食品生物化学 第6章ppt课件.ppt

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1、第一节 概述 第二节 酶的命名和分类 第三节 酶催化反应的机理 第四节 影响酶促反应速率的因素酶促反应动力学第五节 酶的活力测定 第六节 食品工业中重要的酶及其应用,食品生物化学,第六章 酶化学,食品生物化学,学习目标 1.掌握酶的化学本质及作用特点。 2.了解酶的命名及分类。 3.掌握酶催化反应的机理。 4.掌握温度、pH、酶浓度、底物浓度、竞争性抑制、非竞性抑制物及激活剂对酶促反应速率的影响。 5.掌握酶活力的概念及测定酶活力的方法。 6.熟悉食品工业中重要的酶及其应用，了解固定化酶。,食品生物化学,第一节概述,一、酶的概念 酶是由生物体活细胞产生的具有催化功能的蛋白质。 由细胞内产生并在

2、细胞内部起作用的酶称为胞内酶，由细胞内产生后分泌到细胞外面起作用的酶称为胞外酶。在生物化学中，由酶催化进行的反应称为酶促反应。在酶的催化下，发生化学变化的物质称为底物，反应后生成的物质称为产物。 二、酶的催化特点 1高效性,食品生物化学,2高度专一性 3反应条件温和 4酶活性的可调控性 三、酶的化学本质与组成 1酶的化学本质 酶的化学本质是蛋白质。不能说所有蛋白质都是酶，只是具有催化作用的蛋白质，才称为酶。 一些核糖核酸物质也表现有一定的催化活性。如果仅仅把酶定义为生物催化剂，则有催化活性的核糖核酸也应看成是酶。绝大多数酶是蛋白质,少数是核酶。,食品生物化学,2单纯蛋白酶和结合蛋白酶 单纯蛋白

3、酶类，除蛋白质外不含其他物质。如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和核糖核酸酶等。 结合蛋白酶类是由蛋白质与辅助因子组成的,如乳酸脱氢酶、转氨酶、碳酸酐酶及其它氧化还原酶类等。 辅助因子部分叫做辅酶或辅基。辅酶和辅基与蛋白质部分结合的牢固程度不同。把那些与酶蛋白结合得比较松的、用透析法可以除去的小分子有机物叫做辅酶,把那些与酶蛋白结合得比较紧的、用透析法不容易除去的小分子物质叫做辅基。酶蛋白和辅助因子单独存在时,都没有催化活力,只有两者结合在一起,才能起到酶的催化作用。这种完整的酶分子叫做全酶。即全酶酶蛋白+辅助因子。,食品生物化学,在全酶的催化反应中，酶蛋白与辅助因子所起的作用不同，酶蛋白本身决定

4、酶反应的专一性及高效性，而辅助因子直接作为电子、原子或某些化学基团的载体起传递作用，参与反应并促进整个催化过程。 通常一种酶蛋白只能与一种辅酶结合，组成一个酶，作用一种底物，向着一个方向进行化学反应。而一种辅酶，则可以与若干种酶蛋白结合，组成为若干个酶，催化若干种底物发生同一类型的化学反应。酶蛋白决定了反应底物的种类，即决定该酶的专一性，而辅酶（基）决定底物的反应类型。 3单体酶、寡聚酶和多酶复合体系 根据蛋白质结构上的特点，酶可分为三类 。,食品生物化学,（1）单体酶只有一条多肽链的酶称为单体酶，它们不能解离为更小的单位。其分子量为13,00035,000。属于这类酶的为数不多，而且大多是促

5、进底物发生水解反应的酶，即水解酶，如溶菌酶、蛋白酶及核糖核酸酶等。 （2）寡聚酶由几个或多个亚基组成的酶称为寡聚酶。寡聚酶中的亚基可以是相同的，也可以是不同的。亚基间以非共价键结合，容易为酸、碱、高浓度的盐或其它的变性剂分离。寡聚酶的分子量从35,000到几百万。如3-磷酸甘油醛脱氢酶等。 （3）多酶复合体系由几个酶彼此嵌合形成的复合体称为多酶复合体系。多酶复合体有利于细胞中一系列反应的连续进行，以提高酶的催化效率，同时便于机体对酶的调控。多酶复合体的分子量都在几百万以上。如丙酮酸脱氢酶系和脂肪酸合成酶复合体都是多酶体系。,食品生物化学,第二节酶的命名与分类,一、酶的分类 根据酶所催化的反应类

6、型，可将酶分为六大类。 1氧化还原酶类 催化氧化还原反应的酶称为氧化还原酶。此类酶中包括有脱氢酶、加氧酶、氧化酶、还原酶、过氧化物酶等。催化反应通式为：AH2 B A BH2 例如乳酸脱氢酶催化乳酸氧化成丙酮酸。,食品生物化学,2转移酶类 催化基团转移的酶称为转移酶。催化反应通式为：A-R B A B-R 例如氨基转移酶、磷酸基转移酶等。 3水解酶类 催化水解反应的酶称为水解酶。催化反应通式示为：A-B H2O AH BOH 例如淀粉酶、麦芽糖酶、蛋白酶、脂酶及磷酸酯酶等。,食品生物化学,4裂解酶类 催化底物分子中C-C（或C-O、C-N等）化学键断裂，断裂后一分子底物转变为两分子产物的酶称为

