文档介绍：酶工程制药
教学目的
掌握:酶工程的概念
熟悉:固定化酶、固定化菌体的定义和特点
教学重点
固定化酶
计划学时:4
酶工程制药是生物制药的主要技术之一,主要包括药用酶的生产和酶法制药两方面的技术。
药用酶是指可用于预防和治疗疾病的酶。
酶法制药是指利用酶的催化作用而制造出具有药用功效物质的技术过程。主要包括酶的催化反应、酶的固定化、酶的非水相催化等。
第一节概述
酶是生物催化剂。
所有生物体在一定条件下都可以合成多种多样的酶。生物体内的各种生化反应,几乎都是在酶的催化作用下进行的,所以酶对于生物体的新陈代谢是至关重要的。
一、酶的催化特性
酶是生物催化剂,具有催化剂的共同性质,即可以加快化学反应的速度,但不改变反应的平衡点。
1 酶的专一性强
2 酶的催化效率高
3 酶的作用条件温和
二、影响酶催化作用的主要因素
(一) 底物浓度对酶催化反应的影响
酶催化反应的底物即酶所作用的物质。根据参与反应的底物数量的不同,可分为单底物反应和多底物反应。
单底物反应只有一种底物发生变化。水解酶催化的水解反应有水参与,但由于水的量很大,可视为其浓度是恒定不变的,也属于单底物反应。
多底物反应是有两个或多个底物参与的反应。其底物浓度对反应速度的影响较为复杂,根据底物与酶的结合顺序,可分别用有序机制(Ordered bi bi mechanism)、随机机制(Random bi bi mechanism)和乒乓机制(Ping—pang bi bi mechanism)解释。
单底物反应中底物浓度对酶促反应速度的影响
从图4—1可以看到,在底物浓度较低的情况下,反应速度与底物浓度成正比。
当底物达到一定浓度时,反应速度的上升不再与底物浓度的增加成正比,而逐步达到一个极限值(最大反应速度Vm)。
1902年,Henri根据图4—1的结果,提出中间产物学说。
1913年,Michaelis和Menten提出快速平衡(Rapid equilibrium)理论,运用数学方法推导出米氏方程。其推导过程基于下列三点假设:
(1) 所测定的酶促反应速度为反应的初速度。在反应刚开始的—段时间内,产物的量很少,因此由P十E逆反应生成ES的可能性可不予考虑。
(2) 底物浓度[S]大大超过酶的浓度[E],ES的生成对底物浓度没有明显的影响,可用起始的底物浓度[S]进行计算。
(3) 酶和底物结合生成中间产物ES的速度显著大于ES生成产物的速度。即在反应开始后,E+S=ES快速达到平衡,ES生成产物的速度不足以破坏这个平衡。
根据上述三点假设,推导出米氏方程:
式中 v-反应速度
vm-最大反应速度
Ks-ES解离常数,Ks=K1’/K1
[S]-底物浓度
1925年,Briggs和Haldene认为,当K2>K1’时,快速平衡理论不一定能够成立,他们考虑了更有普遍性的酶催化反应式:
提出稳态(Steady state)理论,认为测定反应初速度的过程中,底物浓度[S]不断减少,产物浓度[P]不断增加,而中间复合物的浓度[ES]在一开始增高以后,可在相当一段时间内保持平衡,称之为稳态,即ES的生成速度与消耗速度相等,达到动态平衡,称之为稳态。
v=1/2vm时,Km=[S]。即米氏常数等于反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。这两个式子均称为米氏常数。
多底物反应中底物浓度对酶催化反应速度的影响
现以双底物反应为例分述如下:
(1) 有序机制(Ordered bi bi mechanism) 此类反应中,底物与酶的结合严格地按顺序进行,即酶先与底物A结合,然后再与底物B结合,反应后底物的释放也按规定顺序进行,即先释放产物P、再释放产物Q。
(2) 随机机制(Random bi bi mechanism) 此类反应中,酶与底物结合的先后是随机的,可以先A后B,也可以先B后A,反应后产物的释放先后也是随机的。
(3) 乒乓机制(Ping—pong bi bi mechanism) 此类反应中,酶先与底物A结合,释放出产物P以后,再与另一底物B结合,放出产物Q,并释放出游离酶E。底物与产物交替进出,。
(二) 酶浓度对催化反应速度的影响
在底物浓度足够高的条件下,酶催化反应速度与酶浓度成正比。其反应速度方程为:
(三) 温度对酶催化反应速度的影响
反应速度的温度效应常以温度系数Q10表示,Q10是指在其他条件相同的情况下,温度升高10℃时,反应速度增加的倍数。对于一般化学反应,Q10=1~2。当温度超过一定界限时,酶的活力会受到影响,甚至引起变性而丧失其催化活性。
酶的最适反应温度与反应时间的长短有关,一般反应时间延长