基于酶反应的化学原理分析与实践

基于酶反应的化学原理分析与实践

车欣颖   ,王银瑞

河北外国语学院  050091

摘要：根据当前生活医疗技术的不断发展，生物制药技术也愈发先进，酶是一种特异性的生物催化剂，在日常生活中常应用于食品、纺织、医药、造纸等各方面。酶的应用不断加强，使酶制剂的应用不断扩大，给许多行业带来了积极的影响。但是目前在我国一些行业在对于酶制剂的应用上还是出现一些问题。

关键词：酶反应 生物酶 医药制造

一、引言

酶可以使物质代谢与正常的生理机制相适应，但因为遗传缺陷原因而导致其中没有缺损，因其他原因造成酶活性减弱，两者都可以导致该酶催化反应异常，从而影响物质代谢，严重可导致疾病的发生。本文主要对酶制剂在日常生活中的应用以及其发展现状的研究进行论述，为酶在各种领域的应用提供参考。酶在国内外的应用研究都十分广泛，全球的酶工厂也在逐渐增多，国内将酶发展成了一个单独的产业，在我国也占有着较高的经济地位，酶同人体内的激素、维生素一样，都具有一定的重要性。

二、酶的定义

酶是由活细胞产生的，对其底物具有高度催化效能的蛋白质或RNA。和其他催化剂相比较，酶具有三方面的显著特点：

（一）高催化效率

酶催化反应的速度可达1014倍；

（二）专一性

每一种酶只能催化一种或一类化学反应，大多数酶对其所作用的底物和催化的反应都具有高度的专一性；

（三）调节性

酶是生物体的重要组成部分，不断在体内新陈代谢，而且其对物质代谢的调控也多通过对酶活性的调节来实现。

三、酶的分类

国际酶学委员会，根据酶促反应性质的不同，将酶分成七大类：

（一）氧化还原酶类(Oxidoreductase)

是一类催化氧化还原反应的酶类，可分为催化底物脱氢·氧化并产生过氧化或水的氧化酶类和催化直接从底物上脱氢反应的还原酶类。

（二）转移酶类（Transferases）

这类酶催化化合物某些基团（如乙酰基·甲基·氨基·磷酸基等）的转移，即将一种分子上的某一基团转移到另一种分子上的反应。如，转甲基酶·转氨酶·己糖激酶·磷酸化酶等。

（三）水解酶类（Hydrolases）

是酶促底物水解的酶类，也可以说它们是一类特殊的转移酶类，用水作为被转移基团的受体。例如淀粉酶·蛋白酶·纤维素酶·磷酸酶·糖苷酶等。

（四）裂合酶类（Lyases）

又称裂解酶类，催化由底物（非水解）除去某个基团而残留双键的反应或通过逆反应将某个基团加到双键上去的反应的酶类。这类酶包括醛缩酶·水化酶·脱氨酶·碳酸酐酶·丙酮酸脱羧酶等。

（五）异构酶类（Isomerases）

是催化各种同分异构体、几何异构体或光学异构体之间相互转化的酶类。异构酶类所催化的反应只是使分子结构发生改变，可分为异构酶及变位酶。

（六）合成酶类（Ligase）

又称连接酶类，是催化与腺苷三磷酸（ATP）或其他类似的焦硝酸化合物分解相偶联合成反应的一类酶。参与生物体内许多重要的生物物质合成，一般需要金属离子作辅助因子。

（七）易位酶类（Translocase）

催化离子或分子跨膜转运或在膜内移动的酶类，即将离子或分子从膜的一侧转移到另一侧。易位酶中的一部分因为能够催化ATP水解，所以曾被归类到水解酶中，现在认为催化水解并非这类酶的主要功能。因此，现决定将这类酶归为第七大类酶。

按照国际生物化学与生物学联盟公布的酶的统一分类原则，在上述七大类的基础上，在每一大类酶中又根据底物中被作用的基团或键的特点，分成若干亚类；为了更精确地表明底物或反应物的性质，每一个亚类再分成几个亚亚类；每个亚亚类中直接包含若干个酶。

