第四章--酶学概论分析课件

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1、第四章第四章 制革酶化学制革酶化学生长生长繁殖繁殖生物个体物质生物个体物质有规律地、不有规律地、不可逆增加，导可逆增加，导致个体体积扩致个体体积扩大的生物学过大的生物学过程程生物个体生长到生物个体生长到一定阶段，通过一定阶段，通过特定方式产生新特定方式产生新的生命个体，即的生命个体，即引起生命个体数引起生命个体数量增加的生物学量增加的生物学过程。过程。量变过程量变过程质变过程质变过程在高等生物里这两在高等生物里这两个过程可以明显分个过程可以明显分开，但在低等特别开，但在低等特别是在单细胞的生物是在单细胞的生物里，由于细胞小，里，由于细胞小，这两个过程是紧密这两个过程是紧密联系又很难划分的联系又

2、很难划分的过程过程微生物生长的规律微生物生长的规律 个体的生长，个体的生长，原生质的总原生质的总量（重量、量（重量、体积、大小）体积、大小）就不断增加就不断增加合适的合适的外界条外界条件，吸件，吸收营养收营养物质，物质，进行代进行代谢谢如果各细胞组如果各细胞组分是按恰当的分是按恰当的比例增长时，比例增长时，则达到一定程则达到一定程度后就会发生度后就会发生繁殖，引起个繁殖，引起个体数目的增加体数目的增加同化同化 异化异化群体内各个个体群体内各个个体的进一步生长的进一步生长群体生长微生物生长的规律微生物生长的规律 生长曲线生长曲线：细菌接种到定量的液体培养基中，定时取样细菌接种到定量的液体培养基中

3、，定时取样测定细胞数量，以培养时间为横座标，以菌数的对数为测定细胞数量，以培养时间为横座标，以菌数的对数为纵座标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数纵座标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线变化规律的曲线微生物生长的规律微生物生长的规律 迟缓期迟缓期迟缓期迟缓期n n细胞处于活跃生长中，只是细胞处于活跃生长中，只是分裂迟缓分裂迟缓n n生长繁殖的速度几乎等于零生长繁殖的速度几乎等于零n n细胞形态增大，杆菌的长度细胞形态增大，杆菌的长度增加。增加。n n细胞内核酸含量增加，原生细胞内核酸含量增加，原生质呈嗜碱性。质呈嗜碱性。n n合成代谢活跃，核糖体、酶合成代谢活跃，

4、核糖体、酶类合成加快，易产生诱导酶。类合成加快，易产生诱导酶。n n对外界不良条件，如温度和对外界不良条件，如温度和抗生素等反应敏感抗生素等反应敏感微生物接种到一个微生物接种到一个新的环境，暂时缺新的环境，暂时缺乏分解和催化有关乏分解和催化有关底物的酶，或是缺底物的酶，或是缺乏充足的中间代谢乏充足的中间代谢产物等。为产生诱产物等。为产生诱导酶或合成中间代导酶或合成中间代谢产物，就需要一谢产物，就需要一段适应期。段适应期。微生物生长的规律微生物生长的规律 对数生长期对数生长期对数生长期对数生长期又称指数增长期，是指在生长曲线中，紧接着适应期又称指数增长期，是指在生长曲线中，紧接着适应期的一个细胞

5、以几何级数速度分裂的时期的一个细胞以几何级数速度分裂的时期u u（1 1）生长繁殖速度快，活菌的数目呈对数增长，世）生长繁殖速度快，活菌的数目呈对数增长，世代时间最短，且在这个时期内均匀一致。代时间最短，且在这个时期内均匀一致。u u（2 2）细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最为均匀。）细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最为均匀。u u（3 3）酶系活跃，代谢旺盛。）酶系活跃，代谢旺盛。u u（4 4）在此时期内，菌细胞的形态特征均匀一致，最）在此时期内，菌细胞的形态特征均匀一致，最代表种的特征。代表种的特征。u u（5 5）微生物的生化特性均匀一致，并且典型。）微生物的生化特性均匀一致，并且典

6、型。微生物生长的规律微生物生长的规律 稳定期稳定期稳定期稳定期由于营养物质消耗，由于营养物质消耗，代谢产物积累和代谢产物积累和pHpH等环境变化，逐步等环境变化，逐步不适宜于细菌生长，不适宜于细菌生长，导致生长速率降低导致生长速率降低直至零直至零( (即细菌分裂即细菌分裂增加的数量等于细增加的数量等于细菌死亡数菌死亡数) )u u储存糖原等细胞质内含储存糖原等细胞质内含物，芽孢杆菌在此阶段物，芽孢杆菌在此阶段形成芽孢或建立自然感形成芽孢或建立自然感受态等。受态等。u u发酵过程积累代谢产物发酵过程积累代谢产物的重要阶段，某些放线的重要阶段，某些放线菌抗生素的大量形成也菌抗生素的大量形成也在此时

7、期。在此时期。微生物生长的规律微生物生长的规律 衰亡期衰亡期衰亡期衰亡期微生物生长的规律微生物生长的规律 u u营养物质耗尽和有毒代营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌谢产物的大量积累，细菌死亡速率超过新生速率，死亡速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长。整个群体呈现出负增长。u u该时期死亡的细菌以对该时期死亡的细菌以对数方式增加，但在衰亡期数方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分细菌产的后期，由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的生抗性也会使细菌死亡的速率降低，仍有部分活菌速率降低，仍有部分活菌存在。存在。特点：特点： u u细菌代谢活性降低；细菌代谢活性降低； u u细菌衰老并出现自溶

