化工0103高波指导教师：张丽丹 页码，1/3 酶催化及其应用 化工0103高波 指导教师：张丽丹 构成生物机体的各种物质并不是孤立地、静止不动的状态，而是经历着复杂的化学变化。这 系列变化都由一类特殊蛋白质所催化，这类蛋白质就是酶。酶不仅是高效，高度专一的催化剂，而 且更重要在于它是生物催化剂，在当今社会领域中，酶有着广泛的应用。 1.1的化学木质 花今己纯化的酶，分析其化学组成及物理性质的结果来看，酶都是蛋白质。①酶的相对分子最 很大，据己测定的酶的相对分子质量来看，属于典型的蛋白质对分子质量的数量级。②由氨基酸 组成。③酶和蛋白质一样，也是两性电解质。④一切可以使蛋白质变性失活的因素同样可以使变性 失活。从以上四点可见，酶的化学本质是蛋白质。 1.2酶的催化特性 酶作为一种特殊的催化剂，它在催化一个化学反应时也具有一般催化剂的特性。但是它作为 种生物催化剂又有其特性之处。酶是生命活动的产物，在物质运动形式上处于更高级的阶段，因 此，它比一般的催化剂更优越，对化学反应的催化作用有更显著的特点。 ①高效率一 一酶具有很高的催化能力 与一般的催化剂相比，酶的催化效率比一般的化学催化剂高106一1013倍。在生物细胞内，虽然 酶的含量很低，但却可催化大量的作用物发生反应。例如：1gF。2每秒只能催化10501H,02,在同 样条件下，1mo1H202酶可催化105mo1H202: ②专一性 一酶对作用物具有选择 一种酶只能作用于一类或一种物质的性质称为酶作用的专一性或特异性(specificity)通常无 机催化剂对其作用物没有严格的选择性，但是酶却对其作用物有非常严格的选择性。 1.3酶的组成和分类 酶和其它蛋白质一样，根据其组成成分可分为简单酶和复杂酶。根据酶蛋白分子的特点和大小 又把酶分为三类：①单体酶(monmeric enzymes)、②寡聚酶(oligomeric enzymes)、③多裤体 )。国际通用的系统分类法以酶所催化的反应为基础，共分六类：①氧化 2.1醇催化反应的本质： ①只影响反应速率，而不改变反应的平衡点。 ②加速反应的本质 一降低反应活化能 2.2影响酶催化反应的几个因素 ①反应物浓度一 一对酶催化反应速率的影响是非线性的 ②酶浓度一一在酶催化反应过程中，酶先要与反应物形成中间复合物，当反应物浓度大大超过 酶浓度时，反应速率随酶浓度的增加而增加（当温度和PH不变时），两者成正比例关系。（下图 1) ③温度对酶反应速率的影响 酶的反应同其他大多数化学反应一样，受温度的影响较大。温度高时，反应速率加快，温度降 低，反应速率减慢。温度每升高10℃，一般的化学反应反应速率增加2~3倍，而酶催化反应仅为 1-2倍。 酶催化反应存在最适温度，当温度较低时，反应速率随温度而升高，但超过一定的温度后反应 file://E:\TDDOWNLOAD\dsbg\dsbg06.htm 2008-4-22
酶催化及其应用 化工0103 高波 指导教师：张丽丹 构成生物机体的各种物质并不是孤立地、静止不动的状态，而是经历着复杂的化学变化。这一 系列变化都由一类特殊蛋白质所催化，这类蛋白质就是酶。酶不仅是高效，高度专一的催化剂，而 且更重要在于它是生物催化剂，在当今社会领域中，酶有着广泛的应用。 1．1 酶的化学本质 迄今已纯化的酶，分析其化学组成及物理性质的结果来看，酶都是蛋白质。①酶的相对分子量 很大，据己测定的酶的相对分子质量来看，属于典型的蛋白质对分子质量的数量级。②酶由氨基酸 组成。③酶和蛋白质一样，也是两性电解质。④一切可以使蛋白质变性失活的因素同样可以使变性 失活。从以上四点可见，酶的化学本质是蛋白质。 