第八章酶江蘇食品職業技術學院食品工程系第八章酶8.1酶的化學性質和作用特點8.2酶的命名和分類8.3酶的作用機制8.4溫度和PH對酶促反應的影響8.5酶濃度和底物濃度對酶促反應的影響8.6抑制劑和激活劑對酶促反應的影響8.7食品加工中的重要的酶8.8固定化酶8.1酶的化學性質和作用特點

1.酶的化學本質八十年代以前:酶是一類由活性細胞產生的具有催化作用和高度專一性的特殊蛋白質。

八十年代以后:酶是一類由活性細胞產生的生物催化劑。2.酶的組成絕大多數的酶是蛋白質，按組成可分為：*單純蛋白酶：僅有AA組成，如胃蛋白酶，脈酶，木瓜蛋白酶*結合蛋白酶：酶蛋白和輔因子結合起來，才有活性。輔因子包括包括金屬離子和有機小分子，有機小分子包括輔酶和輔基。輔酶：結合松散，易透析除去。輔基：結合緊密，不易透析除去。

酶的組成類型據酶分子組成分類據酶蛋白特征分類單純蛋白質酶類結合蛋白質酶類酶蛋白輔因子金屬離子有機小分子單體酶寡聚酶多酶復合體蛋白質的結構特點：一級、二級、三級、四級結構根據結構不同酶可分為：單體酶：只有單一的三級結構蛋白質構成。寡聚酶：由多個（兩個以上）具有三級結構的亞基聚合而成。多酶復合體：由幾個功能相關的酶嵌合而成的復合體。3.酶的催化作用特點

(1)酶和一般催化劑的共性：加快反應速度；不改變平衡常數；自身不參與反應。(2)酶的特性：專一性：即酶只能對特定的一種或一類底物起作用。可分為：絕對專一性：有些酶只作用于一種底物，催化一個反應，而不作用于任何其它物質。相對專一性：這類酶對結構相近的一類底物都有作用。包括鍵的專一性和基團的專一性。立體異構專一性：這類酶只對底物的某一種構型起作用，而不催化其他異構體。包括旋光異構專一性和幾何異構專一性。高效性：反應速度與不加催化劑相比可提高108～1020，與加普通催化劑相比可提高107～1013；不穩定性：易受各種因素的影響，在活細胞內受到精密嚴格的調節控制。條件溫和：常溫、常壓、中性pH。1.習慣命名法根據以下5個原則決定的：（1）根據酶的催化反應的性質來命名（2）根據被作用的底物來命名（3）將酶的作用底物與催化反應的性質結合起來命名（4）將酶的來源與作用底物結合起來命名（5）將酶作用的最后PH和作用底物結合起來命名8.2酶的命名和分類2.系統命名法應標明底物名稱、反應性質，最后加一個酶字。如有兩種底物，中間用“：”分開。例如：習慣名稱:谷丙轉氨酶系統名稱:L-丙氨酸：

-酮戊二酸氨基轉移酶酶催化的反應:

-酮戊二酸+L-丙氨酸L-谷氨酸+丙酮酸3.系統分類及編號1961年國際生物學會酶學委員會規定了酶的分類原則，按反應類型可將酶分為六大類：（1）氧化還原酶類（2）轉移酶類（3）水解酶類（4）裂合酶類（5）異構酶類（6）合成酶類每一大類又分為若干亞類，各亞類又分為若干亞亞類并用4位數字編號系統。例：過氧話氫酶：E.C.1.11.1.6。EC代表酶學委員會，數字含義依次是類，亞類，亞亞類，在亞亞類中的序號。8.3酶的作用機制1.酶催化作用的中間絡合物學說酶如何降低活化能：酶先與底物結合形成不穩定的的中間產物—中間絡合物，這種中間絡合物具有較高的活性，不僅容易生成，而且容易變成產物，并釋放出酶。

酶催化作用的中間絡合物學說示意圖:

酶（E）與底物（S）結合生成不穩定的中間絡合物（ES），再分解成產物（P）并釋放出酶，使反應沿一個低活化能的途徑進行，降低反應所需活化能，所以能加快反應速度。E+SP+EES能量水平反應過程

