第一篇 酶理论 1
目录 1
1 酶与酶工程 3
1.1 酶学研究概况 3
1.2 酶工程 4
1.2.1 酶结构与功能的研究 6
1.2.2 生物催化过程的研究 6
1.2.3 改造酶的催化特性及新酶设计 7
1.2.4 应用酶工程 7
参考文献 8
2.1 酶的分类和命名 9
2.1.1 酶学委员会的分类系统 9
2 酶的分类组成及结构特征 9
2.1.2 酶学委员会推荐的命名法 14
2.1.3 同工酶 14
2.1.4 多酶体系 15
2.2 酶的组成及结构特征 15
2.3 酶作为催化剂的特点 16
2.3.1 酶的催化能力及酶活性 16
2.3.2 酶的专一性 16
2.3.3 酶的调节性 18
2.4 酶的辅（助）因子 20
参考文献 21
3 酶作用动力学和酶的抑制作用 22
3.1 酶的基本动力学 22
3.1.1 Michaelis-Menten方程 22
3.1.2 Briggs-Haldane修饰的Michaelis-Menten方程 23
3.1.3 米氏方程的意义 24
3.1.4 米氏方程中Km、Vmax的测定 26
3.1.5 可逆反应的Haldane关系式 28
3.2 King-Altman法推导酶动力学方程 29
3.3 酶的抑制动力学 35
3.3.1 酶的可逆抑制 36
3.3.2 酶的不可逆抑制 42
参考文献 60
4 酶的作用机制 62
4.1 酶催化的化学机制 62
4.1.1 酸碱催化 62
4.1.2 共价催化 63
4.1.4 金属离子催化 64
4.1.3 多元催化 64
4.1.5 微观可逆原理 66
4.2 酶催化的专一性与高效性 66
4.2.1 过渡态和活化能 66
4.2.2 酶和底物的结合作用 67
4.2.3 邻近和定向效应 68
4.2.4 底物的形变和酶的诱导契合模型 69
4.2.5 微环境的影响 70
4.3 酶的活性部位柔性的假说 70
4.3.1 酶的活性丧失和整体构象变化的关系 71
4.3.2 酶活性部位的柔性 72
4.3.3 酶活性部位柔性和整体结构刚性的实例 72
4.4 辅因子在酶促反应中的作用 73
4.4.1 金属激活酶和金属酶 73
4.4.2 辅酶 75
4.5.1 动力学研究 84
4.5 酶作用机制的研究方法 84
4.5.2 “捕捉”酶-底物复合物 86
4.5.3 X射线晶体衍射法 87
4.5.4 质谱法 87
4.5.5 氨基酸侧链的化学修饰 88
4.5.6 定点突变 89
4.6 酶反应机制实例 91
4.6.1 丝氨酸蛋白酶 91
4.6.2 乳酸脱氢酶 102
4.6.3 超氧化物歧化酶 107
4.6.4 基质金属蛋白酶 112
参考文献 119
5.1.1 配体和蛋白质的结合 120
5 酶活性的调节和酶的转换 120
5.1 通过配体诱导酶构象改变的活性调节 120
5.1.2 变构酶 128
5.2 通过酶共价结构改变的活性调节 136
5.2.1 共价结构不可逆改变的活性调节 136
5.2.2 共价结构可逆改变的活性调节 138
5.3 代谢途径中酶活性的调节 140
5.3.1 磷酸果糖激酶 140
5.3.2 磷酸化酶 143
5.4 酶的转换 144
5.4.1 酶合成的调节 145
5.4.2 酶降解的调节 145
参考文献 146
第二篇 酶工程 147
6 酶分析法 149
6.1 酶活力测定 149
6.1.1 初速度 149
6.1.2 酶反应条件的设计 150
6.2 酶活力测定方法 152
6.2.1 中止法测定酶活力 152
6.2.2 连续法测定酶活力 154
6.2.3 酶活力的定义与表示方法 157
6.2.4 酶活性测定实例 158
6.3 酶法分析 159
6.3.1 终点法 159
6.3.2 动力学法 159
6.3.3 实例 160
参考文献 161
7 酶的分离工程 162
7.1 酶分离纯化的一般原则 162