7、裂解酶。催化反应通式为：A-B A B 这类酶催化的反应多数是可逆的，从左向右进行的反应是裂解反应，由右向左是合成反应，所以又称为裂合酶。 例如醛缩酶催化1,6-二磷酸果糖裂解为磷酸甘油醛与磷酸二羟丙酮。 5异构酶类,食品生物化学,催化各种同分异构体之间的相互转变，即分子内部基团的重新排列的酶称为异构酶类。催化反应通式为：A B 例如葡萄糖-6-磷酸异构酶可催化葡萄糖-6-磷酸转变成果糖-6-磷酸。 6合成酶类 催化两个分子连接成一个分子的酶称为合成酶（也称连接酶）。这类反应要消耗ATP等高能磷酸键。反应通式为：A B ATP A-B ADP Pi或 A B ATP A-B AMP PPi 例

8、如丙酮酸羧化酶、谷氨酰胺合成酶、谷胱甘肽合成酶等。,食品生物化学,二、酶的命名 1系统命名法 国际酶学委员会规定了一套系统的命名规则，使每一种酶都有一个名称，包括酶的系统名称及四个数字的分类编号。系统名称中应包括底物的名称及反应的类型，若有两种底物，它们的名称均应列出，并用冒号“：”隔开；若底物之一为水则可略去。 例如催化下述乳酸脱氢反应中的乳酸脱氢酶的系统命名为 L-乳酸：NAD氧化还原酶，分类编号为EC1.1.1.27，其中EC为国际酶学委员会的缩写，前三个数字分别表示所属大类、亚类、亚亚类，根据这三个标码可判断酶的催化类型和催化性质，第四个数值则表示该酶在亚亚类中占有的位置，根据这四个数

9、字可以确定具体的酶。,食品生物化学,L-乳酸 NAD 丙酮酸 NADHH,食品生物化学,2习惯命名法 习惯命名法也根据底物名称和反应类型来命名，但没有系统命名法那样严格详细。如乳酸脱氢酶、谷-丙转氨酶、葡萄糖异构酶等；对水解酶常省略水解二字只用底物来命名，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等；有时在底物的名称前面加上酶的来源，如胃蛋白酶、唾液淀粉酶等。 习惯命名法比较简单，应用历史较长，但缺乏系统性和严格性，有时会出现一酶数名或一名数酶的情况。,食品生物化学,第三节酶催化反应的机理,一、酶的催化作用与活化能 酶具有很高的催化效率是因为酶降低了化学反应所需的活化能。活化能指一般分子成为能参加化学反应的活化

10、分子所需要的能量。然而在一个化学反应中并不是所有底物分子都能参加反应的，因为它们并不一定都是活化分子。只有具备足够能量、能够参加化学反应的分子，才是活化分子。 增加活化分子途径：第一，外加能量，对进行中的化学反应加热或者光照，增加底物分子的能量，从而达到增加活化分子的目的；第二，降低活化能，使本来不具活化水平的分子成为活化分子，从而增加了反应的活化分子数目。催化剂就是起了降低活化能增加活化分子的作用。,食品生物化学,图6-1 催化剂对化学反应的影响,食品生物化学,二、中间产物学说 酶如何使反应的活化能降低而体现出极为强大催化效率的呢?中间产物学说的基本论点是：首先酶（E）与底物（S）结合成一个

11、不稳定的中间产物ES（也称为中间络合物），然后中间产物ES再分解为产物（P），同时使酶重新游离出来。S + E ES E + P 中间产物学说的关键，在于中间产物的形成。酶和底物可以通过共价键、氢键、离子键和配位键等结合成中间产物。根据中间产物学说，酶促反应分两步进行，而每一步的能阈都较低，所需的活化能较少。,食品生物化学,图6-2 酶促反应与非酶促反应的活化能,食品生物化学,三、酶的活性中心 酶是生物大分子，酶作为蛋白质，其分子体积比底物分子体积要大得多。在反应过程中酶与底物接触结合时，只限于酶分子的少数基团或较小的部位。酶分子中直接与底物结合，并催化底物发生化学反应的部位，称为酶的活性中心

12、（也称活性部位）。 酶的活性中心包括催化部位和结合部位。前者决定酶的催化能力，一般只由23个氨基酸残基组成。后者决定酶与哪些底物结合，是决定专一性的部位，结合基团的氨基酸残基数却因不同的酶而不同，可能是一个，也可能是几个。,食品生物化学,图6-3 酶分子活性中心示意图,食品生物化学,活性中心的氨基酸残基在一级结构上可以相距甚远，但在空间结构上却十分邻近。这几个氨基酸残基可能位于同一条肽链的不同部位，也可能位于不同肽链上，但从立体结构上来说，构成活性中心的氨基酸残基通过肽链盘曲折迭而处于相邻的位置上。当酶蛋白变性时，它的立体结构破坏，肽链伸展，活性中心破坏，酶就失去活力。 四、“诱导契合”理论

13、酶活性中心的结构有一定的灵活性，在和底物接触之前，二者并不是完全契合的，当底物与酶蛋白分子结合时，产生了相互诱导，酶蛋白分子的立体结构发生一定改变，使反应所需的催化部位和结合部位正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样，才能使酶和底物完全契合，酶反应才能高速度地进行。这就是1964年由DEKoshland提出的“诱导契合学说”。,食品生物化学,锁和钥匙学说模式 诱导契合学说图6-4 酶和底物结合模式,食品生物化学,五、酶原的激活 在体内有些酶原来呈不活泼状态，不具活性，由于另一些酶或酸的激活才变为具有活性的酶，这种不具催化活性的酶称为酶原，从不具活性的酶原转变为有活性的酶的过程，称为活化过程

