生物催化復習筆記(最終版)

生物催化與轉(zhuǎn)化第四章代謝調(diào)控分解代謝：指復雜的有機物分子通過分解代謝酶系的催化，產(chǎn)生簡單分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和還原力（或稱還原當量，一般用[H]來表示）的作用合成代謝：指在合成代謝酶系的催化下，由簡單小分子、ATP形式的能量和[H]形式的還原力一起合成復雜的大分子的過程?；蚶梅纸獯x的能量和中間體合成氨基酸、核酸等單體物質(zhì)及蛋白質(zhì)、多糖等多聚物次級代謝產(chǎn)物定義：微生物生長到一定階段才產(chǎn)生的，化學結構十分復雜、對該微生物無明顯生理功能，或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質(zhì)。特征：不同的微生物次級代謝產(chǎn)物不同；次級代謝產(chǎn)物的通常在菌體的生長后期合成，發(fā)酵分兩個階段進行，即營養(yǎng)增殖期和生產(chǎn)期。在多數(shù)情況下，增加前體是有效的初級代謝產(chǎn)物定義：微生物通過代謝活動所產(chǎn)生的、自身生長和繁殖所必需的物質(zhì)。特征：不同的微生物初級代謝產(chǎn)物基本相同；初級代謝產(chǎn)物合成過程是連續(xù)不斷的，與菌體的生長呈平行關系。兩種代謝產(chǎn)物的不同：次級代謝通常在生長后期合成。不是微生物生長所必需的，不參與微生物的生長和繁殖。次級代謝對環(huán)境條件的變化很敏感，其產(chǎn)物的合成往往會因環(huán)境條件的變化而停止。不同微生物的次級代謝產(chǎn)物有很大區(qū)別?；诰N的特異性催化次級代謝產(chǎn)物合成的某些酶專一性不強。酶活性的調(diào)節(jié)：指在酶分子水平上的一種代謝調(diào)節(jié)，它是通過改變現(xiàn)成的酶分子活性來調(diào)節(jié)新陳代謝的速率。酶活性的抑制和激活是微生物代謝中存在的兩種矛盾的過程。酶活性的激活：常見的酶活性的激活是前體激活，多發(fā)生在分支代謝途徑，即代謝途徑中的后面的反應可被較前面的一種代謝中間產(chǎn)物所促進。酶活性的抑制：酶活性的抑制包括：競爭性抑制反饋抑制反饋抑制：指反應途徑中某些中間產(chǎn)物或末端產(chǎn)物對該途徑中前面反應的影響。凡是反映加速的稱為正反饋；凡是反應減速的稱為負反饋。末端產(chǎn)物的反饋抑制普遍存在于合成途徑中。反饋抑制的類型直線式代謝途徑中的反饋抑制分支代謝途徑中的反饋抑制：同功酶調(diào)節(jié)：在一個分支代謝途徑中，如果在分支點以前的一個較早的反應是由幾個同功酶所催化時，則分支代謝的幾個最終產(chǎn)物往往分別對這幾個同功酶發(fā)生抑制作用協(xié)同反饋抑制：指分支代謝途徑中的幾個末端產(chǎn)物同時過量時才能抑制共同途徑中的第一個酶的一種反饋調(diào)節(jié)方式累積反饋抑制：催化分支合成途徑第一步反應的酶有幾種末端產(chǎn)物抑制物，但每一種如過量，按一定百分率單獨抑制共同途徑中的第一個酶活性，總的抑制效果是累加的，各末端產(chǎn)物所起的抑制作用互不影響，只影響這個酶促反應的速率。兩種末端產(chǎn)物同時存在時，可以起著比一種末端產(chǎn)物大得多的反饋抑制作用。增效反饋抑制：代謝途徑中任何一種末端產(chǎn)物過量時，僅部分抑制共同途徑中的第一個酶活性，但兩個末端產(chǎn)物同時過量時，其抑制作用可超過各產(chǎn)物存在的抑制能力的總和。順序反饋抑制：每個分支末端產(chǎn)物抑制分支后的第一個酶，產(chǎn)生部分抑制作用。通過逐步有順序的方式達到的調(diào)節(jié)。 酶合成調(diào)節(jié)的類型誘導誘導酶：某些酶只有在它們催化的底物（或底物的結構類似物）存在時才能合成，此種酶稱為誘導酶。誘導酶是細胞為適應外來底物或其結構類似物而臨時合成的一類酶。酶的誘導合成類型：同時誘導:當誘導物加入后，微生物能同時或幾乎同時誘導幾種酶的合成，它主要存在于短的代謝途徑中順序誘導:先合成能分解底物的酶，再依次合成分解各中間代謝物的酶，以達到對較復雜代謝途徑的分段調(diào)節(jié)阻遏末端產(chǎn)物阻遏：指由某代謝途徑末端產(chǎn)物的過量累積而引起的阻遏。