1、目目 录录酶的概念：酶的概念：知识回顾知识回顾目目 录录酶促反应的特点酶促反应的特点 它遵守一般催化剂的共同性质：它遵守一般催化剂的共同性质： 1. 在化学反应前后都没有质和量的改变；在化学反应前后都没有质和量的改变； 2. 只能促进热力学上允许进行的反应；只能促进热力学上允许进行的反应； 3. 只能加速可逆反应的速率，而不能改变反应的平衡点，只能加速可逆反应的速率，而不能改变反应的平衡点， 即不改变反应的平衡常数。即不改变反应的平衡常数。 4. 酶和一般催化剂都是通过降低反应活化能而使反应速酶和一般催化剂都是通过降低反应活化能而使反应速 率加快。率加快。 目目 录录酶不同于一般催化剂的特点：
2、酶不同于一般催化剂的特点：（一）酶的催化效率极高（一）酶的催化效率极高 通常比非催化反应高通常比非催化反应高1081012倍；比一般催化倍；比一般催化剂高剂高 1071013倍。倍。 过氧化氢分解反应所需活化能过氧化氢分解反应所需活化能目目 录录目目 录录目目 录录OCNH2NH2+ H2O2NH3 + CO2尿素脲酶OCNHNH2+ H2O甲基尿素CH3脲酶绝对特异性绝对特异性目目 录录果糖葡萄糖果糖 + 葡萄糖蔗糖蔗糖酶果糖葡萄糖半乳糖果糖 + 葡萄糖半乳糖棉子糖蜜二糖蔗糖酶相对特异性相对特异性 图图5-9 5-9 蔗糖酶的水解作用蔗糖酶的水解作用目目 录录3立体异构特异性：一些酶仅能催化
3、一种立体异立体异构特异性：一些酶仅能催化一种立体异构体进行反应，或其催化的结果只产生一种立体异构体进行反应，或其催化的结果只产生一种立体异构体，酶对立体异构物的选择性称为立体异构特异构体，酶对立体异构物的选择性称为立体异构特异性（性（stereospecificity）。）。 HCH3CCOOHOHHCH3COHCOOHABCABCL-乳酸D-乳酸乳酸脱氢酶 图图5-11 5-11 乳酸脱氢酶的立体异构特异性乳酸脱氢酶的立体异构特异性目目 录录主要内容主要内容 单底物酶处反应动力学单底物酶处反应动力学 酶的分离纯化酶的分离纯化单底物酶促反应动力学单底物酶促反应动力学 酶动力学是研究酶促反应的速
4、度问题，即研究各种 因素对酶促反应速度的影响。 酶动力学理论与实验在生物化学领域，特别在酶学研究中，有十分重要的作用。例如，根据某些因素对酶促反应速度的影响，可推断该酶促反应的机制。又例如，要准确测定酶活力单位，就需要对最佳反应条件及各种因素的影响进行研究。 酶促反应有单底物反应和多底物反应之分。单底物酶促反应包括异构酶、水解酶及大部分裂合酶催化的反应。各种因素对酶反应速度的影响各种因素对酶反应速度的影响2、底物浓度、底物浓度3、pH （最适（最适 pH的概念）的概念）4、 温度温度 （最适温度的概念）（最适温度的概念）5、激活剂、激活剂6、抑制剂、抑制剂1、酶浓度、酶浓度当当S足够过量，其它
5、条件固定且无不利因素时，足够过量，其它条件固定且无不利因素时，v=kE第一节第一节 动力学方程推导动力学方程推导 酶反应的基本动力学关系，是指酶反应速度酶反应速度与酶和底物间与酶和底物间的动力学关系。因为酶和底物是构成酶反应系统最基本的因素，它们决定酶反应的基本性质、酶反应的速度规律，而其他各种因素也正是通过它们产生影响的；而且，这种动力学关系是整个酶反应动力学的基础。 描写这种基本动力学关系的是米氏方程米氏方程(Michaelis-Menten equation)。v = vmaxS / (Km+S)单分子酶促反应的米氏方程及单分子酶促反应的米氏方程及Km推导推导原则原则：从酶被底物饱和的现
6、象出发，按照从酶被底物饱和的现象出发，按照 “稳态平稳态平 衡衡”假说的设想进行推导。假说的设想进行推导。1kSE 1kES2kEP SKSVvmmax121kkkKm米氏方程米氏方程:米氏常数米氏常数:米米氏氏方方程程的的推推导导 121kkkESSESSEt令令：Kmkkk121将将（4）代入代入（3），则，则： SKSVvmmax1kES 1kES2kEP ESEt SESES生成速度生成速度： SESEkvt11，ES分解速度分解速度：ESkESkv212即即： ESkESkSESEkt211则则： SSESESKmtE(1)经整理得经整理得： SKSEmtES由于酶促反应速度由由于酶
