名词解释

环境：是指某一特定生物体或生物群体周围一切事物的总和，包括空间及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的各种因素。

生态因子：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。 生存条件：决定生物生长、发育和繁殖必不可少的外界因素。

耐受性定律：生物不仅受生态因子最低量的限制，而且也受生态因子最高量的限制。

生态幅度：自然界中每种生物对各种生态因子都有不同的适应范围（耐受范围或耐受性的上限和下限之间）。

适应：生物体能够因环境的变化形成新的遗传性状而使自己顺应环境。（行为适应，形态适应，生理适应）

趋同进化：又称趋同适应，指生物亲缘关系较远，但由于长期生活在相同的环境中，产生了相似的外貌及其他特征。

趋异进化：又称趋异适应，指起源相同或亲缘关系相近的生物，由于长期生活在不同的环境中，而产生不同的形态结构特征。

光和有效辐射：绿色植物进行光合作用过程中，吸收的太阳辐射中使叶绿素分子呈激发状态的那部分光谱能量。

生物学零度：生物能够生长发育的温度范围，称为有效温度范围，其下限为发育起点温度，也叫生物学零度。

偏利共生：一方有利，另一方不产生有害影响。

原始合作：对双方都有利，但并非不能分开。

互利共生：对双方都有利，完全相互依赖。

生物群落：指生活在某一地段上各种生物有机体的有规律组合。

多度：某物种在群落中个体数量的多寡。

投影盖度：植物枝叶所覆盖地表的面积。

基部盖度：植物基部所覆盖的面积。

盖度是群落特征的重要指标，它不仅标志了植物所占有的水平空间面积，反映植物的同化面积的大小，还表明植物之间的相互关系。

频度：群落内某物种在调查范围内的出现的频率。

F=r/R×100%

F-频度；r-某物种出现的样地数；R-总样地数

重要值：以综合数值来表示群落中不同种的相对重要性。

重要值=（相对密度+相对频度+相对显著度）/300

相对密度（%）=（某种的密度/所有种的密度和）×100

相对频度（%）=（某种的频度/所有种的频度和）×100

相对频度（%）=（某种的显著度/所有种的显著度和）×100

优势种：群落中占优势的种类，数量最多，盖度最大。

建群种：群落中主要层中的优势种类，盖度最大，生物量最大。

伴生种：在群落任何层次中都处于次要地位的种类。

层片是植物群落最基本的结构单位。它包括一个生活型或几个至少相近生活型的植物，在群落占据一定的空间。

层片划分：

一级层片：群落中同种个体的组合。

二级层片：群落中属于同一生活型的不同个体组合。

三级层片：不同生活型的不同种类个体的组合。

原生裸地：指原来从来没有生长过植物的地段，或者原来生长过植物，但被彻底消灭了，没有保留下原有植物的传播体以及原有植被影响的土壤。

次生裸地：指原来有植物生长的地段，后来原有的植被已被破坏而不存在，但原有植被影响下的土壤条件仍基本存在，甚至还残留原有植物的种子或繁殖体。