7.1.1 建立一个可靠和快速的测活方法 162
7.1.2 酶原料的选择 162
7.1.3 酶的提取 163
7.1.4 酶的提纯 163
7.1.5 酶的纯度检验 163
7.2 酶提取方法的选择 164
7.2.1 生物材料的破碎 164
7.2.2 抽提方法 165
7.3 酶纯化方法的选择 165
7.3.1 调节酶溶解度的方法 166
7.3.2 根据酶分子大小、形状不同的分离方法 170
7.3.3 根据酶分子电荷性质的分离方法 171
7.3.4 根据酶分子的专一性结合的方法 174
7.3.5 酶的结晶 193
7.3.6 对各种纯化方法的评价 195
7.4 酶纯度的评价 195
7.4.1 酶纯度的检验 195
7.4.2 酶活性的检验 198
7.4.3 酶活性部位确定 198
参考文献 198
8 酶的生产 199
8.1 酶的生产方法 199
8.1.1 提取法 199
8.1.2 生物合成法 200
8.1.3 化学合成法 200
8.2.2 微生物酶制剂的发酵 201
8.2 酶生产的工艺过程 201
8.2.1 原料选择 201
8.2.3 酶的提取 204
8.2.4 酶的纯化 207
8.3 酶工业化生产实例 210
8.3.1 L-天冬酰胺酶 210
8.3.2 尿激酶 212
8.3.3 胰蛋白酶 215
8.3.4 超氧化物歧化酶 219
参考文献 222
9 酶的固定化技术 224
9.1 概述 224
9.1.1 酶的固定化 225
9.1.2 微生物酶的固定化 226
9.1.4 细胞器及动植物细胞的固定化 227
9.2 酶的固定化方法 227
9.2.1 酶的固定化方法 227
9.1.3 微生物生活细胞的固定化 227
9.2.2 微生物的固定化方法 230
9.2.3 整细胞的固定化方法 232
9.2.4 细胞器的固定化方法 235
9.2.5 动植物细胞的固定化 239
9.3 固定化酶（细胞）的性质及评价指标 242
9.3.1 固定化酶（细胞）的性质 242
9.3.2 固定化酶（细胞）的评价指标 248
9.4 固定化酶（细胞）反应器 249
9.4.1 填充床反应器 250
9.4.3 流化床反应器 251
9.4.2 恒流搅拌罐反应器 251
9.4.4 空心纤维反应器 252
9.4.5 其他类型反应器 252
9.5 固定化酶（细胞）的应用 253
9.5.1 固定化酶（细胞）在工业上的应用 253
9.5.2 固定化酶在酶传感器方面的应用 255
9.5.3 固定化酶（细胞）在食品工业上的应用 255
9.5.4 固定化酶（细胞）的应用趋势 261
参考文献 263
10 非水介质中酶的催化反应 264
10.1 非水介质中酶的催化反应及其特征 264
10.2 非水介质中酶的结构与性质 265
10.2.1 非水介质中酶的结构 265
10.2.2 非水介质中的酶学性质 267
10.3 微水有机溶剂的影响与反应介质工程 269
10.3.1 水的作用及其调控 270
10.3.2 有机溶剂的影响与反应介质工程 275
10.3.3 酶的选择与催化剂工程 279
10.4 “pH值记忆”与“分子印迹”技术 284
10.5 反向胶团的酶学研究 284
10.5.1 反向胶团的形成与酶的包覆 285
10.5.2 反向胶团包覆酶的催化特性 286
10.5.3 反向胶团的酶学应用 287
10.6 水-有机溶剂两相体系 287
10.6.1 两相体系的特点与构成 287
10.6.2 固定化催化剂在两相体系中的应用 288
10.7.1 酶催化反应的类型 289
10.7 酶在非水介质中的催化反应 289
10.6.3 两相体系的应用 289
10.7.2 脂肪酶及其对映体的催化作用原理 293
10.8 应用实例 296
10.8.1 光学活性化合物的制备 296
10.8.2 旋光性高分子 298