對直線式反應途徑，末端產(chǎn)物阻遏的情況較為簡單，即產(chǎn)物作用于代謝途徑中的各種酶，使之合成受阻遏多價阻遏：有兩種或兩種以上的末端產(chǎn)物的分支代謝途徑中，當分支代謝途徑中的幾種末端產(chǎn)物同時過量就反饋阻遏其分支點以前的共同途徑的“公共酶”的合成，僅一種產(chǎn)物過量無阻遏作用。分解代謝產(chǎn)物阻遏：又稱代謝物阻遏作用，指細胞內(nèi)同時有兩種分解底物（碳源或氮源）或其分解產(chǎn)物存在時，被菌體迅速利用的那種分解底物會阻遏利用慢的底物的有關酶合成的現(xiàn)象。（分解代謝物的阻遏作用，并非由于快速利用的碳源本身直接作用的結果，而是通過碳源（或氮源等）在其分解過程中所產(chǎn)生的中間代謝物所引起的阻遏作用。）分解代謝物阻遏實際上是cAMP缺少的結果分解代謝物阻遏作用的解除：在培養(yǎng)基中補充cAMP,分解代謝物阻遏現(xiàn)象可以被抵消：通過代謝調(diào)控增加胞內(nèi)cAMP含量次級代謝的調(diào)節(jié)類型：酶合成的誘導調(diào)節(jié)反饋調(diào)節(jié)：次級代謝產(chǎn)物的自身反饋抑制和反饋阻遏分解代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)：指易被菌體迅速利用的碳源和氮源及其分解產(chǎn)物對其他代謝途徑的酶類的調(diào)節(jié)作用。某些初級代謝產(chǎn)物可以調(diào)節(jié)次級代謝產(chǎn)物的合成：(1)初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物的合成有一條共同的合成途徑，當初級代謝產(chǎn)物積累時，反饋抑制了某一步反應的進行，而最終抑制了次級代謝產(chǎn)物的合成。(2)初級代謝產(chǎn)物直接參與次級代謝產(chǎn)物的生物合成，即初級代謝產(chǎn)物是次級代謝產(chǎn)物的生物合成的前體，當此種初級代謝產(chǎn)物因為積累，反饋抑制了它自身的合成時，必然也同時影響了次級代謝產(chǎn)物的合成。磷酸鹽的調(diào)節(jié):在抗生素等多種次級代謝產(chǎn)物合成中，高濃度磷酸鹽表現(xiàn)出較強的抑制作用，稱為磷酸鹽調(diào)節(jié)。磷酸鹽能促進初級代謝，抑制菌體的次級代謝；過量磷酸鹽抑制次級代謝產(chǎn)物前體的生物合成ATP的調(diào)節(jié)作用：產(chǎn)生菌生長速率的調(diào)節(jié)：次級代謝調(diào)節(jié)：酶合成的誘導調(diào)節(jié)反饋調(diào)節(jié)：次級代謝產(chǎn)物自身，分解代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)初級代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)磷酸鹽的調(diào)節(jié)：促進初級代謝，抑制次級代謝；過量抑制次級代謝的前體；阻抑次級代謝的磷酸酯酶。ATP調(diào)節(jié)產(chǎn)生菌生長速率的調(diào)節(jié)代謝工程設計代謝工程定義：利用基因工程技術，定向的對細胞代謝途徑進行修煉、改造，以改變微生物的代謝特性，并與微生物基因調(diào)控、代謝調(diào)控及生化過程相結合，構建新的代謝途徑，生產(chǎn)新的代謝產(chǎn)物的工程技術領域。三種方法改變代謝途徑流向（阻斷其他代謝物的合成）：加速限制反應；改變分支代謝途徑流向（提高某一酶活，使其競爭占優(yōu)勢）；構建代謝旁路（阻斷或降低副產(chǎn)物尤其是有毒氣體的合成）；改變能量代謝途徑。三種方法2、擴展代謝途徑：引入外源基因，使代謝途徑向后或向前延伸，產(chǎn)生新的代謝產(chǎn)物或用新的原料合成產(chǎn)物3、轉(zhuǎn)移或構建新的代謝途徑：利用基因工程克隆使之合成新的代謝產(chǎn)物逆代謝工程：從限制生物活性的主要因素入手，在相關的生物表型中鑒別出希望的表型，并確定其決定基因，利用基因工程手段進行基因克隆并表達，時宿主菌得到所希望的性狀。興起原因：1、代謝工程的推理涉及對象是復雜的亞網(wǎng)絡，整體代謝網(wǎng)絡2、復雜網(wǎng)絡牽涉到交互作用的多細胞群體3、早期推理代謝工程的問題可能與酶催化的天然底物結構類似物有關4、異源蛋白質(zhì)由于錯誤折疊或聚合或者選擇性降解而導致其失活第六章酶作為基礎化學品工業(yè)催化劑一、腈水合酶1、由丙烯腈制備丙烯酰胺2、由3-氰基吡啶制備煙酰胺3、由己二腈（1,4-二氰基丁烷）制備5-氰基戊酰胺二、腈水解酶

