酶工程學(xué)第1周緒論

開學(xué)啦!Kepler-452bFindinganotherEarth,notfoundKepler-452b有生命嗎？

WHATISLIFE?ERWINSCHRODINGERFirstpublished1944Whatislife?ThePhysicalAspectoftheLivingCell.BasedonlecturesdeliveredundertheauspicesoftheDublinInstituteforAdvancedStudiesatTrinityCollege,Dublin,inFebruary1943.TothememoryofMyParents1887—1961埃爾溫.薛定諤生物學(xué)家關(guān)于生命是什么的回答：CellsignalpathwayTheSevenYearItch酶主宰了內(nèi)臟和細胞的所有功能，沒有酶就沒有生命！酶學(xué)研究七獲諾貝爾獎：1907年諾貝爾化學(xué)獎：Buchner（德），發(fā)現(xiàn)無細胞發(fā)酵現(xiàn)象1929年諾貝爾化學(xué)家：Harden（英），發(fā)酵機理的研究1946年諾貝爾化學(xué)獎：Willstatter（德），揭示了酶是蛋白質(zhì)1975年諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎：Dulbecco、Temin和Baltimore（美），逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)1978年諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎：Arber（瑞士）、Smith（美）和Arber（美），限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用1989年諾貝爾化學(xué)獎：Altman和Cech（美），打破了酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)觀念1997年諾貝爾化學(xué)獎：Boyer（美）和Walker（英），揭示了ATP合成酶的作用機制酶工程學(xué)EnzymeEngineering

酶工程：酶的生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)過程。主要任務(wù)是經(jīng)過預(yù)先設(shè)計，通過人工操作獲得人們所需的酶，并通過各種方法使酶充分發(fā)揮其催化功能。學(xué)習(xí)內(nèi)容緒論(第一章)酶的生產(chǎn)酶的改性酶的應(yīng)用酶生物合成的基本理論(第二章)酶的生物合成法(第三章)酶的提取與分離純化(第四章)酶改性的基本理論(第五章)酶分子修飾(第六章)酶固定化(第七章)酶的非水相催化(第八章)酶應(yīng)用的基本理論(第九章)酶反應(yīng)器的應(yīng)用(第十章)酶的應(yīng)用領(lǐng)域(第十一章)參考書（一）教材：《酶工程》，郭勇主編，高等教育出版社，第一版，2005年。（二）參考資料：國家面向21世紀(jì)課程教材，《生物化學(xué)》上、下冊,王鏡巖等主編，高等教育出版社，第三版。第一章緒論第一節(jié)酶的基本概念酶,

enzyme源于希臘語：ενζυμον德語：Enzym原意:

