酶学基础及应用复习提纲酶工程：是将酶学理论与化工技术相结合,研究酶制剂的大规模生产和应用的技术。

包括酶制剂的制备,酶的固定化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容.绪论一, 酶的化学本质新陈代谢是生命有机体最重要的特征之一,新陈代谢所包括的各种各样的物质变化和能量变化都是在酶的作用下进行的.酶的参与使得这些生物体内的化学反应以极高的效率协调地进行着.酶(enzyme)是一类由活细胞产生的，具有催化活性和高度专一性的生物大分子，是一类生物催化剂。

酶参与的化学反应称为酶促反应,被其作用发生化学变化的物质称为底物。

二, 酶的作用特点酶与一般催化剂的共同点：①能加速化学反应速率，用量少而催化效率高；②在反应过程中本身不被消耗；③只能催化热力学上允许进行的化学反应，降低反应的活化能；④只能缩短反应达到平衡所需的时间，不能改变平衡点；⑤对可逆反应的正反两个方向的催化作用相同。

酶作为生物催化剂的特性：①酶的催化反应条件温和，酶能在常温常压和pH近中性的条件下起催化作用，这是酶作为生物催化剂所必备的条件。

②酶具有很高的催化效率，酶的催化活性比一般催化剂高106~20倍。

③酶具有高度专一性。

酶只能作用于某种物质或某一类结构相似的物质，催化它们进行某种类型的反应，又称为酶作用的特异性。

酶的特异性又可分为绝对特异性、相对特异性、立体异构特异性。

绝对特异性是指一种酶只能作用于特定的底物，发生特定性质的反应，如：脲酶只能作用于尿素催化其进行水解反应，而对尿素的各种衍生物，一般均不起作用。

相对特异性是指一种酶能够催化一类具有相同化学键或相同化学基团的物质进行某种类型的反应。

立体异构特异性是指当底物含有不对称碳原子时，酶只作用于其立体异构体中的一种。

例如乳酸脱氢酶能催化L-乳酸脱氢变为丙酮酸，对D-乳酸则无作用。

D-氨基酸氧化酶能作用于各种D-氨基酸，催化其氧化脱氢，但对L-氨基酸则毫无作用。

④酶的催化活性在体内受到多种因素调节控制酶的调节方式包括抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等，这些方式的存在使得生物体的代谢过程有条不紊地进行。

⑤酶的催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关。

.三、酶的分类和命名1955年，为避免酶的命名混乱，当时的国际生物化学协会（现发展为国际生物化学和分子生物学联合会，IUBMB）决定成立了国际酶学委员会（Enzyme Commission）以规范酶的命名。

酶学委员会提出以酶所催化的化学反应性质作为酶的分类和命名规则的主要依据，每一种酶都给以一个惯用名，一个系统名和一个数字编号。

惯用名不需要非常的精确，要求比较简短，使用方便，一般根据酶所作用的底物名称、催化的反应性质、酶的来源或其他特点来进行命名。

许多酶的惯用名是延用系统命名之前就使用的名称。

系统名要求能确切地表明底物的化学本质及酶的催化性质，酶的系统命名由两部分组成：1）酶所作用的底物的名称，若酶催化的反应中有两种底物起反应，则这两种底物均需表明，当中用“：”隔开；2）酶所催化的反应的类型例如：L-乳酸：NAD+氧化还原酶乳酸+ NAD+ 丙酮酸+ NADH + H+根据1961年国际酶学委员会（IEC）的分类法，通常将酶分为六大类：1.氧化还原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类(transferases )3.水解酶类(hydrolases)4.裂解酶类(lyases)5.异构酶类( isomerases)6.合成酶类(ligases, synthetases)数字编号：每一种酶都有其对应一个系统编号----EC•*•*•*•*EC----表示国际酶学委员会第一个数字表示酶所属的大类（1－6大类)第二个数字表示酶在该大类中所属的亚类第三个数字表示酶所属的次亚类第四个数字表示酶在所属次亚类中的流水编号例如：EC•1•1•1•27乳酸脱氢酶：表示该酶为氧化还原酶类，底物上发生氧化的供体基团是醇基（亚类），氢的受体是NAD（次亚类），流水编号为27。

