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土壤酶学(SoilEnzymology):研究土壤酶的来源、类型、性质及其在土壤形成、土壤肥力和土壤健康中的作用。土壤酶（SoilEnzymes）土壤酶在土壤与环境科学上的应用：土壤酶活性是土壤肥力、土壤质量的重要指标（Bioindicator,Biosensor）合理调节土壤营养物质转化的进程利用酶催化反应控制和消除土壤污染，净化环境(Bioremediation)。国际会议9The1stInternationalConference.EnzymesintheEnvironment:Activity,EcologyandApplications,Granada,Spain,July1999.9The2ndEnzymesintheEnvironmentConference,Prague,Czechoslovakia,July2003.9The3rdInternationalConferenceofEnzymesintheEnvironment:Activity,EcologyandApplications.Viterbo,Italy,July15-19,2007.知名学者•A.D.McLaren(UK)•M.A.Tabatabai(USA)•R.Burns(UKAustralia)•J.-M.Bollag(USA)•W.Dick(USA)•R.Dick(USA)•P.Nannipieri(Italy)•L.Gianfreda(Italy)•E.Kandeler(Germany)•H.Quiquampoix(France)•概述•土壤酶的来源和存在状态•土壤酶促动力学•土壤酶抑制剂•影响土壤酶活性的因素•土壤酶活性测定土壤酶学研究简史(ResearchHistoryofSoilEnzymology)zWoods是研究土壤酶最早的人，他于1899年发表了土壤中具有过氧化物酶的试验报告。z1901年Conn指出：细菌、酵母菌和高等植物分泌释放的酶，所起的发酵作用对农业诸过程是极其重要的。zBell等(1905)进一步证明，土壤中存在过氧化物酶活性。zKonig等(1906)用生物抑制剂测定了土壤过氧化氢酶活性。z1909年，May等研究了土壤过氧化氢酶活性与土壤有机质、微生物之间的关系。因此，土壤酶学发展到现在已有110年的历史。早期一些土壤酶的发现•1905年Cameron和Bell发现土壤中存在“氧化酶”；•1910年Fermi首次检测出土壤中有蛋白酶存在；•1927年Subrahmanyan证明土壤中有脱氨基酶活性；•1927年Parker首先提出酶可以分解土壤有机磷化物；•1934年Rorini发现土壤中有脲酶；•1950年,Hofmann和Seegerer证明，在有甲苯存在情况下，土壤中的蔗糖能发生水解，表明土壤中存在蔗糖酶活性；•1951年,Hofmann和Seegerer首先指出土壤含有淀粉酶；•1951年,кулревич记述了土壤多酚氧化酶活性（儿茶酚氧化酶、酪氨酸酶）；•1952年,Jackman和Black首先检测到土壤存在肌醇六磷酸酶活性；•1970年,Tabatabai和Bremner发现土壤中存在硫酸酶。土壤酶的来源(SourcesofSoilEnzymes)•植物根系分泌•微生物释放•土壤动物区系释放•动物、植物残体释放土壤酶的存在状态土壤酶的种类(CategoriesofSoilEnzymes)•水解酶类(Hydrolases)•氧化还原酶类(Oxidoreductases)•转移酶类(Transferases)•裂解酶类(Lyases)总共50余种土壤酶的主要类型及功能水解酶元素循环催化反应3.2.1.1淀粉酶(Amylase)Cα–1,4–葡聚糖键的水解3.2.1.4纤维素酶(Cellulase)Cβ–1,4–葡聚糖键的水解3.2.1.14几丁质酶(Chitinase)C3.2.1.22/23半乳糖苷酶(Galactosidase)Cα–或β–半乳糖苷↔ROH+半乳糖3.2.1.6葡聚糖酶(1,3-β-glucanase)Cβ–1,3–葡聚糖键的水解3.2.1.20/21葡萄糖苷酶(Glucosidase)Cα–或β–葡萄糖苷↔ROH+葡萄糖3.2.1.26蔗糖酶(Invertase)C蔗糖↔葡萄糖+果糖3.1.1.3脂肪酶(Lipase)C甘油三酸酯↔甘油+脂肪酸3.2.1.8木聚糖酶(Xylanase)Cβ–1,4–木聚糖键的水解3.5.4.4腺苷脱氨酶(Adenosinedeaminase)N腺苷↔NH4++次黄嘌呤核苷3.5.1.4酰胺酶(Amidase)N单羧酸酰胺+H2O↔单羧酸+NH4+3.5.1.1天冬酰胺酶(L-Asparaginase)N天冬酰胺↔天冬氨酸+NH4+3.5.1.2谷氨酰胺酶(L-Glutaminase)N谷酰胺↔谷氨酸+NH4+3.4蛋白酶(Protease)N蛋白质水解3.5.1.5脲酶(Urease)N尿素↔2NH3+CO23.1.3.1酸性磷酸酶(Acidphosphatase)P磷酸酯+H2O↔ROH+H3PO43.1.3.2碱性磷酸酶(Alkalinephosphatase)P磷酸酯+H2O↔ROH+H3PO43.1.4焦磷酸酶(Pyrophosphatase)P焦磷酸盐+H2O↔2PO43-3.1.6.1硫酸酯酶(Sulfatase)S硫酸酯+H2O↔ROH+H2SO4裂解酶元素循环催化反应4.1.1氨基酸脱羧酶N天冬氨酸↔丙胺酸(Aminoaciddecarboxylase)谷氨酸↔γ-氨基丁酸氧化还原酶1.10.3.3抗坏血酸氧化酶C抗坏血酸↔脱氢抗坏血酸（Ascorbateoxidase）1.1.3.4葡糖氧化酶(Glucoseoxidase)C葡萄糖+O2↔葡萄糖酸+H2O1.10.3.2漆酶（Laccase）C苯酚+O2↔苯醌+H2O1.14.18酚氧化酶（Phenoloxidase）C苯酚+1/2O2↔苯醌+H2O1.11.1.7过氧化物酶（Peroxidase）C还原态有机物+H2O2↔氧化态有机物+H1.11.1.6