inyeast在酵母中的東西生命體內(nèi)催化化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)按照起催化作用的主要成分分類：蛋白類酶(proteozyme,P酶)核酸類酶(ribozyme,R酶)1713年：Reaumur發(fā)現(xiàn)消化過程的化學(xué)變化1783年：Spallamzan發(fā)現(xiàn)鳥的胃液能消化肉1814年：Kirchhoff發(fā)現(xiàn)稀酸對淀粉的加水分解作用【麥芽抽提液加入淀粉后能生成麥芽糖,即麥芽抽提液中必定有能水解淀粉的水溶性物質(zhì)→ferment(酵素)】1826年：Mitscherlich提倡水溶性酵素為“unorganizedferment”1830年：Kuhlne開始使用Enzyme這一術(shù)語一、酶學(xué)研究史1833年：Payen&Persoz從麥芽抽提液得到了ferment,稱diastase【溶于水、稀酸,但不溶于高濃度酒精,即現(xiàn)在的amylase】1835年：Berzelius提出ferment起的是催化作用1857年：Pasteur認(rèn)為發(fā)酵分幾個階段進行,每一步都有特定的酶參與,但酶只在活體細胞中才能起作用1894年：Bertrand發(fā)現(xiàn)了水解酶以外的酶1897年：Buchner兄弟以"沒有酵母的酒精發(fā)酵"證明了酶可以離開細胞起作用1910年：Halden&Young發(fā)現(xiàn)酶是蛋白質(zhì)與耐熱性低分子量化合物(cofactor)的復(fù)合物,提出蛋白質(zhì)只是擔(dān)體1913年：米氏方程建立1926年：Sumner得到了Urease的結(jié)晶【12年后,Northrop結(jié)晶化了Pepsin,Trypsin等蛋白酶】結(jié)晶中測定不到cofactor1929年：Warburg發(fā)現(xiàn)呼吸鏈諸酶中的血紅素【1935-1936年維生素與輔酶的關(guān)系的解明】1929年：Sabbarow發(fā)現(xiàn)ATP【1939-1940年F.Lipmann解明高能磷酸化合物的生理意義】1959年：SutherlandcAMP的發(fā)現(xiàn)----→酶與激素的關(guān)系1970年：Restrictionenzyme的發(fā)現(xiàn)-----→基因工程1982年：ThomasR.Cech和SidneyAltman在研究RNA分子剪切機理時發(fā)現(xiàn)RNA分子也有催化能力1.松散排列二、酶的聚集形式酶酶酶酶1.酶在細胞中各自以可溶單體的形式存在，彼此之間沒有及結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系。2.反應(yīng)時酶是隨機擴散的，催化效率不高特點：酶酶酶酶酶酶酶酶糖酵解途徑——是指細胞在細胞質(zhì)中分解葡萄糖生成丙酮酸的過程，此過程中伴有少量ATP的生成。這一過程是在細胞質(zhì)中進行，不需要氧氣，每一反應(yīng)步驟基本都由特異的酶催化。在缺氧條件下丙酮酸被還原為乳酸，有氧條件下丙酮酸可進一步氧化分解生成乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)，生成CO2和H2O。糖酵解總共包括10個連續(xù)步驟，均由對應(yīng)的酶催化。例：糖酵解中的酶總反應(yīng)為：葡萄糖+2ATP+2ADP+2Pi+2NAD+→2丙酮酸+4ATP+2NADH+2H++2H2O2.簇式排列幾種酶有機地聚集在一起，精巧地鑲嵌成一定的結(jié)構(gòu)，定向轉(zhuǎn)移，形成多酶復(fù)合體，催化效率高。特點：例：丙酮酸脫氫酶復(fù)合體（丙酮酸脫氫酶系）——催化丙酮酸脫羧反應(yīng)的多酶復(fù)合體。丙酮酸脫氫酶（24個）二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；福?4個）二氫硫辛酸脫氫酶（12個）焦磷酸硫胺素（TPP）硫辛酸(ALA)FADNADCoAMg2+三種酶六種輔助因子CH3—CO—COO+CoA~SH+NAD→CH3—CO~CoA+CO2+NADH大腸桿菌丙酮酸脫氫酶：例：脂肪酸合成酶乙酰CoA+7丙二酸CoA+14NADPH+14H+→棕櫚酸+7CO2+8CoA+14NADP++6H2O3.與生物膜結(jié)合一種結(jié)構(gòu)更高的多酶復(fù)合體，酶整齊地排列在生物膜上，催化效率最高。特點：——又稱電子傳遞鏈，是由一系列電子載體構(gòu)成的，從NADH或FADH2向氧傳遞電子的系統(tǒng)。例：呼吸鏈第二節(jié)酶的分類與命名P3圖1-1一、蛋白類酶（P酶）的分類與命名習(xí)慣命名法一般采用底物加反應(yīng)類型而命名，如蛋白水解酶、乳酸脫氫酶、磷酸己糖異構(gòu)酶等。對水解酶類，只要底物名稱即可，如蔗糖酶、膽堿酯酶、蛋白酶等。有時在底物名稱前冠以酶的來源，如血清谷氨酸－丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶、唾液淀粉酶等系統(tǒng)命名法例如對催化下列反應(yīng)酶的命名：ATP+D-葡萄糖→ADP+D—葡萄糖-6-磷酸該酶的正式系統(tǒng)命名是：酶的作用底物酶作用的基團催化反應(yīng)的類型表示該酶催化從ATP中轉(zhuǎn)移一個磷酸到葡萄糖分子上的反應(yīng)。ATP:葡萄糖磷酸轉(zhuǎn)移酶酶的作用底物

酶作用的基團催化反應(yīng)的類型E.C.1.1.3.4系統(tǒng)編號ATP:葡萄糖氧化酶蛋白類酶(P酶)的分類原則：按照酶催化作用的類型分為六大類，在每一大類酶中，又根據(jù)底物中被作用的基團或鍵的特點分為若干亞類，然后再把屬于某一亞類、亞亞類的酶按順序排好，這樣把已知的酶分門別類地排成一個表，叫做酶表。氧化還原酶轉(zhuǎn)移酶水解酶裂合酶異構(gòu)酶連接酶P3圖1-1二、核酸類酶（R酶）的分類與命名根據(jù)酶催化反應(yīng)的類型，區(qū)分為分子內(nèi)催化R-酶和分子間催化R-酶，根據(jù)作用方式將R-酶分為三類：剪切酶剪接酶多功能酶第三節(jié)酶的活力測定酶的活力：指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力。酶活力單位：在特定條件下，1分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化1微摩爾底物所需的酶量為一個活力單位(U)。溫度規(guī)定為25℃，其他條件取反應(yīng)的最適條件。酶的比活：每毫克酶蛋白所具有的酶活力。單位是u/mg。比活越高則酶越純。（一）基本概念一、游離酶的活力測定酶的轉(zhuǎn)化數(shù)與催化周期：每分子酶或每個酶活性中心在單位時間內(nèi)能催化的底物分子數(shù)(TN)。相當(dāng)于酶反應(yīng)的速度常數(shù)Kp。也稱為催化常數(shù)（Kcat）。1/Kp稱為催化周期。碳酸酐酶是已知轉(zhuǎn)換數(shù)最高的酶之一，高達36×106/min，催化周期為1.7微秒。（二）酶活力測定方法選擇合適的底物確定反應(yīng)條件：溫度、pH、底物濃度、激活劑濃度底物和酶溶液混合啟動反應(yīng)終止反應(yīng)，測定底物消耗量或產(chǎn)物生成量二、固定化酶的活力測定方法（一）基本概念固定化酶的比活力：每克(g)干固定化酶所具有的酶活力單位，或單位面積(cm2)的酶活力單位表示(酶膜、酶管、酶板）。酶的結(jié)合效率=加入的總酶活力-未結(jié)合的酶活