8、细菌衰老并出现自溶 u u产生或释放出一些产产生或释放出一些产物；如氨基酸、转化酶、物；如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。外肽酶或抗生素等。 u u菌体细胞也呈现多种菌体细胞也呈现多种形态，有时产生畸形，形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊；细胞大小悬殊；微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制p生长是微生物与外界环境因子共同作用的生长是微生物与外界环境因子共同作用的生长是微生物与外界环境因子共同作用的生长是微生物与外界环境因子共同作用的结果。在一定限度内环境因子变化会引起微结果。在一定限度内环境因子变化会引起微结果。在一定限度内环境因子变化会引起微结果。在一定限度内环境因子变化会引起微生物形态

9、、生理或遗传特性发生变化。生物形态、生理或遗传特性发生变化。生物形态、生理或遗传特性发生变化。生物形态、生理或遗传特性发生变化。p超过一定限度的环境因子变化，常常导致超过一定限度的环境因子变化，常常导致超过一定限度的环境因子变化，常常导致超过一定限度的环境因子变化，常常导致微生物死亡。反之，微生物在一定程度上也微生物死亡。反之，微生物在一定程度上也微生物死亡。反之，微生物在一定程度上也微生物死亡。反之，微生物在一定程度上也能通过自身活动，改变环境条件能通过自身活动，改变环境条件能通过自身活动，改变环境条件能通过自身活动，改变环境条件, , , ,以适合于以适合于以适合于以适合于它们的生存和发展

10、。它们的生存和发展。它们的生存和发展。它们的生存和发展。p影响微生物生长的环境条件主要有物理、影响微生物生长的环境条件主要有物理、影响微生物生长的环境条件主要有物理、影响微生物生长的环境条件主要有物理、化学和生物因子。化学和生物因子。化学和生物因子。化学和生物因子。微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制化化化化 学学学学 因因因因 素素素素（1 1）破坏细胞结构，如苯酚）破坏细胞结构，如苯酚和乙醇等和乙醇等（2 2）干扰细胞的能量代谢，）干扰细胞的能量代谢，如重金属、一氧化碳和氰化物如重金属、一氧化碳和氰化物（3 3）干扰细胞物质的合成，）干扰细胞物质的合成，如磺胺、氨基酸和核苷酸类似如磺胺

11、、氨基酸和核苷酸类似物等物等控制微生控制微生物的生长物的生长微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制化化化化 学学学学 因因因因 素素素素杀菌剂杀菌剂杀菌剂通过破坏微生物细胞结构或代谢机能通过破坏微生物细胞结构或代谢机能而杀死微生物的化学药剂称为杀菌剂而杀死微生物的化学药剂称为杀菌剂抑菌剂抑菌剂抑菌剂不破坏细胞结构而只干扰新细胞物不破坏细胞结构而只干扰新细胞物质合成和微生物生长繁殖的化学药质合成和微生物生长繁殖的化学药剂称为抑菌剂剂称为抑菌剂微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制化化化化 学学学学 因因因因 素素素素 酚及其衍生物酚及其衍生物其作用主要是损伤微生物其作用主要是损伤微生物的细胞

12、膜，钝化酶和使蛋的细胞膜，钝化酶和使蛋白质变性。白质变性。使使用用最早的是苯酚最早的是苯酚微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制化化化化 学学学学 因因因因 素素素素 醇类醇类u u能溶解细胞质膜中的类脂能溶解细胞质膜中的类脂, ,破坏膜结构并使蛋白质变性，破坏膜结构并使蛋白质变性，但对芽孢和无包膜病毒但对芽孢和无包膜病毒 的杀的杀菌效果较差。菌效果较差。u u目前应用最为广泛的是乙醇，目前应用最为广泛的是乙醇，浓度浓度70%70%时灭菌力最强，效果时灭菌力最强，效果最好。酒精浓最好。酒精浓 度过高，则会度过高，则会在菌体表面形成一层蛋白膜在菌体表面形成一层蛋白膜, ,妨碍酒精分子进入细胞内

13、，妨碍酒精分子进入细胞内，影响杀菌效果。影响杀菌效果。微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制化化化化 学学学学 因因因因 素素素素 醛类醛类u能与蛋白质氨基酸中的多种基团(如NH2、OH、COOH和SH 等 )共价结合而使其变性。u甲醛在高浓度下可杀死芽孢，其缺点是对眼睛及粘膜组织有刺激作用，穿透性能差，作用慢,有令人不愉快的气味。u戊二醛具有较小的刺激性和异味，用2的溶液可以在10min内杀死细菌、结核分枝杆菌和病毒，在310h内可杀死细菌芽孢 ，是目前杀菌能力较高的一种化学药剂，常用于医用器械和用具的消毒微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制化化化化 学学学学 因因因因 素素素素 表面

14、活性剂表面活性剂u u表面活性剂能影响细胞质膜的稳表面活性剂能影响细胞质膜的稳定性和透性，使细胞的某些必要定性和透性，使细胞的某些必要成分成分( (如如) )流失流失, ,导致微生物生导致微生物生长停滞死亡。长停滞死亡。u u肥皂和洗衣粉是阴离子表面活性肥皂和洗衣粉是阴离子表面活性剂，虽杀菌作用不强，但能通过剂，虽杀菌作用不强，但能通过搓洗过程搓洗过程, ,使油脂等污物乳化从而使油脂等污物乳化从而净化皮肤及衣物等表面的微生物。净化皮肤及衣物等表面的微生物。u u杀菌作用较强的是阳离子表面活杀菌作用较强的是阳离子表面活性剂，它们均是季胺类化合物，性剂，它们均是季胺类化合物，如新洁尔灭杀菌剂的有效

15、成分为如新洁尔灭杀菌剂的有效成分为溴代十二烷基二甲苄基胺，常用溴代十二烷基二甲苄基胺，常用于卫生和空气消毒。于卫生和空气消毒。微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制化化化化 学学学学 因因因因 素素素素 卤化物卤化物u u按杀菌力排列的顺序是：按杀菌力排列的顺序是：F FCLCLBrBrI Iu u碘可能通过与细胞中酶和蛋白质中的碘可能通过与细胞中酶和蛋白质中的酪氨酸的结合而发挥作用，它对细菌、酪氨酸的结合而发挥作用，它对细菌、真菌、病毒和芽孢均有较好的杀菌效果。真菌、病毒和芽孢均有较好的杀菌效果。u u氯气广泛用于饮水、游泳池和垃圾场氯气广泛用于饮水、游泳池和垃圾场的消毒。的消毒。u u漂

