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酶工程原理 版權(quán)信息
- ISBN：9787030316752
- 條形碼：9787030316752 ; 978-7-03-031675-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
酶工程原理 本書特色
高等院校生物科學、生物工程專業(yè)的研究生和本科生，相關(guān)專業(yè)教學、科研人員。
酶工程原理 內(nèi)容簡介
酶學與酶工程是現(xiàn)代生物學的重要組成部分，酶學研究方法廣泛應用到生物學的各個學科中。酶工程是酶學理論與工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，是生物工程的基本組成部分之一，在人類健康，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，環(huán)境保護等方面取得眾多應用成果。本書概括介紹酶學與酶工程的基本理論、概念和研究方法，進而介紹酶的分子改造，包括：酶的化學修飾、酶的固定化、酶的穩(wěn)定化、酶的人工模擬、酶的定向進化以及*近核酶、雜合酶、抗體酶等新進展。
酶工程原理 目錄
目錄
叢書序
前言
1 酶與酶工程 1
1.1 酶工程的發(fā)展歷程 1
1.2 酶作為催化劑的特點 3
1.2.1 酶的高效催化能力 3
1.2.2 酶的專一性 4
1.2.3 酶的作用條件溫和 5
1.2.4 酶的活性可調(diào)節(jié) 5
1.3 酶的命名及分類 5
1.4 酶催化功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 8
1.4.1 酶的高級結(jié)構(gòu)是其發(fā)揮活性的基礎(chǔ) 9
1.4.2 酶的活性中心 9
1.4.3 酶的活性部位模型假說 10
1.5 酶催化反應的本質(zhì) 11
1.5.1 酶促反應的過渡態(tài) 11
1.5.2 鄰近效應和定向效應 13
1.5.3 共價催化 14
1.5.4 酸堿催化 15
1.5.5 金屬離子催化 15
1.5.6 微環(huán)境影響 16
1.6 酶動力學 16
1.6.1 影響酶反應速率的因素 17
1.6.2 單底物反應 17
1.6.3 雙底物反應動力學 18
1.6.4 失活(穩(wěn)定性)動力學 20
1.7 酶的穩(wěn)定性 21
1.7.1 酶的失活模型 22
1.7.2 酶蛋白不穩(wěn)定的原因 22
1.7.3 穩(wěn)定酶的方法 25
1.8 非水酶學 26
1.8.1 非水介質(zhì)中酶催化反應的特征 26
1.8.2 非水介質(zhì)中酶的催化基礎(chǔ) 27
1.8.3 底物特異性 31
【思考題】 33
【參考文獻】 34
2 酶的生產(chǎn)、分離純化和制劑 37
2.1 原料的選擇 37
2.2 產(chǎn)酶微生物發(fā)酵技術(shù) 39
2.2.1 培養(yǎng)基 39
2.2.2 發(fā)酵工藝控制 41
2.3 工程菌的高密度發(fā)酵 43
2.3.1 基因工程菌的構(gòu)建 44
2.3.2 基因工程菌的培養(yǎng)方式 45
2.3.3 高密度發(fā)酵工藝 46
2.4 提高酶產(chǎn)量的方法 49
2.4.1 酶合成的調(diào)控機理 49
2.4.2 通過條件控制提高酶產(chǎn)量 51
2.4.3 通過基因突變提高酶產(chǎn)量 52
2.4.4 通過體內(nèi)基因重組提高酶產(chǎn)量 54
2.4.5 通過體外基因重組提高酶產(chǎn)量 54
2.4.6 定向進化提高酶產(chǎn)量 55
2.5 酶分離純化的原理與方法 55
2.5.1 酶分離純化的基本原則 55
