食品化学课件第六章酶

第六章酶Chapter6Enzyme第一节引言一、酶对食品科学的重要性米饭为啥越嚼越甜？当人的胆囊被切除后，为什么就要少吃肥肉？消化不良的人为啥要多吃多酶片？二、酶的来源与分布酶是由生物细胞产生的，然后按照需要分布在细胞内和细胞外。根据酶的活动部位，一般把酶分成：胞内酶----由细胞产生并在细胞内部起作用的酶。（如氧化还原酶等）胞外酶----由细胞产生后分泌到细胞外起作用的酶。如水解酶类三、酶的本质（一）酶的化学本质绝大部分酶是由生物细胞产生的，具有催化活性和高度专一性的特殊蛋白质。因此，酶的化学本质是蛋白质。具有催化功能的核酸是特例。这种具有催化活性的RNA命名为核酶、核糖酶或酶性RNA等（二）酶的催化作用与活化能加速反应的本质--降低活化能活化能：活泼态与常态之间的能量差，即使反应物由常态变成活化态所需要的能量。使反应达到其能阈的两个途径：为反应物分子提供所需的活化能（外加能量）降低反应的活化能，使本来不具活化水平的分子成为活化分子。酶促反应的活化能（三）酶与底物形成中间络合物的方式（理论）(1)锁钥假说(lockandkeyhypothesis)整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样。(2)诱导契合假说（induced–fithypothesis):酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状.1.习惯命名法——推荐名称2.系统命名法——系统名称四、酶的命名（一）习惯命名法1.根据被作用的底物命名；2.根据催化反应的性质命名；3.将酶的作用底物和催化反应的性质结合起来命名；4.将酶的来源与作用底物结合起来命名；（二）系统命名法酶的系统命名由两部分组成：酶所作用的底物的名称酶所催化的反应的类型例如：L-乳酸：NAD+氧化还原酶乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+2.系统编号----EC•1•1•1•1EC----表示国际酶学委员会第一个数字表示酶所属的大类（1－6大类)第二个数字表示酶在该大类中所属的亚类第三个数字表示酶所属的次亚类第四个数字表示酶在所属次亚类中的流水编号EC•1•1•1•27乳酸脱氢酶：表示该酶为氧化还原酶类，底物上发生氧化的供体基团是醇基（亚类），氢的受体是NAD（次亚类），流水编号为27。五、酶的辅助因子全酶=酶蛋白+辅助因子酶蛋白----不能单独表现催化活性的蛋白质部分。辅助因子----结合酶中的非蛋白质部分（包括辅酶、辅基、金属离子）。酶蛋白----与底物结合，决定反应的专一性和高效率。辅助因子----直接对电子、原子或某些化学基团起传递作用，决定反应的类型。第二节影响活力的因素一、底物浓度对反应速度的影响反应级数1.当底物浓度较低时，v与[S]成正比，为一级反应，即v=k[S]；2.当底物浓度继续增加时，反应速度不再与底物浓度成正比而升高，为混合级反应；3.当底物浓度很高时，v逐渐趋近极限值Vmax，为零级反应底物浓度对酶促反应速度的影响是非线性的。中间产物学说解释v---[S]关系曲线：E+SESE+P；底物对酶促反应的饱和现象：（二）米氏方程式：Michaelis&Menten于1913年推导出了上述矩形双曲线的数学表达式，即著名的米氏方程。Vmax•[S]υ＝Km＋[S]二.酶浓度对反应速度的影响•根据中间产物学说，酶反应式为：E+SESP+E酶反应速度用产物P的生成速度表示，产物的生成与中间产物ES的浓度成正比，当底物量足够时，ES的量就与酶的浓度成正比，因此，酶促反应初速度与酶浓度的关系呈正比关系。酶反应初速度与酶浓度关系01020304050607080010203040506070酶浓度[E]反应初速度v三、温度对反应速度的影响•一般来说，酶促反应速度随温度的增高而加快。但当温度增加达到某一点后，由于酶蛋白的热变性作用，反应速度迅速下降，直到完全失活。•酶促反应速度随温度升高而达到一最大值时的温度就称为酶的最适温度(optimumtempe-rature)。