G

E1

E22.酶的活性中心

酶為什么會與底物形成中間產物？酶為什么具有高效率、專一性、可調節等特性？都與酶本身的特殊結構直接相關。由少數必需基團組成的能與底物分子結合并完成特定催化反應的空間小區域，稱為酶的活性中心。必需基團有：結合基團、催化基團。酶活性中心出現頻率最高的氨基酸：絲氨酸，組氨酸，半胱氨酸，酪氨酸，天冬氨酸，谷氨酸和賴氨酸。

活性中心：酶分子中直接和底物結合并起催化反應的部位。

結合部位(Bindingsite)：酶分子中與底物結合的部位或區域一般稱為結合部位。催化部位(Catalyticsite):酶分子中促使底物發生化學變化的部位稱為催化部位。通常將酶的結合部位和催化部位總稱為酶的活性部位或活性中心。結合部位決定酶的專一性，催化部位決定酶所催化反應的性質。

3.酶作用的輔助因素1）底物與酶的靠近效應2）底物與酶的定向效應3）張力作用4）酸堿催化作用5）共價催化作用

酶原和酶原的激活：酶原：沒有活性的酶的前體。酶原的激活：酶原在一定條件下經適當的物質作用可轉變成有活性的酶。酶原轉變成酶的過程稱為酶原的激活。本質：酶原的激活實質上是酶活性部位形成或暴露的過程。8.4溫度和PH對酶促反應的影響1.溫度對酶促反應的影響一方面是溫度升高,酶促反應速度加快。另一方面,溫度升高,酶的高級結構將發生變化或變性，導致酶活性降低甚至喪失。因此大多數酶都有一個最適溫度。在最適溫度條件下,反應速度最大。最適溫度

2.pH對酶促反應的影響在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常稱此pH為最適pH。8.5酶濃度和底物濃度對酶促反應的影響1.酶濃度對酶促反應的影響當底物充足,其它因素不變,并且反應系統中不含有抑制酶活性的物質及其它不利于酶發揮作用的因素時，反應速率與酶濃度成正比；底物濃度不足或酶濃度過高、產物積累對反應有抑制作用，會妨礙反應速率；實際生產中，酶濃度如過高，既浪費又影響產品質量。

2.底物濃度對酶促反應的影響在酶濃度，pH，溫度等條件不變的情況下研究底物濃度和反應速度的關系。如右圖所示：在低底物濃度時,反應速度與底物濃度成正比，表現為一級反應特征。當底物濃度達到一定值，幾乎所有的酶都與底物結合后，反應速度達到最大值（Vmax），此時再增加底物濃度，反應速度不再增加，表現為零級反應。1）米氏方程1913年，德國化學家Michaelis和Menten根據中間產物學說對酶促反映的動力學進行研究，推導出了表示整個反應中底物濃度和反應速度關系的著名公式，稱為米氏方程。Km—米氏常數Vmax—最大反應速度2）米氏常數的意義:由米氏方程可知，當反應速度等于最大反應速度一半時,即V=1/2Vmax,Km=[S]

上式表示,米氏常數是反應速度為最大值的一半時的底物濃度。因此,米氏常數的單位為mol/L。不同的酶具有不同Km值，它是酶的一個重要的特征物理常數。Km值只是在固定的底物，一定的溫度和pH條件下，一定的緩沖體系中測定的，不同條件下具有不同的Km值。Km值表示酶與底物之間的親和程度：Km值大表示親和程度小，酶的催化活性低;Km值小表示親和程度大,酶的催化活性高。測定Km和V的方法很多，最常用的是Lineweaver–Burk的作圖法—雙倒數作圖法。

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax取米氏方程式的倒數形式：1/Vmax斜率=Km/Vmax-1/Km3）米氏常數求法1.抑制劑對酶促反應的影響有些物質能與酶分子上某些必須基團結合（作用),使酶的活性中心的化學性質發生改變，導致酶活力下降或喪失，這種現象稱為酶的抑制作用。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑（inhibitor)。酶的抑制劑一般具備兩個方面的特點：a.在化學結構上與被抑制的底物分子或底物的過渡狀態相似。b.能夠與酶的活性中心以非共價或共價的方式形成比較穩定的復合體或結合物。8.6抑制劑和激活劑對酶促反應的影響抑制作用的類型1)不可逆抑制作用抑制劑與酶反應中心的活性基團以共價形式結合，引起酶的永久性失活。如有機磷毒劑二異丙基氟磷酸酯。2)可逆抑制作用：抑制劑與酶蛋白以非共價方式結合，引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復酶的活性。根椐抑制劑與酶結合的情況，又可以分為二類：競爭性抑制，非競爭性抑制。