侵移：植物生活的繁殖结构进入裸地，或进入以前不存在这个物种的生境。

侵移不仅是群落形成的首要条件，也是群落变化的重要基础。

定居：传播体的萌发、生长发育，直到成熟阶段的过程。

演替：一个生物群落被另一个生物群落所代替的过程。它是生物群落动态中最重要的特征。 原生演替：指从来没有植被覆盖过的地段发生的群落演替。

次生演替：指原来有植被覆盖，后因某种原因形成迹地，在此发生的群落演替。 生物分布区：主要是指某种生物种在地表的分布区域。

生物区系的概念

广义：指许多不同生物种（科、属、种）的总和。

狭义：指不同的生物种在一定的历史条件下形成的生物总体。

生物资源：对人类具有实际的或潜在的价值与用途的遗传资源、生物体、种群或生态系统中及其中的任何组分之总称。

简答，论述

生态因子的分类？

A．非生物因子

(1)气候因子：光、温度、水分、风、气压和雷电等

(2)土壤因子：物理性质、化学性质、土壤生物等

(3)地形因子：陆地、海洋、海拔、坡度、坡向等

B．生物因子

(4)植物因子：植物之间的机械作用、共生、寄生、腐生、附生等

(5)动物因子：摄食、传粉、践踏等

(6)人为因子：人类的垦殖、放牧、采伐、对环境的污染作用等

生态因子的作用？

(一)综合作用

生态因子都不是孤立的，而是彼此联系、相互作用、相互影响的。

(二)主导因子的作用

对生物起作用的诸多生态因子并非等同。对某些生物来说，常常是一种或几种生态因子起主要作用。

(三)阶段性作用

生物生长发育不同阶段对生态因子的需求不同。

(四) 不可替代性和补偿性作用

各种生态因子对生物的作用虽不等同，但都各具重要性，缺一不可，不能由另一个因子来代替，但是局部是能够补偿的。

(五) 直接作用和间接作用

生态因子对生物的作用有的是直接的（光照、温度、水分、O2、CO2等），有的是间接的（地形因子中的坡向、坡度、海拔高度等）。

生物对环境的适应都表现在哪些方面？

行为适应形态适应生理适应

生物对极端环境的适应方式？

（一）

生物对低温的适应

在形态方面，北极和高山植物芽和叶片常受到油脂类物质的保护，芽有芽鳞包被，植物器官表面有蜡层和密毛，植物矮小并常形成匍匐状、垫状或莲座状等，这种形态有利于保持较高的温度，减轻严寒的影响。

动物对低温的适应：

（1）伯格曼定律（Bergman’s Rule）

同种恒温动物，分布在较冷地区的比较暖地区的体型要大

（2）阿伦定律（Allen’s Rule）

在较寒冷地区的哺乳动物，四肢、尾和耳廓明显趋于缩短

（3）黑瑟定律（Hesse’s Rule）

在寒冷地区生活的动物，其心脏的体积与重量均比温暖地区的同种动物明显增大 （二）

生物对高温的适应

长期生活在高温地区的植物，对高温产生了不同的生态适应。增强抗高温的内在因素，则表现在细胞内增加糖分或盐分的浓度，减少细胞含水量，以防止原生质的凝固。此外，不少植物尚有很强的蒸腾作用，通过蒸腾来降低植物体的温度。