（一）温度对酶反应影响的原因1.温度加速酶反应—影响中间产物的形成与分解温度影响反应体系的能量水平、酶和底物分子的运动及其反应基团的解离状态，从而影响ES的形成与分解，随温度升高，反应速度加快。2.温度降低反应—影响酶的稳定性随温度升高，酶分子稳定性下降，酶蛋白变性，活性中心被破坏，酶失去活性，酶促反应速度降低。四、pH对反应速度的影响•观察pH对酶促反应速度的影响，通常为一“钟形”曲线，即pH过高或过低均可导致酶催化活性的下降。•酶催化活性最高时溶液的pH值就称为酶的最适pH(optimumpH)。人体内大多数酶的最适pH在6.5～8.0之间pH值影响酶活性的机制1．环境过酸、过碱能使酶变性失活—pH值影响酶的稳定性2．pH值影响酶分子活性部位上有关基团的解离pH改变酶活性部位上有关基团的解离状态;pH值改变影响中间产物ES的形成或进一步分解；pH影响了维持酶分子空间结构的有关基团的解离;3．pH值能影响底物的解离；五.抑制剂对反应速度的影响（一）抑制作用的概念1.失活作用：由于酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用。2.抑制作用：使酶活性部位的结构和性质改变，从而酶活力下降或丧失,酶蛋白一般并未变性。抑制剂：能引起酶抑制作用的物质，用I表示；抑制剂对酶有一定的选择性；3．抑制剂的种类氰化物、重金属离子、一氧化碳、硫化氢、生物碱、砷化物、麻醉剂、表面活性剂及磺胺类药物（二）抑制作用的机制1.与酶结合成稳定的络合物，减低或破坏酶的活力。2.破坏酶或辅基活性基团或改变活性部位的构象；3.抑制剂与酶的激活剂结合；4.夺取酶与底物结合的机会，从而降低[ES]；总的来说，抑制作用是破坏和改变酶与底物的结合，阻碍了酶对底物的催化。•凡是能降低酶促反应速度，但不引起酶分子变性失活的物质统称为酶的抑制剂(inhibitor)。•按照抑制剂与酶作用的方式分两类：不可逆抑制作用(irreversibleinhibition)可逆抑制作用(reversibleinhibition)（三）抑制作用的类型（三）抑制作用的类型不可逆抑制作用：指抑制剂与酶活性中心必需基团以共价键结合，引起酶活性丧失。不能用透析、超滤或凝胶过滤等物理方法解除抑制。可逆抑制作用：抑制剂与酶往往通过非共价键结合，其结合是可逆的，可以用透析或超滤等物理方法解除抑制。酶的不可逆抑制作用有机磷化合物胆碱酯酶失活的酶酸根据可逆抑制剂、底物和酶三者的关系，分为三种类型：A.竞争性抑制作用B.非竞争性抑制作用C.反竞争性抑制作用2.可逆抑制作用：A.竞争性抑制（competitiveinhibition)：抑制剂与底物竞争，与酶的同一活性中心结合，从而干扰了酶与底物的结合，使酶的催化活性降低。2.可逆抑制作用：EESIESEIEP+++⑴竞争性抑制剂多是酶的底物类似物或反应产物；⑵抑制剂与底物竞争与酶结合（结合部位相同），多与酶的活性中心同底物相结合的基团结合。⑶底物浓度增加时,抑制作用减弱,取决于底物浓度与抑制剂浓度的比例及其与酶的亲和力的大小,可以通过加大底物浓度的方法消除抑制作用。竞争性抑制的特点：k-3k+3+IESIk+2E+PESE+Sk+1k-1k-3k+3+IEI+Sk+1k-1反应模式B.非竞争性抑制（noncompetitiveinhibition）抑制剂既可以与游离酶结合，也可以与ES复合物结合，使酶的催化活性降低，称为非竞争性抑制。非竞争性抑制的作用模式图+S－S+S－S+ESIEIEESEP⑴非竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；⑵底物和抑制剂分别独立地与酶的不同部位相结合；抑制剂是与酶的活性中心以外的必需基团结合而起作用的；⑶抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底物浓度的改变对抑制程度无影响。非竞争性抑制的特点：k-3k+3+IESIk+2E+SE+PESk+1k-1反应模式C.