2.5.2 目標蛋白從生物機體內(nèi)的釋放 58
2.5.3 粗分離 59
2.5.4 根據(jù)相對分子質(zhì)量不同的純化方法 60
2.5.5 根據(jù)分子電荷不同的純化方法 63
2.5.6 根據(jù)分子極性不同的純化方法 65
2.5.7 根據(jù)蛋白質(zhì)親和力不同的純化方法 66
2.6 酶的劑型與保存 69
2.6.1 酶的劑型 69
2.6.2 酶的穩(wěn)定性與保存 70
【思考題】 71
【參考文獻】 71
3 酶的固定化和酶反應器 73
3.1 酶的固定化 73
3.1.1 酶固定化的方法 73
3.1.2 固定化酶性質(zhì)的表征 89
3.1.3 固定化酶的應用 94
3.2 酶反應器 99
3.2.1 酶反應器的類型 99
3.2.2 酶反應器的設計原則與性能評價 107
3.2.3 酶反應器的操作 109
3.2.4 酶反應器的模型化與規(guī)模放大 112
3.2.5 酶反應器的各種應用 120
【思考題】 125
【參考文獻】 125
4 酶的分子改造 131
4.1 酶的化學修飾 131
4.1.1 酶分子側(cè)鏈基團的化學修飾 132
4.1.2 修飾反應類型和反應條件 138
4.1.3 親和標記 138
4.1.4 酶的化學交聯(lián) 140
4.1.5 單功能聚合物化學修飾 142
4.1.6 小分子化合物化學修飾 145
4.1.7 輔因子引人 146
4.1.8 化學修飾突變 146
4.1.9 結(jié)合定點突變的化學修飾 147
4.1.10 酶化學修飾的應用 148
4.2 酶的蛋白質(zhì)工程 150
4.2.1 蛋白質(zhì)工程的基本流程 150
4.2.2 蛋白質(zhì)分子設計 151
4.2.3 定位誘變技術(shù) 158
4.2.4 蛋白質(zhì)工程改造酶分子的實際應用 162
4.3 酶的定向進化 169
4.3.1 酶定向進化的原理和步驟 169
4.3.2 酶定向進化中隨機突變的策略 171
4.3.3 酶定向進化中的篩選和選擇策略 174
4.3.4 定向進化的應用 178
【思考題】 179
【參考文獻】 179
5 酶的模擬 183
5.1 模擬酶的理論基礎(chǔ)和策略 183
5.1.1 模擬酶的酶學基礎(chǔ) 183
5.1.2 主客體化學和超分子化學 184
5.2 模擬酶的分類 184
5.3 主-客體酶模型 184
5.3.1 冠醚模型 184
5.3.2 環(huán)糊精模型 185
5.3.3 杯芳烴模型 187
5.4 分子印跡酶模型 188
5.4.1 分子印跡概念 188
5.4.2 分子印跡技術(shù)的原理 189
5.4.3 分子印跡酶 190
5.4.4 生物印跡酶 194
5.5 抗體酶 195
5.5.1 抗體和酶的差別 195
5.5.2 抗體酶的理論基礎(chǔ) 196
5.5.3 抗體酶的設計策略 197
5.5.4抗體酶的制備方法 201
5.5.5 抗體酶的應用和挑戰(zhàn) 204
【思考題】 205
【參考文獻】 205
6 酶與生物催化 209
6.1 藥物合成中的生物轉(zhuǎn)化 209
6.1.1 生物轉(zhuǎn)化與手性藥物合成 209
6.1.2 脂肪酶在制藥工業(yè)中的應用 219
6.1.3 醇脫氫酶在制藥工業(yè)中的應用 231
6.1.4 環(huán)氧化物水解酶在制藥工業(yè)上的應用 240
6.1.5 其他一些酶在制藥工業(yè)中的應用 249
6.2 有機合成中的生物轉(zhuǎn)化 252
6.2.1 腈水合酶催化合成丙烯酰胺 253
6.2.2 嗜熱菌蛋白酶催化合成阿斯巴甜 254
6.2.3 氨基；钢苽銵-氨基酸 255
6.2.4 乳糖酶制備脫乳糖牛奶 257
【思考題】 257
【參考文獻】 258