动物对高温的适应：

迁徙、休眠等

水对生物的意义？

水是生物体的重要组成成分。

水是一种溶剂，生物体内一切生物化学过程必须在水中进行。

水是动、植物生活所必需的无机盐的载体。

水体的理化性质对水生生物具有重要的影响。

动物食性的类型？

（1）按食物的性质划分

植食性动物

肉食性动物

腐食性动物

寄生性动物

杂食性动物

2）按食物种类多寡划分

单食性动物

寡食性动物

广食性动物

生物之间的特殊关系？

1、寄生： 一种动物寄生在另一种生物的体内或体表，一方得利而另一方受害的关系。

2、共生：偏利共生、原始合作、互利共生

3、附生：一种生物附着在另一种生物体，相互之间并无营养关系。

4、绞杀一种植物将另一种植物绞杀致死。

5、群栖：许多植物、许多动物或许多动物与植物共同生活在一起。

6、竞争：生活在某一地区的同种或异种生物，为了争取有限的生存空间、光线、水分和其他营业条件等而产生的对抗性的相互作用。

生物群落的基本特征？

1.具有一定的群落外貌。

2.具有一定的种类组成。

3.具有一定的优势现象。

4.具有一定的群落结构。

5.具有一定的群落环境。

6.具有一定的动态特征。

7.具有一定的分布范围。

群落的数量特征？

1.多度

多度：某物种在群落中个体数量的多寡。

个体数的直接计算法

目测估计法

2.盖度

投影盖度：植物枝叶所覆盖地表的面积。

基部盖度：植物基部所覆盖的面积。

盖度是群落特征的重要指标，它不仅标志了植物所占有的水平空间面积，反映植物的同化面积的大小，还表明植物之间的相互关系。

3.密度

密度：指单位面积上的某个物种的个体数。

D=N/S

D-密度；N-样地内某物种的个体数目；S-样地面积

4.频度

频度：群落内某物种在调查范围内的出现的频率。

F=r/R×100%

F-频度；r-某物种出现的样地数；R-总样地数

群落形成的主要步骤？

在裸地上，群落的形成要经过三个步骤：

1.侵移

侵移：植物生活的繁殖结构进入裸地，或进入以前不存在这个物种的生境。

侵移不仅是群落形成的首要条件，也是群落变化的重要基础。

2.定居

定居：传播体的萌发、生长发育，直到成熟阶段的过程。

繁殖是定居中的一个重要环节。

3.竞争

演替的类型和主要模式？

（1）按裸地性质划分

原生演替：在原生裸地上开始

次生演替：在次生裸地上开始

（2）按时间发展划分

世纪演替：以地质年代计算

长期演替：几十年甚至数百年

快速演替：几年或数十年

（3）按主导因素划分

群落发生演替：植物在幼年生境定居

内因生态演替：受环境变化所决定，是群落种类成分生命活动的结果。

外因生态演替：由群落外部环境变化所引起

（4）按植被的状况和动态趋势划分

灾害性演替：与植被破坏相联系

发育演替：在一定程度上逐渐进行

（5）按基质性质划分

水生基质演替系列：从水中和湿润的土壤上开始

旱生基质演替系列：从干旱的基质上开始

群落演替模式

（1）原生演替：指从来没有植被覆盖过的地段发生的群落演替。

以两个极端类型为代表：

旱生演替系列：

裸岩→地衣群落→苔藓群落 → 草本群落→灌木群落 →乔木群落

水生演替系列：

湖泊→沉水植物群落 →浮水植物群落 →挺水植物群落→ 湿生植物群落→ 陆地中生（或旱生）植物群落

（2）次生演替

指原来有植被覆盖，后因某种原因形成迹地，在此发生的群落演替。

撂荒地演替系列：

草本群落→阳性灌木群落 →阳性乔木群落 →耐阴乔木群落

群落变化的基本形式？

（一）季节性变化

季节性变化也称群落的季相。在一年中气候的变化是有规律地进行的，使得群落表现为不同的季节性外貌，称为季相更替。

（二）年际变化

年际变化又称逐年变化、年际波动。波动的特点表现为群落逐年或年际变化方向的不稳定性、变化的可逆性以及区系组成的相对稳定性。

（三）演替

演替：一个生物群落被另一个生物群落所代替的过程。它是生物群落动态中最重要的特征。 生物群落的主要类型？

陆地生物群：

热带生物群：热带雨林生物群、热带季雨林生物群、热带稀树草原生物群

亚热带生物群：亚热带常绿阔叶林生物群、亚热带常绿硬叶林与灌丛、荒漠生物群 温带生物群：温带落叶阔叶林、温带草原生物群、寒温带针叶林生物群

寒带生物群：寒带苔原生物群

非地带性生物群：草甸生物群、沼泽生物群

中国陆地生物群的分布规律？

1.纬向变化 ? 从大兴安岭－吕梁山－六盘山－青藏高原东缘一线，分我国为东南和西北两个半部，东南半部是季风区，发育各种类型的中生性森林，西北半部季风影响微弱，为无林的旱生性草原和荒漠所分布。

2.经向变化 ? 由于受夏季东南季风作用，从东南向西北，植被近乎经度方向更替。

3.青藏高原的特殊性 ? 高原面平均海拔超过4000m，与周边地区的巨大差异使高原表面与同纬度其他地区显著差异，宽阔且起伏不大的高原表面，使高原内部的不同植被类型分布具有明显水平分异。

4. 东南半部森林区 ? 由北至南，随气温递增，植被带状分布比较显著，依次为： 寒温带针

叶林—温带针阔混交林—暖温带夏绿阔叶林—亚热带常绿阔叶林—热带季雨林，雨林带—赤道雨林带

影响分布区形状和边界的环境因子？

某种生物只有从出现直至现在，分布区一直处于相对稳定条件下，种的发生中心才可能与现代分布区相吻合。

1.气候因子

2.土壤因子

3.地形因子

4.生物因子

5.历史因子

6.人为因子

生物分布区的主要类型?