16、白粉和次氯酸钠中有效成分是次氯漂白粉和次氯酸钠中有效成分是次氯酸根离子，也常用作食品、器具、家庭酸根离子，也常用作食品、器具、家庭用具、车间、牛奶场、少量饮水的就地用具、车间、牛奶场、少量饮水的就地处理和实验室的消毒剂。处理和实验室的消毒剂。u u有机氯化物中的氯胺和双氯胺也是较有机氯化物中的氯胺和双氯胺也是较好的卫生和空气消毒剂。好的卫生和空气消毒剂。微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制化化化化 学学学学 因因因因 素素素素 重金属离子重金属离子u重金属离子具有很强的杀菌效力，其中尤以Hg、Ag和Cu 2最强。重金属离子进入细胞后主要与酶或蛋白质使之变性。u微量的重金属离子还能在细胞内不

17、断累积并最终对生物发生毒害作用。 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制化化化化 学学学学 因因因因 素素素素 氧化剂氧化剂u u通过对细胞成分的氧化作用达到通过对细胞成分的氧化作用达到杀菌目的。杀菌目的。u u高锰酸钾（高锰酸钾（0.1%)0.1%)和过氧化氢常用和过氧化氢常用作卫生和实验室消毒剂，后者还可作卫生和实验室消毒剂，后者还可用作食品包装材料和镜片的杀菌。用作食品包装材料和镜片的杀菌。u u臭氧（臭氧（O O3 3) )是很强的氧化剂，常用是很强的氧化剂，常用作饮水消毒作饮水消毒u u过氧化苯酰有时可用于厌氧菌感过氧化苯酰有时可用于厌氧菌感染的伤口消毒染的伤口消毒微生物生长繁殖的

18、控制微生物生长繁殖的控制物物物物 理理理理 因因因因 素素素素 温度温度u u温度是通过影响微生物膜的液晶温度是通过影响微生物膜的液晶结构、酶和蛋白质的合成与活性，结构、酶和蛋白质的合成与活性，以及以及RNARNA的结构和转录等影响微生的结构和转录等影响微生物的生命活动。物的生命活动。u u当温度超过微生物生长的最高温当温度超过微生物生长的最高温度或低于生长的最低温度都会对微度或低于生长的最低温度都会对微生物产生杀灭作用或抑制作用生物产生杀灭作用或抑制作用微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制物物物物 理理理理 因因因因 素素素素 水和渗透压水和渗透压u u水是一切生物进行正常生命活动的必水

19、是一切生物进行正常生命活动的必要条件。缺水的干燥环境不适于微生物要条件。缺水的干燥环境不适于微生物生活，长期失水将导致死亡。生活，长期失水将导致死亡。u u渗透压主要影响溶液中水的可给性，渗透压主要影响溶液中水的可给性，若环境溶液中的溶质含量过高，渗透压若环境溶液中的溶质含量过高，渗透压过大，也将抑制微生物的生长繁殖过大，也将抑制微生物的生长繁殖可利用水量的多少不仅取决于水的含量，可利用水量的多少不仅取决于水的含量，而且主要决定于水与溶质或固体间的关而且主要决定于水与溶质或固体间的关系。系。水的活度水的活度是用来表示环境中水对微是用来表示环境中水对微生物生长可给性高低的指标生物生长可给性高低的

20、指标微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制物物物物 理理理理 因因因因 素素素素微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制物物物物 理理理理 因因因因 素素素素 pHpHuH值或氢离子浓度对微生物的作用表现在:(1)影响细胞质膜电荷和养料吸收。如在酸性环境中，乙酸能进入细胞，而在中性或碱性环境中，乙酸离子化，不能进入细胞；(2) 影响酶的活性；(3)改变环境中养料的可给性或有害物质的毒性。u苯甲酸、乳酸等有机酸常用作防腐剂。u石灰常用于卫生消毒。微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制 超声波超声波紫外线紫外线有较强的杀菌和诱变作用，其有较强的杀菌和诱变作用，其最强作用波段为最强作用波段为26

21、5265266nm266nm，这也是，这也是核酸的最大吸收峰波段。核酸的最大吸收峰波段。紫外线的主要作用紫外线的主要作用: : 使细胞核酸和原生使细胞核酸和原生质发生光化学反应，导致相邻的胸腺质发生光化学反应，导致相邻的胸腺嘧啶嘧啶(T)(T)形成二聚体，形成嘧啶水合物形成二聚体，形成嘧啶水合物和使和使DNADNA发生断裂和交联，从而干扰发生断裂和交联，从而干扰核酸的复制。进而导致微生物的变异核酸的复制。进而导致微生物的变异和死亡和死亡物物物物 理理理理 因因因因 素素素素微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制物物物物 理理理理 因因因因 素素素素 辐射辐射u u超声波是振动频率超过超声波是

22、振动频率超过2 2万万H H的声波。的声波。它能通过强烈的振动使细胞破裂，细它能通过强烈的振动使细胞破裂，细胞内含物外泄而死亡。胞内含物外泄而死亡。u u超声波的破碎效果与处理功率、频率、超声波的破碎效果与处理功率、频率、次数、时间、微生物类型及其生理状次数、时间、微生物类型及其生理状态等因素有关。态等因素有关。微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制物物物物 理理理理 因因因因 素素素素 辐射辐射u uX X射线、射线、 射线、射线、 射线和射线和 射线等。它们射线等。它们的共同特点是波长短、能量大，能使被的共同特点是波长短、能量大，能使被照射的物质分子发生电离作用产生自由照射的物质分子发生

