食品酶學(xué)導(dǎo)論

內(nèi)容概要

　　食品酶學(xué)是基礎(chǔ)酶學(xué)一個(gè)分支，酶技術(shù)是生物工程的重要組成部分。當(dāng)今，酶工程發(fā)展月異，酶的固定化、細(xì)胞固定化技術(shù)及基因工程等技術(shù)已在食品、醫(yī)藥、化工、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等部門得到廣泛應(yīng)用?！妒称访笇W(xué)導(dǎo)論》力求創(chuàng)新，內(nèi)容新穎，理論聯(lián)系實(shí)際，文字簡(jiǎn)練，闡述清晰，每章附有參考文獻(xiàn)書目。可作為食品科學(xué)與工程學(xué)科專業(yè)研究教學(xué)參考教材，也可供從事食品工業(yè)生產(chǎn)的高、中級(jí)科技人員閱讀和參考。

書籍目錄

第一章  緒論  第一節(jié)  食品酶學(xué)涵義  第二節(jié)  食品酶學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史  第三節(jié)  酶的分類和命名  參考文獻(xiàn)第二章  酶的合成與發(fā)酵生產(chǎn)  第一節(jié)  分子生物學(xué)進(jìn)展  第二節(jié)  酶蛋白合成過(guò)程(機(jī)制)  第三節(jié)  酶合成的調(diào)節(jié)  第四節(jié)  酶的合成與基因工程  第五節(jié)  食品級(jí)酶發(fā)酵法生產(chǎn)  參考文獻(xiàn)第三章  酶的分離、純化技術(shù)  第一節(jié)  酶的分離、純化程度  第二節(jié)  酶的抽提  第三節(jié)  酶溶液的濃縮  第四節(jié)  酶的純化  第五節(jié)  酶的提純標(biāo)準(zhǔn)及劑型  參考文獻(xiàn)第四章  酶的分子結(jié)構(gòu)與催化功能  第一節(jié)  酶分子組成  第二節(jié)  酶的結(jié)構(gòu)與功能  第三節(jié)  酶的催化作用機(jī)制  參考文獻(xiàn)第五章  酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)  第一節(jié)  酶反應(yīng)速度的測(cè)定  第二節(jié)  酶活力測(cè)定舉例  第三節(jié)  單底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)  第四節(jié)  多底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)  第五節(jié)  其它因素對(duì)酶促反應(yīng)的影響  參考文獻(xiàn)第六章  酶分子改造和修飾  第一節(jié)  采用蛋白質(zhì)工程技術(shù)修飾酶  第二節(jié)  酶法有限水解  第三節(jié)  氨基酸置換修飾  第四節(jié)  親和標(biāo)記修飾  第五節(jié)  大分子結(jié)合修飾  參考文獻(xiàn)第七章  固定化酶和固定化活細(xì)胞第八章  食品酶學(xué)的應(yīng)用附錄一  國(guó)內(nèi)外著名微生物菌種保藏單位及地址附錄二  常見酶學(xué)中英文名詞及縮寫  ……

