酶的故事学习.pptx

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1、酶的发展史人们对酶的认识起源于生产与生活实践。公元前12世纪周代人们酿酒，制作饴糖和酱，2000多年前，春秋战国时期已知用曲治疗消化不良的疾病。西方国家19世纪对酿酒发酵过程进行了大量研究。直到1897年，Buchner兄弟用石英砂磨碎酵母细胞，制备了不含酵母细胞的抽提液，并证明此不含细胞的酵母提取液也能使糖发酵，说明发酵与细胞的活动无关。从而说明了发酵是酶作用的化学本质，为此Buchner获得了1911年诺贝尔化学奖。第1页/共45页1878年,给酶一个统一的名词，叫EnzymeEnzyme，这个字来自希腊文，其意思“在酵母中”。后来对酶的作用机理及酶的本质做了深入研究，1930年，证实酶是

2、一种蛋白质；80年代初发现了具有催化功能的RNA核酶(ribozyme)，这一发现打破了酶是蛋白质的传统观念，开辟了酶学研究的新领域，现已鉴定出4 000多种酶，数百种酶已得到结晶，而且每年都有新酶被发现。第2页/共45页酶的应用酶工程已成为当代生物工程的重要支柱。已普遍使用于食品、发酵、制革、纺织、日用化学及医药保健等部门，在化学分析、生物传感器及环保方面的应用。第3页/共45页1.1.酶催化作用的特点第4页/共45页1.11.1酶和一般催化剂的比较 酶和其他催化剂一样，都能显著地改变化学反应速率，使之加快达到平衡，但不能改变反应的平衡常数。酶本身在反应后也不发生变化。第5页/共45页1.2

3、 1.2 酶作为生物催化剂的特点 1 12.12.1酶易失活酶是由细胞产生的生物大分子，凡能使生物大分子变性的因素，如高温、强碱、强酸、重金属盐等都能使酶失去催化活性，因此酶所催化的反应往往都是在比较温和的常温、常压和接近中性酸碱条件下进行。第6页/共45页 生物体内的大多数反应，在没有酶的情况下，几乎是不能进行的，酶作为催化剂比一般催化剂更显著地降低活化能，催化效率更高。酶具有很高的催化效率第7页/共45页高度专一性是指酶对催化的反应和反应物有严格的选择性。被作用的反应物，通常称为底物(substrate)。酶往往只能催化一种或一类反应，作用于一种或一类物质。而一般催化剂没有这样严格的选择性

4、。淀粉酶只能催化淀粉糖苷键的水解，蛋白酶只能催化蛋白质肽键的水解，脂肪酶只能催化脂肪酯键的水解，而对其他类物质则没有催化作用。酶作用的专一性，是酶最重要的特点之一，也是和一般催化剂最主要的区别。酶具有高度专一性(specificity)(specificity)第8页/共45页有机体的生命活动表现了它内部化学反应历程的有序性，这种有序性是受多方面因素调节控制的，一旦破坏了这种有序性，就会导致代谢紊乱，产生疾病，甚至死亡。酶活力受到调节和控制是区别于一般催化剂的重要特征。酶活性受到调节和控制第9页/共45页2.2.酶的化学组成从化学组成来看,酶可分为两类单纯蛋白质:除了蛋白质外，不含其他物质，如

5、脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。缀合蛋白质:除了蛋白质外，还要结合一些对热稳定的非蛋白质小分子物质或金属离子(称为辅因子)，全酶 =酶蛋白 +辅因子。在酶催化时，一定要有酶蛋白和辅因子同时存在才起作用，二者各自单独存在时，均无催化作用。第10页/共45页酶的辅因子，根据它们与酶蛋白结合的松紧程度不同，可分为两类，辅酶：指与酶蛋白结合比较松弛的小分子有机物质，通过透析方法可以除去，如辅酶I和辅酶等。辅基：以共价键和酶蛋白结合，不能通过透析除去，需要经过一定的化学处理才能与蛋白分开，如细胞色素氧化酶中的铁卟啉，丙酮酸氧化酶中的黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)，都属于辅基。所以辅酶和辅基的区别只在于它们

6、与脱辅酶结合的牢固程度不同，并无严格的界线。第11页/共45页4.酶的命名和分类随着生物化学，分子生物学等生命科学的发展，发现了很多的新酶。为了研究和使用的方便，需要对已知的酶加以分类，并给以科学名称。1961年国际生物化学学会酶学委员会决定每一种酶应有一个系统名称和一个习惯名称。第12页/共45页4.1 4.1 习惯命名法 1961年以前使用的酶的名称都是习惯沿用的，主要依据两个原则：根据酶作用的底物命名，如催化水解淀粉的酶叫淀粉酶，催化水解蛋白质的酶叫蛋白酶。有时还加上来源以区别不同来源的同一类酶，如胃蛋白酶，胰蛋白酶。根据酶催化反应的性质及类型命名，如转移酶、氧化酶等。有的酶结合上述两个

7、原则来命名，如琥珀酸脱氢酶是催化琥珀酸脱氢反应的酶。习惯命名比较简单，应用历史较长，尽管缺乏系统性，但现在还被人们使用。第13页/共45页4.2 4.2 国际系统命名法系统名称包括系统名称包括底物名称、构型、底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字反应性质，最后加一个酶字。例如：例如：酶催化的反应酶催化的反应:谷氨酸谷氨酸 +丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 +丙氨酸丙氨酸习惯名称习惯名称:谷丙转氨酶谷丙转氨酶系统名称系统名称:丙氨酸：丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶第14页/共45页5.1 5.1 酶的专一性酶的专一性可分为两种类型1 1结构专一性（对底物结构有一定的要求）2.