第二章酶的结构与功能蛋白酶的基本组成单位：氨基酸酶可根据其化学组成的不同，分为两类：单纯酶和全酶。

全酶= 酶蛋白+ 辅助因子，其中，酶蛋白---- 不能单独表现催化活性的蛋白质部分，与底物结合，决定反应的专一性和高效率。

辅助因子----结合酶中的非蛋白质部分。

辅助因子包括金属离子、辅基、辅酶等，其中有机辅助因子中辅酶与酶蛋白结合疏松，可用透析等方法除去，而辅基与酶蛋白结合紧密，透析等方法不易除去。

酶蛋白和辅助因子单独存在均无催化活性，只有二者结合为全酶才有催化活性。

一般来说，全酶中的辅助因子决定了酶所催化的类型（反应专一性），而酶蛋白则决定了所催化的底物类型（底物专一性）。

酶的结构：略根据酶的聚合状态，酶可分为三类：单体酶——酶蛋白由一个亚基构成的。

寡聚酶——酶蛋白是寡聚蛋白质，由几个至多个亚基组成，以非共价键连接，分子量3.5万~几百万。

多酶复合体——由几种酶通过非共价键形成复合体。

一般由在系列反应中功能相关的酶组成，有利于一系列反应的连续进行。

酶的活性中心：酶分子中直接与底物结合，并催化底物发生化学反应的地方，这种显示酶的催化活性的特殊部位就称为酶的活性中心。

酶的活性中心是由一些氨基酸残基的侧链基团组成，对于结合酶，活性中心常常就是辅酶因子。

活性中心在酶分子总体积中只占相当小的部分（约1%~2%），相当于2~3个氨基酸残基。

大多都是酶分子表面的一个凹穴，为非极性的微环境，有利于与底物结合。

在酶分子中，与酶活性有关的基团称为酶的必需基团，包括活性中心和非活性中心以外的必需基团。

而非必需基团是对酶的活性无明显作用，温和水解掉后，酶仍能表现活性。

可能在酶的调节、运输、降解、免疫等方面具有意义。

活性中心又包括结合基团和催化基团： 结合基团：能与底物结合的必需基团，底物在此与酶分子结合。

一个酶的结合部位又可以分为各种亚位点，分别与底物的不同部位结合。

催化基团：能促进底物发生化学变化的必需基团，底物的敏感键在此被打断或形成新的键，从而发生一定的化学反应。

一个酶的催化部位可以不止一个。

别构酶：有些酶的分子表面除了活性中心外，还具有重要的功能部位——调节中心。

调节中心可以与小分子的代谢物相结合，使酶分子的构象发生改变，从而影响酶的活性。

这种作用叫别构效应；具有别构效应的酶叫别构酶，引起别构的物质叫别构剂(调节物)。

诱导酶：有些酶在通常的情况下不合成或很少合成，当加入诱导物后就会大量合成，这样的酶叫诱导酶。

酶的结构与催化功能的关系酶原的激活：酶原：有些酶，特别是一些与消化作用有关的酶，在最初合成和分泌时，没有催化活性，这种没有催化活性的酶的前体称为酶原；酶原激活：酶原在一定的条件下经过适当的物质作用而转变为有活性的酶的过程，称为酶原的激活，实质上是酶活性部位形成或暴露的过程。

同工酶——高级结构与酶活性关系的典型。

同工酶是指在生物体内或组织中催化相同反应而具有不同分子形式（包括不同的氨基酸序列、空间结构等）的酶。

酶分子的修饰什么是酶分子修饰？酶分子修饰：通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和酶分子 非必需基团必需基团活性中心必需基团活性中心外必需基团结合基团催化基团非活性中心活性中心功能的技术过程称为酶分子修饰。