章節(jié)摘錄

書摘   (1)鹽濃度  常采用等滲溶液即0．15mol／LNaCl和0．02～0．05mol/L磷酸緩沖溶液或碳酸緩沖溶液。含金屬離子的酶，需避免其解離，尚需添加金屬離子螯合劑(如EDTA等)并使用檸檬酸鈉緩沖溶液或焦磷酸鈉緩沖溶液。如果能溶解在水溶液中或者與細(xì)胞顆粒結(jié)合不太緊的酶，細(xì)胞破碎后選擇適當(dāng)稀鹽溶液便可達(dá)到提取的目的。    (2)pH pH與酶的穩(wěn)定性緊密相關(guān)，一般在提取操作時(shí)控制在偏離等電點(diǎn)(pI)兩側(cè)為宜，這樣可增大酶或蛋白質(zhì)的溶解度，例如細(xì)胞色素C和溶菌酶屬堿性蛋白質(zhì)，在提取時(shí)常用稀酸提取，肌肉甘油醛—3—磷酸脫氫酶屬酸性蛋白質(zhì)，則在稀堿溶液中提取。此外，如果細(xì)胞中的酶與其它物質(zhì)以離子鍵結(jié)合，則需控制pH在3—6范圍，對(duì)解離離子鍵有利。    (3)溫度  一般在低溫(5℃以下)操作，以防止酶變性失活。但是有少數(shù)酶對(duì)溫度耐受力較高，則可適當(dāng)提高溫度，使雜質(zhì)蛋白在變性條件分離，以利于一步提純。    (4)輔助因子  在提取操作時(shí)，適當(dāng)加入底物或輔酶成分，可改變酶分子表面電荷分布，提高其提取效果。此外，為了提高酶的穩(wěn)定性，防止蛋白酶發(fā)生破壞性水解作用，往往加人苯甲基磺酰氟(PMSF)，而防止其氧化，則加入半胱氨酸、惰性蛋白和底物等。        酶經(jīng)提純后，酶的活力提高，但這并不是酶的純度標(biāo)準(zhǔn)。為了了解所獲得的樣品是否均一純凈，還要進(jìn)行純度鑒定。酶均一純凈性的鑒定主要有以下幾種方法：    1．電泳法        電泳法分辨率高，能在電泳譜帶上分辨其是否均一。此法包括醋酸纖維素薄膜電泳、聚丙烯酰胺不連續(xù)電泳和聚焦電泳，特別是后二者有極高的分辨力。聚焦電泳不僅分辨率高，而且當(dāng)有雜質(zhì)存在時(shí)，從譜帶位置還可了解雜蛋白的解離性質(zhì)，有利于采取進(jìn)一步的純化措施。       2．超離心法    在高達(dá)6萬(wàn)多轉(zhuǎn)每分鐘的離心力場(chǎng)情況下觀察離心譜帶，根據(jù)沉降峰的情況進(jìn)行具體分析判斷。    3．免疫學(xué)法    純化的酶樣品在瓊脂膠上與相應(yīng)的抗體進(jìn)行免疫反應(yīng)，然后進(jìn)行分析比較。    二、酶制劑的劑型    為適應(yīng)各種需要，并考慮到經(jīng)濟(jì)和應(yīng)用效果，酶制劑有如下幾種劑型：        (一)液體酶制劑    液體酶制劑包括酶液和濃縮酶液。，一般需要經(jīng)過(guò)除去菌體和除渣后，純化直接制成或加以濃縮。比較經(jīng)濟(jì)，但要加穩(wěn)定劑，然后出廠。    (二)固體粗酶制劑    固體粗酶制劑有的是發(fā)酵液經(jīng)過(guò)殺菌后直接濃縮干燥制成；有的是發(fā)酵液濾去菌體后噴霧干燥制成；有的則加有淀粉等填充料。這些制劑多用于皮革軟化脫毛、水解纖維素等方面。    固體粗酶制劑便于運(yùn)輸和短期保存，成本也不高。    (三)食品級(jí)固體酶制劑    食品級(jí)固體酶制劑對(duì)純度不一定要求嚴(yán)格，但強(qiáng)調(diào)安全衛(wèi)生，要嚴(yán)格按照國(guó)家制訂標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，采用乙醇沉淀提取，然后制成顆粒狀或粉狀。    (四)純酶制劑    純酶制劑包括結(jié)晶酶在內(nèi)，通常用作分析試劑或甩作醫(yī)療藥物，要求有較高的純度。用作分析工具酶時(shí)，除了要求沒(méi)有干擾作用的雜酶存在外，還要求單位質(zhì)量的酶制劑中酶活力達(dá)到一定單位數(shù)。用作基因工程的工具酶要求不含非專一性的核酸酶，或完全不含核酸酶。作為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析對(duì)象的酶必須“絕對(duì)地”純凈，而注射用的醫(yī)用酶則應(yīng)設(shè)法除去熱原類物質(zhì)。    (三)鄰近效應(yīng)    化學(xué)反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度成正比，若反應(yīng)系統(tǒng)的局部區(qū)域的底物濃度增高，反應(yīng)速度也隨之增高。因此，提高酶反應(yīng)速度的最簡(jiǎn)單的方式是使底物分子進(jìn)入酶的活力部位，即增大活力部位的底物有效濃度。酶的活力部位(區(qū)域)與底物可逆地接近結(jié)合，這種效應(yīng)稱為鄰近效應(yīng)(Approximation)。有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)?shù)孜餄舛扔?．001mol/L提高到100mol／L時(shí)，其酶的活性可提高10 5倍左右。        (四)親核催化作用    若一個(gè)被催化的反應(yīng)，必須從催化劑供給一個(gè)電子對(duì)到底物才能進(jìn)行時(shí)，稱為親核催化作用。這種親核“攻擊”在一定程度上控制著反應(yīng)速度。   一個(gè)良好的電子供體必然是一個(gè)良好的親核催化劑。