14、或激活过程。酶原的激活过程是通过去掉分子中的部分肽段，引起酶分子空间结构的变化，从而形成或暴露出活性中心，转变成为具有活性的酶。 在组织细胞中，刚合成的某些酶以酶原的形式存在，具有重要的其生物学意义。因为分泌酶原的组织细胞含有蛋白质，而酶原无催化活性，因此可以保护组织细胞不被水解破坏。,食品生物化学,图6-5 胰蛋白酶原激活示意图,食品生物化学,第四节影响酶促反应速率的因素酶 促反应动力学,一、酶促反应速率的测定 酶促反应速率，可用单位时间内底物浓度的减少量或产物的生成量来表示。在实际测定中，多用产物浓度的增加作为反应速率的量度。酶促反应的速度与反应进行的时间有关。以产物生成量（P）为纵坐标，

15、以时间（t）为横坐标作图，可得到酶反应过程曲线图。,食品生物化学,图6-6 酶反应过程曲线,食品生物化学,从图中可以看出，在反应初期，产物增加得比较快，酶促反应的速度近似为一个常数。随着时间延长，酶促反应的速度便逐渐减弱（即曲线斜率下降）。原因是随着反应的进行，底物浓度减少，产物浓度增加，加速反应逆向进行；产物浓度增加会对酶产生反馈抑制；另外酶促反应系统中pH及温度等微环境变化会使部分酶变性失活。因此，为了准确表示酶活力都要以初速度表示，酶反应的初速度越大，意味着酶的催化活力越大。 二、酶浓度对酶促反应速率的影响 在酶促反应中，酶先要与底物作用，生成活化的中间产物，当反应中体系的温度、pH不变

16、，底物浓度大大超过酶浓度时，反应速率随酶浓度增加而增加，两者成正比关系。,食品生物化学,图6-7 酶浓度对酶促反应速率的影响,食品生物化学,三、底物浓度对酶促反应速率的影响 1底物浓度与酶促反应速率的关系,图6-8 底物浓度对酶促反应速率的影响,食品生物化学,在酶浓度、温度、pH不变的情况下，酶反应速率与底物浓度的关系，如图6-8中的曲线所示。从图中可以看出：当底物的浓度很低时，V与S呈直线关系（OA段），这时，随着底物浓度的增加，反应速率按一定比率加快，为一级反应。当底物的浓度增加到一定的程度后，虽然酶促反应速率仍随底物浓度的增加而不断地加大，但加大的比率已不是定值，呈逐渐减弱的趋势（AB段

17、），表现为混合级反应。当底物的浓度增加到足够大的时候，V值便达到一个极限值，此后，V不再受底物浓度的影响（BC段），表现为零级反应。V的极限值，称为酶的最大反应速率，以Vmax表示。,食品生物化学,V-S的变化关系，可用中间产物学说进行解释。在底物浓度较低时，只有一部分酶能与底物作用生成中间产物，溶液中还有多余的酶没有与底物结合，因此，随着底物浓度增加，就会有更多的酶与底物结合成中间产物，中间产物浓度大，产物的生成速度也就加快，整个酶反应速率也就增大；但是当底物浓度足够大时，所有的酶都与底物结合生成中间产物，体系中已经没有游离态的酶了，虽再增加底物的浓度也不会再有更多的中间产物形成，底物浓度与

18、酶促反应的速度几乎无关，反应达到最大反应速率。 把酶的活性中心都被底物分子结合时的底物浓度称饱和浓度。各种酶都表现出这种饱和效应，但不同的酶产生饱和效应时所需要底物浓度是不同的。,食品生物化学,2米氏方程式 称为米氏常数；Vmax表示最大反应速率；V表示反应速率；S表示底物浓度。在底物浓度低时， ，米氏方程式中分母中 一项可忽略不计。得： 即反应速率与底物浓度成正比，符合一级反应。,食品生物化学,在底物浓度很高时，S ，米氏方程式中， 项可忽略不计，得： V = Vmax 即反应速率与底物浓度无关，符合零级反应。 3米氏常数的意义 当酶促反应处于 时，得到： 计算可以得到：S=,食品生物化学,

19、Km值的物理意义：Km值是当酶反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度，它的单位是mol/L，与底物浓度的单位一样。 （1）Km值是酶的特征常数之一 Km一般只与酶的性质有关，而与酶浓度无关。不同的酶， Km值不同，并且Km值还受pH及温度的影响。因此， Km值作为常数只是对一定的底物、一定的pH、一定的温度条件而言。测定酶的Km值可以作为鉴别酶的一种手段，但是必须在指定的实验条件下进行。 （2）Km可表示酶对底物的亲和力 愈大，表明亲和力愈大，因为它愈大， Km就愈小，达到最大反应速率一半所需要的底物浓度就愈小， Km值小的底物一般称为该酶的最适底物或天然底物。,食品生物化学,（3）Km值与