10.8.3 功能高分子的合成 299
10.8.4 用于生产精细化工产品的酶 301
参考文献 304
11 酶的分子工程 306
11.1 设计酶化学修饰的注意点 306
11.2 影响酶化学修饰的主要因素 307
11.2.1 影响酶蛋白功能基的反应性 307
11.2.2 影响修饰剂的反应性 309
11.3.1 修饰反应专一性的控制 310
11.3 酶化学修饰方法 310
11.3.2 修饰程度和修饰部位的测定 312
11.4 酶分子侧链基团的化学修饰 314
11.4.1 几种重要的修饰反应 315
11.4.2 特定氨基酸残基侧链基团的化学修饰 316
11.4.3 化学修饰反应的条件控制 322
11.5 酶的亲和修饰 322
11.5.1 亲和标记 323
11.5.2 外生亲和试剂与光亲和标记 324
11.6 有机大分子对酶的化学修饰 325
11.6.1 聚乙二醇 325
11.6.2 右旋糖酐及右旋糖酐硫酸酯 328
11.6.4 具有生物活性的大分子物质 330
11.6.3 糖肽 330
11.6.5 酶的化学交联 332
11.6.6 蛋白质类及其他 332
11.7 酶化学修饰实例——SOD的化学修饰 334
11.7.1 修饰剂与修饰方法 334
11.7.2 修饰SOD的性质 339
11.8 修饰酶的性质及特点 341
11.8.1 热稳定性 341
11.8.2 抗原性 342
11.8.3 最适pH值 343
11.8.4 酶学性质的变化 344
11.8.5 对组织的分布能力变化 344
参考文献 345
12.1 核酶的分类 347
12 核酶 347
12.2.1 Ⅰ型内含子的自我剪接 348
12.2 大分子核酶的结构及催化机理 348
12.2.2 Ⅱ型内含子的自我剪接 352
12.2.3 Rnase P核酶 353
12.3 小分子核酶的结构及催化机理 354
12.3.1 锤头状核酶 354
12.3.2 发夹状核酶 355
12.3.3 肝炎δ病毒（HDV）核酶 356
12.3.4 VS核酶 358
12.4 脱氧核酶 359
12.4.1 具有水解酶活性的脱氧核酶 360
12.4.2 具有N-糖基化酶活性的DRz 361
12.4.3 具有连接酶活性的DRz 361
12.5 核酶的应用 362
12.4.4 其他酶活性 362
12.5.1 抗HIV感染 363
12.5.2 抗肝炎病毒感染 363
12.5.3 肿瘤治疗 363
12.5.4 其他 364
12.6 脱氧核酶的应用 365
参考文献 365
13 模拟酶 368
13.1 环糊精模拟酶模型 368
13.1.1 水解酶的模拟 369
13.1.2 核酸酶的模拟 370
13.1.3 转氨酶的模拟 371
13.2 大环聚醚及其模拟酶 372
13.1.4 氧化还原酶的模拟 372
13.2.2 肽合成酶的模拟 373
13.2.1 水解酶的模拟 373
13.3 膜体系及其模拟酶 374
13.4 聚合物及其模拟酶 376
13.4.1 功能聚合物 376
13.4.2 杯芳烃 376
13.5 金属卟啉及其模拟酶 377
13.6 肽酶 377
13.7 SOD的模拟 378
13.7.1 Cu,Zn-SOD的模拟 378
13.7.2 Mn-SOD的模拟 379
13.7.3 Fe-SOD的模拟 379
参考文献 380
13.7.4 超氧化物歧化酶的功能模拟 380
14 抗体酶 382
14.1 抗体酶诞生的理论基础 382
14.2 抗体酶的制备方法 383
14.2.1 诱导法 383
14.2.2 引入法 384
14.2.3 拷贝法 385
14.2.4 基因工程方法 385
14.3 抗体酶催化的反应类型 386
14.3.1 磷酸酯水解反应 387
14.3.2 磺酸酯闭环反应 387
14.3.3 酰基转移反应 387
