酶工程第五章酶改性的基本理论——酶的结构及其与催化特性的关系

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1、酶工程EnzymeEngineering林范学fanxuelin@gmail.com1/501第二篇酶的改性酶的改性（enzymeimproving）：通过各种方法使酶的催化特性得以改进的技术过程酶的改性的目的提高酶的催化效率增加酶的稳定性降低或消除酶的抗原性提高酶的使用效率（反复或连续使用酶）扩大酶的使用范围（研究酶在水溶液以外的条件下进行催化反应的特性和条件）酶的结构与功能的关系研究2常用的方法:酶分子修饰（enzymemoleculemodification）酶分子定向进化（enzymemoleculedirectedevolut

2、ion）酶固定化（enzymeimmobilization）酶非水相催化（enzymecatalysisinnon-aqueousphase）3第五章酶改性的基本理论——酶的结构及其与催化特性的关系第一节酶的化学组成第二节酶的化学结构第三节酶的空间结构第四节酶的活性中心第五节酶的结构与催化特性的关系第一节酶的化学组成酶蛋白类酶蛋白质酶蛋白核酸类酶RNA酶RAN氨基酸（20种）核苷酸（4种）5一、蛋白类酶的基本组成单位——氨基酸氨基酸结构肽键678二、核酸类酶的基本组成单位——核苷酸碱基+核糖+磷酸=核苷酸3’,5’-磷酸二酯键95’AM

3、P5’GMP5’UMP5’CMP10三、酶的辅因子单成分酶：仅有蛋白质或核糖核酸组成的酶双成分酶：除了蛋白质或核糖核酸外，还有其他非生物大分子成分的酶。全酶holoenzyme无催化活性有催化活性酶蛋白辅因子（cofactor）酶RNA辅因子（cofactor）++决定专一性传递电子、原子或某些化学基团111.无机辅因子金属离子的作用：参与催化反应、稳定酶的构象。元素主要生物化学功能硒谷胱甘肽过氧化物酶和其他酶类的辅因子铁血红素酶（过氧化氢酶，细胞色素氧化酶）的辅基铜细胞色素氧化酶的辅酶锌脱氢酶类，DNA聚合酶，碳酸酐酶的辅因子锰精氨酸

4、酶和其他酶的辅因子钼黄嘌呤氧化酶的辅因子镍脲酶的辅因子钒硝酸还原酶的辅因子12无机辅助因子主要是指各种金属离子，尤其是各种二价金属离子。（1）镁离子镁离子是多种酶的辅助因子，在酶的催化中起重要作用。例如，各种激酶、柠檬酸裂合酶、异柠檬酸脱氢酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、各种自我剪接的核酸类酶等都需要镁离子作为辅助因子。1.无机辅因子13（2）锌离子锌离子是各种金属蛋白酶，如木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、中性蛋白酶等的辅助因子，也是铜锌-超氧化物歧化酶（Cu，Zn-SOD）、碳酸酐酶、羧肽酶、醇脱氢酶、胶原酶等的辅助因子。（3）铁离子铁离子与卟啉

5、环结合成铁卟啉，是过氧化物酶、过氧化氢酶、色氨酸双加氧酶、细胞色素B等的辅助因子。铁离子也是铁-超氧化物歧化酶（Fe-SOD）、固氮酶、黄嘌呤氧化酶、琥珀酸脱氢酶、脯氨酸羧化酶的辅助因子。14（4）铜离子铜离子是铜锌-超氧化物歧化酶、抗坏血酸氧化酶、细胞色素氧化酶、赖氨酸氧化酶、酪氨酸酶等的辅助因子。（5）锰离子锰离子是锰-超氧化物歧化酶（Mn－SOD）、丙酮酸羧化酶、精氨酸酶等的辅助因子。（6）钙离子钙离子是α-淀粉酶、脂肪酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等的辅助因子。152.有机辅因子是指双成分酶中相对分子量较小的有机化合物。它们在酶催化

6、过程中起着传递电子、原子或基团的作用。(1)传递电子体：如卟啉铁、铁硫簇；(2)传递氢（递氢体）：如FMN/FAD、NAD+/NADP+、CoQ、硫辛酸；(3)传递酰基体：如CoA、TPP、硫辛酸；(4)传递一碳基团：如四氢叶酸；(5)传递磷酸基：如ATP，GTP；(6)其它作用：转氨基，如磷酸吡哆醛（VB6）；传递CO2，如生物素。16(1)烟酰胺核苷酸(NAD+，NADP+)B族维生素许多脱氢酶的辅因子：乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶NAD+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶I一般与呼吸链相连，与分解反应偶联：（醇脱氢

7、酶催化伯醇脱氢生成醛）R—CH2CH2OH+NAD+=R—CH2CHO+NADH+H+NADP+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶Ⅱ。一般与合成反应相偶联。17(2)黄素核苷酸(FMN和FAD)维生素B2(核黄素)的衍生物各种黄素酶(氨基酸氧化酶、琥珀酸脱氢酶等)的辅助因子FMN：黄素单核苷酸FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸FMN和FAD的主要作用是传递氢。18(3)铁卟啉铁卟啉是一些氧化酶（如过氧化氢酶、过氧化物酶等）的辅助因子。它通过共价键与酶蛋白牢固结合。(4)硫辛酸硫辛酸全称为6,8-二硫辛酸。它在氧化还原酶的催化作用中，通过氧化型和还

8、原型的互相转变而起传递氢的作用。(5)核苷三磷酸(NTP)腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)、鸟苷三磷酸(CTP)、胞苷三磷酸(CTP)、尿苷三磷酸(UTP)等。它们是磷酸转移酶的辅助因子。19(6)鸟苷鸟苷是含Ⅰ