(1)競爭性抑制：某些抑制劑的化學結構與底物相似，因而能與底物竟爭與酶活性中心結合。當抑制劑與活性中心結合后，底物被排斥在反應中心之外，其結果是酶促反應被抑制了。竟爭性抑制通常可以通過增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。競爭性抑制可用下式表示：競爭性抑制作用的Lineweaver–Burk圖：

(2)非競爭性抑制酶可同時與底物及抑制劑結合，引起酶分子構象變化，并導至酶活性下降。由于這類物質并不是與底物競爭與活性中心的結合，所以稱為非競爭性抑制劑。如某些金屬離子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能與酶分子的調控部位中的-SH基團作用，改變酶的空間構象，引起非競爭性抑制。非竟爭性抑制不能通過增大底物濃度的方法來消除。非競爭性抑制可用下式表示：非競爭性抑制作用的Lineweaver–Burk圖：

2.激活劑對酶促反應的影響凡是能提高酶活性的物質均稱為激活劑。其中大部分是一些無機離子和小分子有機化合物。如：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Co2+、Cr2+、Fe2+、Cl-、Br-、I-、CN-、NO3-、PO4-、抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽等；這些離子可與酶分子上的氨基酸側鏈基團結合，可能是酶活性部位的組成部分，也可能作為輔酶或輔基的一個組成部分起作用；一般情況下，一種激活劑對某種酶是激活劑，而對另一種酶則起抑制作用；對于同一種酶，不同激活劑濃度會產生不同的作用。

8.7食品加工中的重要的酶商品食用酶的特點：

純度要求高

常滲有無機鹽、抑菌劑、穩定劑、食鹽、蔗糖、淀粉等。

衛生要求高

必須對人無害。

來源要求高

可食的無毒的動植物材料和無病理、毒理的微生物。

1.糖酶

１)淀粉酶

（１）а－淀粉酶

是一種內切酶，從淀粉分子內部隨機水解а－１,４－糖苷鍵，但不能水解а－１,６－糖苷鍵。分二步進行：淀粉－→糊精－→а－麥芽糖，少量的葡萄糖

相對分子質量５×１０4左右，每一種酶分子含有一個結合的很牢的Ca2+，Ca2+維持酶蛋白的空間結構，使其具有最大的穩定性和活性最適溫度５５0－７０0C；最適ＰＨ４.５－７.０。廣泛分布于動植物和微生物中。消化藥物，制作面包等。

（2）?－淀粉酶外切酶，也只能水解а－１,４－糖苷鍵，不能水解а－１,6－糖苷鍵。（3）葡萄糖淀粉酶外切酶，不僅能水解а－１,４－糖苷鍵，也能水解а－１,6－糖苷鍵和а－１,3－糖苷鍵。（4）異淀粉酶水解支鏈淀粉或糖原的а－１,6－糖苷鍵。2）果膠酶果膠酯酶、聚半乳糖醛酸酶、果膠裂解酶。2.蛋白酶動物蛋白酶，植物蛋白酶，微生物蛋白酶。3.脂肪酶8.8固定化酶固定化酶是通過吸附、偶聯、交聯和包埋等物理或化學的方法把酶連接到某種載體上，做成仍具有酶催化活性的水不溶性酶。作用特點：穩定性提高，易分離，可反復使用，提高操作的機械強度。1.固定化酶的制備2.固定化酶在食品工業中的應用

將水溶性酶用物理或化學方法處理，固定于高分子支持物(或載體)上而成為不溶于水，但仍有酶活性的一種酶制劑形式，稱固定化酶。包埋法吸附法共價偶聯法交聯法思考題1.酶作為生物催化劑有何特點？2.酶分為幾大類？寫出各大類的反應通式。9、青少年是一個美好而又是一去不可再得的時期，是將來一切光明和幸福的開端。。