20、米氏方程的实际用途 Km值不仅可体现酶的性质，而且在酶的研究和实际应用中有着重要作用。如在使用酶制剂时，可由所要求的反应速率(应到达Vmax的百分数)，求出应当加入底物的合理浓度，反过来，也可以根据已知的底物浓度，求出该条件下的反应速率。 4米氏常数的求法 通常采用双倒数作图法（Lineweaver-Burk法），将米氏方程式变为其倒数，即为: 公式看成是一个直线方程式，直线在纵轴上的截距为 ，在横轴上的截距为 ，斜率为 ，据此求出Km和V。,食品生物化学,图6-9 双倒数作图,食品生物化学,四、温度对酶促反应速率的影响 温度对酶促反应速率有双重影响：当温度升高，反应速率加快。化学反应中温度每

21、增10反应速率增加的倍数称为温度系数（用Q10表示）。一般化学反应的Q10为23，而酶促反应的Q10为12，也就是说反应温度每增高10，酶反应速率增加12倍。另一方面由于酶是蛋白质，随着温度升高而使酶逐步变性而失活，即通过酶活力的减少而降低酶的反应速率。 一定条件下酶反应速率最大时的温度称为最适温度。各种酶在一定条件下都有其最适温度。,食品生物化学,图6-10 温度对酶促反应速率的影响,食品生物化学,最适温度是酶的特征之一，但不是固定不变的常数，常受到其他条件（如底物种类、作用时间、pH等）的影响而改变。如最适温度随着与酶作用时间的长短而改变，酶可以在短时间内耐受较高的温度，然而当酶反应时间较

22、长时，最适温度向温度降低的方向移动。因此，严格地讲，仅仅在酶反应时间已经规定了的情况下，才有最适温度。在实际应用中，将根据酶促反应作用时间的长短，选定不同的最适温度。如果反应时间比较短暂，反应温度可选略高一些，这样，反应可迅速完成；若反应进行的时间很长，反应温度就要略低一点，低温下，酶可长时间发挥作用。,食品生物化学,在使用还应注意酶的稳定温度范围。酶的稳定温度范围，是指在一定时间和一定条件下，不使酶变性或极少变性的温度范围。 某些酶的稳定温度可以因加入某些保护剂而提高。酶的固体状态比在溶液中对温度的耐受力要高，这一点已用于指导酶的保藏，例如酶的冷冻干粉置冰箱中可放置几个月，甚至更长时间。而酶

23、溶液在冰箱中只能保存几周，甚至几天就会失活。 测定酶的最适温度和酶的稳定温度范围对酶的应用意义重大，如在使用某酶制剂时，测定此酶在一定条件下的最适温度，就可以知道在什么温度条件下进行工作，有利于此酶发挥最大作用。其次在对酶的分离、纯化和保存过程中，一般都需充分考虑酶的稳定温度范围。,食品生物化学,五、pH对酶促反应速率的影响 在一定pH下，酶反应具有最大速率，高于或低于此值，反应速率下降，通常将酶表现最大活力时的pH称为酶反应的最适pH。一般制作V-pH变化曲线时，采用使酶全部饱和的底物浓度，在此条件下再测定不同pH时的酶促反应速率。,图6-11 pH 对反应速率的影响,食品生物化学,各种酶在

24、一定条件下，都有它一定的最适pH，是酶的特征之一。多数酶的最适pH一般在4.08.0之间，动物体内的酶最适pH多在6.58.0之间，植物及微生物的酶多在4.56.5之间，但也有例外，如胃蛋白酶为1.5，精氨酸酶(肝脏中)为9.7。与酶的最适温度一样，酶的最适pH也不是一个固定常数，它受到许多因素的影响，如底物种类和浓度不同、缓冲液种类不同等都会影响最适pH的数值，因此最适pH只有在一定条件下才有意义。 pH影响酶活力的原因可能有： 第一，pH影响酶分子的构象 过高或过低pH都会影响酶分子活性中心的构象，或引起酶的变性失活。,食品生物化学,第二，pH影响酶分子活力中心上有关基团的解离或底物的解离

25、，这样就影响了酶与底物结合，从而影响酶活性。一般认为最适pH时，酶分子活性基团的解离状态最有利于与底物结合，在此pH下酶活力最高，pH偏离最适pH时，就改变了酶分子活性基团的解离状态，使酶与底物的结合能力降低，于是酶活力也随之降低。 酶在试管反应中的最适pH与它所在正常细胞的生理pH值并不一定完全相同。因为一个细胞内可能会有几百种酶，不同的酶对此细胞内的生理pH的敏感性不同；也就是说此pH对一些酶是最适pH，而对另一些酶则不是，不同的酶表现出不同的活性。这种不同对于控制细胞内复杂的代谢途径可能具有很重要的意义。,食品生物化学,六、激活剂对酶促反应速率的影响 凡是能提高酶活性的物质，都称激活剂。

26、酶的激活剂主要是一些简单的无机离子和一些小分子有机物。 无机离子主要有K+、Cl、Na+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、Ca2+等。小分子有机物主要是某些还原剂，如半胱氨酸、还原型谷胱甘肽、抗坏血酸等能激活某些酶，使含巯基酶中被氧化的二硫键还原成巯基，从而提高酶活性。在酶的提取或纯化过程中，酶会因为金属离子激活剂丢失或活性基团巯基被氧化而使活性降低，因此要注意补充金属离子激活剂或加入巯基乙醇等还原剂，使酶恢复活性。 激活剂不是酶的组成成分，它只能起提高酶活性的作用，这一点与辅助因子不同。,食品生物化学,七、抑制剂对酶促反应速率的影响 由于酶的活性中心的化学性质发生改变而引起酶活力降低或丧失的作

