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第七章 酶工程基本原理 第一节 酶工程概述 一、酶工程 二、酶的分类与命名 三、酶的特点与活性 四、酶的生产方法 * 第一节 酶工程概述 第二节 酶工程基本技术及应用实例 一、酶工程 二、酶的分类及命名 三、酶的特点与活性 四、酶的生产方法 The engineering of enzyme says all －C－OH O H－NH－ －C－NH－ O - H2O 1.什么是酶 酶（enzyme）是生物体内活细胞所产生的一种具有特殊催化功能的一类蛋白质(少数为RNA)或其复合体，是生物催化剂。 例如：由胰腺分泌的胰蛋白酶（肽链内切酶），它能把多肽链中赖氨酸和精氨酸残基中的羧基侧切断。 NH－(CH2)4－CH－COOH NH2 …－(CH2)4－CH－C－ O OH O N H NH HN O N H NH 精氨酸残基 赖氨酸残基 … 2.酶促进反应 酶促进反应是指酶的催化反应，是反应物（又称为底物）在酶的催化作用下所进行的反应。 例如：葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化下氧化成葡萄糖酸。 葡萄糖氧化酶 │ CH2OH (CHOH)4 │ CHO │ COOH (CHOH)4 │ CHO + O2 + H2O 底物(substrate) 3.酶工程 酶工程就是通过酶或微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的特殊生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的工程技术科学。它包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。酶工程是现代生物工程的重要组成部分。 国际生物化学联合会酶学委员会（enzyme commission ，EC）根据酶所催化的反应类型，将酶分为 6大类。即： 1.酶的分类 氧化还原酶类（oxido-reductases） 转移酶类（transferases） 水解酶类（hydrolases） 裂解酶类（lyases） 异构酶类（isomerases） 合成酶类（synthetases） ⑴氧化还原酶类 氧化还原酶类用于催化氧化还原反应。生物体内的氧化还原反应多以脱氢、加氢的方式进行。脱氢为氧化，加氢为还原。氧化还原酶类是生物获取能量的一种重要酶。 例如：葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化下氧化成葡萄糖酸。 葡萄糖氧化酶 │ CH2OH (CHOH)4 │ CHO │ COOH (CHOH)4 │ CHO + O2 + H2O 又如：细胞内乙醇在乙醇脱氢酶的催化下转化为乙醛，使乙醇脱氢酶的辅酶NAD还原为NDAH2。 CH3CH2－OH 乙醇脱氢酶 CH3－C－H O NAD NADH2 ⑵转移酶类 转移酶类用于催化功能基团的转移反应。转移酶类是生物代谢及能量转移的一种重要酶。 例如：氨基酸的代谢。 谷丙转氨酶 COOH (CH2)2 HCNH2 + C＝O + CHO 己糖激酶 ATP ADP 又如：葡萄糖在己糖激酶的催化下，被活化为6-磷酸葡萄糖，使底物分子上的高能磷酸基团转移到 ADP 分子上。 COOH CH3 COOH 谷氨酸 丙酮酸 COOH (CH2)2 HCNH2 C＝O COOH CH3 COOH α-酮戊二酸 丙氨酸 CH2OH + CO2 (CHOH)4 CHO CH2OP (CHOH)4 ⑶水解酶类 水解酶类用于催化底物发生水解反应，水解酶在生物体内担负降解的作用。水解酶类是当前应用最广泛的一种重要酶。 例如：淀粉的水解 水解 又如：蛋白质在蛋白酶的催化下水解 淀粉酶 (C6H10O5)n + nH2O 淀粉 nC6H12O6 葡萄糖 蛋白质 多肽 氨基酸 蛋白酶 蛋白酶 水解 ⑷裂解酶类 裂解酶类用于催化底物发生非水解性、非氧化性分解反应。这类反应在生物体代谢中起着重要作用，其特点是通过反应分离出 H2O、NH3、CO2 及醛等小分子，使底物留下双键；或反过来催化底物的双键加成反应。 天冬氨酸酶 例如：天冬氨酸的裂解 HOOC-CHNH2 HOOC-CH2 HOOC-CH HOOC-CH + NH3 又如，溶菌酶是一种能裂解致病菌中黏多糖的碱性酶。主要通过破坏细胞壁中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡糖之间的β-1,4糖苷键，使细胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，导致细胞壁破裂内容物逸出而使细菌溶解。 6－磷酸葡萄糖异构酶 ⑸异构酶类 异构酶类用于催化底物发生异构反应，包括旋光（或立体）异构、顺反异构、分子内氧化还原及分子内转移等。 例如：葡萄糖异构反应生成果糖 O OH OH OH HO CH2OH O OH OH OH