14.3.5 氧化-还原反应 388
14.3.4 重排反应 388
14.3.6 金属螯合反应 389
14.3.7 光诱导反应 389
14.3.8 其他反应 389
14.4 抗体酶的应用 390
14.4.1 有机合成手性药物拆分 390
14.4.2 前药的应用 391
14.5 抗体酶的研究展望 392
参考文献 394
15 分子印迹酶 396
15.1 分子印迹概念 396
15.2 分子印迹技术的分类 397
15.2.1 预组织法 397
15.2.2 自组装法 398
15.2.3 分子自组装和分子预组织相结合方法 399
15.2.4 金属离子配位作用 399
15.3 分子印迹聚合物的制备 400
15.3.1 分子印迹聚合物的制备方法 400
15.3.2 影响分子印迹聚合物选择性的因素 401
15.4 分子印迹酶应用实例 402
15.4.1 人工合成抗体酶 402
15.4.2 人工模拟受体 403
15.4.3 药物筛选 405
15.4.4 生物印迹酶 406
15.4.5 利用新型单体分子印迹树枝状分子聚合物 407
参考文献 409
16.1.1 理论基础 410
16.1 组合生物催化的理论基础和特点 410
16 组合生物催化 410
16.1.2 组合生物催化的特点 411
16.2 组合生物催化中的酶 412
16.2.1 生物催化组合合成 412
16.2.2 用于组合生物催化反应的酶的特点 413
16.3 组合生物催化的类型 416
16.3.1 非水介质中的生物催化 416
16.3.2 酶作为组合生物合成的脱保护工具 417
16.3.3 固定化酶催化 417
16.4 组合生物催化实例 419
16.4.1 构建小分子库 419
16.4.2 构建天然产物库 419
16.4.3 生物催化用于组合库的后合成修饰 422
16.4.4 结论和展望 423
参考文献 424
17 酶的定向进化 426
17.1 酶的定向进化简介 426
17.1.1 酶分子定向进化的基本原理 426
17.1.2 酶分子定向进化的研究史 427
17.1.3 应用前景 429
17.2 定向进化的策略 430
17.2.1 易错PCR技术为代表的无性进化 431
17.2.2 DNA改组技术为代表的有性进化 431
17.2.3 基因家族之间的同源重组 435
17.3 基因文库的构建与筛选 436
17.3.1 构建理想的基因文库要考虑的因素 436
17.3.2 突变体基因的构建策略 436
17.3.3 构建突变基因文库的载体系统 437
17.3.4 文库的筛选 438
17.4.1 提高酶分子的催化活力 441
17.4 定向进化的应用 441
17.4.2 提高酶分子的稳定性 442
17.4.3 提高底物专一性和增加对新底物催化活力的进化 444
参考文献 445
18 蛋白酶抑制剂的设计 447
18.1 天冬氨酸蛋白酶类抑制剂 447
18.1.1 血管紧张素转化酶 447
18.1.2 HIV蛋白酶抑制剂的设计 450
18.2 基质金属蛋白酶 454
18.2.1 基质金属蛋白酶抑制剂 455
18.2.2 抑制剂的设计 456
18.3.2 Xa因子的抑制剂 457
18.3.3 组合肽库法 457
18.3.1 体内凝血过程中丝氨酸蛋白酶抑制剂的作用 457
18.3 丝氨酸蛋白酶抑制剂 457
18.4 半胱氨酸蛋白酶 459
18.4.1 半胱氨酸蛋白酶在人体内的病理学作用 460
18.4.2 溶酶体半胱氨酸蛋白酶（LCP） 460
18.4.3 溶酶体半胱氨酸蛋白酶的结构和作用机理 461
18.4.4 酶原激活 462
18.4.5 溶酶体半胱氨酸蛋白酶的天然抑制剂 462
18.4.6 半胱氨酸蛋白酶抑制剂的设计 462
18.4.7 肽基醛型半胱氨酸蛋白酶抑制剂 463
18.4.8 缩氨基脲型半胱氨酸蛋白酶抑制剂 465