27、用称为抑制作用。造成抑制作用的物质称为抑制剂（用I表示）。抑制作用不同于失活作用，通常把由于酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用称为失活作用。 酶的抑制剂很多，如重金属离子（Ag、Hg2、Cu2）、一氧化碳、硫化氢、氰化物、碘乙酸、砷化物、氟化物、生物碱、染料、有机磷农药以及麻醉剂等都是抑制剂。另外某些动物组织（如胰脏、肺）和某些植物（如大麦、燕麦、大豆、蚕豆、绿豆等）都能产生蛋白酶的抑制剂。,食品生物化学,酶的抑制作用是很重要的。有机体往往只要有一种酶被抑制，就会使代谢不正常，导致疾病，严重的甚至使机体死亡。对生物有剧毒的物质大都是酶的抑制剂，如氰化物抑制细胞色素氧化酶，敌百虫抑制酯酶，毒扁豆碱

28、抑制胆碱酯酶。有很多抑制剂已用于杀虫、灭菌和临床治疗，因此研究抑制剂和抑制作用，可为新药设计提供理论依据。抑制剂也是酶活性中心和代谢途径研究的基本方法。 酶的抑制作用可从酶和底物形成中间产物这一过程来认识,抑制剂之所以能抑制酶的活性,是因为它破坏或改变了酶的活性中心,妨碍了中间产物的形成或分解,所以降低了酶的活性。药物、抗生素、毒物、抗代谢等都是酶的抑制剂。一些动物、植物组织和微生物能产生多种水解酶抑制剂，如加工处理不当，会影响其食用的安全性和营养价值。,食品生物化学,根据抑制剂与酶的作用方式可将抑制作用分为可逆抑制作用与不可逆抑制作用两大类。 1不可逆的抑制作用 这类抑制作用中抑制剂与酶的结

29、合是不可逆反应。抑制剂与酶的某些基团以较牢固的共价键相结合，结合后很难自发分解，不能用透析、超滤等物理方法解除抑制而恢复酶活性，必须通过其它化学反应，才能将抑制剂从酶分子上移去。这类抑制作用随着抑制剂浓度的增加而逐渐增加，当抑制剂的量达到足以和所有的酶结合时，酶的活性就完全被抑制。 农业上，抑制作用常被用于设计开发新型农药。,食品生物化学,2可逆的抑制作用 这类抑制剂与酶是非共价的可逆结合，可用透析、过滤等物理方法除去抑制剂而恢复酶的活力。这种抑制作用称为可逆的抑制作用。根据抑制剂与底物的关系，可逆抑制作用分为三种类型。 （1）竞争性抑制作用竞争性抑制剂具有与底物相似的结构，它能与底物竞争，与

30、酶的活性中心结合，形成可逆的酶、抑制剂复合物EI，因而减少了底物与酶的结合，导致酶的催化活性降低。这种抑制可用加入大量底物，提高底物竞争力的办法来消除。,食品生物化学,例如丙二酸和戊二酸的结构与琥珀酸（即丁二酸）很相似，都是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。 在这一反应中加入丙二酸后就竞争性地抑制了此酶的活性，当反应中增加琥珀酸浓度后，就可把与丙二酸结合的酶取代出来，解除或减轻抑制作用，从而保证了此酶的正常作用。,食品生物化学,（2）非竞争性抑制非竞争性抑制剂与底物没有结构相似的关系，两者没有竞争，只是底物与抑制剂同时在酶的不同部位与酶结合，生成抑制剂-酶-底物三者的复合物（IES），这种复合物不能

31、进一步分解为产物，从而降低了酶活性。非竞争性抑制作用，可用如下的反应式表示。 底物和非竞争性抑制剂在与酶分子结合时，互不排斥，无竞争性，因而不能用增加底物浓度的方法来消除这种抑制作用。某些金属离子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+等）的抑制作用属于此类。,食品生物化学,第五节酶的活力测定,一、酶的活力和活力单位 1酶活力 通常用单位时间内酶催化某一化学反应的能力来表示酶的催化能力，即用酶活力大小来表示酶的催化能力。酶活力的大小可以用在一定条件下所催化的某一化学反应的反应速率来表示，两者呈线性关系。酶催化的反应速率愈大，酶的活力愈高；反应速率愈小，酶的活力就愈低。所以测定酶的活力就是测定酶促

32、反应的速率。由于酶催化某一反应的速度受多种因素限制，故一般规定在某一条件下(恒温、使用缓冲溶液)用反应速率的初速率来表示酶活力。,食品生物化学,2酶活力单位 酶活力的大小即催化反应速率的能力，用酶活力单位（U）表示(active unit，U为单位unit的缩写)，单位数目越大，表示酶的活力越高，即酶制品中酶的含量高，这样的酶量就可用每毫升或每克酶制剂含有多少单位来表示（U/ml、U/g）。 酶活力单位的定义是：在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的酶量定为一个单位。各种酶的活力单位是不同的，就是同一种酶也有不同的活力单位标准，这种各定义的酶活力单位称为“习惯单位”。,食品生物