7、促反应速度由ES决定，即决定，即ESkv22kvES，所以所以(2)将将（2）代入代入（1）得得： SKSEkvmt2 SKSEkmt2v(3)当酶反应体系处于当酶反应体系处于恒态恒态时时：21vv 当当Et=ES时时，mVv tmEkV2(4)所以所以 酶反应速度与底物浓度的关系曲线酶反应速度与底物浓度的关系曲线目目 录录当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比。反应速度与底物浓度成正比。目目 录录目目 录录随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速。反应速度不再成正比例加速。目目 录录目目 录录当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，
8、达最大速度。反应速度不再增加，达最大速度。目目 录录第二节第二节 实验数据的处理实验数据的处理分析酶促反应速度的作图法分析酶促反应速度的作图法一、一、Lineweaver-Burk法法(双倒数作图法双倒数作图法) 将实验所得的一些初速度数据将实验所得的一些初速度数据v和和S取倒数，得各种取倒数，得各种1/v和和1/ S，将，将1/v对对1/ S作图，得一直线。该直线纵截距作图，得一直线。该直线纵截距1/Vmax，斜率，斜率Km/ Vmax，横截距，横截距-1/ Km。应用双倒数作图法。应用双倒数作图法处理实验数据求处理实验数据求Km和和Vmax等动力学常数比较方便，也是最广泛等动力学常数比较方
9、便，也是最广泛应用的一种方法，但欲要获得较准确的结果，实验时必须注意应用的一种方法，但欲要获得较准确的结果，实验时必须注意底物浓度范围，一般所选底物浓度需在底物浓度范围，一般所选底物浓度需在Km附近。附近。1.下图是根据S在0.332.0Km范围时的实验结果而作的双倒数图，从此图可准确地测量出-1/Km和1/Vmax等。S在0.332.0 Km的范围的实验结果而作出的双倒数图。2.如果所选底物浓度比Km大得多，则所得双倒数图的直线基本上是水平的。这种情况虽可测得1/Vmax ，但由于直线斜率近乎零， -1/Km则难以测得。S在3.320 Km的范围的实验结果而作出的双倒数图。3.如果S比Km小
10、得多，则所作双倒数图的直线与两轴的交点都接近原点，使-1/Km 和1/Vmax ，都难以测准。S在0.033 0.2Km的范围的实验结果而作出的双倒数图。二、其它线性作图法二、其它线性作图法1.Hanes-Woolf作图法即把米氏方程重排成线性方程2.Woolf-Augustinsson-Hofstee作图法作图法将米氏方程重排为线性方程：3.Eadie-Scatchard作图法作图法将米氏方程重排为线性方程以上三种作图法也应注意选择底物浓度，不要使S比Km高得多或低得多。 上述几种线性作图法各有其优缺点。双倒数作图法应用最广泛。但此法有两个缺点：第一，在v S图上，由相等增值而给出的等距离各
11、点，在双倒数图上变成非等距离的点，且多数点集中在1/v轴附近，而远离1/v轴的地方只有少数几个点，恰好这些点又正是主观目测以确定直线最权重的那些点。第二，在测定v时产生的小误差，当取倒数时会放大。在低底物浓度下更为敏感，因在高1/S值所得的一两个不准确的点，会给图的斜率带来显著误差。第一个缺点可通过选择适当的S，使1/S为等距离增值而得到克服。对第二个缺点关键要注意在低底物浓度下使所测初速度误差尽可能减小。S/v对S作图，S未取倒数。另两个线性作图法，v未取倒数。前者对等距离 S增值所测数据作图较双倒数法更优越。后者在低底物浓度下测定误差较大时使用，比其它方法更可靠。三、三、Eisenthal
12、-Cornish-Bowden作图法作图法这是根据米氏方程的性质而提出的一种直接作图法。该法是把S值标在横轴的负半轴上，而把测得的v值标在纵轴上，然后把相应的v和S连成直线，这样所得的一簇直线交于一点，该交点坐标为Km和Vmax。Lee和和Wilson改良双倒数方程对数据的处理改良双倒数方程对数据的处理改良的双倒数方程形式与双倒数方程相似，为其中是t这一段时间内的平均速度；为反应过程中底物浓度的算术平均值。由于积分方程对任何反应程度的数据处理都是准确的处理实验数据的准确性如何，用可以通过与对比： 从以上计算可以看出，用改良的双倒数方程作图法处理实验数据时，即使反应已进行到30，所引入的误差也不