23、电离作用产生自由基，自由基能与细胞内的大分子化合物基，自由基能与细胞内的大分子化合物作用使之变性失活。作用使之变性失活。 u u 射线是带正电的氦核流，有很强的电射线是带正电的氦核流，有很强的电离作用，但穿透能力很弱。离作用，但穿透能力很弱。u u 射线是带负电荷的电子流，穿透力虽射线是带负电荷的电子流，穿透力虽大，但电离辐射作用弱。大，但电离辐射作用弱。u u放射性同位素放射性同位素6060CoCo能产生能产生 射线杀菌，可射线杀菌，可用于不耐热食品、塑料制品及草炭吸附用于不耐热食品、塑料制品及草炭吸附剂等的灭菌。剂等的灭菌。微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制粪便软化法粪便软化法Oro

24、ponOropon发汗法脱毛发汗法脱毛早期曾使用的早期曾使用的“发汗法发汗法”脱毛是脱毛是利用在温暖潮湿利用在温暖潮湿的环境中，皮上的环境中，皮上的微生物生长繁的微生物生长繁殖过程中分泌的殖过程中分泌的蛋白酶的作用而蛋白酶的作用而产生脱毛效果产生脱毛效果用狗或鸡粪来处用狗或鸡粪来处理裸皮，使其软理裸皮，使其软化，该方法很难化，该方法很难控制，裸皮易受控制，裸皮易受到损害甚至腐烂。到损害甚至腐烂。后来研究发现粪后来研究发现粪便的软化作用是便的软化作用是由于细菌蛋白酶由于细菌蛋白酶的作用的作用19081908年年O.O.勒姆申勒姆申请了第一个软化请了第一个软化酶制剂酶制剂OroponOropon的

25、的专利专利 。商品酶制。商品酶制剂剂OroponOropon的成功的成功开发和应用可以开发和应用可以认为是酶制剂在认为是酶制剂在制革中使用的一制革中使用的一个里程碑个里程碑制革酶化学制革酶化学酶是活细胞产生的一类具有催化功能的蛋白质酶是活细胞产生的一类具有催化功能的蛋白质（核酸）（核酸），亦称为生物催化剂亦称为生物催化剂BiocatalystsBiocatalysts。绝大多数的酶都。绝大多数的酶都是蛋白质是蛋白质酶的催化反应特征酶的催化反应特征酶的结构与功能酶的结构与功能酶的高效作用机理酶的高效作用机理酶的分类酶的分类酶反应动力学酶反应动力学酶活力测定酶活力测定制革常用酶制剂制革常用酶制剂酶

26、的分类酶的分类以酶反以酶反应的催化的催化类型分：型分： 氧氧化化还原酶原酶 转移酶移酶类 水解酶水解酶类 裂合酶裂合酶类 异构异构酶酶类 连接（合成）酶接（合成）酶类 酶的分类酶的分类酶的分类酶的分类1. 1.氧化还原酶类氧化还原酶类(oxidoreductases)(oxidoreductases)指催化底物进行氧指催化底物进行氧化还原反应的酶类。例如细胞色素氧化酶、过氧化化还原反应的酶类。例如细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等。氢酶等。2. 2.转移酶类转移酶类(transferases)(transferases)指催化底物之间进行某些基指催化底物之间进行某些基团的转移或交换的酶类。如转甲基酶

27、、转氨酸等。团的转移或交换的酶类。如转甲基酶、转氨酸等。3. 3.水解酶类水解酶类(hydrolases)(hydrolases)指催化底物发生水解反应的酶指催化底物发生水解反应的酶类。例如、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶等。类。例如、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶等。以酶反以酶反应的催化的催化类型分：型分：酶的分类酶的分类4. 4.裂解酶类裂解酶类(lyases)(lyases)指催化一个底物分解为两个指催化一个底物分解为两个化合物，例如柠檬酸合成酶、醛缩酶等。化合物，例如柠檬酸合成酶、醛缩酶等。5. 5.异构酶类异构酶类(isomerases)(isomerases)指催化各种同分异构体指

28、催化各种同分异构体之间相互转化的酶类。例如，磷酸丙糖异构之间相互转化的酶类。例如，磷酸丙糖异构酶、消旋酶等。酶、消旋酶等。6. 6.合成酶类合成酶类( (连接酶类，连接酶类，ligases)ligases)指催化两分子指催化两分子底物合成为一分子化合物，同时底物合成为一分子化合物，同时还必须偶联还必须偶联有有ATPATP的磷酸键断裂的酶类。的磷酸键断裂的酶类。例如，谷氨酰胺例如，谷氨酰胺合成酶、氨基酸：合成酶、氨基酸：tRNAtRNA连接酶等。连接酶等。以酶反以酶反应的催化的催化类型分：型分：酶的催化反应特征酶的催化反应特征能催化热力学上允许进行的化学反应，而能催化热力学上允许进行的化学反应，

29、而能催化热力学上允许进行的化学反应，而能催化热力学上允许进行的化学反应，而不能实现那些热力学上不能进行的反应；不能实现那些热力学上不能进行的反应；不能实现那些热力学上不能进行的反应；不能实现那些热力学上不能进行的反应；能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能改变平衡点；改变平衡点；改变平衡点；改变平衡点； 一般情况下，对可逆反应的正反两个方一般情况下，对可逆反应的正反两个方一般情况下，对可逆反应的正反两个方一般情况下，对可逆反应的正反两个方向的催化作用相同。向的催化作用相同。向的催化作用相同

