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1、酶第一节 概述酶存在于一切生物体内，由生物细胞合成，并参与新陈代谢有关的化学反应。一、酶的化学本质1、酶的概念酶是由生物活细胞产生的具有高效催化能力和催化专一性的蛋白质，被称为生物催化剂。功能 催化各种生物化学反应 调控代谢的速度、方向和途径2、酶的化学本质在生物体内，除少数几种酶为核酸分子以外，大多数的酶类都是蛋白质。 3、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部位称为酶的活性中心。与酶活性有关的基团称为酶的必需基团。构成酶活性中心的必需基团分为：a结合基团 即与底物结合的必需基团b催化基团 促进底物发生化学变化的基团溶菌酶的活性中心* 谷氨酸35和天 冬氨酸52是催化
2、 基团；* 色氨酸62和63 、天冬氨酸101 和色氨酸108是 结合基团；* AF为底物多 糖链的糖基，位 于酶的活性中心 形成的裂隙中。4、酶的分类根据酶蛋白分子的特点分为：单体酶寡聚酶多酶体系二、酶的辅助因子及其在酶促反应中的作用金属离子辅酶辅基辅底物辅助因子许多酶不是纯粹的蛋白质，还含有非蛋白的组分，这些组分被称为酶的辅助因子。含有辅助因子的酶称为全酶，失去辅助因子的没有酶活的蛋白质称为脱辅基酶蛋白。金属酶金属激活酶三、同功酶催化同一反应但形式不同的酶。四、酶作为催化剂的特点酶和一般催化剂比较：共性只能进行热力学上允许的反应；可以缩短化学反应达到平衡的时间，而不改变反应的平衡点；通过降
3、低活化能加快反应速度。个性酶比其它一般催化剂更加脆弱，容易失活酶的催化效率高酶具有高度的专一性酶的催化活性受到调节和控制有些酶的活力与其辅助因子有关关于酶作用专一性的假说锁钥学说(lock and key theory)诱导契合学说(induced-fit hypothesis)五、酶的催化作用与活化能化学反应中，反应物分子必须超过一定的能阈，成为活化的状态，才能发生反应。这种提高低能分子达到活化状态的能量，称为活化能。催化剂的作用，主要是降低反应所需的活化能。酶能显著地降低活化能，表现为高度的催化效率。六、中间产物理论酶(E)先与底物(S)结合生成不稳定的中间产物ES， 由ES再分解成产物(
4、P)和原来的酶。 E+SESE+P 一、温度的影响随着温度的增加，反应速度 也增加，直至最大速度为止 随温度升高而使酶逐步变性将酶表现最大活力时的温 度值称为酶反应的最适温度。 酶活性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度 C 温度对淀粉酶活性的影响 第二节 影响酶催化反应的因素二、pH的影响在一定的pH下, 酶具有最大的催化活性，通常称此pH为 最适pH。最适pH并非一个常数，受底物种类，浓度，缓冲液成分的影响。 三、酶浓度的影响对大多数酶促反应来说，在适宜的温度、pH值和底物浓度一定的条件下，反应速度至少在初始阶段与酶的浓度成正比。 四、底物浓度的影响 当底物
5、浓度较低时，v与S成正比，一级反应 随底物浓度增加，v不按正比升高，混合级反应 继续加大底物浓度，v不再增加，零级反应酶反应速度与底物浓度的关系S：底物浓度 v：反应速度V（或Vmax）：最大 反应速度 Km：米氏常数米氏方程米氏方程表示底物浓度和反应速度的关系，Km称为米氏常数 。当 v1/2 Vm时，则KmS。米氏常数Km是反应速 度达到酶催化反应速度最大值的一半时所需的底物浓度。Km 是酶的特征常数之一，只与酶的性质有关，而与 酶浓度无关。具有较低Km值的酶与底物的亲和力较高。米氏常数的求法1、双倒数作图法以1/V对1/S作图，绘出直线，外推至与横轴相交，横 轴截距（-X）即为1/Km值
6、，Km= - 1/X2、V-V/S法将米氏方程改写成：V=-Km*V/S+Vmax以V对V/S作图,得一直线,纵轴截距Vmax,横轴截距Vmax/Km.斜率为-Km五、抑制剂有些物质能使酶活性中心的化学性质发生改变，导致酶活力下降或丧失，这种现象称为酶的抑制，引起酶抑制的物质叫抑制剂。非专一性不可逆抑制不可逆抑制专一性不可逆抑制竞争性抑制可逆抑制 非竞争性抑制反竞争性抑制在不可逆抑制作用中，抑制剂通常以牢固的共价键与酶发生共价结合，形成不解离的EI复合物，而使酶分子中的一些重要基团发生持久的不可逆变化，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而恢复酶活性。专一性的不可逆抑制仅仅和活性部位的有关基团
7、反应非专一性的不可逆抑制可以和一类或几类的基团反应 （一）、不可逆抑制作用1、竞争性抑制某些物质与底物的结构很相似，它们会与酶活性部位结合，造成与底物竞争，阻止底物与酶的结合，从而起到抑制酶反应的作用。竞争性抑制剂对Vmax没有影响，而Km提高了。（二）、可逆抑制作用抑制剂与酶蛋白的结合是可逆的，可以除去抑制剂， 恢复酶的活性。竞争性抑制曲线2、反竞争性抑制抑制剂不能与酶结合，而是与ES复合物结合并阻止产物生成，降低酶的催化活性，称为酶的反竞争性抑制。反竞争性抑制剂对Vmax和Km都有影响，使Vmax和Km减小。3、非竞争性抑制某些物质并不与酶的活性部位结合，而是结合于其它部位，从而引起某些变