例如，許多蛋白酶和脂酶類在其活性部位上，親核的氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)(絲氨酸的羥基、半胱氨酸—SH，組氨酸的咪唑基團(tuán)等)可以作為肽類和脂類底物上?；糠值墓w，然后把酰基轉(zhuǎn)移。例如，咪唑基催化對(duì)—硝基乙酸脂的水解，其親核催化作用反應(yīng)式如圖。    若能用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒚傅鞍椎碾逆溸M(jìn)行有限水解，既可保持酶活力，又可降低其抗原性，對(duì)酶蛋白的應(yīng)用是極為有利的。常用于水解蛋白質(zhì)的酶有木瓜蛋白酶、真菌蛋白酶、胰酶和胃蛋白酶等。例如：木瓜蛋白酶由180個(gè)氨基酸連結(jié)而成，若用蛋白酶有限水解，除去整條肽鏈的三分之二，即除去120個(gè)氨基酸組成的肽段，可保持其酶活力，而其抗原性大大降低。又如酵母的烯醇化酶除去150個(gè)氨基酸組成的肽段后，酶活力仍可保持。   另外，有些酶蛋白原來(lái)沒(méi)有活性或者酶活力不高，利用蛋白酶對(duì)這些蛋白質(zhì)進(jìn)行有限水解后，除去一部分氨基酸或肽段，可使酶的空間構(gòu)型發(fā)生某些精細(xì)的改變從而提高酶的催化能力[9-12，體內(nèi)酶原的激活實(shí)質(zhì)上便是一種自發(fā)的有限水解修飾。X射線衍射結(jié)果表明(分辨率0．2nm)a—胰凝乳蛋白酶具有球型的三維結(jié)構(gòu)，5個(gè)氨基酸殘基即N—末端的Ilel6、Aspl94、Aspl02、Serl95和His57對(duì)該酶的活力來(lái)說(shuō)是重要的，酶的活力部位之所以具有催化反應(yīng)的活力就是這5個(gè)氨基酸殘基協(xié)同作用的結(jié)果。這些氨基酸殘基在酶蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)中是分得很開的。生物體內(nèi)首先合成的胰蛋白酶原A和B是沒(méi)有活力的。胰凝乳蛋白酶原A是由245個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的一條多肽鏈，當(dāng)連接Argl5和Ilel6的肽鍵被胰蛋白酶裂開時(shí)，酶原轉(zhuǎn)變成有活力的2r—胰凝乳蛋白酶，丌—胰凝乳蛋白酶經(jīng)自我消化作用除去兩個(gè)肽后產(chǎn)生a—胰凝乳蛋白酶。在體外，也可以利用這一方法來(lái)提高酶蛋白的催化活力。例如，胰蛋白酶原用蛋白酶修飾，除去一個(gè)六肽，即可顯示出胰蛋白酶的催化活力。用胰蛋白酶從天冬氨酰酶的C端切去十多個(gè)氨基酸的肽段后，活力提高4．5倍。又如，天冬氨酸酶用胰蛋白酶水解，結(jié)果可使該酶的活力提高約千倍。    除可用蛋白酶對(duì)酶進(jìn)行有限水解修飾外，也可用其它方法使肽鏈部分水解，以達(dá)到修飾目的。例如，枯草桿菌中性蛋白酶，先用．EDTA等金屬螯合劑處理，再經(jīng)純水或稀鹽溶液透析，可使蛋白酶部分水解，得到仍有蛋白酶活力的小分子肽段，用作消炎劑時(shí)，不產(chǎn)生抗原性，表現(xiàn)出良好的療效。但蛋白質(zhì)的化學(xué)方法水解修飾，常常由于作用條件劇烈，易導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能特性及生物活性的降低或喪失。    酶的催化能力及其穩(wěn)定性主要依賴于酶的空間結(jié)構(gòu)，而酶蛋白的空間結(jié)構(gòu)主要靠副鍵(二硫鍵、鹽鍵、酯鍵、疏水鍵和范德華力等)來(lái)維持，而各種副鍵的形成是由氨基酸基團(tuán)決定的。例如，半胱氨酸殘基上的巰基可形成二硫鍵，堿性氨基酸殘基上的氨摹和酸性氨基酸的羧基可形成鹽鍵等。若將肽鏈上的某一個(gè)氨基酸換成另一個(gè)氨基酸，則可能引起酶蛋白空間結(jié)構(gòu)的某些改變。這種修飾方法，稱為氨基酸置換修飾。      通過(guò)氨基酸置換修飾，可使酶蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生某些精細(xì)的改變，從而提高酶活力或增加酶的穩(wěn)定性。例如，酪氨?！猼RNA合成酶催化酪氨酸和其對(duì)應(yīng)的tRNA合成酪氨酰—tRNA，若將該酶第51位的蘇氨酸由脯氨酸置換，則可使酶活力提高25倍，使該酶對(duì)ATP的親和性提高近100倍。又如將丁4溶菌酶分子中第3位的異亮氨酸變成半胱氨酸，使之與第97位的半胱氨酸形成二硫鍵，經(jīng)過(guò)這個(gè)氨基酸置換修飾后，T4溶菌酶活力保持不變，但該酶對(duì)溫度的穩(wěn)定性大大提高。      氨基酸置換修飾技術(shù)不但在酶分子修飾中應(yīng)用，而且可用來(lái)修飾其它功能蛋白質(zhì)或多肽。例如，在β—干擾素和白細(xì)胞介素的修飾中取得顯著效果。干擾素的穩(wěn)定性很差，這是由于分子中有三個(gè)半胱氨酸，其中兩個(gè)半胱氨酸的巰基會(huì)與一分子干擾素的游離巰基結(jié)合成二硫鍵而使干擾素失去活性，若將這個(gè)半胱氨酸換成絲氨酸，便可使干擾素的穩(wěn)定性大大提高。這種修飾后的干擾素在低溫條件下，保存半年之久其活性不變，為臨床使用創(chuàng)造了條件。       化學(xué)方法進(jìn)行氨基酸置換修飾存在著許多困難，但近年來(lái)興起和發(fā)展的蛋白質(zhì)工程，卻為氨基酸置換修飾提供了可靠的手段。    ……