13、过1左右。 很明显，如果所有酶是饱和的，而且反应显著不可逆，而且没有产物抑制的情况，用改良双倒数法处理实验数据来测定Km和Vmax，可获得准确结果。如有必要，可用捕获剂或偶联酶使产物不断移去，迫使反应不可逆，并使产物抑制成为最小。酶促反应速度的测定与酶的活力单位酶促反应速度的测定与酶的活力单位1、测定酶促反应的速度必需测初速度、测定酶促反应的速度必需测初速度2、酶活力、酶活力3、酶活力的表示方法酶活力的表示方法4、酶活力测定方法酶活力测定方法：终点法终点法 动力学法动力学法 检测酶含量及存在，很难直接用酶的检测酶含量及存在，很难直接用酶的“量量”（质量、体积、（质量、体积、浓度）来表示，而常用
14、酶催化某一特定反应的能力来表示浓度）来表示，而常用酶催化某一特定反应的能力来表示酶量酶量，即用酶的活力表示。即用酶的活力表示。 酶催化一定化学反应的能力称酶活力，酶活力通常以最适条件酶催化一定化学反应的能力称酶活力，酶活力通常以最适条件下酶所催化的化学反应的速度来确定。下酶所催化的化学反应的速度来确定。酶活力测定方法酶活力测定方法 终点法终点法: 酶反应进行到一定时间后终止其反应，酶反应进行到一定时间后终止其反应，再用化学或物理方法测定产物或反应物量的变化。再用化学或物理方法测定产物或反应物量的变化。 动力学法动力学法:连续测定反应过程中产物连续测定反应过程中产物底物或辅酶底物或辅酶的变化量，
15、直接测定出酶反应的初速度。的变化量，直接测定出酶反应的初速度。 酶活力的表示方法酶活力的表示方法活力单位活力单位（active unit） 习惯单位（习惯单位（U）: 底物底物(或产物或产物)变化量变化量 / 单位时间单位时间 国际单位（国际单位（IU）: 1moL变化量变化量 / 分钟分钟 Katal（Kat）：）：1moL变化量变化量 / 秒秒比活力比活力=总活力单位总活力单位总蛋白总蛋白mg数数= U(或或IU) mg蛋白蛋白量度酶催化能力大小量度酶催化能力大小转换系数转换系数（Kcat） 底物（底物（ moL）/ 秒秒每个酶分子每个酶分子量度酶纯度量度酶纯度比活力比活力（specifi
16、c activity）量度转换效率量度转换效率第四第四节 酶的分析和检测一、酶促反应初速度随一、酶促反应初速度随Et的变化的变化酶促反应的初速度随Et的变化而变化。通常在离体测定条件下， Et一般为10-12 10-7 mol/L，而St为10-6 10-2mol/L。 可将米氏方程转变为以下形式：这样，当S为常数时，则初速度v与Et成正比。但一个酶促反应速度，常因S的改变而改变。因此反应时间必须尽可能短，使S几乎处于恒态(即只有5以下的底物形成产物)，才能得到真正的初速度，v与 Et之间的关系才会是线性的。二、酶活力单位和比活力二、酶活力单位和比活力 是指酶在一定作用条件下，单位时间内，使底
17、物转化的量或产物生成的量。也就是说，酶量的多少是采用其催化能力来度量；换句话说，是采用酶催化反应的速度来度量，因为在适当的条件下，v vEE。 为了使酶单位的文献报道能统一，并具有可比性，国际酶学会议曾制订了一个标准单位：在特定条件下，1分钟内能转化1微摩尔底物所需的酶量为一个酶单位。所谓特定条件，温度定为25，pH、底物浓度等其它条件均定为最适条件。该酶单位称为国际单位IU)。 酶制剂中的酶量一般用U/mg或U/ml等表示。 酶的比活力(specific activity)是指每毫克蛋白中所含的酶单位数，用U/mg蛋白表示。三、酶的转换数三、酶的转换数转换数可用两种方法表示。其一是以分子活性
18、(molecular activity)来定义，即在最适条件下、每摩尔酶每分钟所转变的底物摩尔数(即每微摩尔酶的酶单位数)。其二是许多酶为寡聚体。含几个亚基，因此可用另一种方式来表示转换数，即在最适条件下，每摩尔活性亚基或催化中心每分钟所转变的底物摩尔数。这两个值有时简单以min-1表示，即：酶的kp值约在50107min-1。碳酸酐酶是己知转换数最高的酶之一(36106min-1)。1/kp=1.7sec，即该酶一个催化周期为1.7微秒。第五节第五节 酶促反应的稳态前动力学酶促反应的稳态前动力学一、快反应技术一、快反应技术酶促反应动力学研究有两条途径：一是稳态动力学。它是监测整个反应，得到关
19、于反应的笼统信息。二是稳态前动力学，它能更直接地研究整个反应中的基本步骤或部分反应，提供可用于分析复杂反应机制的更有效的数据，但需要特殊的仪器来测量快反应。所谓快反应，是相对于普通的混合和观察方法所需要的时间而言。完成总反应量的一半，即所谓反应半时间，为秒或更短时间，则属快反应。采用手工混合启动反应，用普通的分光光度计等仪器所能测量的反应半时间为分和小时。而酶促反应常常是反应半时间短于一秒的快反应，采用普通方法是不行的。限制仪器测定能力的主要因素有：混合样品并充满反应池所需的时间，观察和记录变化所需的时间。快速反应动力学技术因此应运而生，并得到不断发展。目前，甚至已能测定反应半时间与分子振动和
