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项目五 酶类的性能与控制
酶的基础知识
酶的发现
我国在4000多年前，就已经在酿酒、制酱、制饴等食品的过程中，不自觉地利用了酶的催化作用。
周朝
春秋时代
19世纪开始
到目前为止
夏禹时代
酿酒
制麦芽糖和造酱、醋
用曲霉治疗腹泻
认识到酶的存在和作用
已发现的酶的总数已达到3000多种，其中的数百种已被提纯、结晶
酶的定义
酶是由生物活细胞产生的、具有催化功能的大分子。在生物体内除少数几种酶为核酸分子以外，大多数的酶类都是蛋白质。只要不是变性状态，无论在细胞内还是细胞外，都可以发挥催化作用。
酶的作用
在食品加工中，利用酶可以改善食品的质量和开发新的食品。研究果蔬采摘、动物宰杀后体内酶的生化过程，可以减少食物储藏时的成分损失，使食品加工时原材料具有更好的品质。应用酶学理论及酶制剂，还可以使食品产生特殊的颜色、风味和质地，进行食品成分分析，达到控制食品质量的目的。
酶的组成
绝大多数的酶的化学本质是蛋白质。具有酶催化活性的蛋白质根据自身的组成成分可分为简单蛋白酶和结合蛋白酶。
1.简单蛋白酶
也称为单纯酶，是仅有蛋白质构成的酶。除了蛋白质外，不含其他物质，如脲酶、蛋白酶、脂酶等。一般催化水解反应的水解酶类多属于此类。
2.结合蛋白酶
如果酶组成成分除了蛋白质外，还有一些对热稳定的非蛋白质小分子物质，则称为结合蛋白酶，其中蛋白质部分为酶蛋白，非蛋白部分为辅助因子。催化氧化还原作用的酶大多数属于结合蛋白酶。
辅助因子
辅助因子是酶催化活性的必要条件，缺少了它们，酶的催化作用就会消失。酶蛋白和辅助因子各自单独存在时，均无催化作用，因此，结合蛋白酶也叫全酶。全酶才具有催化活性，辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度有辅酶和辅基之分，但二者没有严格的区别。
辅酶
通常辅酶指与酶蛋白以非共价键相结合、比较松散的小分子有机物，使用透析法即可除去，主要为水溶性的B族维生素参与组成；辅基是指与酶蛋白以共价键结合、比较紧密的金属离子，透析法不易除去，需经过一定的化学处理才可与蛋白质分开，如二价镁离子二价铁离子二价锌离子等。
酶蛋白与辅助因子的作用
在催化反应中，酶蛋白与辅助因子所起的作用是不同的。酶蛋白部分决定酶促反应的特异性及其催化机制，即决定酶促反应的专一性和高效率；而辅助因子则直接对电子、原子或某些化学基团起传递作用，决定酶促反应的性质与类型。
酶的结构
酶具有特殊的催化特性，都与酶本身的特殊结构有关。酶多为蛋白质类生物大分子具有蛋白质的化学组成和完整的空间结构，在酶蛋白分子肽链上有许多的侧链基团。
酶的必需基团
酶的活性中心
单纯酶和结合酶
对于不需要辅酶的单纯酶来说，酶活性中心是酶分子中具有三维结构的区域，成为裂缝，或者凹陷，深入到酶分子内部，是酶分子三维结构上比较靠近的少数氨基酸残基或是这些残基上的某些基团组成，且多为氨基酸残基的疏水基团组成的。对于结合酶来说，辅酶或辅基参与酶活性中心的组成，是连接底物和酶分子的桥梁。
活性中心
酶的活性部位的共同特点
（1）活性部位在整个酶分子中只占很小一部分。
（2）活性部位是具有三维结构的裂隙。
（3）底物与酶活性部位是通过次级键结合的。
（4）活性部位的裂隙具有高度疏水性，类似一个疏水的口袋，可增进与底物的结合，是酶具有高效率的原因之一。
（5）活性部位的构象具有一定的柔性。
活性中心的必需基因
活性中心里面的必需基团：包括结合基团和催化基团。
结合基团，是能与底物相结合的氨基酸残基，形成酶-底物复合物。结合部位决定酶的专一性；
催化基团，是参与催化底物转变成产物的基团，负责催化反应，即底物的化学键在此被打断或形成新的化学键，催化底物转化为产物。催化部位决定酶所催化反应的性质。
活性中心外的必需基团：是保证活性中心形成一定的空间构象的，如果酶活性中心的特定结构被破坏，结果就必然影响酶的活性。
结合基因
催化基因
酶的分类
酶的种类众多，我们一般根据酶所催化反应的类型进行分类：
（1）一是催化底物进行氧化还原反应的氧化还原酶类。氧化反应和还原反应总是伴随发生。例如，乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。
（2）二是催化底物之间进行基团转移或交换的转移酶类。例如谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。
（3）三是催化底物发生水解反应的水解酶类。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。它们在食品工业中都有很广泛的应用例如，脂肪酶催化的脂的水解反应。
酶的分类
（4）四是催化一种化合物裂解为两种化合物，或两种化合物加合成一种化合物的裂合酶类。例如，延胡索酸水合酶催化的反应。
（5）五是催化同分异构体相互转化的异构酶类。例如，例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。
（6）六是能催化两分子底物合成一分子化合物的合成酶类，又称为连接酶。这类反应同时伴有ATP的分解反应。
酶的编号与命名
国际酶学委员会对这六大类酶依次用1、2、3、4、5、6的编号来表示，再根据底物中被作用的基团或键的特点将每一大类分为若干个亚类，每个亚类再分为若干个次亚类，仍用1、2、3、…编号。所以每一个酶的分类编号由用“.”隔开的四个数字组成。
编号前加上酶学委员会的缩写EC。酶编号的前三个数字表明酶的特性，即反应性质类型、底物类型、键的类型；第四个字则是酶在次亚类中的顺序号。
习惯命名法
①一是根据酶催化底物命名。例如，催化淀粉水解的酶称为淀粉酶；催化脂肪水解的酶称为脂肪酶；
②二是根据酶催化的化学反应性质来命名。例如，催化氧化作用的酶称为氧化酶或脱氢酶；催化水解反应的酶称为水解酶等；
③三是将酶的作用底物与催化反应的性质结合起来命名。例如，催化葡萄糖进行氧化反应的酶称为葡萄糖氧化酶；催化乳酸脱氢反应的酶称为乳酸脱氢酶。
④四是根据酶的来源分类。例如，胃蛋白酶、木瓜蛋白酶等。
⑤五是将酶的来源与作用底物结合起来命名。例如，酶作用底物分别为淀粉和蛋白质，来源于细菌时，分别称为细菌淀粉酶和细菌蛋白酶。
系统命名法
系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字，同时附有分类编号。如刚才提到的乳酸脱氢酶的系统命名是L-乳酸脱氢酶(编号:EC 1.1.1.27)
系统命名虽然可以清除习惯名称中的一些混乱现象，但名称很长，使用不够方便，所以习惯命名法使用的更多一些。
总结
酶是由生物活细胞产生的、具有催化功能的大分子。
绝大多数的酶的化学本质是蛋白质。
辅助因子是酶催化活性的必要条件。
酶具有特殊的催化特性，都与酶本身的特殊结构有关。
酶系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字，同时附有分类编号。

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