1.催化脂肪腈、芳腈、脂環(huán)腈、雜環(huán)腈及其衍生物水解以及二腈的選擇性水解生成相應的羧酸2、腈水解酶催化表氯醇合成R-3-羥基-4-腈丁酸乙酯三、甲苯雙加氧酶由順式二氫二醇制備靛藍或前列腺素四、醇腈酶由醛制備氰醇（α-羥基腈）抑制非特異性的加成反應1）固定化酶在有機溶劑中反應2）以丙酮氰醇作為HCN的供體3）低pH水相中進行分批反應4）高酶濃度、短停留時間、pH3-5條件下，進行酶膜反應5）使用含少量有機溶劑的兩相體系酶作為食品工業(yè)催化劑一、高果糖漿和葡萄糖異構酶二、阿斯巴甜：非天然肽類甜味劑二肽酯學名：天門冬氨酰苯丙氨酸甲酯天門冬氨酸+苯丙氨酸組成的二肽甜味劑，甜度是蔗糖的180-200倍。在體內(nèi)不需要胰島素參與代謝，直接水解成兩種氨基酸為人體吸收。三、乳糖水解(β-1,4-糖苷鍵乳糖水解產(chǎn)生一分子β-D-吡喃半乳糖和一分子D-吡喃葡萄糖。乳糖不耐受---無乳糖牛奶)四、L-肉堿---營養(yǎng)素(促進脂肪轉(zhuǎn)化成能量，服用左旋肉堿能夠在減少身體脂肪、降低體重的同時，不減少水分和肌肉)國際肥胖健康組織認定為最安全無副作用的減肥營養(yǎng)補充品五、脫羧酶改善啤酒風味第七章酶作為大宗活性物質(zhì)的應用洗滌劑用酶：蛋白酶：去除血漬和蛋漬，產(chǎn)物是肽，易溶解。如絲氨酸蛋白酶類（胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、彈性蛋白酶(胰肽酶E)、枯草桿菌蛋白酶）淀粉酶：去除淀粉漬（食物，織物纖維）漂白酶：葡萄糖氧化酶：產(chǎn)生過氧化氫過氧化物酶：亞鐵血紅素過氧化物酶，促進氧化劑與污漬之間的作用。脂肪酶：去除油漬，活性中心為絲氨酸殘基造紙業(yè)用酶：漆酶：降解木質(zhì)素；形成漆酶—中介物系統(tǒng)作用：（多酚氧化酶，催化轉(zhuǎn)移4個自由電子，使分子氧還原為水）在昆蟲中，參與甲殼的硬化；在植物中，參與細胞壁形成，還與木質(zhì)素化和去木質(zhì)素有關；在芽孢桿菌中，和抗紫外線的孢子組裝有關；漆酶可作為真菌疾病的毒力因子。木聚糖酶：選擇性水解木聚糖動物飼料用酶：植酸酶：催化植酸及其鹽類水解為肌醇與磷酸（鹽）的一類酶的總稱，屬磷酸單酯水解酶。應用：一、飼料中的磷主要以植酸的形式存在，缺乏植酸酶，磷難以被單胃動物吸收利用，添加植酸酶利于磷的吸收，不需額外添加無機磷（磷酸氫鈣）二、飼料中添加植酸酶降低成本，并減少環(huán)境污染三、促進鈣的吸收；增加血紅素濃度；增強氨基酸吸收紡織業(yè)用酶：纖維素酶：解決織物起球，保護棉布纖維的外觀和手感。分類：一、內(nèi)切β-1，4葡聚糖水解酶－Cx二、外切β-1，4葡聚糖水解酶－C1①β-1，4葡聚糖水解酶②β-1，4葡聚糖纖維二糖水解酶三、β-1，4葡萄糖苷酶－Cb第九章非水相生物催化6．可防止由水引起的副反應6．可防止由水引起的副反應7．可擴大反應pH值的適應性8．酶易于實現(xiàn)固定化9．酶和產(chǎn)物易于回收10．可避免微生物污染1．有利于疏水性底物的反應2．可提高酶的熱穩(wěn)定性3．能催化在水中不能進行的反應4．可改變反應平衡移動方向5．可控制底物專一性有機相酶反應具備的條件：1．保證必需水含量。2．選擇合適的酶及酶形式。3．選擇合適的溶劑及反應體系。4．選擇合適pH值。反膠束體系：表面活性劑分散于連續(xù)有機相中自發(fā)形成的納米尺度的一種聚集體。反膠束溶液是透明的熱力學穩(wěn)定的系統(tǒng)。微乳液：第十章Glu發(fā)酵Glu產(chǎn)生菌的特征：1.-酮戊二酸脫氫酶喪失或活性低.2.谷氨酸脫氫酶活性強.3.還原性輔酶Ⅱ