反催化的反 應(yīng)名稱(chēng)應(yīng)名稱(chēng) 底物名底物名 底物底物1:1:底物底物2 2 現(xiàn)代酶工程122 各大類(lèi)酶的 特殊命名規(guī)則 現(xiàn)代酶工程123 值得注意的是來(lái)自不同物種或值得注意的是來(lái)自不同物種或 同一物種的不同組織或不同細(xì)同一物種的不同組織或不同細(xì) 胞器的同一種酶，雖然他們催胞器的同一種酶，雖然他們催 化同一個(gè)生化反應(yīng)，但它們本化同一個(gè)生

38、化反應(yīng)，但它們本 身的一級(jí)結(jié)構(gòu)可能并不相同，身的一級(jí)結(jié)構(gòu)可能并不相同， 命名也有所區(qū)別命名也有所區(qū)別 牛細(xì)胞牛細(xì)胞 豬細(xì)胞豬細(xì)胞 SOD 討論一個(gè)酶時(shí)，討論一個(gè)酶時(shí)， 需要說(shuō)明來(lái)源和需要說(shuō)明來(lái)源和 名稱(chēng)名稱(chēng) 現(xiàn)代酶工程124 四、酶活力的測(cè)定四、酶活力的測(cè)定 現(xiàn)代酶工程125 酶活力酶活力，也就是酶活性，是指酶催化一定 化學(xué)反應(yīng)的能力。（可以根據(jù)需要定義） 酶促反應(yīng)速度，單位是：濃度/單位時(shí)間 酶促反應(yīng)速度曲線(xiàn)： 現(xiàn)代酶工程126 1、酶活力測(cè)定方法 步驟步驟： （1 1）配制底物溶液）配制底物溶液 （2 2）確定反應(yīng)條件）確定反應(yīng)條件 （3 3）反應(yīng)開(kāi)始，記時(shí)間）反應(yīng)開(kāi)始，記時(shí)間 （4 4）

39、測(cè)定產(chǎn)物的生產(chǎn)量或底物的減少量）測(cè)定產(chǎn)物的生產(chǎn)量或底物的減少量 現(xiàn)代酶工程127 2、酶活力單位 酶活力的高低，是以酶活力單位數(shù)來(lái)表示。酶活力的高低，是以酶活力單位數(shù)來(lái)表示。 1 1個(gè)活力單位：個(gè)活力單位：在在特定條件特定條件下，每下，每1 1minmin催化催化 1 1molmol的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的 酶量。酶量。 比活力：比活力：在特定條件下每在特定條件下每1 1mgmg酶蛋白所具有的酶活酶蛋白所具有的酶活 力單位數(shù)。力單位數(shù)。 即酶比活力酶活力即酶比活力酶活力mgmg酶蛋白酶蛋白 現(xiàn)代酶工程128 3 3、固定化酶的活力測(cè)定、固定化酶的活力測(cè)定 固定化酶：固定化酶：與水不

40、溶性載體結(jié)合，在一定與水不溶性載體結(jié)合，在一定 范圍內(nèi)其催化作用的酶。范圍內(nèi)其催化作用的酶。 其活力測(cè)定方法：其活力測(cè)定方法： （1 1）振蕩測(cè)定法）振蕩測(cè)定法 （2 2）柱法測(cè)定）柱法測(cè)定 （3 3）連續(xù)測(cè)定）連續(xù)測(cè)定 （4 4）固定化酶的比活力測(cè)定）固定化酶的比活力測(cè)定 （5 5）酶結(jié)合效率與酶活力回收率的測(cè)定）酶結(jié)合效率與酶活力回收率的測(cè)定 （6 6）相對(duì)酶活力測(cè)定）相對(duì)酶活力測(cè)定 現(xiàn)代酶工程129 一、酶工程是生物技術(shù)的重要組成部分一、酶工程是生物技術(shù)的重要組成部分 二、酶工程的研究?jī)?nèi)容二、酶工程的研究?jī)?nèi)容 三、酶和酶工程研究的重要意義三、酶和酶工程研究的重要意義 四、酶和酶工程研究進(jìn)

41、展四、酶和酶工程研究進(jìn)展 第二節(jié) 酶工程發(fā)展概況 現(xiàn)代酶工程130 一、酶工程是生物技術(shù)的重要組成部分一、酶工程是生物技術(shù)的重要組成部分 酶工程與發(fā)酵工程、基因工程和細(xì)胞工程具酶工程與發(fā)酵工程、基因工程和細(xì)胞工程具 有密切的聯(lián)系，相互依存，相互促進(jìn)，構(gòu)成完整有密切的聯(lián)系，相互依存，相互促進(jìn)，構(gòu)成完整 的生物技術(shù)。的生物技術(shù)。 常規(guī)菌（或常規(guī)細(xì)胞株）常規(guī)菌（或常規(guī)細(xì)胞株） 改造物種改造物種 生物工程（學(xué)）生物工程（學(xué)） 工程菌（或工程細(xì)胞株）工程菌（或工程細(xì)胞株） 商品生產(chǎn)商品生產(chǎn) 大量生產(chǎn)：大量生產(chǎn)： 經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益 現(xiàn)代酶工程131 酶工程與發(fā)酵工程