20、转动所需时间相当的反应。化学反应半时间不可能短于10-11秒，故可认为已没有哪个化学反应是快得无法测定的。 流动法和弛豫法，是为研究溶液中快反应动力学而建立起来的方法。前者包括常流法、加速流动法、停流法和淬灭法；后者包括温度、压力、电磁场的跳变或周期性变化法等。由于这些方法采用与停流相似的液体处理系统和相同的快响应探测和数据采集系统，所以常在一台仪器上更换相应的附件实施上述多种测量，构成组合式仪器。酶的分离纯化酶的分离纯化酶分离纯化的目的酶分离纯化的目的 酶分离纯化的目的是使酶制剂酶分离纯化的目的是使酶制剂产品达到应用所需的纯度。产品达到应用所需的纯度。分离纯化过程包括分离纯化过程包括3 3个
21、基本步骤：个基本步骤：1 1 抽提抽提2 2 纯化纯化3 3 制剂制剂Crude product concentration versus selling price (Dwyer, 1984)某些生化物质在原料液中的某些生化物质在原料液中的浓度与价格的关系浓度与价格的关系(1984年年) 物质名浓度(C)价格(P，)尿激酶51053108荧光素酶81032106胰岛素41019104头孢菌素10102乙醇11023101在分离纯化中必须注意：在分离纯化中必须注意：1 1 防止酶的变性失活；防止酶的变性失活；2 2 在分离纯化过程中的每一步都在分离纯化过程中的每一步都 应检测酶的活性，以确定酶
22、的应检测酶的活性，以确定酶的 纯化程度和回收率。纯化程度和回收率。第一节第一节 酶活力的测定酶活力的测定几个名词几个名词1 酶活力或酶活性酶活力或酶活性2 酶活力单位酶活力单位3 mol催化活性（分子活性）和转换催化活性（分子活性）和转换 数（催化中心活力数（催化中心活力)4 酶的比活力酶的比活力酶活力（又称酶活性）酶活力（又称酶活性） (enzyme activity)（IU/g或或IU/mL)指酶催化一定化学反应的能力；用在指酶催化一定化学反应的能力；用在一定条件下，所催化的反应初速度来表示；一定条件下，所催化的反应初速度来表示；是研究酶的特性，酶制剂生产应用以及分是研究酶的特性，酶制剂生
23、产应用以及分离纯化时的一项必不可少的指标。离纯化时的一项必不可少的指标。酶活力单位酶活力单位(enzyme activity unit)表示酶活力大小的尺度；表示酶活力大小的尺度；一个国际单位（一个国际单位（IU）是指在特定条件）是指在特定条件下（下（25 0C），每分钟内转化），每分钟内转化1 mol底物或底物或催化形成催化形成1 mol产物所需的酶量产物所需的酶量一个一个Kat是指每秒钟内转化是指每秒钟内转化1mol底物底物所需的酶量，所需的酶量，1 Kat = 6 107 IU。mol催化活性（分子活性）和催化活性（分子活性）和转换数（催化中心活力）转换数（催化中心活力） mol催化活性
24、是指单位时间内，每个酶催化活性是指单位时间内，每个酶分子所转换的底物分子数目；转换数（分子所转换的底物分子数目；转换数（Kcat)是指酶分子中每个活性中心所转换的底物分是指酶分子中每个活性中心所转换的底物分子数目。如果酶分子中只有一个活性中心，子数目。如果酶分子中只有一个活性中心，那么那么mol催化活性与转换数相等，如果酶分催化活性与转换数相等，如果酶分子中含有子中含有n个活性中心，那么转换数则为个活性中心，那么转换数则为mol催化活性除以催化活性除以n 。酶的比活力酶的比活力（specific activity)酶的比活力酶的比活力是酶纯度的量度，是是酶纯度的量度，是指单位重量酶蛋白所具有的
25、酶活力，指单位重量酶蛋白所具有的酶活力，单位为单位为IU/mg。比活力越大，酶纯度。比活力越大，酶纯度越高。越高。=酶活力的测定方法：酶活力的测定方法：终止反应法终止反应法和连续反应法。和连续反应法。终止反应法终止反应法在恒温反应系统中，每隔一定时间，在恒温反应系统中，每隔一定时间，取出一定体积的反应液，用强酸强碱或取出一定体积的反应液，用强酸强碱或SDSSDS以及加热等使反应立即停止，然后用以及加热等使反应立即停止，然后用化学法、放射性化学法或酶偶联法分析产化学法、放射性化学法或酶偶联法分析产物的形成量或底物的消耗量。这是最经典物的形成量或底物的消耗量。这是最经典的酶活力测定方法，几乎所有的
