食品酶学复习资料

绪论1酶学（Enzymology）是研究酶的性质、酶的反应机理、酶的结构和作用机制、酶的生物学功能及酶的应用的科学。酶的定义：具有生物催化功能的生物大分子，可以分为蛋白类酶（P酶）和核酸类酶（R酶）两大类别。2什么是酶工程？酶的生产与应用的技术过程食品酶学：酶工程与食品生物技术相结合而形成的一门应用性很强的学科。食品酶学主要内容：包括酶的基本知识，酶的分离与纯化以及酶在食品工业中的应用等内容。食品酶学主要任务：讲授酶学基本理论，酶的分离与纯化以及酶在食品加工和保藏中的应用等内容。3米氏方程：表示一个酶促反应的起始速度与底物浓度关系的速度方程。这个方程称为Michaelis-Menten方程，是在假定存在一个稳态反应条件下推导出来的，其中值称为米氏常数，是酶被底物饱和时的反应速度，为底物浓度。当时，，Km等于酶促反应速度达最大值一半时的底物浓度。4酶与底物结合形成中间络合物的理论1.锁钥假说：认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样。2.诱导契合假说：该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状.3.酶生物合成的调节机制——“操纵子学说”5酶的特点：催化效率高、专一性强、反应条件温和、酶的活性是受调节控制绝对专一性：指一种酶只能催化一种底物进行反应，这种高度的专一性称为绝对专一性。相对专一性：一种酶能催化一类结构相似的底物进行某种相同类型的反应，这种专一性称为相对专一性。6酶的系统名称由两部分组成：底物+反应类型7酶分为六类：氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类、合成酶类1)氧化还原酶（oxidoreductases）：催化底物的氧化或还原，而不是基团的加成或者去除，反应时需要电子的供体或受体。2)转移酶（Transferase）催化功能团从一个底物向另一个转移。3)水解酶（Hydrolase）催化底物的水解反应。4)裂合酶（Lyase）能催化底物分子开裂成两部分，其中之一含有双键。这类酶催化反应都是可逆的。开裂点可以是碳碳、碳氧或碳氮键。5)异构酶（Isomerase）催化底物的分子内重排反应，特别是构型的改变和分子内的氧化还原。6)合成酶（Ligase）能将两个底物连接成一个分子，在反应时由ATP或其他高能的核苷三磷酸供给反应所需的能量。8酶活力定义：是指酶催化反应的能力，它表示样品中酶的含量。酶活力通常以在最适条件下酶所催化的化学反应的速度来确定。酶活力单位：用来表示酶活力的高低。在标准条件下（指温度25℃，以及最适底物浓度、最适缓冲液离子强度和pH）1min内催化1μmol底物转化为产物的酶量为该酶的一个活力单位。这个单位称为酶的国际单位（IU,internationalunit）酶的总活力：样品的全部酶活力。。总活力=比活力×总体积（ml）或=比活力×总质量（g）比活力:指每毫克蛋白质所含酶活力的单位数（单位/毫克蛋白）。比活力是酶纯度指标，比活力愈高表示酶愈纯。酶的发酵生产固体培养发酵：培养基以麸皮、米糠等为主要原料，加入其他必要的营养成分，制成固体或半固体的麸曲，经灭菌、冷却后，接入产酶菌株，在一定条件下进行发酵。1固定化细胞：（又称固定化活细胞或固定化增殖细胞。）指采用各种方法将细胞固定在水不溶性的载体上，在一定的空间范围内进行生长、繁殖和新陈代谢的细胞。固定化细胞发酵具有显著的优点：（1）提高产酶能力：固定化细胞的密度较高，反应器水平的生产强度较大，可提高生产能力；（2）稳定性好，可以反复使用：发酵稳定性好，可以连续使用较长的时间，易于连续化、自动化生产；（3）提高设备利用率：细胞固定在载体上，流失较少，可在高稀释率的情况下连续发酵，大大提高设备利用率；（4）产品易分离纯化：发酵液中含菌体较少，利于产品分离纯化，提高产品质量等。固定化细胞发酵的缺点：历史不长；技术要求较高（需要特殊的固定化细胞反应器）；只适用于胞外酶的生产，还存在不少问题待解决。