酶分子修饰的原因及意义由于酶具有反应专一性,催化效率高及反应条件温和等优点,因此在工业,农业,医药和环保等方面已经得到越来越多的应用.但总体还没有达到大规模应用的程度,其主要原因在于酶自身性质上的一些不足,如不稳定性,对pH的要求严格以及具有抗原性等等.因此,人们希望通过各种方法,按照需要定向地改造酶分子,甚至创造出自然界尚未发现的新酶,从而适合各行各业的需要。

酶分子修饰的意义在于：1. 研究酶的结构与功能的关系。

（50年代末）研究和了解酶分子中主链、侧链、组成单位、金属离子和各种物理因素对酶分子空间构象的影响2. 人为改变天然酶的某些性质，扩大酶的应用范围。

（70年代末之后）1）提高酶的生物活性（酶活力）。

2）增强酶的稳定性（热稳定性、体内半衰期）。

3）消除抗原性（针对特异性反应降低生物识别能力）4）产生新的催化能力。

酶分子修饰的设计要点（略）酶分子的修饰方法1、酶分子的主链修饰：利用酶分子主链的切断和连接，使酶分子的化学结构及空间结构发生某些改变，从而改变酶的特性和功能的方法。

2、酶分子的侧链基团修饰：采用一定的方法（一般为化学法）使酶蛋白的侧链基团发生改变，从而改变酶分子的特性和功能的修饰方法。

3、酶分子的组成单位置换修饰：利用基因操作技术、化学法或酶法对酶的一级结构进行改造，使酶的空间构象变得更为稳定，提高酶活力，改变酶的专一性。

4、酶分子的金属离子转换修饰：把酶分子中的金属离子换成另一种金属离子，使酶的特性和功能发生改变的修饰方法称为金属离子置换修饰。

5、酶分子的物理修饰：不改变酶的组成单位及其基团，酶分子中的共价键不发生改变，只是在物理因素的作用下，副键发生某些变化和重排。

可以了解不同物理条件下，特别是在极端条件下（高温、高压、高盐、极端pH值等）由于酶分子空间构象的改变而引起酶的特性和功能的变化情况。

酶修饰后的性质变化：1、热稳定性：一般来说，热稳定性有较大的提高。

2、抗原性：比较公认的是PEG和人血清白蛋白在消除酶的抗原性上效果比较明显。

3、各类失活因子的抵抗力：修饰酶对蛋白酶、抑制剂均有一定的抵抗能力，从而提高其稳定性。

4、半衰期：一般在体内的半衰期得到有效延长。

由于酶分子经修饰后，增强对热、蛋白酶、抑制剂等的稳定性，从而延长了在体内的半衰期。

5、最适pH：大部分酶经化学修饰后，酶的最适pH发生了变化，这种变化在应用研究上有时具有重要意义。

修饰酶最适pH更接近于生理环境，在临床应用上有较大意义。

6、Km的变化：大多数酶经修饰后，Vm没有明显变化，但有些酶经修饰后，Km值变大。

固定化技术游离酶酶对环境十分敏感，稳定性较差，反应过程中反应速度逐渐下降，反应后不能回收，产物的分离纯化较困难，对于现代工业来说并不是一种理想的催化剂。

因此，固定化技术于20世纪60年代迅速崛起，包括酶固定化技术和细胞固定化技术，成为酶工程研究中的一个广阔领域，前景光明固定化酶的定义与特点固定化酶即通过物理的或化学的方法，将酶束缚于水不溶的载体上，或将酶束缚于一定的空间内，限制酶分子的自由流动，但能使酶发挥催化作用的酶。

与游离酶相比：固定化酶的优点表现在：（1）易将固定化酶和底物，产物分开产物溶液中没有酶的残留简化了提纯工艺（2）可以在较长的时间内连续使用（3）反应过程可以严格控制，有利于工艺自动化（4）提高了酶的稳定性（5）较能适于多酶反应（6）酶的使用效率高产率高成本低但固定化酶也有待改进的缺点，比如（1）固定化时酶的活力有损失（2）比较适应于水溶性底物（3）与完整的细胞相比，不适于多酶反应。