8、2.立体异构专一性当底物具有立体异构体时，酶只能作用其中的一种，这种专一性称为立体异构专一性。酶的立体异构专一性是相当普遍的现象。第15页/共45页结构专一性绝对专一性：有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一种底物，而不作用于任何其他物质，这种专一性称为“绝对专一性”。相对专一性：有些酶对底物的要求比上述绝对专一性要低一些，可作用一类结构相近的底物，这种专一性称为相对专一性”。第16页/共45页立体异构专一性 旋光异构专一性 例如L氨基酸氧化酶只能催化L氨基酸氧化，而对D氨基酸无作用 几何异构专一性 当底物具有几何异构体时，酶只能作用于其中的一种。例如，琥珀酸脱氢酶只能催化琥珀酸脱氢生成延胡索

9、酸（反丁烯二酸），而不能生成顺丁烯二酸，称为几何异构专一性。第17页/共45页5.2 5.2 关于酶作用专一性的假说锁与钥匙诱导契合第18页/共45页锁与钥匙在1894年Fisher提出“锁与钥匙”(lock and key)学说，即酶与底物为锁与钥匙的关系，以此说明酶与底物结构上的互补性。该学说的局限性不能解释酶的逆反应，如果酶的活性中心是“锁和钥匙”学说中的锁，那么，这种结构不可能即适合于可逆反应的底物，又适合于可逆反应的产物。第19页/共45页诱导契合1958年提出“诱导契合”假说，当酶分子与底物分子接近时，酶蛋白受底物分子诱导，其构象发生有利于底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补契合

10、进行反应。近年来X射线晶体结构分析的实验结果支持这一假说，证明了酶与底物结合时，确有显著的构象变化。因此人们认为这一假说比较满意地说明了酶的专一性。第20页/共45页 诱导契合机制A.靠近 B.定向 酶与底物靠近酶与底物靠近 定向定向 酶与底物相互诱导变形酶与底物相互诱导变形 契合形成中间产物契合形成中间产物 产物脱离产物脱离靠近靠近电性吸引、疏水作用定定定定向向向向底物底物酶酶第21页/共45页C.诱导契合诱导诱导互补性结构变化契合契合活性中心催化基团进行催化第22页/共45页D.产物脱离酶复原酶复原催化剂催化剂第23页/共45页第24页/共45页6.6.酶的活力测定和分离纯化 第25页/共

11、45页6.1 6.1 酶活力(enzyme activity)(enzyme activity)的测定 酶活力酶活力是指酶催化某一化学反应的能力，酶活力的大小可以用在一定条件下所催化的某一化学反应的反应速率来表示，酶催化的反应速率愈大，酶的活力愈高；反应速率愈小，酶的活力就愈低。两者呈线性关系。所以测定酶的活力就是测定酶促反应的速率。第26页/共45页酶催化的反应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。在实际酶活测定中一般以测定产物的增加量为准。V=p/t p=v t第27页/共45页引起酶促反应速率降低的原因(1)底物浓度的降低；(2)产物浓度增加加速了逆反应的进行；(3)产物对

12、酶的抑制或激活作用(4)随着时间的延长引起酶本身部分分子失活等。因此测定酶活力，应测定酶促反应的初速率，反应初速率与酶量呈线性关系，因此可以用初速率来测定制剂中酶的含量。第28页/共45页酶的活力单位(U(U，activity unit)activity unit)酶酶活活力力单单位位的的定定义义：在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的酶量。有2种表示方法：IU IU（常用）（常用）KatKat第29页/共45页国际酶活力单位1961年,国际生物化学协会酶学委员会提出采用统一的“国际单位”(IU)来表示酶活力，规定规定为：在最适反应条件(温度25)下，每分钟内催化1微摩尔(um

13、o1)底物转化为产物所需的酶量,定为一个酶活力单位，即 1 IU=1 umol1 IU=1 umolminmin。第30页/共45页国际酶活力单位1972年国际酶学委员会又推荐一种新的酶活力国际单位，即Katal(简称Kat)单位。规规定定为：在最适条件下，每秒钟能催化1摩尔(mo1)底物转化为产物所需的酶量，定为1Kat单位(1Kat=1mols1)。Kat单位与IU单位之间的换算关系如下：1 Kat=60106 IU 1IU=160 Kat=167nKat第31页/共45页酶的比活力(specific activity)(specific activity)比活力比活力:每mg蛋白质所含的