30、。向的催化作用相同。 酶酶与与一般催化一般催化剂的共同点：的共同点：酶的催化反应特征酶的催化反应特征 酶酶与与一般催化一般催化剂的不同点：的不同点：高度专一高度专一高度专一高度专一1 1高效性高效性高效性高效性2 2反应条件温和反应条件温和3 3酶的催化反应特征酶的催化反应特征n n酶的底物专一性即特异性（酶的底物专一性即特异性（酶的底物专一性即特异性（酶的底物专一性即特异性（substrate substrate specificityspecificity）指酶对它所作用的底物有严格的选指酶对它所作用的底物有严格的选指酶对它所作用的底物有严格的选指酶对它所作用的底物有严格的选择性。一种酶只

31、能作用于某一种或某一类结构择性。一种酶只能作用于某一种或某一类结构择性。一种酶只能作用于某一种或某一类结构择性。一种酶只能作用于某一种或某一类结构性质相似的物质。性质相似的物质。性质相似的物质。性质相似的物质。n n酶对底物和催化的反应有严格的选择性酶对底物和催化的反应有严格的选择性酶对底物和催化的反应有严格的选择性酶对底物和催化的反应有严格的选择性。高度专一高度专一高度专一高度专一1 1酶的催化反应特征酶的催化反应特征结构专一性结构专一性：有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一个特定的底物。这种专一性称为绝对专一性反应专一性反应专一性反应专一性反应专一性：有些酶的作用对象不是一种底物，而：有

32、些酶的作用对象不是一种底物，而是一类化合物或一类化学键。这种专一性称为是一类化合物或一类化学键。这种专一性称为相对相对专一性专一性立体专一性立体专一性立体专一性立体专一性：一种酶只能作用于一种立体异构体，：一种酶只能作用于一种立体异构体，或只能生成一种立体异构体，称为立体异构特异性。或只能生成一种立体异构体，称为立体异构特异性。高度专一高度专一高度专一高度专一1 1结构专一性结构专一性：有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一个特定的底物。这种专一性称为绝对专一性反应专一性反应专一性反应专一性反应专一性：有些酶的作用对象不是一种底物，而：有些酶的作用对象不是一种底物，而是一类化合物或一类化学键。

33、这种专一性称为是一类化合物或一类化学键。这种专一性称为相对相对专一性专一性立体专一性立体专一性立体专一性立体专一性：一种酶只能作用于一种立体异构体，：一种酶只能作用于一种立体异构体，或只能生成一种立体异构体；或只能生成一种立体异构体；如如L-L-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶结构专一性结构专一性：有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一个特定的底物。这种专一性称为绝对专一性；如尿酶反应专一性反应专一性反应专一性反应专一性：有些酶的作用对象不是一种底物，而：有些酶的作用对象不是一种底物，而是一类化合物或一类化学键。这种专一性称为是一类化合物或一类化学键。这种专一性称为相对相对专一性；如脂肪酶专一性；如脂

34、肪酶酶的催化反应特征酶的催化反应特征锁钥假说锁钥假说锁钥假说锁钥假说u锁钥假说认为整个酶分锁钥假说认为整个酶分子的天然构象是具有刚子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对的结合如同一把钥匙对一把锁一样。一把锁一样。u此学说可以较好的解释此学说可以较好的解释酶的立体异构专一性酶的立体异构专一性高度专一高度专一高度专一高度专一1 1酶的催化反应特征酶的催化反应特征该学说认为酶的活性部该学说认为酶的活性部位并不是和底物的形状位并不是和底物的形状正好互补的，而是在酶正好互补的，而是在酶和底物结合的过程中，和底物结合的过程中

35、，底物分子或酶分子，有底物分子或酶分子，有时是两者的构象同时发时是两者的构象同时发生了一定的变化后才互生了一定的变化后才互补的。这个动态的辨认补的。这个动态的辨认过程称为诱导契合。过程称为诱导契合。诱导契合契合学学说（1964）高度专一高度专一高度专一高度专一1 1酶的催化反应特征酶的催化反应特征高效性高效性2 2u u酶能大幅度较低反应酶能大幅度较低反应的活化能的活化能u u以摩尔为单位进行比以摩尔为单位进行比较，酶的催化效率比化较，酶的催化效率比化学催化剂高学催化剂高10107 710101313倍，倍，比非催化反应高比非催化反应高10108 810102020倍。倍。酶的催化反应特征酶的

36、催化反应特征反应条件温和反应条件温和3 3u酶促反应一般在酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，水溶液中进行，反应温度范围为反应温度范围为20-40。u凡能使蛋白质变性的因素如强酸、强碱凡能使蛋白质变性的因素如强酸、强碱高温等条件都能使酶破坏而完全失去活高温等条件都能使酶破坏而完全失去活性。所以酶作用一般都要求比较温和的性。所以酶作用一般都要求比较温和的条件如常温、常压和接近中性的酸碱度。条件如常温、常压和接近中性的酸碱度。酶的结构与功能酶的结构与功能u u酶分子中直接与底物酶分子中直接与底物结合，并催化底物发结合，并催化底物发生化学反应的部位，生化学反应的部位，称为酶的活性中心。称为酶的

37、活性中心。u u酶的活性中心包括两酶的活性中心包括两个功能部位：一个是个功能部位：一个是结合部位，另一个是结合部位，另一个是催化部位。催化部位。酶的结构与功能酶的结构与功能n结合部位决定酶的专一性结合部位决定酶的专一性n催化部位决定酶所催化反应的性质催化部位决定酶所催化反应的性质酶的高效作用机理酶的高效作用机理邻近定向效应邻近定向效应1 1张力效应与底物变形张力效应与底物变形2 2共价催化共价催化3 3酸碱催化效应酸碱催化效应4 4微环境效应微环境效应5 5酶的高效作用机理酶的高效作用机理邻近定向效应（精确定位）邻近定向效应（精确定位）1 1u u邻近效应：邻近效应：在酶促反应中，由于酶和底物

