本科《食品酶學(xué)》課件第二章 酶的結(jié)構(gòu)與功能-

1、第二章 酶的結(jié)構(gòu)與功能2002.11.18判斷是非所有的酶都是蛋白質(zhì)，然而并非所有的蛋白質(zhì)都是酶。第一節(jié) 新酶的發(fā)現(xiàn)1、抗體酶具有催化活性的抗體。是抗體的高度專一性與酶的高效催化能力相結(jié)合的產(chǎn)物。2、人工酶人工合成的具有催化作用的多肽或蛋白質(zhì)。1977年Dhar等人報道，人工合成的Glu-Phe-Ala-Glu-Ala-Ser-Phe八肽具有溶菌酶的活性。其活性是天然溶菌酶的50%。3、模擬酶利用有機(jī)化學(xué)合成的方法合成的一些比酶結(jié)構(gòu)簡單得多的具有催化功能的非蛋白質(zhì)分子。它可以模擬酶對底物的結(jié)合和催化過程，既可以大大派酶催化功能的高效率，又能克服酶的不穩(wěn)定性，這樣的物質(zhì)分子，稱為模擬酶。用糊精已

2、經(jīng)成功地模擬了胰凝乳酶等多種酶。4、核酶近年來在生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一些具有類似酶催化作用的RNA和DNA，被稱為核酶，Ribozyme。這一重大發(fā)現(xiàn)，對于生命起源和生物進(jìn)化的研究，以及基因疾病、病毒和腫瘤的治療，具有重大的意義。第二節(jié) 酶在機(jī)體中的分布和作用1、作用作為生物催化劑，促使反應(yīng)在體溫條件和常壓下進(jìn)行。2、分布存在廣泛。舉例：1）分布：a-淀粉酶：人唾液、胰臟豬胰臟、牛胰臟細(xì)菌都水解a-1，4-糖苷鍵，但在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上是不同的。2）不同生物和生物的不同時期，酶的種類和含量不同第三節(jié) 酶的蛋白質(zhì)構(gòu)成氨基酸是所有蛋白質(zhì)的構(gòu)成單位。天然存在的氨基酸已分離出175種，但僅有20種氨基酸存在于蛋白

3、質(zhì)中。一、蛋白質(zhì)的分類1、單純蛋白僅由氨基酸組成。如：核糖核酸酶、胰凝乳酶、胰蛋白酶等。2、結(jié)合蛋白除了氨基酸之外還有有機(jī)和無機(jī)組分。如：1）色蛋白：血紅蛋白、肌紅蛋白、POD、CAT等都含有鐵卟啉輔助因子；2）非血紅素金屬蛋白，如鐵蛋白；3）脂蛋白，如血液中含有的a-脂蛋白等；結(jié)合蛋白4）糖蛋白，糖基。例如，粘蛋白，是唾液、胃液和內(nèi)分泌液的主要成分；5）磷蛋白，磷。如酪蛋白和胃蛋白酶；6）需要各種不同輔助因子的酶。二、酶蛋白的組成-氨基酸1、氨基酸的縮寫與組成復(fù)習(xí)！2、氨基酸通過肽鍵連結(jié)成多肽鏈氨基酸+氨基酸+=多肽+水分子基本概念主鏈：構(gòu)成多肽的有規(guī)則的部分；側(cè)鏈：多肽鏈中可變化的部分；殘

4、基：多肽鏈中的一個氨基酸單位被稱為一個殘基。三、酶蛋白的二級與高級結(jié)構(gòu)1、二級結(jié)構(gòu)1）a-螺旋（helix)（右手）2）B-折疊(replicate, fold over) （片）3）三股螺旋（膠原螺旋）動物結(jié)締組織-膠原蛋白-膠原纖維組成：Gly (35%), Ala (11%), Pro(12%), Hypro(9%) 無-NH， 膠原蛋白中無a-螺旋 借助Gly殘基的肽鍵之間形成氫鍵而組成三股螺旋（右手），其中每一股是左手螺旋。2、三級結(jié)構(gòu)進(jìn)一步折疊成更緊密的結(jié)構(gòu)。例如，幾乎所有的極性氨基酸處于蛋白質(zhì)分子的表面，而幾乎所有的非極性氨基酸處于蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部。穩(wěn)定三級結(jié)構(gòu)的鍵或作用力：Va