7 酶與生物降解 260
7.1 生物易降解性物質(zhì) 260
7.1.1 淀粉的分解 260
7.1.2 果膠質(zhì)的分解 262
7.1.3 蛋白質(zhì)的分解 264
7.2 生物難降解物質(zhì) 266
7.2.1 纖維素的降解 266
7.2.2 木質(zhì)素的降解 268
7.2.3 半纖維素的降解 269
7.2.4 環(huán)境污染物降解 270
7.2.5 塑料的降解 291
【思考題】 293
【參考文獻】 293
8 酶與代謝工程 295
8.1 代謝工程的實質(zhì) 295
8.1.1 代謝工程的定義 295
8.1.2 代謝工程的實質(zhì) 296
8.2 酶對代謝途徑的調(diào)控 298
8.2.1 酶活力的調(diào)節(jié) 298
8.2.2 酶量的調(diào)節(jié) 305
8.3 酶與次級代謝產(chǎn)物的生物合成 307
8.3.1 聚酮類化合物的生物合成機制及其代謝工程的應用 308
8.3.2 非核糖體肽類化合物的生物合成機制和代謝工程的應用 314
8.3.3 聚酮-聚肽雜合化合物的生物合成機制及代謝工程的應用 316
8.3.4 其他次級代謝產(chǎn)物的生物合成 317
8.4 代謝工程的應用 318
8.4.1 乙醇 318
8.4.2 脂肪酸 320
8.4.3 青蒿素 322
【思考題】 324
【參考文獻】 324
索引 327
叢書序
前言
1 酶與酶工程 1
1.1 酶工程的發(fā)展歷程 1
1.2 酶作為催化劑的特點 3
1.2.1 酶的高效催化能力 3
1.2.2 酶的專一性 4
1.2.3 酶的作用條件溫和 5
1.2.4 酶的活性可調(diào)節(jié) 5
1.3 酶的命名及分類 5
1.4 酶催化功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 8
1.4.1 酶的高級結(jié)構(gòu)是其發(fā)揮活性的基礎(chǔ) 9
1.4.2 酶的活性中心 9
1.4.3 酶的活性部位模型假說 10
1.5 酶催化反應的本質(zhì) 11
1.5.1 酶促反應的過渡態(tài) 11
1.5.2 鄰近效應和定向效應 13
1.5.3 共價催化 14
1.5.4 酸堿催化 15
1.5.5 金屬離子催化 15
1.5.6 微環(huán)境影響 16
1.6 酶動力學 16
1.6.1 影響酶反應速率的因素 17
1.6.2 單底物反應 17
1.6.3 雙底物反應動力學 18
1.6.4 失活(穩(wěn)定性)動力學 20
1.7 酶的穩(wěn)定性 21
1.7.1 酶的失活模型 22
1.7.2 酶蛋白不穩(wěn)定的原因 22
1.7.3 穩(wěn)定酶的方法 25
1.8 非水酶學 26
1.8.1 非水介質(zhì)中酶催化反應的特征 26
1.8.2 非水介質(zhì)中酶的催化基礎(chǔ) 27
1.8.3 底物特異性 31
【思考題】 33
【參考文獻】 34
2 酶的生產(chǎn)、分離純化和制劑 37
2.1 原料的選擇 37
2.2 產(chǎn)酶微生物發(fā)酵技術(shù) 39
2.2.1 培養(yǎng)基 39
2.2.2 發(fā)酵工藝控制 41
2.3 工程菌的高密度發(fā)酵 43
2.3.1 基因工程菌的構(gòu)建 44
2.3.2 基因工程菌的培養(yǎng)方式 45
2.3.3 高密度發(fā)酵工藝 46
2.4 提高酶產(chǎn)量的方法 49
2.4.1 酶合成的調(diào)控機理 49
2.4.2 通過條件控制提高酶產(chǎn)量 51
2.4.3 通過基因突變提高酶產(chǎn)量 52
2.4.4 通過體內(nèi)基因重組提高酶產(chǎn)量 54
2.4.5 通過體外基因重組提高酶產(chǎn)量 54