38、分子之间的亲在酶促反应中，由于酶和底物分子之间的亲和性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趋势，最终结和性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趋势，最终结合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效浓度大合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效浓度大大增加的效应。大增加的效应。u u定向效应：定向效应：当专一性底物向酶活性中心靠近时，会诱导当专一性底物向酶活性中心靠近时，会诱导酶分子构象发生改变，使酶活性中心的相关基团和底物酶分子构象发生改变，使酶活性中心的相关基团和底物的反应基团正确定向排列，同时使反应基团之间的分子的反应基团正确定向排列，同时使反应基团之间的分子轨道以正确方向严格定位，使酶促反应易

39、于进行。轨道以正确方向严格定位，使酶促反应易于进行。u u以上两种效应使酶具有高效率和专一性特点。以上两种效应使酶具有高效率和专一性特点。酶的高效作用机理酶的高效作用机理邻近定向效应邻近定向效应1 1p邻近作用邻近作用提高了酶活性中心的底物浓度p定向作用定向作用缩短了底物与催化基团间的距离p提高反应速度（成功率）108倍酶的高效作用机理酶的高效作用机理张力效应与底物变形张力效应与底物变形2 2酶底物当酶与底物靠近时，不仅酶构象受底物作用而变化，底物分当酶与底物靠近时，不仅酶构象受底物作用而变化，底物分子也常常受酶作用而变化，也就是酶使底物分子中的敏感键子也常常受酶作用而变化，也就是酶使底物分子

40、中的敏感键发生发生“ “变形变形” ”，从而促使底物中的敏感键更易于破裂。因而，从而促使底物中的敏感键更易于破裂。因而更容易形成一个互相契合的酶更容易形成一个互相契合的酶底的复合物而提高催化效率底的复合物而提高催化效率同时形变底物分子发生形变酶的高效作用机理酶的高效作用机理共价催化共价催化3 3p催化剂（酶）通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化。 酶的高效作用机理酶的高效作用机理酸碱催化效应酸碱催化效应4 4广广义酸基酸基团 （质子供体）子供体） 广广义碱碱基基团（质子受体）子受体） u酸碱催化是通过瞬时的向反应物提供质子或从反应物接

41、受质子以稳定过渡态，加速反应的一类催化机制。u酶分子中存在很多可以作为广义酸、碱的基团酚羟基 咪唑基酶的高效作用机理酶的高效作用机理微环境效应微环境效应5 5u酶活性中心处于一个非极性环境中，即低酶活性中心处于一个非极性环境中，即低介电环境中，在这个低介电环境中排斥水分介电环境中，在这个低介电环境中排斥水分子，酶的催化基团和底物分子的敏感键之间子，酶的催化基团和底物分子的敏感键之间的反应力增大，有利于催化反应的进行。的反应力增大，有利于催化反应的进行。u如果酶活中心是一个高介电环境，就会吸如果酶活中心是一个高介电环境，就会吸附大量水分子，水分子对带电离子具有屏蔽附大量水分子，水分子对带电离子具

42、有屏蔽作用，消弱带电离子间的吸附作用，影响酶作用，消弱带电离子间的吸附作用，影响酶促反应进行促反应进行。酶的高效作用机理酶的高效作用机理也就是说： 酶与底物结合时，由于酶的变形（诱导契合）或底物变形使二者相互适合，并依靠离子键、氢键、范德华力的作用和水的影响，结合成中间产物，在酶分子的非极性区域内，由于酶与底物的邻近、定向，使二者可以通过亲核亲电催化、一般酸碱催化或金属离子催化方式进行多元催化，从而大大降低反应所需的活化能，使酶促反应迅速进行。酶反应动力学酶反应动力学Henri. V法国CA Wurtz法国酶与底物的中间络合物学说酶与底物的中间络合物学说酶与底物的中间络合物学说酶与底物的中间络

43、合物学说n n18801880年年CA WurtzCA Wurtz首先提出首先提出酶与底物的中间络合物酶与底物的中间络合物n n19021902年年Henri. VHenri. V对酶与底物对酶与底物的中间络合物进行了完善的中间络合物进行了完善n n该学说认为当酶催化某一化该学说认为当酶催化某一化学反应时，酶首先和底物结学反应时，酶首先和底物结合生成中间复合物（合生成中间复合物（ESES），），然后生成产物（然后生成产物（P P），），并释放并释放出酶。出酶。酶反应动力学酶反应动力学 在低底物浓度时： 反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。底物浓度对酶反应速率的影响底物浓度对酶反应速率

44、的影响-米氏学说米氏学说酶反应动力学酶反应动力学随着底物浓度的增高 反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。酶反应动力学酶反应动力学 当底物浓度达到一定值 反应速度达到最大值（Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。酶反应动力学酶反应动力学 加拿大 德国米氏方程米氏方程n n19131913年年MichaelisMichaelis和和MentenMenten推导推导了米氏方程了米氏方程 （Henri-Michaelis-Henri-Michaelis-Menten kinetic law Menten kinetic law ）米氏常数酶反应动力学酶反应动力学关于

45、米氏常数Km的几点说明：A A. .不同的酶具有不同不同的酶具有不同KmKm值，它是酶的一个重要的特值，它是酶的一个重要的特征物理常数征物理常数, ,只与酶的性质有关，而与其浓度无关。只与酶的性质有关，而与其浓度无关。B. B. KmKm值只是在固定的底物，一定的温度和值只是在固定的底物，一定的温度和pHpH条件条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的不同的KmKm值。值。C.C.一般情况下，一般情况下，1/Km1/Km可以近似地表示酶对底物的亲可以近似地表示酶对底物的亲和力大小，和力大小， 1/Km1/Km愈大，表明亲和力愈大。愈大，表明

