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生物技术概论第五章：酶 工 程Enzyme Engineering 四大生物工程 一、酶的概念 1、酶(enzyme)是催化剂(catalyst) 所谓催化剂是一类能改变反应速度，但不改变反应性质、反应方向和反应平衡点，而且本身在反应前后也不发生变化的外在因素。 酶在化学反应中就是充当这样的角色。 2、酶是一种特殊的生物催化剂 酶在催化反应时，具有与一般非酶催化剂不同的特点。其具有催化的高效性、高度专一性及化学本质是蛋白质的特点。 （1） 酶具有催化的高效性 酶能在温和条件下（常温、常压和近中性PH），极大地提高反 应速度，与非酶催化剂相比，酶的催化效率可高出107~1012倍。 （2） 酶具有催化的高度专一性(specificity) 酶作用的的专一性是指酶在催化反应时，通常只作用一种或一类反应物发生相应的反应的特性。 酶作用的专一性主要表现在以下几个方面： a. 绝对专一性： 酶只能催化一种反应物发生反应的特性 如：谷氨酸脱氢酶只能催化L-谷氨酸脱氢，对其他氨基酸没有作用，其具有绝对专一性。 b. 相对专一性： 酶在催化反应时，允许底物分子有一些变化，即可以催化一类反应物发生反应。 如：酯酶催化酸与醇缩合成酯，但对反应物分子的侧链基团专一性不强。淀粉酶、蛋白水解酶也具有这种专一性。 c. 异构专一性： 酶对反应物分子的立体异构体和顺反异构体具有高度的选择能力。 如：延胡索酸（反丁烯二酸）酶只专一催化于L-苹果酸和反丁烯二酸，兼具立体异构与顺反异构专一性。 （3） 酶的化学本质是蛋白质 酶的化学本质是蛋白质，主要从以下几个方面来认识： a. 酶的化学本质是蛋白质的依据 ⅰ. 酶与蛋白质一样是高分子胶体物质，且为两性电解质。 ⅱ. 导致蛋白质变性的因素，如酸、碱、热、紫外线以及其他蛋白变性剂，也能使酶失活 ⅲ. 酶也能被蛋白水解酶水解而失去活性。 ⅳ. 对高纯化的酶进行组成分析，表明其或者是单纯蛋白，或者是蛋白质与其他小分子物质构成的络合物（即结合蛋白）。 ⅴ. 根据核酸酶（RNase）的一级结构，人们已经从氨基酸开始，人工合成了具有催化活性的蛋白质产物。 b. 结合有辅助因子的酶中，蛋白质是其高效和高度专一催化特性的主导因素 c. RNA性质的生物催化剂的发现，并未否定“酶的化学本质是蛋白质”的结论 综上，对于酶，可以有如下概念： 酶是一种由生物体产生的，具有高效和高度专一催化活性的，与生命活动密切相关的蛋白质性质的生物催化剂。 二、酶的分类与命名 1．酶的分类 酶的种类很多，目前发现的酶约有3700多种，为了更好地研究酶、应用酶，国际酶学委员会推荐了酶的分类系统，该系统根据酶的催化作用类型，将已知酶为六大类： （1）氧化还原酶类（Oxidoreductases） （2）转移酶类（Transferases） （3）水解酶类（Hydrolases） （4）裂合酶类（Lyases） （5）异构酶类（Isomerases） （6）合成酶类（Ligases或Synthetases） 3．酶的标码 为了更简便清楚地识别每一种酶，国际酶学委员会对每一个酶都用4个数字进行编码，称为酶的标码。 如：醇脱氢酶，标码为 EC 1.1.1.1 已糖激酶，标码是 EC 2.7.1.1 其中EC代表酶委员会系统（Enzyme Commission），前三个数字分别表示酶所属的大类、亚类 、亚亚类，根据这三个数字，可以判断出酶的催化类型和性质。第四个数字表示该酶在亚亚类中占有的位置，有了这四个数字，就可确定具体的酶。 酶的标码 三、 酶的活力测定 1．酶活力的含义 酶活力是指在一定条件下，酶所催化的化学反应进行的速度。反应速度越大，意味着酶活力越高。 2．酶的活力测定 测定酶活力，就是测定酶所反应的速度，并且是初速度。 （1）酶反应速度：指单位时间内底物的减少量或产物的增加量。 V ＝-ds/dt ＝dp/dt (2) 测定方法： 酶活力测定方法多种多样，总的要求是快速、简便，准确。 酶活力测定主要包括两个阶段: 其一，酶与其作用底物反应一段时间； 其二，测定反应液中底物或产物变化的量。 酶活力测定的一般步骤： a. 根据酶的专一性，选择适宜的酶反应底物。 b. 根据资料或试验结果，确定酶促反应条件。 c. 在适宜条件下，进行酶反应，记下反应时间。