分布区的大小：广域分布区，狭域分布区

分布区的形状：连续分布区，间断分布区

分布区的变化：扩展分布区，潜在分布区，特有性分布区，残遗分布区，替代分布区 世界陆地生物区系区的划分？

Ⅰ.全北区：全北区又称泛北极区，是六个生物区系区中最大的一个区，包括北回归线以北的广大地区及北回归线以南的部分地区。

Ⅱ.非洲热带区：又称古热带区、埃塞俄比亚区，包括非洲大陆、阿拉伯半岛、马达加斯加及附近岛屿。

Ⅲ.新热带区：是世界六个生物区系区中很有特色的而且种类最丰富的一个区，包括中美洲和南美大陆。

Ⅳ.东洋区：又称印度-马来西亚区，由印度次大陆、喜马拉雅山、缅甸、中南半岛、马来西亚、印度尼西亚、菲律宾、太平洋岛屿组成。

Ⅴ.澳大利亚区：由澳大利亚、新几内亚、新西兰、新克里多尼亚组成。

Ⅵ.南极区：包括南极大陆及其附近岛屿。

间断分布的成因？

1.自然条件变化

2.生物的分散迁移及在原来分布区内死亡

3.陆地下沉

4.大陆漂移

5.跳跃式传播

6.人为影响

生物资源的特性？

再生性，空间分布的地域性，生命周期性，系统性，增值性。

合理利用生物资源的措施与对策？

1.开展生物资源的动态监测

2.制定生物资源开发利用和保护规划

3.加强生物资源的法制管理

4.加强濒危珍稀物种的就地和迁地保护

5.建立全国性的种质资源基因库

6.开展生物资源保护与管理的国际合作

7.加强宣传教育，提高全民生物保护意识

生物多样性的价值和评估？

生物多样性的价值主要体现在以下几个方面：

⑴直接价值：也叫使用价值或商品价值。是人们直接收获和使用生物资源所形成的价值。包括消费使用价值和生产使用价值两个方面。

消费使用价值：指不经过市场流通而直接消费的一些自然产品的价值。生物资源对于居住在出产这些生物资源地区的人们来说是十分重要的。人们从自然界中获得蔬菜、水果、肉类、毛皮、医药、建筑材料等生活必需品。尤其在一些经济不发达地区，利用生物资源是人们维持生计的主要方式。

生产使用价值：指商业上收获时，用于市场上进行流通和销售的产品的价值。

⑵间接价值：生物资源的间接价值是与生态系统功能有关，它们的价值可能大大超过直接价值。而且直接价值常常源于间接价值，因为收获的动植物物种必须有它们的生存环境，它们是生态系统的组成成分。生物多样性的间接价值包括非消费性使用价值、选择价值、存在价值和科学价值四种价值。

①非消费性使用价值：保护生物资源可以为人类社会带来日益增长的利益，这种效益因地域和物种的不同而各不相同。大致可归纳为以下几个方面：光合作用固定太阳能、生态系统的功能、污染物的吸收和分解、娱乐和生态旅游、 保护土壤、调节气候、稳定水土。

②选择价值：保护野生动植物资源，以尽可能多的基因，可以为农作物或家禽，家畜的育种提供更多的可供选择的机会。

③存在价值：有些物种，尽管其本身的直接价值很有限，但它的存在能为该地区人民带来某种荣誉感或心理上的满足。

④科学价值：有些动植物物种在生物演化历史上处于十分重要的地位，对其开展研究有助于搞清生物演化的过程。

植物动物分类系统的主要单位？

植物群落分类系统的三个主要单位：

1.群丛：基本单位。它是在主要种类，特别是优势种的组成上相同，外貌结构上一致，并与生境构成一定相互关系的一些植物群落的联合。

2.群系：中级单位。具有相同建群种的群丛联合为群系。

3.植被型：高级单位。把建群种生活型相同或相近并对水热条件生态关系一致的群系或群系组联合为植被型。

动物群落分类系统的三个主要单位：

1.动物群聚：基本单位。种类组成大体相同，结构基本一致，优势种、常见种或具有代表性的种类在生态型上相似，并与一定的生态环境相联系。

2.动物群系：中级单位。指在生态型上有联系的优势种或常见种动物群聚的联合。

3.动物群型：高级单位。指主要代表种或特征种对水热条件，特别是对植被类型，具有共同的适应特征，并且具有一定的群落结构和区系组成。

 