2.4.6 定向進化提高酶產(chǎn)量 55
2.5 酶分離純化的原理與方法 55
2.5.1 酶分離純化的基本原則 55
2.5.2 目標蛋白從生物機體內(nèi)的釋放 58
2.5.3 粗分離 59
2.5.4 根據(jù)相對分子質(zhì)量不同的純化方法 60
2.5.5 根據(jù)分子電荷不同的純化方法 63
2.5.6 根據(jù)分子極性不同的純化方法 65
2.5.7 根據(jù)蛋白質(zhì)親和力不同的純化方法 66
2.6 酶的劑型與保存 69
2.6.1 酶的劑型 69
2.6.2 酶的穩(wěn)定性與保存 70
【思考題】 71
【參考文獻】 71
3 酶的固定化和酶反應器 73
3.1 酶的固定化 73
3.1.1 酶固定化的方法 73
3.1.2 固定化酶性質(zhì)的表征 89
3.1.3 固定化酶的應用 94
3.2 酶反應器 99
3.2.1 酶反應器的類型 99
3.2.2 酶反應器的設計原則與性能評價 107
3.2.3 酶反應器的操作 109
3.2.4 酶反應器的模型化與規(guī)模放大 112
3.2.5 酶反應器的各種應用 120
【思考題】 125
【參考文獻】 125
4 酶的分子改造 131
4.1 酶的化學修飾 131
4.1.1 酶分子側(cè)鏈基團的化學修飾 132
4.1.2 修飾反應類型和反應條件 138
4.1.3 親和標記 138
4.1.4 酶的化學交聯(lián) 140
4.1.5 單功能聚合物化學修飾 142
4.1.6 小分子化合物化學修飾 145
4.1.7 輔因子引人 146
4.1.8 化學修飾突變 146
4.1.9 結(jié)合定點突變的化學修飾 147
4.1.10 酶化學修飾的應用 148
4.2 酶的蛋白質(zhì)工程 150
4.2.1 蛋白質(zhì)工程的基本流程 150
4.2.2 蛋白質(zhì)分子設計 151
4.2.3 定位誘變技術(shù) 158
4.2.4 蛋白質(zhì)工程改造酶分子的實際應用 162
4.3 酶的定向進化 169
4.3.1 酶定向進化的原理和步驟 169
4.3.2 酶定向進化中隨機突變的策略 171
4.3.3 酶定向進化中的篩選和選擇策略 174
4.3.4 定向進化的應用 178
【思考題】 179
【參考文獻】 179
5 酶的模擬 183
5.1 模擬酶的理論基礎(chǔ)和策略 183
5.1.1 模擬酶的酶學基礎(chǔ) 183
5.1.2 主客體化學和超分子化學 184
5.2 模擬酶的分類 184
5.3 主-客體酶模型 184
5.3.1 冠醚模型 184
5.3.2 環(huán)糊精模型 185
5.3.3 杯芳烴模型 187
5.4 分子印跡酶模型 188
5.4.1 分子印跡概念 188
5.4.2 分子印跡技術(shù)的原理 189
5.4.3 分子印跡酶 190
5.4.4 生物印跡酶 194
5.5 抗體酶 195
5.5.1 抗體和酶的差別 195
5.5.2 抗體酶的理論基礎(chǔ) 196
5.5.3 抗體酶的設計策略 197
5.5.4抗體酶的制備方法 201
5.5.5 抗體酶的應用和挑戰(zhàn) 204
【思考題】 205
【參考文獻】 205
6 酶與生物催化 209
6.1 藥物合成中的生物轉(zhuǎn)化 209
6.1.1 生物轉(zhuǎn)化與手性藥物合成 209
6.1.2 脂肪酶在制藥工業(yè)中的應用 219
6.1.3 醇脫氫酶在制藥工業(yè)中的應用 231
6.1.4 環(huán)氧化物水解酶在制藥工業(yè)上的應用 240
6.1.5 其他一些酶在制藥工業(yè)中的應用 249
6.2 有機合成中的生物轉(zhuǎn)化 252
6.2.1 腈水合酶催化合成丙烯酰胺 253
6.2.2 嗜熱菌蛋白酶催化合成阿斯巴甜 254
6.2.3 氨基；钢苽銵-氨基酸 255