参考文献 466
第三篇 酶应用 469
19.1 概述 471
19 工业酶制剂的应用现状 471
19.2 工业酶制剂国内外产业化现状 473
19.3 工业酶制剂的来源及特点 474
20 酶在医药方面的应用 478
20.1 酶类药物 478
20.1.1 与治疗胃肠道疾病有关的酶类药物 478
20.1.2 与治疗炎症有关的酶类药物 479
20.1.3 与溶解血纤维有关的酶类 480
20.1.4 具有抗肿瘤作用的酶类 480
20.1.5 其他药用酶 481
20.2 诊断用酶 482
20.2.1 根据体液内酶活力的变化诊断疾病 482
20.3 酶在药物制造方面的应用 483
20.2.2 用酶测定体液中某些物质的量诊断疾病 483
20.3.1 青霉素酰化酶制造半合成抗生素 484
20.3.2 β-酪氨酸酶制造多巴 486
20.3.3 核苷磷酸化酶制造阿糖腺苷 486
20.3.4 无色杆菌蛋白酶制造人胰岛素 487
20.3.5 多核苷酸磷酸化酶生产聚肌胞 487
20.3.6 β-D-葡聚糖苷酶制造抗肿瘤人参皂苷 487
21 酶在食品工业上的应用 489
21.1 酶在食品保鲜方面的应用 490
21.1.1 食品除氧保鲜 490
21.1.2 蛋类制品脱糖保鲜 490
21.1.3 食品灭菌保鲜 491
21.2 酶在淀粉类食品生产方面的应用 491
21.2.2 果葡糖浆的生产 492
21.2.1 葡萄糖的生产 492
21.2.3 饴糖、麦芽糖的生产 493
21.2.4 糊精、麦芽糊精的生产 493
21.2.5 环状糊精的生产 494
21.3 酶在蛋白质类食品生产方面的应用 494
21.3.1 水解蛋白的生产 495
21.3.2 氨基酸的生产 495
21.3.3 明胶的生产 495
21.3.4 干酪的生产 496
21.3.5 肉类的嫩化 497
21.3.6 低乳糖奶的生产 498
21.4 酶在果蔬类食品生产方面的应用 498
21.4.1 柑橘制品去除苦味 498
21.4.4 酶在果汁生产中的应用 499
21.4.3 果蔬制品的脱色 499
21.4.2 柑橘罐头防止白色浑浊 499
21.4.5 酶在果酒生产中的应用 501
21.5 酶在食品添加剂生产方面的应用 501
21.5.1 酶在酸味剂生产中的应用 501
21.5.2 酶在增味剂生产中的应用 504
21.5.3 酶在甜味剂生产中的应用 506
21.5.4 酶在乳化剂生产中的应用 508
21.6 酶在改善食品的品质与风味方面的应用 509
22 酶在轻工、化工方面的应用 511
22.1 酶在原料处理方面的应用 511
22.1.1 发酵原料的处理 511
22.1.2 纺织原料的处理 511
22.1.7 烟草原料的处理 512
22.1.6 皮革的脱毛处理 512
22.1.3 制浆、造纸原料的处理 512
22.1.5 羊毛的除垢处理 512
22.1.4 生丝的脱胶处理 512
22.1.8 甜菜、糖蜜的处理 513
22.2 酶在轻工、化工产品制造方面的应用 514
22.2.1 酶法生产L-氨基酸 514
22.2.2 酶法生产核苷酸 515
22.2.3 酶法生产有机酸 516
22.2.4 酶法制酱 516
22.2.5 酶法制革 516
22.2.6 制造化工原料 516
22.3.3 加酶饲料 517
22.3.2 加酶牙膏、牙粉和漱口水 517
22.3.1 加酶洗涤剂 517
22.3 加酶增强产品的使用效果 517
22.3.4 加酶护肤用品 518
23 酶在能源开发方面的应用 519
23.1 乙醇生产 519
23.2 氢气 521
23.3 生物电池 521
24 酶在环境保护方面的应用 523
24.1 水净化 523
24.2 石油与工业废油 524
24.3 白色污染 525
24.4 环境监测 526
参考文献 527