第二篇：生物催化复习总结

生物催化特点：

生物催化的特点是高效性、高选择性和低污染。世界经合组织(OECD)指出：“生物催化技术是工业可持续发展最有希望的技术”

分离纯化没和微生物整细胞体系的优缺点：

共价修饰调节；

这种调节方式本身是通过酶催化进行的。在一种酶分子上，共价地引入一个基团，从而改变它的活性。引入的基团又可以被第三种酶催化除去。如磷酸酶的磷酸化和去磷酸化；大肠杆菌谷氨酰胺合成酶的腺苷酸化和去腺苷酸化。

可逆共价修饰调节的生理意义：

a. 过程也是酶催化的，因此活性酶的数量能迅速发生变化，反应开始的信号也迅速被逐级放大；

b. 与不可逆共价修饰相比，这是随时准备应答的系统，活性形式和非活性形式处于连续互变状态下，能作出更多更及时的调控反应。

蛋白质四级结构：

? 四级结构

a. 组成酶蛋白四级结构的最小单位称为亚基（subunits）

b. 四级结构是指各亚基在寡聚酶中的空间排布及其相互作用，但是不考虑亚基的内部几何形状，每个亚基的三维结构仍被看作它的三级结构。

c. 形成寡聚酶的倾向与酶分子中的疏水氨基酸含量有关（30％以上的疏水AA），疏水键是主要作用力，偶尔也有离子键

? 不同来源的同一种酶，其亲缘关系越远，氨基酸序列差异越大，但是这样差异一般

是在远离活性中心的地方，而活性部位的保守性很强。

例如：测定50多种细胞色素C的一级结构，差异很大，人和酵母的相差44个氨基酸残基，但是其构象和功能并未发生重大变化，因此在酶的进化中，三级结构比一级结构更保守

— 结构域（domain）：具有一定的一级结构和相应功能的折叠区。

马肝乙醇脱氢酶、龙虾甘油醛脱氢酶、小鲨鱼乳酸脱氢酶和猪苹果酸脱氢酶的的分子结

＋构上都存在两个结构域，其中一个是结合NAD的，在四个酶中都很相似。

? 由个别氨基酸的随意选择决定酶蛋白的演变过程似乎是不可能的。假如有250氨基

＋酸残基，不同排列顺序有20250个。因此可能是编码结构域（结合NAD的结构域和

单独催化的结构域）的基因的融合产生酶的进化。

例如：鸡卵清溶菌酶DNA含有四个外显子，外显子2编码 酶的催化中心，外显子3编码底物定向残基。因此外显子相当于蛋白质的功能单位，新的蛋白质可产生于不同外显子的重新组合。

酶与底物结合方式：

? 酶和底物的结合作用

酶和底物的有两种结合作用： a. 酶与基态底物的结合; b. 酶与过渡态底物的结合 一个完全进化的酶必须具备与基态底物弱结合而与过渡态底物强结合的性质。只有当底物处于过渡态，酶的活性部位与其形状完全匹配，相互作用力达到最强，ES*才能稳定，反应活化能大大降低。

蛋白水解酶、蛋白酶作用性质：

限制性蛋白水解作用

这是一种高特异性的共价修饰调节系统。

细胞内合成的新生肽大都以无活性的前体形式存在，一旦生理需要，才通过相应蛋白酶限制性水解作用使前体转变为具有生物活性的蛋白质或酶，从而启动和激活以下各种生物功能：酶原激活血液凝固、补体激活等。

除了参与酶活性调控外，还起着切除，修饰，加工等作用，因而具有重要的生物学意义。

特点：

1、以无活性的酶原形式合成，分泌；

2、生物体需要时才被激活；

3、将微弱的初始信号经级联酶反应迅速放大；

4、活性酶完成特定功能后，即被降解，而不是变回酶原，活化过程是不可逆的。

酶原从酶原颗粒释放到十二指肠内是受激素: 主要是肠促胰酶肽－胰酶分泌素和胰泌素调控的。

这些酶原全部由胰蛋白酶作用活化。从Lys和Arg残基的羧端肽键断开。如胰蛋白酶原活化时从肽链N端切去一个6肽： Val-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys

这里还需要说明另外一个酶：肠肽酶的作用。

肠肽酶是在小肠上皮细胞的刷状缘合成，当它进入十二指肠时，以很高的专一性催化胰蛋白酶原活化，产生的胰蛋白酶就催化其他酶原的活化。

维持酶活性中心的基础：

酶的活性中心：

— 酶的活性中心(Active center, Active site)

（1）与催化活性有关的只有少数氨基酸残基

（2） 这些氨基酸集中的、与酶活有关的区域成为酶的活性中心

（3）分散相距较远的氨基酸序列中，甚至是不同的肽链上

酶的催化基团：

氨基酸残基分类：

1、接触残基：结合基团、催化基团

2、辅助残基：协助进行结合和催化，如R4

3、结构残基：维持酶分子正常的三维结构（活性中心外）

4、非贡献残基：可被代替，占很大比例

但是可能在免疫、酶活调节、运输转移、防止降解方面有作用

1－3类：必需基团 4类：非必需基团

结合底物 (结合基团) 接触残基{

活性中心{ 催化作用(催化基团)

必需基团{ 辅助残基

{ 活性中心外(结构残基)

非必需基团

对于需要辅助因子的酶来说，辅助因子或它的

部分结构也是酶活性中心的组成部分。

酶的活性中心一般很小（几个到几十个氨基酸残基），为什么需要一个这样大而

复杂的分子结构？

? 为了使催化基团和结合基团聚集起来，并保持它们相应的空间位置

? 赋予此活性中心有一定的柔性

因此这样大而复杂的分子结构是必需的。

? 催化位点和结合位点可以不止一个。可以有几个亚位点，和底物不同的结合部位结

合。

— 蛋白酶活性中心的结合位点和催化位点

? 酶活性中心的各基团在空间构象上的相对位置对酶活性是至关重要的。

? 活性中心构象的维持依赖于酶分子空间结构的完整性

酶空间结构被破坏，活性中心构象也会发生改变，甚至因肽链松散而使活性中心各

基团分散，酶也因之失活

? 有时只要酶活性中心各基团的相对位置得以维持，就能保全酶的活力，一级结构的

破坏并不影响酶活性。

如牛胰核糖核酸酶分子的切断和重组(N端20肽和C端104肽)

酶的结构：

决定酶的空间结构的因素有两个：

1、内因：一级结构所决定的各种侧链间的各种相互作用，包括疏水键、氢键、离子键、

二硫键、配位键、范德华力等

2、外因：酶所处的环境，如溶剂、其他溶质、pH、温度、离子强度等。

— 外因是条件，有较大影响

— 内因是根据，即酶的一级结构决定其空间结构

? 能否形成螺旋结构，形成的螺旋结构的稳定程度，这些与氨基酸侧链基团的大小、

电荷性质密切相关

? 酶的三维构象是多肽链主链上的各个单键的旋转自由度

受到各种限制的总结果。这些限制包括：

肽键的硬度（即肽键的平面性质）；Cα－C和 Cα －N

键旋转的许可角度；疏水基团和亲水基团的数目、位置；带电基团的性质、数目和位置

等。

? 通过侧链基团的彼此作用，以及它们与溶剂和其他溶质的相互作用，最后达到平衡，

形成在生物体条件下热力学上最稳定的空间结构，实现自我装配。

— 例如：

核糖核酸酶在8M尿素存在下，用巯基乙醇处理，其4个二硫键全部断裂，肽链松弛，酶活力丧失。用透析法除去尿素和巯基乙醇后，借助空气中的氧将这些巯基重新氧化成二硫键，酶活力几乎全部恢复。

概率计算表明，随机重组，8个巯基形成4个二硫键，可有105种不同的方式，但是结果只有一种方式，即天然构象，原因在于线性的一维信息（氨基酸序列）控制了肽链的折叠盘绕。