6.2.4 乳糖酶制備脫乳糖牛奶 257
【思考題】 257
【參考文獻】 258
7 酶與生物降解 260
7.1 生物易降解性物質(zhì) 260
7.1.1 淀粉的分解 260
7.1.2 果膠質(zhì)的分解 262
7.1.3 蛋白質(zhì)的分解 264
7.2 生物難降解物質(zhì) 266
7.2.1 纖維素的降解 266
7.2.2 木質(zhì)素的降解 268
7.2.3 半纖維素的降解 269
7.2.4 環(huán)境污染物降解 270
7.2.5 塑料的降解 291
【思考題】 293
【參考文獻】 293
8 酶與代謝工程 295
8.1 代謝工程的實質(zhì) 295
8.1.1 代謝工程的定義 295
8.1.2 代謝工程的實質(zhì) 296
8.2 酶對代謝途徑的調(diào)控 298
8.2.1 酶活力的調(diào)節(jié) 298
8.2.2 酶量的調(diào)節(jié) 305
8.3 酶與次級代謝產(chǎn)物的生物合成 307
8.3.1 聚酮類化合物的生物合成機制及其代謝工程的應用 308
8.3.2 非核糖體肽類化合物的生物合成機制和代謝工程的應用 314
8.3.3 聚酮-聚肽雜合化合物的生物合成機制及代謝工程的應用 316
8.3.4 其他次級代謝產(chǎn)物的生物合成 317
8.4 代謝工程的應用 318
8.4.1 乙醇 318
8.4.2 脂肪酸 320
8.4.3 青蒿素 322
【思考題】 324
【參考文獻】 324
索引 327
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酶工程原理 節(jié)選
1 酶與酶工程 酶是由活細胞產(chǎn)生的具有催化功能的蛋白質(zhì)性質(zhì)的催化劑。與普通的化學催化劑相比，酶具有催化效率高、專一性強、反應條件溫和及活性可調(diào)節(jié)的特點。酶作為高效的催化劑在生物體內(nèi)的各種生理活動中發(fā)揮著重要作用，催化生理活動所需的各種化學反應。通過這些反應，營養(yǎng)分子被降解，化學能被儲存或轉(zhuǎn)移，簡單的前體分子被合成為生物高分子。通過調(diào)節(jié)酶的作用，使代謝途徑高度協(xié)調(diào)，并使維持生命所必需的各種物質(zhì)代謝、能量傳遞、信息轉(zhuǎn)錄、神經(jīng)傳導、免疫調(diào)節(jié)、細胞衰老及生長發(fā)育等生命活動得以有效和諧地進行。隨著人們對酶的結(jié)構(gòu)和功能、酶的性質(zhì)以及作用機理認識的逐步深人，酶在醫(yī)藥、食品、輕工、化工、環(huán)保和能源等領(lǐng)域得到了廣泛應用。酶的應用研究促進了酶工程(enzymeen gineering)的產(chǎn)生。酶工程是在一定的生物反應器中利用酶的催化性質(zhì)，將相應原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)的技術(shù)。是酶學和工程學相互滲透結(jié)合發(fā)展而成的一門新的技術(shù)科學。是生物工程的主要內(nèi)容之一。 1.1 酶工程的發(fā)展歷程 人類對酶的利用已經(jīng)有幾千年的歷史(表1.1)，中國古代的釀造技術(shù)以及歐洲早期用小牛胃凝乳酶(chymosin)生產(chǎn)奶酪等都是對酶不自覺地利用。有目的地生產(chǎn)和應用酶是從19世紀開始的，1894年，日本的高峰讓吉(Takamine)從米曲霉(Aspergillus oryzae)中提取出高峰淀粉酶(Taka-diastase)，用于治療消化不良，開創(chuàng)了人類有目的地生產(chǎn)和應用酶的先例。1908年，德國人羅姆(OttoR2rn)將胰酶[胰蛋白酶（trypsin)、胰淀粉酶（amylopsin)和胰脂肪酶（pancrelipase)的混合物]用于制革，并于1913～1915年開發(fā)成洗滌劑。