26、酶都可以的酶活力测定方法，几乎所有的酶都可以根据这一原理设计出具体的测定方法。根据这一原理设计出具体的测定方法。连续反应法连续反应法无须终止反应，而是在酶反应过无须终止反应，而是在酶反应过程中用光化学仪器或电化学仪器等来程中用光化学仪器或电化学仪器等来监测反应的进行情况，对记录结果进监测反应的进行情况，对记录结果进行分析，然后计算出酶活力。行分析，然后计算出酶活力。酶不可逆失活的原因和机理蛋白质（酶）的失活机理蛋白质不可逆失活的原因蛋白酶水解蛋白酶水解或自溶作用或自溶作用表面活性剂表面活性剂和去垢剂和去垢剂聚合作用聚合作用氧化作用氧化作用机械力机械力变性剂变性剂重金属离子重金属离子和巯基试剂和
27、巯基试剂冷冻和脱水冷冻和脱水热热极端极端pH蛋白质蛋白质不可逆失活不可逆失活脲和胍脲和胍高浓度盐高浓度盐螯合螯合有机溶剂有机溶剂辐射作用辐射作用 蛋白质的稳定化蛋白质的稳定化蛋白质稳定化蛋白质稳定化蛋白质稳定化途径蛋白质稳定化途径如何防止蛋白质的可逆伸展如何防止蛋白质不可逆失活反应发生稳定蛋白质（酶）的方法稳定蛋白质（酶）的方法酶分离的一般流程酶分离的一般流程 原料液细胞分离(离心，过滤)细胞胞内产物路线一路线二细胞破碎碎片分离路线一A路线一B清液胞外产物粗分离(盐析、萃取、超过滤等)纯化(层析、电泳)脱盐(凝胶过滤、超过滤)浓缩(超过滤)精制(结晶、干燥)包含体溶解(加盐酸胍、脲)复性第二节
28、第二节 酶溶液的制备酶溶液的制备酶溶液的制备：酶溶液的制备： 把酶从生物原料中抽提出来，作把酶从生物原料中抽提出来，作成酶溶液成酶溶液 酶溶液的制备包括：材料预处理酶溶液的制备包括：材料预处理及细胞破碎、抽提、净化脱色、抽体及细胞破碎、抽提、净化脱色、抽体液的浓缩等几个步骤。液的浓缩等几个步骤。一、材料预处理及细胞破碎一、材料预处理及细胞破碎材料预处理：材料预处理：酶蛋白在细胞内外的分酶蛋白在细胞内外的分布有三种情况：胞外酶，胞内酶（溶布有三种情况：胞外酶，胞内酶（溶酶和晶酶）。酶和晶酶）。微生物胞外酶微生物胞外酶 可以用盐析或有机溶剂沉可以用盐析或有机溶剂沉淀等从发酵液中沉淀成酶泥淀等从发酵
29、液中沉淀成酶泥胞内酶胞内酶 要先收集菌体，经细胞破要先收集菌体，经细胞破碎后提取碎后提取动物材料动物材料 应先剔除结缔组织和脂肪应先剔除结缔组织和脂肪组织等组织等植物材料植物材料 应去皮等以免单宁等物质应去皮等以免单宁等物质着色污染着色污染细胞破碎：细胞破碎： 物理和化学两大类方法物理和化学两大类方法1 1、物理破碎：、物理破碎： 研磨（手磨，球磨和石磨），研磨（手磨，球磨和石磨）， 机械捣碎（匀浆器和高速组织机械捣碎（匀浆器和高速组织捣碎器等），捣碎器等）， 高压法，高压法， 爆破性减压法，爆破性减压法， 专用波振荡，专用波振荡， 快速冷冻融化法等。快速冷冻融化法等。2 2、化学破碎：、化学
30、破碎： 渗透作用渗透作用 自溶：自溶： 酶处理酶处理 表面活性剂表面活性剂（I I）渗透作用）渗透作用 将指数生长期的菌体用缓冲液洗将指数生长期的菌体用缓冲液洗净，并悬浮于含蔗糖和净，并悬浮于含蔗糖和EDTAEDTA的稀的稀TrisTris缓冲液中，离心，加入缓冲液中，离心，加入 MgClMgCl2 2剧烈搅剧烈搅拌，可使一些水解酶从细胞内释放出拌，可使一些水解酶从细胞内释放出来。来。（IIII）自溶）自溶 向菌体中加入醋酸乙酯，甲向菌体中加入醋酸乙酯，甲苯，乙醚以及氯仿，使细胞渗透苯，乙醚以及氯仿，使细胞渗透性改变保持一定时间后可以使细性改变保持一定时间后可以使细胞自溶；胞自溶；（IIIII
31、I）酶处理）酶处理 用溶菌酶专一性地分解原核微生用溶菌酶专一性地分解原核微生物细胞壁，使胞内酶释放物细胞壁，使胞内酶释放（IVIV）表面活性剂）表面活性剂 膜结合的晶酶在细胞破碎后膜结合的晶酶在细胞破碎后很难溶解，常借助于表面活性剂很难溶解，常借助于表面活性剂与脂蛋白形成微泡，使之溶解。与脂蛋白形成微泡，使之溶解。二、抽 提大多数酶蛋白是属于球蛋白，因此，大多数酶蛋白是属于球蛋白，因此，可用稀盐、稀碱或稀酸的水溶液进行可用稀盐、稀碱或稀酸的水溶液进行抽提；抽提；抽提液的具体组成和抽提条件的选抽提液的具体组成和抽提条件的选择取决于酶的溶解性、稳定性以及有择取决于酶的溶解性、稳定性以及有利于切断酶