42、、基因工程和細(xì)胞工程的關(guān)系 基因工程基因工程發(fā)酵工程發(fā)酵工程 酶工程酶工程酶酶 細(xì)胞工程細(xì)胞工程 酶酶 細(xì)細(xì) 胞胞 菌體細(xì)胞菌體細(xì)胞 固定化菌體細(xì)胞固定化菌體細(xì)胞 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因植物 現(xiàn)代酶工程132 生物技術(shù)生物技術(shù)的四大支柱四大支柱 基 因 工 程 細(xì) 胞 工 程酶 工 程發(fā) 酵 工 程 生生物物技技術(shù)術(shù) （ 生 物 工 程 ） 現(xiàn)代酶工程133 二、酶工程的主要研究?jī)?nèi)容二、酶工程的主要研究?jī)?nèi)容 酶工程是酶工程是酶學(xué)基本原理酶學(xué)基本原理與與化學(xué)工程化學(xué)工程相結(jié)相結(jié) 合而形成的一門(mén)新興的合而形成的一門(mén)新興的技術(shù)科學(xué)技術(shù)科學(xué)。研究酶。研究酶 制劑大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用所涉及的

43、理論與技制劑大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用所涉及的理論與技 術(shù)方法。術(shù)方法。 現(xiàn)代酶工程134 酶學(xué)工程學(xué) 酶工程的定義 現(xiàn)代酶工程135 酶工程的內(nèi)容 現(xiàn)代酶工程136 酶工程的內(nèi)容 現(xiàn)代酶工程137 三、酶和酶工程研究的重要意義三、酶和酶工程研究的重要意義 有助于闡明生命的本質(zhì)和活動(dòng)規(guī)律；有助于闡明生命的本質(zhì)和活動(dòng)規(guī)律； 為催化劑設(shè)計(jì)，藥物設(shè)計(jì)及疾病診斷治療為催化劑設(shè)計(jì)，藥物設(shè)計(jì)及疾病診斷治療 提供依據(jù)和新思路；提供依據(jù)和新思路； 蛋白質(zhì)和核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定和基因工程研蛋白質(zhì)和核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定和基因工程研 究中的重要工具；究中的重要工具； 運(yùn)用酶技術(shù)生產(chǎn)有重要價(jià)值的產(chǎn)品；運(yùn)用酶技術(shù)生產(chǎn)有重要價(jià)值的產(chǎn)品；

44、運(yùn)用酶技術(shù)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量運(yùn)用酶技術(shù)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量 和產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本；和產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本； 酶技術(shù)應(yīng)用于疾病診斷治療和環(huán)境保護(hù)等。酶技術(shù)應(yīng)用于疾病診斷治療和環(huán)境保護(hù)等。 現(xiàn)代酶工程138 四、酶和酶工程研究進(jìn)展四、酶和酶工程研究進(jìn)展 4酶的應(yīng)用研究酶的應(yīng)用研究 20世紀(jì)世紀(jì)50年代：大規(guī)模的酶工業(yè)化生產(chǎn)建立；年代：大規(guī)模的酶工業(yè)化生產(chǎn)建立； 60年代：酶固定化，酶分子化學(xué)修飾，酶電極年代：酶固定化，酶分子化學(xué)修飾，酶電極 問(wèn)世，酶標(biāo)免疫技術(shù)建立；問(wèn)世，酶標(biāo)免疫技術(shù)建立； 70年代：微生物細(xì)胞固定化；年代：微生物細(xì)胞固定化； 80年代：動(dòng)植物細(xì)胞固定化；年代：動(dòng)植物細(xì)

45、胞固定化； 近年來(lái)，抗體酶，人工酶和模擬酶研究。近年來(lái)，抗體酶，人工酶和模擬酶研究。 現(xiàn)代酶工程139 4酶的理論研究酶的理論研究 u新酶的發(fā)現(xiàn)和鑒定新酶的發(fā)現(xiàn)和鑒定 u酶一級(jí)結(jié)構(gòu)與活力的關(guān)系酶一級(jí)結(jié)構(gòu)與活力的關(guān)系 u酶分子高級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定酶分子高級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定 u酶活性部位結(jié)構(gòu)與催化機(jī)理酶活性部位結(jié)構(gòu)與催化機(jī)理 u核酶的發(fā)現(xiàn)（核酶的發(fā)現(xiàn)（ribozyme)ribozyme) 現(xiàn)代酶工程140 化學(xué)修飾法化學(xué)修飾法是研究酶一級(jí)結(jié)構(gòu)與活力關(guān)系是研究酶一級(jí)結(jié)構(gòu)與活力關(guān)系 的主要方法之一，近年來(lái)發(fā)展了一些新的研的主要方法之一，近年來(lái)發(fā)展了一些新的研 究技術(shù)：究技術(shù)： 過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物技術(shù)；過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物技術(shù)；