1917年法國人波一登(Boidin)將枯草桿菌dacillus產(chǎn)生的熱穩(wěn)定的淀粉酶(amylase)用于紡織品的退漿[1]。在此后的近半個世紀內(nèi)，酶的生產(chǎn)應用一直停留在從動植物和微生物的組織或細胞中提取酶的方式上。這種生產(chǎn)方式不僅工藝復雜，而且原料有限，所以很難進行大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。 表1.1 酶工程發(fā)展的相關(guān)歷史事件 1949年，液體深層培養(yǎng)法用于生產(chǎn)細菌a-淀粉酶(a-amylase)，使酶制劑的價格大大降低，酶的生產(chǎn)應用進入工業(yè)化階段。1959年，由于采用了葡萄糖淀粉酶(glucoamylase)催化淀粉生產(chǎn)葡萄糖新工藝研究成功，徹底革新了原來葡萄糖生產(chǎn)中需要高溫高壓的酸水解工藝，淀粉得糖率從80%上升為100%，使日本在I960年的葡萄糖產(chǎn)量增加了10倍。這項新工藝的改革成功，極大地促進了酶在工業(yè)上的應用。1969年，千畑一郎（Ichiro Chibata)應用固定化氨基；福╝minoacy-lase)拆分D(L)-氨基酸，實現(xiàn)了酶連續(xù)反應的工業(yè)化。這是世界上固定化酶應用于工業(yè)的開端。此后歐洲加酶洗滌劑的流行，20世紀70年代酶法生產(chǎn)果葡糖漿的成功，使酶的應用進入到工業(yè)化階段[1-7]。 20世紀80年代以后，酶工程與基因工程（geneticen gineering)、蛋白質(zhì)工程(proteinen gineering)、細胞工程（cellen gineering)和發(fā)酵工程（fermentationengi-neering)等學科相互融合發(fā)展，成為生物工程的重要組成部分；蚬こ虒γ腹こ痰陌l(fā)展起到了巨大的推動和變革作用，運用基因工程技術(shù)克隆酶基因構(gòu)建的基因工程菌，使許多酶進入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)過程。運用蛋白質(zhì)工程改善原有酶的各種性能，如增加酶的穩(wěn)定性、提高酶在有機溶劑中的反應效率、使酶在后提取工藝和應用過程中更容易操作等。通過易錯PCR(error-pronePCR)和DNA改組(DNA shuffling)等方法發(fā)展起來的酶的體外定向進化技術(shù)，為酶的分子改造提供了一種全新的策略，從而可以發(fā)展更優(yōu)良的新酶或新功能酶。利用酶的區(qū)域、位點和立體選擇性，開展了酶法轉(zhuǎn)化、折分、合成手性藥物及精細化合物。生化工程(biochemicalen gineering)的發(fā)展推動了酶發(fā)酵過程的優(yōu)化、高密度培養(yǎng)、代謝網(wǎng)絡控制、新型反應器的研究和開發(fā)以及產(chǎn)品的分離。隨著人們對酶的結(jié)構(gòu)和功能、酶的性質(zhì)及作用機理認識的逐步深人，酶的應用遍及輕工、食品、化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)以及能源、環(huán)境保護等領(lǐng)域。從美國工程基金會主持的兩年召開一次的國際酶工程會議設立的國際酶工程獎(international enzyme en gineering award)獲獎情況來看，也基本反映了以上酶工程的發(fā)展軌跡(表1.2)。 表1.2 1983～2009年國際酶工程獎獲獎情況 1.2 酶作為催化劑的特點 1.2.1 酶的高效催化能力 酶是高效的生物催化劑"與非酶催化反應相比，酶催化可以使反應速率提高2417個數(shù)量級。