四、酶的应用领域

根据酶分类的不同，我们又可以知道不同酶所应用的领域不同，所以我们又可将酶的应用分类。在世界范围来看，酶制剂总量的55%是水解酶，主要应用于烤焙食品·酿酒·淀粉加工·酒精和纺织工业；35%是蛋白酶，主要应用于洗涤剂·制革和乳制品工业；其余是药用酶制剂·试剂级酶制剂和工具酶。就我国而言，主要应用于以下几方面：

（一）轻工（纺织、造纸、制革、洗涤剂）

1.纺织  使用的酶制剂：纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、脂肪酶、过氧化酶、漆酶、葡萄糖氧化酶。

适用范围：纤维改性、麻类脱胶、染整中的处理（退浆、精炼)、纺织印染废水处理、成衣加工。

作用：改进工艺、减少污染、降低能耗、提高质量、开发新产品新材料、提高附加值。

2.造纸  使用的酶制剂：纤维素酶、半纤维素酶、漆酶、木聚糖。

作用：纸浆漂白、废纸脱墨、造纸企业废水处理、改善纸浆品质、处理树皮及脂类物质。

3.制革  使用的酶制剂：酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶。

作用：去除革附着物（蛋白质、脂肪）、脱毛、软化皮革。

4.洗涤剂（餐具、衣物纺织品）工业酶的最大应用领域。

使用的酶制剂：淀粉酶、脂肪酶、（碱性）蛋白酶，（碱性）纤维素酶、甘露聚糖酶、过氧化物酶、漆酶。

作用：去除血渍、污渍、汗渍、食品污溃，漂白、臧少污染（活性剂使用导致）、减少用水、降低洗涤温度、提高洗涤效果，主要起协同作用。

（二）食品（原料处理·生产·风味品质改善及质量提高·活性成分制备提取·保鲜储藏）

使用的酶制剂：淀粉酶·蛋白酶·脂肪酶·果胶酶·纤维素酶·半纤维素酶·葡萄糖氧化酶·脂肪氧化酶·木聚糖酶·乳糖酶·β-葡聚糖酶·凝乳酶等。

作用：1.酿造：αβ淀粉酶·蛋白酶·纤维素酶·半纤维素酶·β-葡聚糖酶；

2.焙烤：αβ淀粉酶（供酵母所需·延缓面制品老化延长货架寿命）·蛋白酶（软化面筋）·脂肪酶（护色·柔软）·葡萄糖氧化酶（强化面筋·改善拉伸·降低破损）·麦芽糖淀粉酶（抗老化）·脂肪氧化酶；

3.果蔬加工：果胶酶·纤维素酶·半纤维素酶。提高出汁率·色香味品质·营养成分保留·澄清效果；

4.食品下脚料处理：蛋白酶

5.制糖·食品添加剂·功能保健食品（活跃肽·低聚糖）

（三）医药

用酶进行疾病诊断；用酶进行疾病的治疗；用酶制造各种药物。

（四）环保和能源开发

如今，在医药中间体和精细化工产品的生产中采用酶工艺的例子越来越多了，其中代表性的酶有蛋白酶、脂肪酶、酯酶、类固醇转化酶，等等。以酶工艺取代原有的化学工艺或者以生物产品取代原有的化工产品，这将较大减少化学污染物的产生，减少原材料、能量和水的消耗，对环境和工业生产都是实实在在的好事。

在高中所学的生物中写到过，酶是具有催化作用的蛋白质，酶的催化效率很高，人体中含有五千种酶，与人的生命关系密切。酶同样具有抑制细菌增长的作用。根据现在人们的生活发展情况来看，未来人们对酶、酶蛋白的应用只会增多不会减少，所以人们对酶的探究未曾停止。

参考文献：

[1]方尚玲;李世杰;- 《化学与生物工程》-生物工程酶在化工中的应用进展 （89)- 2008-03-25

[2]刘颖新范业雪王振月. 酶技术在中药有效成分提取与转化中的研究现状[J]. 辽宁中医药大学学报, 2008, 10(9):46-47.

[3]- 《网络（http://blog.sina.com）》- 2018

[4]《醇学及其研究技术》作者：陈清西编著出版社：厦门大学出版社出版时间：2010-8-1

[5]李文哲, 芦洁, 孙晓宇,等. 几种中药提取物和药物对乙醇脱氢酶活性影响的研究[J]. 中药材, 2006, 29(8):3.