46、 自殺性底物技術(shù)；自殺性底物技術(shù)； 基因定位突變技術(shù)；基因定位突變技術(shù)； 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)等。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)等。 現(xiàn)代酶工程141 一部分酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)已經(jīng)被測(cè)定，但絕大一部分酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)已經(jīng)被測(cè)定，但絕大 多數(shù)酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)仍沒(méi)有確定。多數(shù)酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)仍沒(méi)有確定。X-X-射線(xiàn)晶體結(jié)射線(xiàn)晶體結(jié) 構(gòu)分析構(gòu)分析仍然是十分有效的方法；近年來(lái)，仍然是十分有效的方法；近年來(lái)，二維二維 核磁共振技術(shù)核磁共振技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，可用于測(cè)定的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，可用于測(cè)定 溶液中酶分子的構(gòu)象及其變化過(guò)程。溶液中酶分子的構(gòu)象及其變化過(guò)程。 現(xiàn)代酶工程142 酶活性中心結(jié)構(gòu)及其催化機(jī)理的研究是酶學(xué)研究中最核酶活性中心結(jié)構(gòu)

47、及其催化機(jī)理的研究是酶學(xué)研究中最核 心的問(wèn)題。心的問(wèn)題。 應(yīng)用應(yīng)用X-X-射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)分析技術(shù)射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)分析技術(shù)研究酶研究酶- -底物（底物類(lèi)似物）底物（底物類(lèi)似物） 復(fù)合物結(jié)構(gòu)，可以確定酶活性部位結(jié)構(gòu)以及酶分子與底復(fù)合物結(jié)構(gòu)，可以確定酶活性部位結(jié)構(gòu)以及酶分子與底 物分子的結(jié)合情況；物分子的結(jié)合情況； 應(yīng)用應(yīng)用二維核磁共振技術(shù)二維核磁共振技術(shù)可以確定酶活性部位解離基團(tuán)的可以確定酶活性部位解離基團(tuán)的 pKpK值以及催化過(guò)程中的質(zhì)子轉(zhuǎn)移情況；值以及催化過(guò)程中的質(zhì)子轉(zhuǎn)移情況； 電子計(jì)算機(jī)編程電子計(jì)算機(jī)編程研究酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，對(duì)酶與底物的作研究酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，對(duì)酶與底物的作 用方式以及底物反應(yīng)過(guò)程中

48、酶分子的可能存在形式作出用方式以及底物反應(yīng)過(guò)程中酶分子的可能存在形式作出 判斷；判斷； 應(yīng)用應(yīng)用隧道電鏡技術(shù)隧道電鏡技術(shù)可以觀察酶催化過(guò)程中質(zhì)子轉(zhuǎn)移和電可以觀察酶催化過(guò)程中質(zhì)子轉(zhuǎn)移和電 子轉(zhuǎn)移的情況子轉(zhuǎn)移的情況 現(xiàn)代酶工程143 近年來(lái)，發(fā)現(xiàn)生物體中的近年來(lái)，發(fā)現(xiàn)生物體中的一些一些RNARNA具有具有 催化作用催化作用，具有酶的類(lèi)似性質(zhì)，可以，具有酶的類(lèi)似性質(zhì)，可以切割切割 特異性特異性RNARNA序列序列。這一重大發(fā)現(xiàn)對(duì)于生命的。這一重大發(fā)現(xiàn)對(duì)于生命的 起源和生物進(jìn)化研究；對(duì)于病毒和腫瘤的起源和生物進(jìn)化研究；對(duì)于病毒和腫瘤的 治療將具有深遠(yuǎn)意義。治療將具有深遠(yuǎn)意義。 現(xiàn)代酶工程144 第三節(jié)第三節(jié) 酶的生產(chǎn)方法和應(yīng)用前景酶的生產(chǎn)方法和應(yīng)用前景 現(xiàn)代酶工程145 一 酶的來(lái)源和生產(chǎn) 現(xiàn)代酶工程146 酶酶植物植物動(dòng)物動(dòng)物 微生物微生物 酶的來(lái)源酶的來(lái)源 現(xiàn)代酶工程147 動(dòng)植物動(dòng)植物 粗品酶粗品酶純酶純酶 早期酶的生產(chǎn) 分離分離 純化純化 木瓜木瓜 木瓜木瓜 蛋白酶蛋白酶 菠蘿菠蘿 菠蘿菠蘿 蛋白酶蛋白酶 例例1 1 例例2 2 現(xiàn)代酶工程148 生產(chǎn)周期長(zhǎng)生產(chǎn)周期長(zhǎng) 來(lái)源有限來(lái)源有限 地理、氣候地理、氣候 和季節(jié)影響和季節(jié)影響 技術(shù)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì) 以及倫理以及倫理 動(dòng) 植 物 原 料 的 特 點(diǎn) 和 不 足 不能滿(mǎn)不能滿(mǎn) 足要求足要求 ？ 現(xiàn)代