32、与其它物质的连结。利于切断酶与其它物质的连结。1 1、提取的主要方法：、提取的主要方法：（1 1）盐溶液提取）盐溶液提取（2 2）酸溶液提取）酸溶液提取（3 3）碱溶液提取）碱溶液提取（4 4）有机溶剂提取）有机溶剂提取2 2、酶提取过程的注意事项、酶提取过程的注意事项 pHpH的选择的选择 盐的选择盐的选择 温度的选择温度的选择 抽提液用量抽提液用量 其它其它pH的选择的选择首先考虑酶的稳定性；其次应首先考虑酶的稳定性；其次应 远离等电点；一般选择远离等电点；一般选择pH4-6pH4-6 为宜。为宜。盐的选择盐的选择 大多数酶在低浓度的盐溶液大多数酶在低浓度的盐溶液 中有较大的溶解度，一般选
33、中有较大的溶解度，一般选 择等渗盐溶液，如择等渗盐溶液，如0.02-0.05 mol/L的磷酸缓冲液或的磷酸缓冲液或0.15 mol/L的的NaCl等。等。温度的选择温度的选择 一般控制在一般控制在0-4 0C，如果酶，如果酶 比较稳定可以例外。比较稳定可以例外。抽提液用量抽提液用量常采用材料量的常采用材料量的1-5倍倍其它加入蛋白酶抑制剂、半胱 氨酸或细胞色素C等，来 稳定抽提系统。三、酶溶液的絮凝、净化与脱色三、酶溶液的絮凝、净化与脱色絮凝絮凝由于发酵液黏度较大，细胞表面电荷排由于发酵液黏度较大，细胞表面电荷排 斥以及多糖蛋白质等大分子物质形成的斥以及多糖蛋白质等大分子物质形成的 水化层等
34、给酶溶液的离心或过滤带来困水化层等给酶溶液的离心或过滤带来困 难；因此要用絮凝剂进行处理。难；因此要用絮凝剂进行处理。絮凝剂：多种类型絮凝剂：多种类型 无机：如醋酸钙和磷酸钙等无机：如醋酸钙和磷酸钙等 有机：如聚丙烯酰胺等有机：如聚丙烯酰胺等 天然高分子：如壳多糖等天然高分子：如壳多糖等过滤或离心净化过滤或离心净化通过絮凝剂处理后的酶溶液通过絮凝剂处理后的酶溶液经过离心或过滤将细胞碎片等固经过离心或过滤将细胞碎片等固性物和杂蛋白，粘多糖，核酸以性物和杂蛋白，粘多糖，核酸以及脂类等大分子物质去除。及脂类等大分子物质去除。脱色脱色酶的工业生产中，常用的脱酶的工业生产中，常用的脱色剂为活性炭，活性炭
35、通过吸附色剂为活性炭，活性炭通过吸附色素而脱色；活性炭用量一般为色素而脱色；活性炭用量一般为0.1%-1.5%。四、酶溶液的浓缩四、酶溶液的浓缩 冷冻干燥法冷冻干燥法 蒸发法：蒸发法： 超过滤法：超过滤法： 胶过滤法：胶过滤法： 干燥冷冻干燥法冷冻干燥法先将酶溶液冻成固体，然先将酶溶液冻成固体，然后在真空状态下使水分子从固后在真空状态下使水分子从固体表面直接升华。体表面直接升华。蒸发法蒸发法目前工业上采用较多的是薄目前工业上采用较多的是薄膜蒸发法，在高度真空状态下使膜蒸发法，在高度真空状态下使酶溶液转变为极薄的液膜，通过酶溶液转变为极薄的液膜，通过加热而迅速汽化，经旋风式汽液加热而迅速汽化，经
36、旋风式汽液分离器达到浓缩的目的。分离器达到浓缩的目的。超过滤法超过滤法将酶溶液通过只允许小将酶溶液通过只允许小分子物质通过的微孔滤膜，分子物质通过的微孔滤膜，大分子的酶蛋白被截留而达大分子的酶蛋白被截留而达到浓缩的目的。到浓缩的目的。胶过滤法胶过滤法利用利用Sephadex G-250或或G-50吸水膨胀，而酶蛋白被吸水膨胀，而酶蛋白被排阻在胶的外面。排阻在胶的外面。其它方法其它方法吸水剂如用聚乙二醇吸水剂如用聚乙二醇(PEG)(PEG)处理小量样品。处理小量样品。干燥将固体、半固体或浓缩液中水分（或其他溶剂）除去一部分，以获得含水量较少的固体过程。方法：真空干燥、冷冻干燥、喷雾干燥、气流干燥
37、、吸附干燥第三节第三节 酶分离纯化的基本过程酶分离纯化的基本过程一、酶分离纯化方法的选择一、酶分离纯化方法的选择 目前酶的分离纯化方法都是根据酶与杂蛋目前酶的分离纯化方法都是根据酶与杂蛋白的性质差异而建立的，在选择分离纯化方白的性质差异而建立的，在选择分离纯化方法时，要考虑以下几个方面：法时，要考虑以下几个方面：4首先对待纯化的酶的理化性质有比较全面首先对待纯化的酶的理化性质有比较全面的了解；的了解；4以酶活力和比活力为标准，判断所选择的以酶活力和比活力为标准，判断所选择的方法是否得当；方法是否得当；4严格控制操作条件，防止酶的变性失活。严格控制操作条件，防止酶的变性失活。选择生物分离方法的依
38、据选择生物分离方法的依据1 物理化学性质物理化学性质2 生物体系的特性生物体系的特性3 能用作分离和纯化依据的蛋白质性质能用作分离和纯化依据的蛋白质性质 1 .物理化学性质物理化学性质 分子大小、分子量、分子体积、极性、分子大小、分子量、分子体积、极性、偶极矩、熔点、沸点、汽化热、离子电荷、偶极矩、熔点、沸点、汽化热、离子电荷、溶解度参数、折射率、表面张力、介电常数、溶解度参数、折射率、表面张力、介电常数、密度、粘度、酸碱强度、密度、粘度、酸碱强度、pK值、等电点值、等电点(pI)等等。物质之间得以分离的主要依据就是组等等。物质之间得以分离的主要依据就是组分间的物化性质的差异。分间的物化性质的