33、化学,在标准条件下，1分钟内将l毫摩尔（umol）底物转变为产物的酶量定为一个国际单位（IU）。如果底物有一个以上可被作用的键，则1IU是指l分钟内使1umol有关基团转化的酶量。上述“标准条件”是指温度25，以及被测酶的最适条件，如最适温度、最适pH及最适底物浓度等。 Katal（Kat）单位：在最适条件下，1 秒内可使l摩尔底物转化的酶量定为1 Kat；同理，可使1umol底物转化的酶量为u Kat单位，两种国际单位的换算关系如下： 1 Kat= 6 107 IU 1IU= 1 /60uKat=16. 67nKat,食品生物化学,3比活力 比活力是指每毫克酶蛋白所含酶的活力单位数，即 比活

34、力是在酶学研究和提纯酶时常用到的表示酶制剂纯度的一个指标。在纯化酶时，不仅要得到一定量的酶，而且要求得到不含或尽量少含其它杂蛋白的酶制品。在一步步纯化的过程中，除了要测定一定体积或一定质量的酶制剂中含有多少活力单位外，往往还需要测定酶制剂的纯度如何，这时就需要在测定酶活力时，同时测定其中所含蛋白质浓度，然后算出比活力，显然比活力越高，表示酶的纯度愈高。,食品生物化学,二、测定酶活力的两种方式 1测定完成一定量反应所需要的时间 测定酶活力时，用时间作为指标。在一定条件下，在待测的酶液中加入一定量的底物，测定此底物全部作用完或部分作用所需的时间来计算酶活力。一般所需时间愈短，活力愈高，所需时间长则

35、活力低，活力大小与作用时间成反比。用这种方式测定活力的酶并不多。 淀粉酶活力测定时，可以测定其达到无色点所需要的时间（淀粉与碘呈蓝色反应，当一定量的淀粉全部被淀粉酶分解成为与碘不起蓝色反应的小分子糊精时，称无色点，或称消色点），因此，从淀粉的用量、达到无色点所需要的时间和样品稀释倍数就可以计算出酶的活力单位数。,食品生物化学,例如：今有1克淀粉酶制剂，溶解在1000毫升水中，从中取出0.5毫升，与20毫升2%的淀粉溶液在30, pH6的条件下一起作用，10分钟后就与碘不起颜色反应，该酶制剂的活力单位按每1小时分解1克淀粉为1个单位(g/hru)来计算，应为： 2测定一定时间内所起的化学反应量

36、这是酶活力测定的主要方式，用测定反应量来计算酶活力。主要是根据在一定条件下，酶反应速率与酶浓度成正比，测定反应速率就可求出酶的浓度。,食品生物化学,测定结果的正确与否，即能否真实地反映酶活力，是和酶反应的条件是否适宜密切有关。适宜的条件是使所有的酶分子都能正常地发挥作用，反应条件中应使酶浓度是影响反应速率的唯一因素，而其他条件如pH和温度应保持最适水平。此外测定用的底物应当使用足够高的浓度，使酶催化的反应速率不受底物浓度的限制。为了测定简便，选用的底物最好在物理或化学性质上和产物有所区别。 以蛋白酶活力测定为例说明。此酶的单位规定为在30和pH 7.0条件下，每分钟分解酪蛋白产生酪氨酸的微克数

37、即为此酶的活力单位数。,食品生物化学,具体操作时，先取一定量的酶粉稀释液（稀释一定倍数），加入一定量的底物酪蛋白溶液，在30水浴中保温10分钟后，立即加入蛋白变性剂三氯醋酸，使酶变性失活，中止酶的活动。由于蛋白酶作用于酪蛋白后，有酪氨酸分解出来，酪氨酸和福林试剂作用后生成蓝色物质，根据颜色的深浅，通过比色测定后，知道有多少微克酪氨酸分解出来，从而计算出每克酶制剂在每一分钟内可分解出多少微克的酪氨酸，即为含多少单位。 酶活力测定常用的具体方法有化学分析法、滴定法、比色法、吸收光谱法、荧光法、电化学法和量气法等，采用哪一种方法根据产物的物理、化学特征来决定。,食品生物化学,第六节食品工业中重要的酶

38、及其应用,一、水解酶类 水解酶有苷键水解酶、酯水解酶和肽键水解酶三类。在食品工业中应用都很广泛。 1淀粉酶 淀粉酶常指水解淀粉分子的-1，4糖苷键和-1，6糖苷键的酶。在食品加工中主要用于淀粉的液化和糖化，酿造、发酵制淀粉糖，也用于面包工业以改进面包质量。,食品生物化学,（1）-淀粉酶-淀粉酶（EC3.2.1.1）广泛存在于胰液、麦芽、唾液及微生物中，属内切酶。它能在淀粉分子内部任意切开-1，4糖苷键，但不能切开-1，6糖苷键。它能使淀粉分子迅速降解为麦芽糖和葡萄糖，但在降解支链淀粉时，因不能切开-1，6键和在分支点附近的-1，4键而产生小分子糊精。降解结果使淀粉粘度迅速下降而液化，产物对碘的