1．2 酶的催化特性 酶作为一种特殊的催化剂，它在催化一个化学反应时也具有一般催化剂的特性。但是它作为一 种生物催化剂又有其特性之处。酶是生命活动的产物，在物质运动形式上处于更高级的阶段，因 此，它比一般的催化剂更优越，对化学反应的催化作用有更显著的特点。 ①高效率——酶具有很高的催化能力 与一般的催化剂相比，酶的催化效率比一般的化学催化剂高106～1013倍。在生物细胞内，虽然 酶的含量很低，但却可催化大量的作用物发生反应。例如：1gFe 2+每秒只能催化10-5molH2O2，在同 样条件下，1molH2O2酶可催化105molH2O2。 ②专一性——酶对作用物具有选择 一种酶只能作用于一类或一种物质的性质称为酶作用的专一性或特异性（specificity）通常无 机催化剂对其作用物没有严格的选择性，但是酶却对其作用物有非常严格的选择性。 １．３ 酶的组成和分类 酶和其它蛋白质一样，根据其组成成分可分为简单酶和复杂酶。根据酶蛋白分子的特点和大小 又把酶分为三类：①单体酶（monmeric enzymes）、②寡聚酶（oligomeric enzymes）、③多酶体 系（multienzyme system）。国际通用的系统分类法以酶所催化的反应为基础，共分六类：①氧化 还原酶类②转移酶类③水解酶类④裂合酶类⑤异构酶类⑥合成酶类 ２．１ 酶催化反应的本质： ①只影响反应速率，而不改变反应的平衡点。 ②加速反应的本质——降低反应活化能 ２．２ 影响酶催化反应的几个因素 ①反应物浓度——对酶催化反应速率的影响是非线性的 ②酶浓度——在酶催化反应过程中，酶先要与反应物形成中间复合物，当反应物浓度大大超过 酶浓度时，反应速率随酶浓度的增加而增加（当温度和ＰＨ不变时），两者成正比例关系。（下图 １） ③温度对酶反应速率的影响 酶的反应同其他大多数化学反应一样，受温度的影响较大。温度高时，反应速率加快，温度降 低，反应速率减慢。温度每升高10℃，一般的化学反应反应速率增加２～３倍，而酶催化反应仅为 １～２倍。 酶催化反应存在最适温度，当温度较低时，反应速率随温度而升高，但超过一定的温度后反应 化工0103 高波 指导教师：张丽丹 页码，1/3 file://E:\TDDOWNLOAD\dsbg\dsbg06.htm 2008-4-22
化工0103高波指导教师：张隔丹 页码，2/3 速率反而降低。 ④PH值对反应速率的影响 酶的活性受PH影响较大，在一定PH值下爵未现出最大活力，高于或低于此PH值，活力均 降低。 3,酶在工业中的应用 3,1酶在食品工业中的应用 3.1.1淀粉加工 淀粉加工的酶是ā 一淀粉酶，B一淀粉酶，糖化酶(saccharogenic amylase),环糊精萄 糖基转移酶(。 yclodext ,脱支酶(debranching 加工的第 步是将淀粉先用 一淀粉酶液化，再通过多种酶的催用便可制成种种淀粉糖浆， 各种淀粉糖浆由于DE值(dextrose eguivapent)不同，糖的成分不同，其性质亦各不相同，风味 各异。故适用于不同的用途。随者人们对食品要求的提高，食品工业广泛使用淀粉糖浆来改善风 味，例如，水果罐头中添加葡萄糖与果糖浆，可保持果色原有香味外且甜度适中。 淀粉糖浆用于蜜饯制造 可防止糖析晶。高麦牙糖浆因吸温性低，用在硬糖制造，可提高质 量，减少析湿或析晶：制冰洪淋时作用粉抹饴，可使冰点升高容易操作，增稠性好，体积膨大：果 简糖浆以其渗压高，防腐性好，在低温下适度突出，故适合于蜜线、冷饮等制造，以因吸湿性强， 故用于制造面包、糕点，保鲜期长。 