39、差异。 在涉及具有生物活性物质的体系中，有在涉及具有生物活性物质的体系中，有关这方面的数据与化工产品相比要少得多，关这方面的数据与化工产品相比要少得多，严重影响了生物分离过程的有效进行。因此，严重影响了生物分离过程的有效进行。因此，生物体系的物化性质的研究应成为一个重点。生物体系的物化性质的研究应成为一个重点。2. 生物体系的特性生物体系的特性 对一些有生物活性的物质，不是能对一些有生物活性的物质，不是能够用一般的物化性质来表达的，这就需够用一般的物化性质来表达的，这就需要了解这些物质的生物特性，特别要知要了解这些物质的生物特性，特别要知道影响生物特性变化的条件和这些物质道影响生物特性变化的条
40、件和这些物质失活的因素，包括溶剂、失活的因素，包括溶剂、pH值、温度值、温度等等。这种保持生物质特性不至于改变等等。这种保持生物质特性不至于改变的措施就是所谓的稳定性维持。的措施就是所谓的稳定性维持。3.能用作分离和纯化依据的蛋白质性质能用作分离和纯化依据的蛋白质性质 能从混合物中分离和纯化出一种蛋白质是因为能从混合物中分离和纯化出一种蛋白质是因为不同蛋白质有着不同的物理和化学性质。这些性不同蛋白质有着不同的物理和化学性质。这些性质是由于蛋白质的氨基酸数目和序列不同造成的。质是由于蛋白质的氨基酸数目和序列不同造成的。连接在多肽主链上的氨基酸残基可以是连接在多肽主链上的氨基酸残基可以是带正电荷带
41、正电荷的或带负电荷的、极性的或非极性的、亲水性的的或带负电荷的、极性的或非极性的、亲水性的或疏水性的或疏水性的。 此外，多肽可折叠成非常确定的二级结构此外，多肽可折叠成非常确定的二级结构( 螺螺旋、旋、 折叠和各种转角折叠和各种转角)和三级结构，形成独特的和三级结构，形成独特的大小、形状和残基在蛋白质表面的分布状况。利大小、形状和残基在蛋白质表面的分布状况。利用待分离蛋白质与混合物中其它蛋白质之间在性用待分离蛋白质与混合物中其它蛋白质之间在性质上的差异，即能设计出一组合理的分级分离步质上的差异，即能设计出一组合理的分级分离步骤。骤。酶分离纯化方法酶分离纯化方法 根据分子大小建立的分离纯化方法根
42、据分子大小建立的分离纯化方法 根据溶解度建立的分离纯化方法根据溶解度建立的分离纯化方法 根据电荷性质建立的分离纯化方法根据电荷性质建立的分离纯化方法 根据亲和作用建立的分离纯化方法根据亲和作用建立的分离纯化方法 根据稳定性差异建立的分离纯化方法根据稳定性差异建立的分离纯化方法一、根据分子大小建立的分离纯化方法一、根据分子大小建立的分离纯化方法 透析透析 超过滤超过滤 离心离心 凝胶过滤等。凝胶过滤等。1 1、透、透 析析(Dialysis)(Dialysis)法：法：过程过程：将酶溶液装入透析袋中，放入蒸馏水或稀缓冲：将酶溶液装入透析袋中，放入蒸馏水或稀缓冲液中，小分子物质通过透析袋进入水或缓
43、冲液中，而液中，小分子物质通过透析袋进入水或缓冲液中，而蛋白质被截留在透析袋中；蛋白质被截留在透析袋中；透析袋类型透析袋类型：有两种，再生纤维素膜透析袋和纤维素：有两种，再生纤维素膜透析袋和纤维素酯透析袋。有多种型号和规格，主要参数是分子量截酯透析袋。有多种型号和规格，主要参数是分子量截留值（留值（ 1 1 10102 2D D）；商品名为）；商品名为spectraporspectrapor等。等。透析袋的预处理透析袋的预处理：干燥的透析袋在制备过程中曾用：干燥的透析袋在制备过程中曾用10%10%甘油处理过，只要浸泡湿润和蒸馏水洗涤即可使甘油处理过，只要浸泡湿润和蒸馏水洗涤即可使用；必要时可用
44、用；必要时可用10mmol/L 10mmol/L 碳酸氢钠，碳酸氢钠，50%50%乙醇和乙醇和10mmol/L EDTA10mmol/L EDTA处理后，再用蒸馏水洗涤。处理后，再用蒸馏水洗涤。透析袋透析袋酶溶液酶溶液蒸馏水蒸馏水透析装置和过程透析装置和过程2 2、超过滤、超过滤 利用压力或离心力强行使溶质按利用压力或离心力强行使溶质按大小形状的差异分开，将所需的酶分大小形状的差异分开，将所需的酶分子被滤膜截留，而其它较小的分子随子被滤膜截留，而其它较小的分子随溶剂被压到膜的另一侧。溶剂被压到膜的另一侧。超滤膜超滤膜制备超滤膜的材料多是高分子制备超滤膜的材料多是高分子聚合物（如聚砜类，聚四氟乙