固定化方法：吸附法、共价偶联法、交联法、包埋法、热处理法等。特点：1．提高产酶率；2.可以反复使用或连续使用较长时间；3．基因工程菌质粒稳定，不易丢失；4.发酵稳定性好；5．缩短发酵周期，提高设备利用率；6．产品容易分离纯化；7．适用于胞外酶等胞外产物的生产2发酵产酶的细胞必需具备的条件：（1）酶的产量高。高产细胞可以通过筛选、诱变、或采用基因工程、细胞工程等技术而获得。（2）容易培养和管理。要求产酶细胞容易生长繁殖，并且适应性较强，易于控制，便于管理。（3）产量稳定性好。能够稳定用于生产，不易退化。（4）利于酶的分离纯化。产酶细胞及杂质易于和酶分离。（5）安全可靠，无毒性。细胞及代谢物安全无毒，不会影响生产人员和环境，也不会对酶的应用产生不良影响。3常用的产酶微生物：枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、黑曲霉、青霉、链霉菌、啤酒酵母大肠埃希氏菌（Escherichiacoli）大肠杆菌，简称E.coli革兰氏阴性菌枯草芽孢杆菌革兰氏阳性菌革兰氏阳性菌呈蓝紫色，革兰氏阴性菌呈红色4诱变的方法有：物理诱变（紫外线、X-射线、γ-射线、快中子等）；化学诱变；生物学；复合诱变；空间技术诱变。5培养基：指人工配制的用于细胞培养和发酵的各种营养物质的混合物。培养基的组分一般包括碳源、氮源、无机盐和生长因素，产酶促进剂，阻遏剂等。碳源：指能够向微生物提供组成细胞物质或代谢产物（酶）中碳骨架的营养物质。可以作为微生物碳源的物质很多（糖类）如葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、糖蜜等；各种淀粉类农作物，如山芋粉、玉米粉、麸皮、米糠等石油中的各种烷烃、甲烷等含碳氢元素的化合物；乙醇、乙酸等有机醇、酸类，也可作为碳源。碳源的选择：考虑对酶生物合成的影响；根据微生物营养要求的不同来选择；原料的供求情况及经济实用性；常用碳源：淀粉及其水解物等。6pH的调节控制pH变化原因：不同细胞生长繁殖最适pH；发酵产酶最适pH；调控pH可改变各种酶间的产量比例；细胞代谢引起pH变化。pH调控方法：改变培养基组分或比例；使用缓冲溶液稳定pH；添加适宜的酸、碱溶液。7温度的调节控制温度变化原因：不同微生物的最适生长温度有差别；产酶最适温度与细胞生长最适温度有所不同。调控方法：生产中常采用分段控温技术；温度调节一般采用热水升温、冷水降温方法。8控制阻遏物浓度：有些酶的生物合成受到某些阻遏物的阻遏作用，结果导致该酶的合成受阻或者产酶量降低。为了提高酶产量，必须设法解除阻遏物引起的阻遏作用。例如：β-半乳糖苷酶受葡萄糖引起的分解代谢物阻遏作用。在培养基中存在葡萄糖时，即使有诱导物存在，β-半乳糖苷酶也无法大量生成。只有在不含葡萄糖的培养基中或者培养基中葡萄糖被细胞利用完以后，诱导物的存在才能诱导该酶大量生成。9通过动物细胞培养主要用于生产下列功能蛋白质：医学(1)疫苗：脊髓灰质炎（小儿麻痹症）疫苗、牲畜口蹄疫疫苗、风疹疫苗、麻疹疫苗、腮腺炎疫苗、黄热病疫苗、狂犬病疫苗、肝炎疫苗等。(2)激素：催乳激素、生长激素、前列腺素、促腺性激素、淋巴细胞激素、红细胞生成素、促滤泡素、胰岛素等。(3)多肽生长因子：神经生长因子、成纤维细胞生长因子、表皮生长因子、纤维黏结素(4)酶：胶原酶、纤维酶原活化剂、尿激酶等。(5)单克隆抗体：通过杂交瘤细胞等动物细胞培养生产各种单克隆抗体。(6)非抗体免疫调节剂：干扰素、白细胞介素、集落刺激因子等。酶的分离与纯化1.氨基酸分类：非极性氨基酸（疏水氨基酸）8种丙氨酸（Ala）缬氨酸（Val）亮氨酸（Leu）异亮氨酸（Ile）脯氨酸（Pro）苯丙氨酸（Phe）色氨酸（Trp）蛋氨酸（Met）极性氨基酸（亲水氨基酸）：极性不带电荷：7种甘氨酸（Gly）丝氨酸（Ser）苏氨酸（Thr）半胱氨酸（Cys）酪氨酸（Tyr）天冬酰胺（Asn）谷氨酰胺（Gln）极性带正电荷的氨基酸（碱性氨基酸）3种赖氨酸（Lys）精氨酸（Arg）组氨酸（His）极性带负电荷的氨基酸（酸性氨基酸）2种天冬氨酸（Asp）谷氨酸（Glu）.