46、亲和力愈大。D.D.同一种酶有几种底物就有几个同一种酶有几种底物就有几个KmKm值，其中值，其中KmKm值值最小的底物一般称为该酶的最适底物或天然底物最小的底物一般称为该酶的最适底物或天然底物酶反应动力学酶反应动力学米氏常数的应用S= KmVmax-VV当底物浓度和最大速度当底物浓度和最大速度已知时，可计算出酶的已知时，可计算出酶的催化反应速度催化反应速度当要求的反应速度已知时可计算当要求的反应速度已知时可计算底物浓度底物浓度若：若：V=99%VV=99%Vmaxmax，S=99KmS=99Km若：若：V=90%VV=90%Vmaxmax，S=9KmS=9Km酶反应动力学酶反应动力学其它影响酶

47、促反应的因素：其它影响酶促反应的因素： 1 1）温度）温度2 2）pHpH3 3）EE 4 4）激活剂）激活剂 5 5）抑制剂）抑制剂酶反应动力学酶反应动力学温度的影响n使酶促反应速度达最大时使酶促反应速度达最大时的温度称为酶的的温度称为酶的最适温度最适温度。n温度对酶促反应速度的影温度对酶促反应速度的影响：响：u温度升高,酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失，反应速度很快下降酶反应动力学酶反应动力学温度的影响n n最适温度与不是一个固定的常数，它随底物的种类、最适温度与不是一个固定的常数，它随底物的种类、浓度浓度, , 溶液的离子强度溶液的离子强度, pH, , pH, 反应

48、时间等的影响。反应时间等的影响。n n活力半衰期（与时间的关系）活力半衰期（与时间的关系）酶反应动力学酶反应动力学pH对酶促反应速度的影响n n酶反应速度最大时的溶液酶反应速度最大时的溶液pHpH，称为酶的称为酶的最适最适pHpHn npHpH值影响酶活力的原因：值影响酶活力的原因：u u影响酶分子构象的稳定性。严影响酶分子构象的稳定性。严重时可使酶变性失活重时可使酶变性失活u u影响酶分子（包括辅因子）极影响酶分子（包括辅因子）极性基团的解离状态，使其荷电性基团的解离状态，使其荷电性发生变化性发生变化u u影响底物分子的解离状态影响底物分子的解离状态酶反应动力学酶反应动力学pH对酶促反应速度

49、的影响p酶的最适pH不是一个固定的常数，p它受到底物的种类、浓度; 缓冲液的种类、浓度; 酶的纯度;反应的温度、时间等的影响酶反应动力学酶反应动力学酶浓度对酶反应速度的影响当底物浓度大大超过酶浓度当底物浓度大大超过酶浓度时，反应达到最大速度。如时，反应达到最大速度。如果此时增加酶的浓度可增加果此时增加酶的浓度可增加反应速度，酶促反应的速度反应速度，酶促反应的速度与酶的浓度成正比关系。与酶的浓度成正比关系。酶反应动力学酶反应动力学激活剂对酶反应速度的影响提高酶活性的物质，称为提高酶活性的物质，称为激活剂激活剂激活剂的种类n（1）无机离子：p金属离子(钾、钠、镁、锌、钙）p阴离子(氯离子)、p氢离

50、子n（2）简单有机分子： 某些还原剂、乙二胺四乙酸（EDTA）n (3)具有蛋白质性质的大分子物质p主要是激活酶原 无活性的酶原 有活性的酶激活作用激活作用酶反应动力学酶反应动力学激活剂对酶反应速度的影响u u使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用。抑制作用。u u能够引起酶的抑制作用的化合物则称为能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。抑制剂。酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：a.a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态态相似相似b.b.能够与酶的活性中心以非共

51、价或共价的方式能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比形成比较稳定的复合体或结合物较稳定的复合体或结合物酶反应动力学酶反应动力学不可逆抑制作用 可逆抑制作用 竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制专一性不可逆抑制作用非专一性不可逆抑制作用抑制作用抑制剂对酶反应的影响酶反应动力学酶反应动力学抑制剂对酶反应的影响不可逆抑制作用：不可逆抑制作用：抑制剂与酶的活性中心的功能基团共抑制剂与酶的活性中心的功能基团共价结合而抑制酶的活性价结合而抑制酶的活性, ,不能用透析或超滤等物理方法除不能用透析或超滤等物理方法除去抑制剂而恢复酶活性去抑制剂而恢复酶活性可逆性抑制：可逆性抑制：抑制剂与酶蛋白以非共价方式结

52、合，引起酶抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等物理方法被除去，活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等物理方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。并且能部分或全部恢复酶的活性。酶活力测定酶活力测定酶活力酶活力酶活力酶活力也称酶活性，指酶催化一定化学反酶活力也称酶活性，指酶催化一定化学反应的能力。其大小可用在一定条件下，它应的能力。其大小可用在一定条件下，它所催化的某一化学反应的反应速率所催化的某一化学反应的反应速率（reaction ratereaction rate）来表示。来表示。酶反应酶反应酶反应速率速率速率用单位时间内、单位体积中底物的减少量或产物的

53、增加量来表示。单位：浓度/单位时间酶活力测定酶活力测定酶的活酶的活酶的活力单位力单位力单位19611961年，提出用年，提出用 “ “国际单位国际单位 ” ”（IUIU）表示）表示酶活力，酶活力， 即 ：即 ： 1 1个酶活力单位：是指在最个酶活力单位：是指在最适条件下，适条件下， 1 1分钟内转化分钟内转化 1u1u摩尔底物的酶量，摩尔底物的酶量，或转化底物中或转化底物中 1 1微摩尔有关基团的酶量。微摩尔有关基团的酶量。( 2 5( 2 5, ,最 适 底 物 浓 度 和 最 适最 适 底 物 浓 度 和 最 适 p Hp H）实际应用中，酶活力单位定义为单位质量实际应用中，酶活力单位定义