5、nder Walls力、靜電力、疏水力、氫鍵、二硫交聯(lián)等。3、酶蛋白的四級結(jié)構(gòu)1、不同數(shù)目的多肽鏈組成如：RNA酶、溶菌酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶和一些a-淀粉酶由一條多肽鏈組成。而很多酶由兩條以上的多肽鏈組成。如：抗壞血酸氧化酶（EC.1.10.1.6）由6條多肽鏈組成；脂氧合酶（EC.1.13.11.12）由2條多肽鏈組成。乳糖酶（EC.3.2.1.23）由4條多肽鏈組成。2、穩(wěn)定酶蛋白四級結(jié)構(gòu)的鍵和作用力鍵和作用力：疏水鍵和靜電相互作用力為主。4、酶的存在存在狀態(tài)：在生物組織中，酶以完全溶解的狀態(tài)或以同膜結(jié)合的狀態(tài)存在。在電子輸送鏈中的酶，以有次序的方式結(jié)合到結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)上。第四節(jié) 酶的作用機(jī)

6、理及活性測定一、 酶的活力測定指酶的催化能力。在特定的系統(tǒng)和條件下，酶作用的化學(xué)反應(yīng)所進(jìn)行的速度，就代表酶活力。 1.酶活力的定義2、酶活力測定過程要求：快速、簡便、準(zhǔn)確。過程：在一定的條件下將酶與底物混合，反應(yīng)一段時間后，測定反應(yīng)液中底物和產(chǎn)物的量。測定步驟：（1）根據(jù)酶的專一性，選擇適宜的底物，并配制成一定濃度底物溶液。注意：均勻、純度、新鮮。（2）根據(jù)資料或試驗(yàn)結(jié)果，確定酶催化反應(yīng)的溫度、pH等條件。T：室溫（25），體溫（37）、最適溫度或其他。 pH：最適。Buffer solution 測定步驟：(3)在一定的條件下，將一定量的酶液與一定量的底物溶液混合均勻，適時記下反應(yīng)時間。（4

7、）反應(yīng)到一定的時間，取出適量的反應(yīng)液，運(yùn)用各種適合的生化檢測技術(shù)，測定產(chǎn)物的生成量和底物的減少量。3. 酶活力測定方法（1）初速度法 酶反應(yīng)的過程若用產(chǎn)物生成和時間關(guān)系作圖，反應(yīng)速度即為此曲線的斜率。反應(yīng)速度逐漸降低的原因：底物濃度降低和產(chǎn)物濃度增加加速了逆反應(yīng)的進(jìn)行；產(chǎn)物的抑制作用；酶的部分失活等。在實(shí)際測定過程中，為了保證測得的是初速度，往往使底物濃度足夠大，把酶完全飽和。（2）終止法是指在恒溫反應(yīng)系統(tǒng)中進(jìn)行酶促反應(yīng)，間隔一定的時間，分幾次取出一定容積的反應(yīng)液，使酶即可停止作用，然后分析產(chǎn)物的生成量或底物的消耗量。這是最古典的但仍然經(jīng)常使用的方法，幾乎所有的酶都可以根據(jù)這一原理，設(shè)計(jì)測定其

8、活力的具體方法。使酶停止作用常使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、三氯乙酸、SDS（十二烷基硫酸鈉）等，或迅速加熱使酶失活或變性，放到冰粒或冰鹽上（使溫度降到10度以下）。酶反應(yīng)的底物或產(chǎn)物可用以下方法測定：化學(xué)法: 利用化學(xué)反應(yīng)使產(chǎn)物變成一個可用某種物理方法測定的化合物。如根據(jù)比色、酸堿滴定、量熱、量氣法等來計(jì)算酶的活力。放射性化學(xué)法: 用層析或電泳的法將具有同位素標(biāo)記的底物和產(chǎn)物分離，測定產(chǎn)物（或底物的放射性）就可得知酶的活力。同位素有：3H、14C、35P、113I，計(jì)數(shù)器記錄。酶偶聯(lián)法：有些酶促反應(yīng)的產(chǎn)物不易直接測定，需加入一指示酶轉(zhuǎn)變成可測定的產(chǎn)物。（3）連續(xù)法 不需要取樣終止反應(yīng)，而是基于反應(yīng)過程中光