14、酶活力单位数表示，比活力=活力Umg蛋白=总活力U/总蛋白mg有时用每g酶制剂或每m1酶制剂含有多少个活力单位来表示(Ug或Uml)。比比活活力力大大小小的的含含义义：可用来比较每单位质量蛋白质的催化能力。比活力愈大，表示酶的纯度愈高。第32页/共45页6.2 6.2 酶的分离和纯化的标准为了判断分离提纯方法的优劣，一般用两个指标来衡量，一是总活力的回收；(表示提纯过程中酶的损失情况);总活力=活力单位数ml酶液总体积(m1)二是比活力提高的倍数(表示提纯方法的有效程度)。比活力=活力单位数mg蛋白(氮)=总活力单位数总蛋白(氮)mg一个理想的分离提纯方法希望比活力和总活力的回收率越高越好，第

15、33页/共45页酶分离和纯化的步骤(1)(1)选材 选择酶含量丰富的新鲜生物材料，酶的提取工作应在获得材料后立即开始，否则应在低温下保存，2070为宜。或将生物组织做成丙酮粉保存。第34页/共45页(2)(2)破碎 动物组织细胞较易破碎，通过一般的研磨器、匀浆器、高速组织捣碎机就可达到目的。微生物及植物细胞壁较厚，需要用超声波、细菌磨、冻融、溶菌酶或用某些化学溶剂如甲苯、去氧胆酸钠、去垢剂等处理加以破碎，制成组织匀浆。(3)(3)抽提 在低温下，以水或低盐缓冲液，从组织匀浆中抽提酶，得到酶的粗提液。第35页/共45页(4)(4)分离及纯化 酶是生物活性物质，操作条件要温和，一般在05间进行。初

16、分：用分离蛋白质的方法，如盐析、等电点沉淀、有机溶剂分级、选择性热变性等方法可从酶粗提液中初步分离酶。细分：再采用吸附层析、离子交换层析、凝胶过滤、亲和层析、疏水层析及高效液相色谱法等层析技术或各种制备电泳技术进一步纯化酶，以得到纯的酶制品(5)(5)结晶 酶的结晶过程进行得很慢，需要数天或数星期。第36页/共45页(6)(6)保存保存 通常将纯化后的酶溶液经透析除盐后冷冻干燥得到酶粉，低温下可较长时期保存。也可将酶溶液制成25甘油或50甘油分别贮于25或50冰箱中保存。注意：注意：酶溶液浓度越低越易变性，因此切记不能保存酶的稀溶液。第37页/共45页酶分离和纯化的注意事项1.在过滤或搅拌等操

17、作过程中，要防止泡沫的生成，以避免酶蛋白在溶液的表面变性。2.重金属离子对某些酶的破坏作用，在提取液中加入少量金属鏊合剂EDTA。3.有些含巯基的酶在分离时，往往需要加入某种巯基试剂，如巯基乙醇、二硫苏糖醇(DTT)等，可防止酶的巯基在制备过程中被氧化。4.为了防止内源蛋白酶对酶的水解，在提取液加入少量蛋白酶抑制剂。第38页/共45页7.7.环保型棉织物退浆用胰酶的制备胰酶，其主要成分为胰蛋白酶、胰脂肪酶和胰淀粉酶。目前在棉布纺织退浆过程中，使用BF-765淀粉酶胰酶退浆会使棉织物产生阴纹。纺织企业中所需的胰酶粉的主要成分与其它工业部门有所不同，其主要需要胰淀粉酶具有高活力，而对胰蛋白酶的活力

18、要求不高。目前，国内外主要采用醇酮法提取胰酶，这种工艺对淀粉酶的活性损失较大，试剂易燃有毒，环境污染严重，生产成本较高。因此，对目前国内流行的胰酶工艺进行改进，使其既注重环保,又符合纺织企业生产的工艺要求。这对扩大胰酶的应用，提高猪胰脏的资源利用率，减少环境污染都有重要意义。第39页/共45页工艺流程第40页/共45页Tab 1.The difference of activity and yield of pancreatic in different activators 激活剂 淀粉酶活力/（u/g）收率/%Ca2+63600 12.1 十二指肠胰酶粉 88500 12.4 第41页/共

19、45页Tab 2.The effect of difference precipitator to the activity of pancreatin 方法 淀粉酶活力/（u/g）收率/%乙醇沉淀法 80231 11 丙酮沉淀法 78742 10.2 壳聚糖沉淀法 825131 12.6 第42页/共45页Tab 4.Result of innovated preparation of pancreatin from swine poncreas 批号 淀粉酶活力/（u/g）收率/%193244 13.2 292196 12.3 391293 12.5 平均 92244 12.7 第43页/共45页结论 本文对从猪胰中提取胰酶的工艺进行探讨，确定纺织企业所需的生产工艺条件为：使用十二指肠和胰酶粉作为激活剂，质量分数为0.2%壳聚糖作为沉淀剂，在10条件下沉淀胰酶。得到胰蛋白酶，脂肪酶和淀粉酶活力比为1:16:30，收率为12%左右的胰酶粉。该工艺生产设备简单，周期短产品质量稳定，经济实用，充分考虑环保，有很大推广价值。第44页/共45页感谢您的观看！第45页/共45页