54、为单位质量的酶（或单位体积的酶，的酶（或单位体积的酶，mgmg，g g，mLmL等），等），在最适条件或规定条件下（在最适条件或规定条件下（T T，pHpH、激活、激活剂，离子强度），单位时间（剂，离子强度），单位时间（minmin）催化）催化转化底物的量（底物一般用饱和溶液）。转化底物的量（底物一般用饱和溶液）。酶活力测定酶活力测定酶的比酶的比酶的比活力活力活力n n代表酶的纯度，比活力用每代表酶的纯度，比活力用每mgmg蛋白质所蛋白质所含的酶活力单位数表示，对同一酶来说，含的酶活力单位数表示，对同一酶来说，比活力愈大，表示酶的纯度愈高。用比活力愈大，表示酶的纯度愈高。用IU/mgIU/mg

55、蛋白、蛋白、 Kat/mgKat/mg蛋白表示。蛋白表示。n n比活力大小可用来比较每单位质量蛋白比活力大小可用来比较每单位质量蛋白质的催化能力。质的催化能力。n n比活力比活力= =活力活力IU/mgIU/mg蛋白蛋白= =总活力总活力IU/IU/总蛋总蛋白白mgmg转化数转化数转化数在单位时间内每一活性中心或每分子酶所在单位时间内每一活性中心或每分子酶所能转换的底物分子数。能转换的底物分子数。 用用Kcat Kcat 表示表示目前，以酶为基础的制革生物技术在清洁性、环境友目前，以酶为基础的制革生物技术在清洁性、环境友好性方面独具特色好性方面独具特色, ,这些技术在制革工业的广泛应用这些技术

56、在制革工业的广泛应用, ,是解决制革工业严重污染是解决制革工业严重污染, ,促进制革工业持续发展的促进制革工业持续发展的重要途径。重要途径。 浸水酶浸水酶浸水酶浸水酶酶法脱毛酶法脱毛酶法脱毛酶法脱毛脱脂酶脱脂酶脱脂酶脱脂酶软化酶软化酶软化酶软化酶制革常用酶制剂制革常用酶制剂p制革中常用的酶制制革中常用的酶制剂，主要是蛋白水解酶，主要是蛋白水解酶，其次是脂肪酶其次是脂肪酶p目前，在准目前，在准备工段的各工段的各个个工序几乎都工序几乎都与与酶酶的的应用，如浸水、用，如浸水、脱脱脂、脂、脱脱毛、毛、软化，也可化，也可用于鞣后用于鞣后蓝湿湿革的革的软化化与脱与脱脂脂p工工业用的蛋白酶一般用的蛋白酶一般

57、纯度不高度不高制革常用酶制剂制革常用酶制剂中性蛋白酶中性蛋白酶p枯草杆菌枯草杆菌1.398中性蛋白酶中性蛋白酶n主要用于脱毛，也可在软化工序作为辅助酶软剂和部位差处理剂用npH=7时最稳定，pH10或pH5.5失活；pH=7时最适反应温度为45-50，60 以上失活nCu2+，Hg2+，Al3+，Pb2+，EDTA抑制，Ca2+无影响p放放线菌菌166中性蛋白酶中性蛋白酶n主要用于脱毛及软化时的辅助软化剂n最适pH=7-8；最适温度为40 nCa2+有明显激活作用，EDTA和明矾抑制p栖土曲霉栖土曲霉3.942蛋白酶蛋白酶n主要用于脱毛，也可用于软化和浸水n最适；最适温度为45 ；n此酶还有一

58、个碱性最适pH （pH=10 ）nNa2SO3，硼酸盐明显激活； Hg2+ ， Pb2+抑制制革常用酶制剂制革常用酶制剂碱碱性蛋白酶性蛋白酶p2709碱碱性蛋白酶性蛋白酶n主要用于脱毛，也可用于浸水n最适温度：45-50；n最适pH=911p209碱碱性蛋白酶性蛋白酶n主要用于脱毛n最适pH=911n最适温度为4050 nCa 2 + ，Mn2+ 有激活作用， Cu2+ Mg 2 + 严重抑制制革常用酶制剂制革常用酶制剂酸性蛋白酶酸性蛋白酶p537酸性蛋白酶酸性蛋白酶n生产菌种：宇佐美曲霉n主要用于毛皮加工中皮板的软化，也可用于蓝湿革软化npH稳定范围2.04.0，最适pH=2.0n适宜温度范

59、围为3050 ，最适温度：50，超过50 迅速失活；nCu2+，Hg2+，Al3+抑制，Ca2+ 、Mn2+、 Mg2+激活p3.305酸性蛋白酶酸性蛋白酶n生产菌种：黑曲霉npH稳定范围2.03.0，最适pH=2.5，高于4.5迅速失活n短时间反应最适温度4547 ，长时间不宜超过45 ，超过50 迅速失活；nCa2+，Mn2+ 有激活作用， Hg2+、Ag+轻微抑制制革常用酶制剂制革常用酶制剂工工业胰胰酶酶n工业胰酶是从猪、牛、羊等哺乳动物胰脏中提取的一种混合酶制剂，主要成分为胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶n工业胰酶是制革中使用量最大的酶制剂，主要软化，起到去除皮垢，彻底消肿，进一步分散纤维的作用n在软化工序中使用pH范围为7.58.0,温度为3640 n在使用过程中，要严格控制条件，特别是在温度升高时，可发生软化过渡甚至烂皮的现象制革常用酶制剂制革常用酶制剂脂肪酶脂肪酶n制革工业中使用的脂肪酶主要是碱性脂肪酶，最适pH为811，主要用于皮革的脱脂n目前单独使用脂肪酶脱脂的厂家较少，多作辅助脱脂剂n脂肪酶的一个重要特征是只能在异相系统发生反应，即只能在油-脂的界面发生反应，对均匀分散或水溶底物不起作用n目前市场上制革行业所用的脂肪酶一般都是外国公司提供作 业n影响微生物生产的主要因素有哪些？生皮保存时如何利用这些因素？n影响酶催化反应的因素有哪些？