3,1,2乳品工业 在乳品工业中所用的酶主要有：①凝乳爵(rennin 一制造干酪：②过氧化氢酶 (catalase) 牛奶消毒：③溶菌酶(1 ysozyme) -添加在樱儿奶粉：④乳糖酶((lactase) 一分解乳糖：⑤脂肪酶(1 ipase)- -黄油增香。其中以干酪生产与分解乳糖最为重要，全世界干 酪生产耗牛奶达一亿多吨，占牛奶总产最的1/4。自日本人20多年前发现微生物凝乳酶发后，现在 85%的动物酶已由微生物酶所代替，凝乳酶已成为仅次于淀粉酶的大商品。 3.1.3制糖工业 主要是分解棉子糖，清洗甘蔗糖设备及降低蔗汁粘度。此外，还可用于葡粉水解成果糖，发及 由葡萄糖直接变为果糖分解蔗汁淀粉，生产帕拉金糖(palatinose)。 3.1.4肉类和鱼类加工 酵在这方面的两个重要用途是改善组织、嫩化肉类及转化废弃蛋白成为供人类食用或作为饲料 的 白浓缩。 3.2酶在化工、轻工方面的应用 3.2.1酶在氨基酸生产上的应用 酶在氨基酸生产上的用途有两个：一是用于DL一氨基酸的光学拆分，另一种用途是合成氨基 酸。后者是先利用化学方法合成分子结构简单的化合物作为前体，然后通过酶反应合成所需要的氨 基酸，这是结合化学合成与酶反应的优点 而建立的一种有效的生产手段，能够价廉、高效率的生 些彩，发酵法或合成法尚难解决的氨基酸。 3,2,2酸在轻工业中的应用 爵在轻工业中的应用主要是：用于洗剂的制造，发增加去垢力：用于制革工业原料的脱毛，裘 皮的软化：用于制造明胶，以代替原料皮的浸灰，减少污水：用于造纸工业，作用于淀粉以制造粘 接剂：用于化妆品生产，以去除肤屑、洁净体肤：用于感光片的生产，以回收银粒和片基，以及用 于处理水废物，作为食品添加剂等。 3,3酶在医药工业中的作用 我国是世界上最早将酶用于疾病治疗的国家之一。早期酶制剂主要用于治疗消化道疾病、烧伤 及感染引起的炎症疾病上，现在国内外已广泛应用于多种疾病的治疗上 3.3.1促进消化酶 i //E:\TDDOWNLOAD\dsbg\dsbg06.htm 2008-4-22
速率反而降低。 ④ＰＨ值对反应速率的影响 酶的活性受ＰＨ影响较大，在一定ＰＨ值下酶未现出最大活力，高于或低于此ＰＨ值，活力均 降低。 ３．酶在工业中的应用 ３．１ 酶在食品工业中的应用 ３．１．１ 淀粉加工 淀粉加工的酶是α——淀粉酶，β——淀粉酶，糖化酶（saccharogenic amylase），环糊精萄 糖基转移酶(cyclodextrin glucsy transferse),脱支酶(debranching enzyme). 加工的第一步是将淀粉先用α——淀粉酶液化，再通过多种酶的催用便可制成种种淀粉糖浆。 各种淀粉糖浆由于ＤＥ值（dextrose eguivapent）不同，糖的成分不同，其性质亦各不相同，风味 各异。故适用于不同的用途。随着人们对食品要求的提高，食品工业广泛使用淀粉糖浆来改善风 味，例如，水果罐头中添加葡萄糖与果糖浆，可保持果色原有香味外且甜度适中。 淀粉糖浆用于蜜饯制造，可防止蔗糖析晶。高麦牙糖浆因吸温性低，用在硬糖制造，可提高质 量，减少析湿或析晶；制冰淇淋时作用粉抹饴，可使冰点升高容易操作，增稠性好，体积膨大；果 葡糖浆以其渗压高，防腐性好，在低温下适度突出，故适合于蜜饯、冷饮等制造，以因吸湿性强， 故用于制造面包、糕点，保鲜期长。 ３．１．２ 乳品工业 在 乳 品 工 业 中 所 用 的 酶 主 要 有 ： ① 凝 乳 酶（rennin）——制造干酪；②过氧化氢酶 （catalase）——牛奶消毒；③溶菌酶（lysozyme）——添加在婴儿奶粉；④乳糖酶（lactase）— —分解乳糖；⑤脂肪酶（lipase）——黄油增香。