反竞争性抑制（uncompetitiveinhibition)抑制剂不能与游离酶结合，但可与ES复合物结合并阻止产物生成，无活性的ESI，使酶的催化活性降低。反竞争性抑制的作用模式图++ESESESIEP⑴反竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；⑵抑制剂与底物可同时与酶的不同部位结合；⑶必须有底物存在，抑制剂才能对酶产生抑制作用；抑制程度随底物浓度的增加而增加；反竞争性抑制的特点：七、激活剂对反应速度的影响酶的激活剂或活化剂：凡能提高酶的活性，加速酶促反应进行的物质都称为激活剂或活化剂。（一）激活剂的种类按分子大小可分三类：1.无机离子（1）无机阳离子--金属离子（如Na+、K+、Mg2＋等）（2）无机阴离子（如Cl—、Br—等）2.中等大小的有机分子某些还原剂如半胱氨酸、巯基乙醇、抗坏血酸作用机制：使酶中的二硫键还原成巯基，从而提高酶活性或与底物、酶或ES复合四、水分活度对酶活力的影响水分活度较低时，酶活性被抑制。只有酶的水合作用达到一定程度时才显示出活性。例如β-淀粉酶在aw0.8(约2%的含水量)以上才显示出水解淀粉的活力，当水活性aw为0.95(约12%的含水量)时，酶的活力提高15倍(右图)。水分活度对酶活力的影响○磷酸酯酶催化卵磷脂水解●β-淀粉酶催化淀粉水解一、水解酶类糖苷键水解酶脂水解酶肽键水解酶1、淀粉酶•定义：常指水解淀粉分子的α－1，4-糖苷键和α－1，6-糖苷的酶•应用：主要用于淀粉的液化和糖化，发酵制淀粉糖，也可改进面包质量。（1）α-淀粉酶，液化酶•广泛分布于动物（唾液、胰脏）、植物（麦芽、山萮菜）及微生物中。•此酶以Ca2+为必需因子并作为稳定因子和激活因子，无差别地随机切断糖链内部的α－1，4-链。因此，其特征是引起底物溶液粘度的急剧下降和碘反应的消失，这种作用称为“液化”。•最终产物在分解直链淀粉时以葡萄糖为主。β-淀粉酶•与α-淀粉酶的不同点在于从非还原性末端逐次以麦芽糖为单位切断α－1，4-葡聚糖链，切断至α－1，6-键的前面反应就停止了，因此生成分子量比较大的极限糊精。•主要见于高等植物中（大麦、小麦、甘薯）等。γ-淀粉酶葡萄糖淀粉酶，糖化酶，从淀粉分子非还原端依次切割α（1→4）链糖苷键和α（1→6）链糖苷键，逐个切下葡萄糖残基。异淀粉酶水解支链淀粉或糖原的α-1，6-糖苷键，生成长短不一的直链淀粉（糊精）。主要由微生物发酵生产，菌种有酵母、细菌、放线菌。淀粉酶用于酿酒、味精等发酵工业中水解淀粉；在面包制造中为酵母提供发酵糖，改进面包的质构；用于啤酒除去其中的淀粉浑浊；利用葡萄糖淀粉酶可直接将低黏度麦芽糊精转化成葡萄糖，然后再用葡萄糖异构酶将其转变成果糖，提高甜度等。目前商品淀粉酶制剂最重要的应用是用淀粉制备麦芽糊精、淀粉糖浆和果葡糖浆等。应用2、纤维素酶•由多种水解酶组成的一个复杂酶系，自然界中很多真菌都能分泌纤维素酶。•纤维素酶分成三类：C1酶、Cx酶和β葡糖苷酶。C1酶是对纤维素最初起作用的酶，破坏纤维素链的结晶结构。Cx酶是作用于经C1酶活化的纤维素、分解β-1，4-糖苷键的纤维素酶。β葡糖苷酶可以将纤维二糖、纤维三糖及其他低分子纤维糊精分解为葡萄糖。3、脂肪水解酶•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。•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，改善产品风味，但也可以产生不良风味。•脂肪酶只作用于油—水界面的脂肪分子，增加油水界面能提高脂肪酶的活力，所以，在脂肪中加入乳化剂能大大提高脂肪酶的催化能力。4、果胶酶果胶酶是能水解果胶类物质的一类酶的总称。它存在于高等植物和微生物中。（一）果胶酶的分类及作用以作用底物的不同分：果胶酯酶、聚半乳糖醛酸酶和果胶裂解酶3种类型。（1）、果胶酯酶存在：植物及部分微生物种类里。作用：催化果胶脱去甲酯基生成聚半乳糖醛酸链和甲醇的反应。适宜条件：不同来源最适pH不同，霉菌来源的果胶酯酶的最适pH在酸性范围，细菌来源的果胶酯酶在偏碱性范围，植物来源的果胶酯