催化反應的提速倍數(shù)（rate acceleration)可以用表示。直接比較酶催化反應速率和在相同pH及溫度條件下非酶催化反應速率的例子不多，主要是因為非酶催化的反應速率太低，不易觀察。而可比較的反應，發(fā)現(xiàn)酶催化反應速率大大被加快了。如表1.3所示，碳酸酐酶的接近107倍，過氧化氫酶為109倍，羧肽酶A為1011倍[8]。 表1.3 酶的分子活性 酶催化的*適條件幾乎都為溫和的溫度和非極端pH。以固氮酶為例，NH：的合成在植物中通常在25°C和中性pH下由固氮酶催化完成。酶是由兩個解離的蛋白質(zhì)組分組成的一個復雜的系統(tǒng)，其中一個含鐵，另一個含鐵和鉬，反應需消耗ATP分子，但工業(yè)上由氮和氫合成氨時，需在700～900K，10～90MPa條件下，還要有鐵及其他微量金屬氧化物作催化劑才能完成反應。由此可見，酶作為催化劑在常溫、常壓、中性pH的溫和條件下，作用效率是非常高的。 1.2.2 酶的專一性 在一定條件下，酶只能催化某種化合物眾多熱力學反應中的一種反應，稱為酶反應特異性(reaction specificity)。大多數(shù)酶對所作用的底物（substrate)和催化的反應都是高度專一的，如脲酶(urease)只催化尿素的水解反應(圖1.1)。對于相同底物，不同的酶催化發(fā)生不同的反應，以葡萄糖可能進行的幾種反應為例（圖1.2)， 圖1.1 脲酶催化的反應 圖1.2 葡萄糖在不同酶的催化下發(fā)生不同的反應 當葡萄糖在葡萄糖氧化酶(glucose oxidase)催化下氧化生成葡萄糖酸;在木糖異構(gòu)酶(xylose isomerase)催化下異構(gòu)化為果糖;在己糖激酶(hexokinase)催化下磷酸化為葡萄糖-6-磷酸;在醛糖還原酶(aldose reductase)催化下轉(zhuǎn)化為山梨醇。這種酶作用的特異性，除極少數(shù)酶例外，幾乎適應于所有的酶。 另外，酶催化劑對其底物具有嚴格的選擇性，一種酶能在兩種或多種不同底物之間作出辨別，并與其中*合適的一種底物結(jié)合，催化該底物進行化學反應，稱為底物特異性(substrate specificity)。如果底物是具有立體異構(gòu)體的化合物，除立體異構(gòu)體發(fā)生相互轉(zhuǎn)換的消旋酶(racemase)和差向異構(gòu)酶(epimerase)外，酶幾乎都表現(xiàn)出絕對的立體特異性（stereo specificity)或立體選擇性（stereo selectivity)。例如，氨基；(aminoa cylase)只能催化；-L-氨基酸的加水分解，而不能使酰基-D-氨基酸加水分解。立體異構(gòu)體有對映異構(gòu)體(enantiomer)和非對映體異構(gòu)體(disaster comer)兩種，酶對每一種底物均有選擇性。這一點成為利用酶進行有機化學反應的優(yōu)勢。對映異構(gòu)體的底物在酶的作用下，對R型異構(gòu)體或S型異構(gòu)體的對映選擇性通？筛哂99% [對映體過量值（enantiomeri cexcess)，見1.8.3.2。此外，某種酶只作用于特定的化學鍵，稱為族類特異性(group specificity)或基團特異性（functional specificity)。例如，醇脫氫酶(alcoholdehydrogen-ase)只作用于伯醇，酯酶（esterase)只作用于酯鍵，胃蛋白酶（pepsin)僅作用于肽鍵。限制酶(restrictionenzyme)是基因工程*常用的一類酶，它能識別DNA序列中的448個堿基序列，并能從該序列內(nèi)部切斷DNA，稱為序列特異性(sequential specificity)。例如，EC0RI限制性內(nèi)切核酸酶，使DNA序列在箭頭的位點被切斷。