氨基酸名称及简写：甘氨酸GlycineGlyG丙氨酸AlanineAlaA缬氨酸ValineValV亮氨酸LeucineLeuL异亮氨酸IsoleucineIleI脯氨酸ProlineProP苯丙氨酸PhenylalaninePheF酪氨酸TyrosineTyrY色氨酸TryptophanTrpW丝氨酸SerineSerS苏氨酸ThreonineThrT半胱氨酸CystineCysC蛋氨酸MethionineMetM天冬酰胺AsparagineAsnN谷氨酰GlutarnineGlnQ天冬氨酸AsparticacidAspD谷氨酸GlutamicacidGluE赖氨酸LysineLysK精氨酸ArginineArgR组氨酸HistidineHisH2连接方式：肽键磷酸二酯键糖苷键3乳糖操纵子：4.细胞破碎：细胞破碎是通过各种方法使细胞外层结构破坏的技术过程。为什么细菌细胞不易破碎：5.细胞破碎方法：•机械破碎法•化学破碎法•酶促破碎法•物理破碎法通过温度、压力、声波等各种物理因素的作用使组织细胞破碎的方法，称为物理破碎法。物理破碎法多用于微生物细胞的破碎温度差破碎法超声波破碎法压力差破碎法6.相对离心力（RCF）是指颗粒所受到的离心力与地心引力之比值。RCF表示为：RCF=Fc/Fg=1.12×10-5.n2.rFc：离心力Fg：地心引力n：转子每分钟转数（r/min）r：旋转半径（cm）离心力的大小与转速的平方以及旋转半径成正比。在转速一定的条件下，颗粒距离离心轴越远，其所受的离心力越大。在离心过程中，随着颗粒在离心管中移动，其所受到的离心力也在变化。一般离心力的数据是指其平均值，即在离心溶液中点处颗粒所受的离心力。78.微滤，超滤，反渗透9.等电点沉淀法：利用两性电解质在等电点时溶解度最低以及不同的两性电解质具有不同的等电点这一特性，通过调节溶液的pH，使酶或杂质沉淀析出，从而使酶与杂质分离的方法。原理特点•溶液的pH值等于溶液中某两性电解质的等电点时，该两性电解质分子的净电荷为零，分子间的静电斥力消除，使分子能聚集在一起而沉淀下来。•由于在等电点时两性电解质分子表面的水化膜仍然存在，使酶等大分子物质仍有一定的溶解度，从而使沉淀不完全。所以在实际使用时，等电点沉淀法往往与其他方法一起使用。•在酶的沉淀分离中，等电点沉淀法经常与盐析沉淀、有机溶剂沉淀和复合沉淀等一起使用。有时单独使用主要是用于从粗酶液中除去某些等电点相距较大的杂蛋白。•在加酸或加碱调节pH值的过程中，要一边搅拌一边慢慢加进，以防止局部过酸或过碱而引起酶的变性失活。10.层析分离：•又称为色谱分离法，是利用混合液中各组分的理化性质（分子的大小和形状、分子极性、吸附力、分子亲和力、分配系数等）的不同，使各组分以不同比例分布在两相中。其中一个相是固定的，称为固定相；另一个相是流动的，称为流动相。当流动相流经固定相时，各组分以不同的速度移动，从而使不同的组分分离纯化。•层次分离法是近40年来研究开发的用以分离酶等生物活性蛋白质以及多肽、核酸、多糖等生物大分子物质的一种新技术。11.层析分离的优缺点：•色谱分离法的优点：分离效率高，设备简单，操作方便，条件温和，不易造成物质变性等优点，操作方法和条件的多样性使色谱分离能适用于多种物质的提纯。•色谱分离法的缺点：处理量小，操作周期长，不能连续操作，因此主要用于实验室中。12根据分离的机理，色谱法可以分为：①吸附色谱法—利用吸附剂对不同物质的吸附力不同而使混合物中各组分分离；②分配色谱法—利用各组分在两相中的分配系数不同而使各组分分离；③离子交换色谱法—利用离子交换剂上的可解离基团（活性基团）对各种离子的亲和力不同而达到分离目的；④凝胶色谱法—以各种多孔凝胶为固定相，利用流动相中所含各种组分的相对分子质量不同而达到物质分离；⑤亲和色谱法—利用生物分子与配基之间所具有的专一而又可逆的亲和力，使生物分子分离纯化；⑥层析聚焦法—将酶等两性物质的等电点特性与离子交换层析的特性结合在一