媒體關(guān)注與評(píng)論

前言生命的重要特征是自我復(fù)制和新陳代謝，這種復(fù)雜的生物化學(xué)變化是由數(shù)千種酶所催化的。蛋白質(zhì)是生命的體現(xiàn)者，而蛋白質(zhì)(包括酶)是由活細(xì)胞中DNA作為基因信息載體，通過(guò)mRNA作為模板，在rRNA、tRNA、ATP、輔助因子及酶的作用下合成的。因此，了解酶的生物合成機(jī)理，對(duì)于開發(fā)新酶源、闡明酶催化特性及其應(yīng)用，具有重要理論指導(dǎo)意義。    食品酶學(xué)是基礎(chǔ)酶學(xué)一個(gè)分支，酶技術(shù)是生物工程的重要組成部分。當(dāng)今，酶工程發(fā)展日新月異，酶的固定化、細(xì)胞固定化技術(shù)及基因工程等新技術(shù)已在食品、醫(yī)藥、化工、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等部門得到廣泛應(yīng)用。丹麥Novozyme公司是世界上最大的酶制劑生產(chǎn)企業(yè)之一，目前，該公司所生產(chǎn)的酶制劑品種(包括食品級(jí)酶)有60％以上是通過(guò)基因工程改良微生物菌種生產(chǎn)的，同時(shí)研究證明，這些食品級(jí)酶是安全、無(wú)毒的。    食品酶學(xué)是食品科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科的重要專業(yè)理論課程。國(guó)內(nèi)許多院校已把該門課程列為培養(yǎng)研究生的必修課。本書作者在多年來(lái)為研究生講授《食品酶學(xué)》的基礎(chǔ)上，搜集了國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)資料，同時(shí)得到曹勁松、徐建祥兩位博士的大力協(xié)助，結(jié)合我國(guó)國(guó)情和現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展，經(jīng)過(guò)多年來(lái)教學(xué)實(shí)踐，編著而成《食品酶學(xué)導(dǎo)論》。該書力求創(chuàng)新，內(nèi)容新穎，理論聯(lián)系實(shí)際，文字簡(jiǎn)練，闡述清晰，每章附有參考文獻(xiàn)書目?？勺鳛槭称房茖W(xué)與工程學(xué)科專業(yè)研究生教學(xué)參考教材，也可供從事食品工業(yè)生產(chǎn)的高、中級(jí)科技人員閱讀和參考。由于水平所限，不足之處難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。                                                                         彭志英                                                                    華南理工大學(xué)

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