39、呈色消失，这种作用称之为“液化”，因此-淀粉酶也叫“液化酶”。-淀粉酶分子中有一个结合得很牢固的钙离子，它对该酶有激活和稳定作用。 淀粉酶的用途广泛。如在酿造工业中水解淀粉，为酵 母提供可发酵的糖；在食品加工中缩短婴儿食品的干燥时间；改进面包的体积和结构；除去啤酒中的淀粉混浊；把较低糖度的淀粉转变成为高度可发酵的糖浆等。,食品生物化学,图6-12 几种淀粉酶作用示意图,食品生物化学,（2）淀粉酶淀粉酶（EC3.2.1.2）作用于淀粉链的非还原末端，每隔一个地水解1，4糖苷键，是一种端切酶。由于每次产生两个葡萄糖分子，产物是麦芽糖，从而可增加淀粉溶液的甜味，淀粉酶不能水解直链淀粉中的1，6糖苷键

40、，因而造成了淀粉的不完全降解，它最多只能水解产生5060%麦芽糖。剩余的部分称之为极限糊精。 淀粉酶主要存在于大豆、小麦、大麦、甘薯等植物的种子中，少数细菌与霉菌中也含有此种酶。植物来源的淀粉酶的最适pH为56。与淀粉酶相比，淀粉的热稳定性较低差。 淀粉酶主要用于面包、啤酒等工业，也常用于制造麦芽糖等。,食品生物化学,（3）葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶（EC3.2.1.3）从非还原端开始水解1，4糖苷键，也可水解支链淀粉1，6糖苷键，对直链和支链淀粉均逐次切下一个葡萄糖单位。故工业上称它为糖化酶。属外切型酶。 葡萄糖淀粉酶是一种糖蛋白，只存在于微生物界，根霉、黑曲霉、拟内孢霉等真菌及其变异株均可产

41、生此种酶。该酶的最适温度为4060，最适pH为4.05.0。它与淀粉酶共存水解生淀粉的能力可提高3倍。广泛用于各种酒的生产，可增加出酒率，节约粮食，降低成本，也用于葡萄糖及果葡糖浆的制造。,食品生物化学,（4）异淀粉酶异淀粉酶又称淀粉1，6糊精酶、淀粉解支酶、R淀粉酶。该酶只作用于1，6糖苷键，使支链淀粉变为直链淀粉，存在于马铃薯、酵母、某些细菌和霉菌中，生产上用此酶制造糯米纸和饴糖。 2纤维素酶 纤维素酶（EC3.2.1.4）主要作用于1，4糖苷键。它不是一种单一的酶，是由一类水解纤维素生成纤维二糖和葡萄糖的酶的总称。霉菌、纤维杆菌、纤维放线菌等微生物可产生纤维素酶。所产生的纤维素酶至少包括

42、三种类型，即破坏纤维素晶状结构的C1酶、水解游离纤维素Cx酶和水解纤维二糖的葡萄糖苷酶。,食品生物化学,C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶都是糖蛋白，最适温度为50，最适pH为45。在一定条件下，它们协同作用，把纤维素水解为葡萄糖。 纤维素酶作用于纤维素可使植物性食品原料中的纤维素增溶和糖化，这对食品工业具有重要意义。 3脂肪水解酶（脂酶） 脂酶的系统名称为三酰基甘油酰基水解酶。脂酶是一种糖蛋白，存在于动物胰腺、牛羊的可食前胃组织、高等植物的种子以及米曲霉、黑曲霉中，最适温度为3040，最适pH偏碱性。该酶只能在油水界面上进行催化，即催化乳化状态的脂肪水解，不能催化未乳化的脂肪。任何一种促进脂肪乳化的

43、措施，都可增强脂酶的活力。,食品生物化学,脂酶主要用于催化油脂的水解和改善油脂的性质。在奶酪、奶油加工中，添加脂酶可将乳脂分解释放出风味前体和风味化合物，改善产品风味。但含脂食品如牛奶、奶油、干果等发生水解酸败，产生的不良风味，也来自脂肪酶的水解。 4果胶酯酶 果胶酯酶（EC3.1.1.11 果胶果胶酰水解酶）的作用是降解果胶物质。它有三种类型，催化三类不同的反应，即果胶酯酶、聚半乳糖醛酸酶和果胶裂解酶。 果胶酯酶存在于霉菌、细菌和植物中，它催化果胶脱去甲酯基，生成聚半乳糖醛酸苷链和甲醇。霉菌果胶酯酶的最适pH在酸性范围，细菌果胶酯酶的最适pH在碱性范围，植物果胶酯酶的最适pH在中性范围。柑橘

44、类水果和番茄中果胶酯酶含量较高。,食品生物化学,聚半乳糖醛酸酶存在于植物、霉菌和酵母菌中，最适pH为4.56.0。作用是使果胶分子中的1，4糖苷键断裂，使果胶的黏度降低，分子量减少，还原性基团增加，水解产物为单体的半乳糖醛酸，该产物不再有凝胶的作用。 果胶裂解酶能催化果胶半乳糖醛酸残基的C4和C5位上发生氢的反式消去完成糖苷键的裂解。 生产上使用的果胶酶主要来自霉菌，是几种果胶酶特别是果胶脂酶和半乳糖醛酸酶的混合物。在果汁加工工艺过程中，添加果胶酶制剂可提高出汁率，加速果汁澄清，使成品果汁有较好的稳定性；在果酒制备过程中使用果胶酶制剂，不仅酒易于压榨、澄清和过滤，而且酒的收率和成品酒的稳定性均