當同一分子存在多個作用位點的情況下，酶通常只識別其中特定的位點進行催化反應。例如，甘油酯具有2個伯醇酯鍵和1個仲醇酯鍵，某種脂肪酶可以識別其差異，該特異性稱為位置特異性(positional specificity)[9]。 1.2.3 酶的作用條件溫和 酶具有適宜在常溫、中性pH和水相中起作用的性質(zhì)，這是現(xiàn)代工業(yè)在發(fā)展“綠色化學”、“環(huán)境友好制造”中普通催化劑無法相比的優(yōu)點。 1.2.4 酶的活性可調(diào)節(jié) 生命現(xiàn)象表現(xiàn)了它內(nèi)部反應歷程的有序性。這種有序性是受多方面因素調(diào)節(jié)和控制的，而酶活性的控制又是代謝調(diào)節(jié)作用的主要方式。酶活性的調(diào)節(jié)控制主要有酶濃度的調(diào)節(jié)、激素調(diào)節(jié)、共價修飾調(diào)節(jié)、限制性蛋白水解作用、抑制劑的調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)和金屬離子及其他/J、分子化合物的調(diào)節(jié)。 1.3 酶的命名及分類 酶的命名分為習慣命名（accepted name)和系統(tǒng)命名（systematic name)。習慣酶工程原理命名一般根據(jù)酶作用的底物命名，如淀粉酶，催化水解淀粉;蛋白酶，水解蛋白質(zhì)"有時會加上酶的來源，如胃蛋白酶、胰蛋白酶。也可根據(jù)酶催化反應的性質(zhì)及類型命名，如水解酶、轉(zhuǎn)移酶和氧化酶。有時由上述兩原則結(jié)合起來命名，如琥珀酸脫氫酶。習慣命名簡單，但缺乏系統(tǒng)性，不嚴格，現(xiàn)仍在使用。 為了使酶的命名系統(tǒng)化，1961年，國際生物化學與分子生物學聯(lián)合會命名委員會(Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology)制定了國際系統(tǒng)分類命名原則，已為各國普遍接受。系統(tǒng)命名以酶所催化的整體反應為基礎(chǔ)，并明確表明酶的底物及催化反應性質(zhì)。每個酶都賦予一個系統(tǒng)命名和編號。編號共有4個阿拉伯數(shù)字，數(shù)字間用隔開。表明酶促反應的底物、產(chǎn)物、輔酶和性質(zhì)M。按酶促反應的性質(zhì)，把酶分為六大類(表1.4)。 表1.4 酶的國際分類 **個數(shù)字酶的分類催化反應類型 (1)氧化還原酶(oxidoreductase)類，催化氧化還原反應。在生物體內(nèi)參與氧化產(chǎn)能、解毒和某些生理活性物質(zhì)形成。反應通式 (1.1) 例如，乳酸脫氫酶（L-lactate dehydrogenase，EC1.1.1.27)系統(tǒng)命名是L-乳酸:NAD+氧化還原酶(L-lactate:NAD+oxid oreductase)。催化反應如圖1.3所示。 圖1.3 乳酸脫氫酶催化的反應 (2)轉(zhuǎn)移酶(transferase)類，催化某些基團從一分子化合物轉(zhuǎn)到另一分子化合 物。主要參與核酸、蛋白質(zhì)和脂肪代謝，催化輔酶、激素和抗生素的合成與轉(zhuǎn)化。反應通式 (1.2) 例如，丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(alanine transaminase，EC2.6.1.2)，也稱為谷丙轉(zhuǎn)氨酶(glutamic-alanine transaminase)系統(tǒng)命名是L-丙氨酸，酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移
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