其中以干酪生产与分解乳糖最为重要，全世界干 酪生产耗牛奶达一亿多吨，占牛奶总产量的1/4。自日本人２０多年前发现微生物凝乳酶发后，现在 85%的动物酶已由微生物酶所代替，凝乳酶已成为仅次于淀粉酶的大商品。 ３．１．３ 制糖工业 主要是分解棉子糖，清洗甘蔗糖设备及降低蔗汁粘度。此外，还可用于葡粉水解成果糖，发及 由葡萄糖直接变为果糖分解蔗汁淀粉，生产帕拉金糖（palatinose）。 3．1．4 肉类和鱼类加工 酶在这方面的两个重要用途是改善组织、嫩化肉类及转化废弃蛋白成为供人类食用或作为饲料 的蛋白浓缩。 ３．２ 酶在化工、轻工方面的应用 ３．２．１ 酶 在氨基酸生产上的应用 酶在氨基酸生产上的用途有两个：一是用于ＤＬ—氨基酸的光学拆分，另一种用途是合成氨基 酸。后者是先利用化学方法合成分子结构简单的化合物作为前体，然后通过酶反应合成所需要的氨 基酸，这是结合化学合成与酶反应的优点，而建立的一种有效的生产手段，能够价廉、高效率的生 产一些彩，发酵法或合成法尚难解决的氨基酸。 ３．２．２ 酶在轻工业中的应用 酶在轻工业中的应用主要是：用于洗剂的制造，发增加去垢力；用于制革工业原料的脱毛，裘 皮的软化；用于制造明胶，以代替原料皮的浸灰，减少污水；用于造纸工业，作用于淀粉以制造粘 接剂；用于化妆品生产，以去除肤屑、洁净体肤；用于感光片的生产，以回收银粒和片基，以及用 于处理水废物，作为食品添加剂等。 ３．３ 酶在医药工业中的作用 我国是世界上最早将酶用于疾病治疗的国家之一。早期酶制剂主要用于治疗消化道疾病、烧伤 及感染引起的炎症疾病上，现在国内外已广泛应用于多种疾病的治疗上。 ３．３．１ 促进消化酶 化工0103 高波 指导教师：张丽丹 页码，2/3 file://E:\TDDOWNLOAD\dsbg\dsbg06.htm 2008-4-22
化工0103高波指导教师：张丽丹 页码马，3/3 利用酶作为消化促进剂，早已为人们所彩，这类酶的作用是水解和消化食物中的各种成分，如 蛋白质、糖类和脂类等。早期使用的消化剂，其最适PH为中性至微碱性，主要用于胃中食物消 化。后来从微生物制得不仅在胃中，同时也能在肠中促进消化的复合消化剂，内含蛋白质酶、淀粉 酶、脂肪酶和纤维束酶。 3.3.2消炎酶头 蛋白酶作为消炎剂使用最初是在1952年由Znnerfield用胰蛋白酶静脉注射治疗静脉血检炎 取得成功的，当时是想用胰蛋白酶溶解血栓，但经过种种试验后发现的炎症消失的作用，以后蛋白 酶即作用消炎剂作用了。 参考文献 1.《催化化学》，吴越，科学出版社 2.《生物化学》，张洪渊、万海清，化学工业出版社 file://E:\TDDOWNLOAD\dsbg\dsbg06.htm 2008-4-22
利用酶作为消化促进剂，早已为人们所彩，这类酶 的作用是水解和消化食物中的各种成分，如 蛋白质、糖类和脂类等。早期使用的消化剂，其最适ＰＨ为中性至微碱性，主要用于胃中食物消 化。后来从微生物制得不仅在胃中，同时也能在肠中促进消化的复合消化剂，内含蛋白质酶、淀粉 酶、脂肪酶和纤维束酶。 ３．３．２ 消炎酶类 蛋白酶作为消炎剂使用最初是在１９５２年由Znnerfield用胰蛋白酶静脉注射治疗静脉血检炎 取得成功的，当时是想用胰蛋白酶溶解血栓，但经过种种试验后发现的炎症消失的作用，以后蛋白 酶即作用消炎剂作用了。 参考文献 １．《催化化学》，吴越，科学出版社 ２．《生物化学》，张洪渊、万海清，化学工业出版社 化工0103 高波 指导教师：张丽丹 页码，3/3 file://E:\TDDOWNLOAD\dsbg\dsbg06.htm 2008-4-22