45、烯等；目前聚合物（如聚砜类，聚四氟乙烯等；目前有圆形和卷式等多种超滤膜类型；主要参有圆形和卷式等多种超滤膜类型；主要参数是截留分子量，耐受压力和滤速和有效数是截留分子量，耐受压力和滤速和有效过滤面积等；主要商品型号有过滤面积等；主要商品型号有Amicon Amicon DiafloDiaflo系列等。系列等。超滤器类型超滤器类型有管式，中空纤维式，螺有管式，中空纤维式，螺旋卷绕式和平板式四种类型。旋卷绕式和平板式四种类型。加压加压酶溶液酶溶液超滤膜超滤膜支持栅板支持栅板超滤液超滤液超滤装置超滤装置3、离心法、离心法离心是借助于离心机旋转所离心是借助于离心机旋转所产生的离心力，使不同大小和不产生
46、的离心力，使不同大小和不同密度的物质分开的技术。同密度的物质分开的技术。（1）离心机的种类和用途）离心机的种类和用途（2）沉降系数）沉降系数 S（3）离心方法的选择）离心方法的选择 差速离心差速离心 密度梯度离心密度梯度离心 等密度离心等密度离心（4）离心条件的确定）离心条件的确定 离心力离心力 离心时间离心时间 离心温度和离心温度和pH值值梯度离心梯度离心密度梯度密度梯度在离心管内的分布是管底在离心管内的分布是管底的密度最大的密度最大,向上逐渐减小向上逐渐减小蔗糖蔗糖便宜，纯度高，浓溶液（便宜，纯度高，浓溶液（60，w/w）密度可达）密度可达1.28g/cm3。聚蔗糖聚蔗糖的商品名是的商品名
47、是Ficoll，它是由蔗，它是由蔗糖和糖和1- 氯氯-2,3-环氧丙烷合成的环氧丙烷合成的高聚物，高聚物，Mr 约约400000。 需要高密度和低渗透压的梯度需要高密度和低渗透压的梯度时，可用时，可用Ficoll代替蔗糖。代替蔗糖。4、凝胶过滤法、凝胶过滤法原理原理：又称分子筛层析，在层析柱中填充：又称分子筛层析，在层析柱中填充凝胶介质，加入待分离的酶溶液，然后用凝胶介质，加入待分离的酶溶液，然后用适当的缓冲液洗脱，样品自上而下扩展，适当的缓冲液洗脱，样品自上而下扩展，大于凝胶孔径的分子不能进入胶粒内部而大于凝胶孔径的分子不能进入胶粒内部而从胶粒间空隙扩展，下移速度较快，而小从胶粒间空隙扩展，
48、下移速度较快，而小于凝胶孔径的分子进入胶粒内部，下移速于凝胶孔径的分子进入胶粒内部，下移速度较慢，经过一定时间后不同大小分子按度较慢，经过一定时间后不同大小分子按先大后小的顺序从层析柱中流出。先大后小的顺序从层析柱中流出。凝胶过滤凝胶过滤凝胶过滤凝胶过滤Tubes march in from left A280Fraction #部分使用的担体部分使用的担体 目前使用最广泛的担体材料：目前使用最广泛的担体材料： 交联后的葡聚糖凝胶交联后的葡聚糖凝胶 聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 琼脂琼脂 其它物料其它物料二、根据溶解度建立的分离方法二、根据溶解度建立的分离方法1、盐析盐析(Salting Out)法法
49、2、降低介电常数法（有机溶剂沉淀降低介电常数法（有机溶剂沉淀 法）法） 3、等电点沉淀法等电点沉淀法4、共沉淀法、共沉淀法5、选择性沉淀法：选择性沉淀法：1、盐析法盐析法 最常用的是硫酸铵。盐浓度以饱和度表示，最常用的是硫酸铵。盐浓度以饱和度表示，饱和盐溶液的饱和度为饱和盐溶液的饱和度为100%。调整盐浓度有。调整盐浓度有两种方法：加入饱和硫酸铵溶液（蛋白质溶液两种方法：加入饱和硫酸铵溶液（蛋白质溶液体积不大时）和直接加入固体硫酸铵（蛋白质体积不大时）和直接加入固体硫酸铵（蛋白质溶液体积较大时）。溶液体积较大时）。44加入饱和硫酸铵：加入饱和硫酸铵：100ml溶液中，由饱和度溶液中，由饱和度S
50、1变为变为S2，应向其中加入的饱和硫酸铵溶液的，应向其中加入的饱和硫酸铵溶液的ml数数 V= V0（S1-S2）/（1-S2）。）。44直接加入固体硫酸铵可以直接查直接加入固体硫酸铵可以直接查“调整硫酸调整硫酸铵溶液饱和度计算表铵溶液饱和度计算表”。2、降低介电常数法、降低介电常数法（有机溶剂沉淀法）（有机溶剂沉淀法） 降低介电常数方法降低介电常数方法 在酶溶液中加在酶溶液中加入与水互溶的有机溶剂，可以降低介入与水互溶的有机溶剂，可以降低介电常数，使酶分子间的静电引力增加电常数，使酶分子间的静电引力增加而发生沉淀。而发生沉淀。 影响介电常数的主要因素：影响介电常数的主要因素： 温度温度 有机溶