9、譜吸收、氣體體積、酸堿度、溫度、粘度等變化，用儀器跟蹤監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)行的過程，記錄結(jié)果，算出酶活性。此法使用方便，一個樣品可多次測定，且有利于動力學(xué)研究，但很多酶反應(yīng)還不能用該法測定。（4） 酶分析的自動化是指從加樣、啟動反應(yīng)、檢測、數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果處理等整個過程由儀器自動操作。主要基于反應(yīng)的初速度原理。4. 酶的活力單位國際單位（IU）：EC規(guī)定在25C，在最適底物濃度、最適緩沖液離子強(qiáng)度和pH的系統(tǒng)內(nèi)，1min轉(zhuǎn)化一個微摩爾底物所需要的酶量，稱為1IU。比活力：是純度的量度，指單位重量的蛋白質(zhì)中所含的某種酶的催化活力。Specific catalytic activity / IUmg-1，比活

10、力越高，表示酶越純。5、酶反應(yīng)的動力學(xué)原理1）酶活性部位的本質(zhì)（1）Fisher提出“鎖鑰學(xué)說” （2）Koschland提出“誘導(dǎo)楔合”學(xué)說（1）Fisher提出“鎖鑰學(xué)說” 底物類似鑰匙，酶類似鎖。在酶蛋白質(zhì)的表面存在一個和底物結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的區(qū)域，如果一個分子的結(jié)果能和這個區(qū)域充分互補(bǔ)，那么它就能與酶相結(jié)合；當(dāng)?shù)孜锓肿由厦舾械逆I正確地定向到酶的催化部位，底物就有可能轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物。（2）Koschland提出“誘導(dǎo)楔合”學(xué)說A、酶和底物在形成吸附絡(luò)合物以前是分離的，此時酶的活性部位不存在和底物結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的構(gòu)象；B、當(dāng)?shù)孜锓肿咏咏副砻鏁r，引起肽鏈位置的變化，從而使它和底物的形狀達(dá)到緊密一致。（1）底

11、物濃度對酶催化反應(yīng)速度的影響 * 反應(yīng)圖示 *Michaelis-Menten方程 2）酶反應(yīng)動力學(xué)（2）酶濃度對催化反應(yīng)速度的影響 圖示 （3）pH值對酶催化反應(yīng)速度的影響最適pH：酶活力最高時的pH。pH對反應(yīng)速度的影響：影響酶的穩(wěn)定性影響酶與底物結(jié)合，以及催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物（4）溫度對酶反應(yīng)速度的影響采用溫度來控制酶反應(yīng)速度的意義：低溫保藏可減少酶對食品軟化、不良風(fēng)味的形成，以及成熟的影響。高溫抑制酶活性，保持食品品質(zhì)。第五節(jié) 固定化酶及其功能1、定義在酶促反應(yīng)過程中，將酶定位或限制在一定的空間范圍內(nèi)，使其在反應(yīng)后易于和反應(yīng)物及產(chǎn)物分開，從而達(dá)到反復(fù)使用和連續(xù)生產(chǎn)的新型酶制劑。2、優(yōu)點(diǎn)1）反復(fù)使用。2）能與反應(yīng)物分開，生產(chǎn)過程容易控制。3）由于三級結(jié)構(gòu)得到穩(wěn)定，酶的穩(wěn)定性得到提高。4）產(chǎn)物中不含酶， 利于提高食品質(zhì)量。5）是研究酶動力學(xué)的良好模型。3、歷史1916年，Nelson和Griffin等研究將轉(zhuǎn)化酶吸附在炭和氧化鋁上，酶仍具有活性。沉默40年。1954-1961年，許多科學(xué)家把酶固定在在有機(jī)載體或纖維素上。近年來，固定化酶的生產(chǎn)與應(yīng)用得到長足發(fā)展。4、固定方