过氧化氢酶（Catalase）O2H2O2↔2H2O+O21.1.1.1脱氢酶（Dehydrogenase）OXH2+A↔X+AH21.12..7.1氢化酶（Hydrogenase）OH2↔H2O1.7.99.4硝酸还原酶(Nitratereductase)NNO3-↔NO2-固氮酶（Nitrogenase）NN2↔2NH31.7.3.3尿酸氧化酶（Urateoxidase）N尿酸+O2↔尿囊素,CO2,其它产物转移酶2.6.1氨基移换酶（Transaminase）NR1R2–CH–NH2+R3R4CO↔R1R2–CO+R3R4–CH–2.4.1糖基转移酶(Transglycosylase)Cn(C12H22O11)+HOR↔H(C6H10O5)nOR+n(C6H12.8.1.1硫氰酸酶（Rhodanese）SS2O32-+CN↔SCN-+SO32-酶促反应动力学(Enzymekinetics)产产物物00时时间间初速度酶促反应速度逐渐降低酶促反应的时间进展曲线影响酶促反应速度的因素底物浓度[S]酶浓度[E]反应温度pH值抑制剂(I)激活剂(A)底物浓度对酶促反应速度的影响vVVmax0.30.2max20.1[S]与v关系：当[S]很低时，[S]↑与v↑成比例,一级反应当[S]较高时，[S]↑与v↑不成比例当[S]很高时，[S]↑，v不变,零级反应012345678[S]E+SESE+Pk1k2k3游离酶浓度=[E]-[ES]ES生成速度=k1（[E]-[ES]）•[S]ES分解速度=k2[ES]+k3[ES]当稳态时：ES生成速度=ES分解速度k1（[E]-[ES]）•[S]=k2[ES]+k3[ES]因v=k3[ES]mKkkkESSESE=+=⋅−132][][])[]([][]][[][SKSEESm+=][]][[3SKSEkvm+=][][maxSKSVvm+=当所有E被S饱和时，即达到最大速度，此时[ES]=[E]，Vmax=k3[E]代入上式得到：米氏方程（Michaelis-Mentenequation）Michaelis和Menten1913年米氏学说当[S]Km时，v=(Vmax/Km)[S],即v正比于[S]当[S]Km时，v≅Vmax,即[S]↑而v不变][][maxSKSVvm+=[S]vKmVmax2v=（Vmax/Km）[S]v=Vmax=K2[E]底物浓度对酶促反应速度的影响V=Vmax[S]Km+[S]Km与Vmax的意义VKm：酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度。VKm可表示酶与底物的亲和力。VKm是酶的特征性常数，可确定最适底物。VVmax是酶完全被底物饱和时的反应速度。Km值与Vmax值的测定1、双倒数作图法（Lineweaver-Burkplot）1/V-1/Km01/[S]斜率=Km/Vmax1/Vmaxmaxmax1][11VSVKvm+⋅=2.Hanes作图法Km/Vmax-Km0[s]maxmax][1][VKSVVSm+⋅=VS][斜率=1/Vmax3.Eadie-Hofstee作图法max][VSVKVm+•−=VmaxVmax/KmVV/[S]斜率=-Km酶浓度对反应速度的影响z反应速度与酶浓度成正比：当[S][E],米氏方程式中Km可以忽略不计。k3[E][S]Km+[S]=k3[E](Vmax=K3[E])V=v[E]o01020304050600102030405060℃℃2.02.01.51.51.01.00.50.5温度对淀粉酶活性的影响温度对淀粉酶活性的影响产产物物麦麦芽芽糖糖的的毫毫克克数数温度对酶促反应速度的影响温度对酶促反应速度的影响酶的最适温度酶的最适温度::酶活性最高时的温度酶活性最高时的温度,,即酶的催化即酶的催化效率最高、酶促反应速度最大时的温度效率最高、酶促反应速度最大时的温度。。酶的最适酶的最适pHpH::酶催化活性最高时的酶催化活性最高时的pHpH。。2810pH2810pH酶酶活活性性pHpH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响A:A:胃蛋白酶胃蛋白酶;B:;B:葡萄糖葡萄糖--66--磷酸酶磷酸酶pHpH对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响AB激活剂对酶促反应速度的影响激活剂:凡能使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。如：¾金属离子：Mg2+、K+、Mn2+¾阴离子：Cl-¾有机物：胆汁酸盐抑制剂对反应速度的影响6抑制剂：凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质。6类型：可逆性抑制与不可逆性抑制土壤酶的抑制(Enzymeinhibition)•Inhibitorsarecompoundswhichinteractwithanenzymetoslowdownitsrateofreaction.•Manytoxiccompoundsareenzymeinhibitors.•Specificforindividualorganisms,orgroupsoforganisms,canbeusedasantibiotics,pesticides,herbicides.•Inhibitorscaninteractwithanenzymeindifferentwaysandenzymekineticsisamajortoolindistinguishingbetweenthesemechanisms.Irreversibleinhibitors(不可逆性抑制剂)arealsoknownasenzymeinactivators.Theycombinewiththeenzymebyformingastrong,usuallycovalentbond:E+IEIReversibleinhibitors(可逆性抑制剂）bindtotheenzymeusingweakbonds,sim