45、有提高。果胶酶还可用于橘子脱囊衣、莲子去内皮、大蒜去内膜、麻料脱胶等生产中。,食品生物化学,5蛋白酶 （1）植物蛋白酶植物体内存在有多种蛋白酶。食品工业中应用较多的有木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶和无花果蛋白酶。都属于内切酶。 木瓜蛋白酶主要从鲜木瓜绿色果实的胶乳中提取，属于碱性蛋白质(PI =8.75)。该酶专一性较宽，最适pH因底物而异，一般在5.08.0，耐热性较强，最适温度6065。 菠萝蛋白酶和无花果蛋白酶分别来自菠萝的汁液和无花果胶乳中，主要水解多肽和蛋白质，属碱性蛋白质，最适pH在7左右。,食品生物化学,三种植物蛋白酶在食品加工中主要用作肉类嫩化剂，对禽畜的肌肉纤维和结缔组织进行适度水解

46、。用于啤酒澄清，可使啤酒不会因低温生成蛋白质与丹宁的复合物产生浑浊。在医药上，作助消化剂等。这些酶对底物的专一性较宽，人的皮肤也易受腐蚀，加工时应注意人手的防护。 （2）动物蛋白酶人与动物的消化系统中存在有多种蛋白酶。主要有胃蛋白酶、胰蛋白酶和凝乳酶。 胃蛋白酶存在于哺乳动物的胃液中，前体为胃蛋白酶原，在氢离子或胃蛋白酶作用下激活，最适pH为14，温度高于70即失活。胃蛋白酶主要水解蛋白质中由芳香族氨基酸形成的肽键。,食品生物化学,胰蛋白酶由胰脏分泌，最适pH为79，它只能水解赖氨酸和精氨酸的羧基参与生成的肽键。生物界中有一些天然的胰蛋白酶抑制剂，其中最常见的是大豆胰蛋白酶抑制剂，故大豆煮熟后

47、才能食用。 凝乳酶主要存在于幼小的哺乳动物的胃液中，属内切酶，用于干酪制作。 动物蛋白酶由于来源少，价格昂贵，在食品工业中应用不多。 （3）微生物蛋白酶微生物是蛋白酶的重要来源，细菌、酵母菌和霉菌都含有多种蛋白酶，已大量应用于食品工业。常用于薄脆饼干的制作；在肉类的嫩化，尤其是牛肉的嫩化上运用微生物蛋白酶代替价格较贵的木瓜蛋白酶，可达到较好的效果等。,食品生物化学,二、氧化还原酶类 1酚氧化酶（酚酶） 酚酶系统命名是邻二酚氧-氧化还原酶（EC1.10.3.1）以铜为辅基，必需以氧为受氢体，是一种末端氧化酶，酚酶可以一元酚或二元酚为底物。辅酚氧化酶将底物氧化成不稳定的醌，进而聚合产生棕黑色素。新

48、切开的苹果、土豆、芹菜、芦笋的表面，以及新榨出的葡萄汁等水果汁的褐变反应均由此酶作用所致，这种褐变影响食品外观。多酚酶在茶叶生长与加工过程中对茶叶品种和品质，也起着极为重要的作用。 在食品加工中为防止酶促褐变，从酶方面着手，可采取加热、用酚酶的抑制剂二氧化硫或亚硫酸钠处理、调节pH等措施，使酶失活或活性降低来解决。,食品生物化学,2葡萄糖氧化酶 葡萄糖氧化酶（EC1.1.3.4 -D葡萄糖氧-氧化还原酶）是一种需氧脱氢酶，它使萄萄糖氧化成D葡萄糖酸内酯，而自身所含的FAD则转变为FADH2 。葡萄糖氧化酶的专一性很强，氧化型葡萄糖的反应速率几乎是型的160倍。葡萄糖氧化酶的主要用途是脱氧、脱糖

49、生产葡萄糖酸，在食品加工和生产生化材料时用作检测葡萄糖的试剂等。工业上使用的葡萄糖氧化酶主要来源于金黄色青霉和点青霉，最适温度30 50，最适pH为4.8 6.2。,食品生物化学,3过氧化氢酶 一种含铁的结合酶，催化2H2O2 2H2OO2 反应，在麸皮、大豆及牛乳中均含有。主要用于去除乳和蛋白低温消毒后的残余过氧化氢，除去葡萄糖氧化酶作用而产生的过氧化氢，也可作为测定粮食食品质量的一项指标。 4脂氧合酶 脂氧合酶（EC1.13.1.13亚油酸氧-氧化还原酶）使不饱和脂肪发生酸败，最适pH为6.5左右，耐低温，广泛存在于大豆、绿豆、菜豆、花生等豆类和小麦、玉米等谷类中。在梨、苹果等水果中以及动

50、物体内也有存在。由于它的作用使脂肪发生氧化酸败，从而使食品质量发生劣变。但脂氧化酶能改善面团的流变性。,食品生物化学,5过氧化物酶 过氧化物酶（EC1.11.1.7）存在于植物组织、乳及白细胞中，具有较高的耐热性，可用作灭菌处理的有效指示剂。它能导致维生素C的氧化降解，催化不饱和脂肪酸的非酶促过氧化降解，从而使食品营养与风味发生变化。还能在一定条件下使色素漂白，从而破坏食品的颜色。 6抗坏血酸氧化酶 抗坏血酸氧化酶是一种含铜盐，存在于谷物、南瓜、丝瓜等种子以及柑桔等水果中，能引起酶促褐变。加工中应尽量采取使之失活的措施，以保护抗坏血酸免受损失，提高食品质量。,食品生物化学,三、葡萄糖异构酶 葡