8、化，造成抑制。酶可以同时与底物与抑制剂结合，两者没有竞争作用。非竞争性抑制剂对Km 没有影响，而Vmax减小了。各种抑制作用的比较六、激活剂 许多酶促反应中必须有其它适当物质存在时才能表现酶的催化活力或加强其催化活力，这种作用称作酶的激活作用，引起激活作用的物质称为激活剂。 激活剂多为无机离子或简单有机化合物，按分子大小分为：无机离子：金属离子、阴离子、氢离子简单有机分子：还原剂、金属螯合剂具有蛋白质性质的大分子物质：激活酶原七、水分活度对酶活力的影响水分活度较低时，酶活性被抑制。只有酶的水合作用达到一定程度时才显示出活性。 八、其他因素的影响1、高压电场脉冲对酶活的影响某些酶在低脉冲电场作用
9、下会被激活，较高的脉冲电场作用较长时间才能失活。 2、高压对酶活的影响较高压力会使大部分酶失活，相对低的压力有可能会激活某些酶。第三节 酶在食品加工及保鲜中的作用一、氧化还原酶1、葡萄糖氧化酶：催化葡萄糖通过消耗空气中的氧而氧化作用：除氧，延长食品保鲜保质期2、过氧化氢酶：使过氧化氢分解3、脂肪氧化酶：漂白面粉、改善生面团的流变学特性4、醛脱氢酶：清除豆腥气5、丁二醇脱氢酶：消除不良风味物对啤酒的影响二、水解酶1、蛋白酶 催化蛋白质水解，有利于人体消化吸收2、 -淀粉酶 -淀粉酶3、葡萄糖淀粉酶4、支链淀粉酶5、纤维素酶和半纤维素酶6、葡萄糖硫苷酶7、果胶酶 澄清果汁 提高产率8、脂肪酶9、溶
10、菌酶 导致细菌自溶死亡，用于食品防腐败三、异构酶四、转移酶第四节 酶与食品质量的关系 1、脂肪氧合酶一、与色泽相关的酶有益影响小麦粉和大豆粉的漂白制作面团时在面筋中形成二硫键有害影响破坏叶绿素和胡萝卜素产生青草味的不良异味破坏食品中的维生素和蛋白质破坏食品中的必需脂肪酸2、叶绿素酶3、多酚氧化酶催化羟基化和氧化反应，导致褐变。褐变反应造成食品的质地和风味的变化。酶促褐变引起热带水果50%以上的损失，造成新鲜蔬菜和果汁的颜色变化、营养和口感劣化。消除氧和酚类化合物，加入抗坏血酸、亚硫酸钠和巯基化合物可防止或抑制酶促褐变。催化叶绿素脱镁、脱植醇。二、与质地相关的酶 1、果胶酶：能水解果胶类物质的一
11、类酶的总称，存在于高等植物和微生物中，根据其作用底物的不同，可分为三种类型：果胶甲酯酶聚半乳糖醛酸酶果胶酸裂解酶 2、纤维素酶和戊聚糖酶3、淀粉酶4、蛋白酶三、与风味相关的酶1、 -葡萄糖苷酶2、过氧化物酶四、与营养相关的酶脂肪氧合酶氧化不饱和脂肪酸，使必须脂肪酸含量降低；同时产生的自由基使食品中的类胡萝卜素、生育酚、抗坏血酸和叶酸含量减少，并破坏蛋白质中的半胱氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸残基；抗坏血酸氧化酶破坏抗坏血酸；硫胺素酶破坏硫胺素；核黄素水解酶降解核黄素；多酚氧化酶引起褐变，降低蛋白质中的赖氨酸含量，造成营养价值损失。第五节 固定化酶在食品工业上的应用固定化酶(immobilized
12、 enzyme)是指在一定空间内呈闭锁状态存在的酶，能连续地进行反应，反应后的酶可以回收重复利用。固定化酶是将水溶性酶用物理或化学方法处 理，固定于高分子支持物(或载体)上而成为不溶于水，但仍有酶活性的一种酶制剂形式。食品工业上固定化酶的使用，能将酶与反应物分开，使产物不含酶，因此不需要加热使酶失活，有助于提高食品的品质，同时能产生更大的经济效益。一、固定化酶的评价指标及性质酶固定化后大多数情况下其耐热性提高，对有机试剂和酶抑制剂的耐受性提高，因而稳定性增加。 固定化酶的使用稳定性常以半衰期表示，即固定化酶活力下降为最初活力一半所经历的连续工作时间。1、固定化后酶活力和稳定性的变化2、固定化酶
13、最适条件的变化3、固定化酶对米氏常数的影响固定化酶包埋法 吸附法共价偶联法交联法三、固定化酶在食品工业中的应用葡萄糖淀粉酶葡萄糖异构酶氨基酰基转移酶天冬氨酸酶富马酸酶 酶工程化学酶工程天然酶固定化酶化学修饰酶人工模拟酶生物酶工程克隆酶突变酶新酶将酶学和工程学相结合，产生了酶工程(enzyme engineering)这样一个新的领域。它主要研究酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修饰和改造以及在工农业、医药卫生和理论研究等方面的应用。酶工程技术以固定化酶、固定化细胞为重要内容，是当今生物工程的重要组成部分。生物工程是属于高新技术领域的 系统工程，酶工程也是一样，其整个过程包括上游工程（Up stream process，缩写USP）和下游工程（Down stream process，缩写DSP），前者包括酶学基本理论、产酶动植物和 微生物种的改良，采用基因重组或细胞融合改造产酶菌株，以 及研究开发新的酶源，为开发利用提供科学依据。而后者属整 个系统工程的后处理工艺技术，解决如何提高酶和最终产物回 收率和纯度质量问题，及其应用问题。