? 寡聚酶中多肽链的氨基酸序列不仅规定了其二级、三级结构，而且也决定了亚基之

间接触的几何位置。即四级结构的形成也遵循自我装配的原则。

例如：醛缩酶经酸处理，成无规则线团，酶失去活性，调节pH到7，不仅可以恢复该酶的天然三级结构，还可以恢复其天然的四级结构，使酶活性恢复。

— 蛋白质工程分子模建技术

? 酶学研究的目的之一是由酶的氨基酸顺序来预测酶的空间结构和催化活性——要

实现目标还很遥远

酶蛋白的“刚柔并济”：

（1） 酶活性部位的柔性是酶充分表现其活性所必需的；

（2）对于局部柔性部位的维持必须有刚性部分来支撑；

（3）酶分子既要保持相对稳定的整体结构，又要有相对柔性的微环境状态。

这样刚柔相济的独特酶分子结构，是酶的催化作用保持高效性和可调性的结构基础。

— 酶作用机制的研究方法

酶的来源、生产和制备：

3.1 酶的来源、新酶的筛选及菌种选育

酶的来源 35-36

微生物是酶的主要来源，源于动植物的酶仅占酶总量的10%以下。 发现新酶的主要方法：菌种分离筛选

改造微生物的主要方法： 诱变；重组DNA技术；代谢工程手段

新酶的筛选

? 在不同环境中筛选新酶；

? 发现现有酶的非自然新活力；

? 利用新的反应条件，如改变反应介质，或新的影响因素（金属离子等）；

? 运用基因工程技术

? 化学与酶催化组合以获得新的催化剂

菌种筛选---新酶发现的基本方法

蛋白质浓度测定：

紫外分光光度法(280nm) ；双缩脲反应；Bradford法；Lowry测定法等；

需要制作标准曲线；如果不能获得酶的高纯度样品作为标准品，其他的蛋白质（通常是牛血清白蛋白，BSA）就可以作为标准品。使用BSA等作为标准品，可以建立比较好的半定量方法，但是可能会和实际蛋白浓度产生比较大的偏移。

蛋白质的化学分析

1、十二烷基磺酸钠－聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS－PAGE）

每两个氨基酸残基一个SDS分子的比例与蛋白质结合，大约为1.4gSDS/g蛋白；因此蛋白－SDS复合物上所带的负电荷和蛋白量成正比，电泳迁移率只和蛋白质分子量的大小有关。

2、在凝胶里的蛋白质可以通过染料比如考马斯亮蓝染色进行检测，也可以用更加敏感的银染法（灵敏度比考马斯亮蓝法提高20-200倍，达到0.05-0.1ng×mm-2凝胶）进行检测。这些蛋白质也可以用印迹技术转移到硝化纤维素或者其他载体膜上，然后用免疫方法或者蛋白质化学方法（比如进行蛋白质测序）进行定性和定量测定。

3、天然PAGE（酶没有失活）和添加尿素的PAGE

4、毛细管电泳

5、其他一些分离方法：超速离心分析，N－端测序，

多肽图谱，氨基酸组成分析，质谱以及分析用高效液相色谱（HPLC），结晶；

破胞方法

细胞破碎手段

超声波: 目前只用于实验室或小规模

机械法：高压匀浆机(high pressure homogenizer)， 珠磨机(bead mills)

冻融法

酶裂解 (溶菌酶)

渗透压冲击法

自发分解 (yeast, Bacillus)

超声波法

? 优点：

细菌和酵母细胞能得到很好的破碎；

? 问题：

超声空穴局部过热引起酶活性丧失，所以时间应尽可能短，容器周围以冰浴处理。 冻融法

? 生物组织经冰冻后，细胞胞液结成冰晶，使细胞壁胀破；

? 简单易行，但效率不高，需反复几次才能达到破壁效果；

? 若冻融时间过长，还应注意胞内蛋白酶作用引起的后果，一般需在冻融液中加入络

合剂EDTA等蛋白酶抑制剂以防破坏目的酶。

渗透压法

? 是破碎细胞最温和的方法之一，细胞在低渗溶液中溶胀破碎；

? 此法对具有坚韧的多糖细胞壁的细胞，如植物、细菌和霉菌不太适用。

酶消化法

? 利用溶菌酶、蛋白水解酶、糖苷酶对细胞膜或细胞壁的酶解作用，使细胞崩解破碎； ? 酶消化法常与其他破碎方法联合使用，如在大肠杆菌冻融液中加入溶菌酶就可大大

提高破碎效果。

菌种选育和改良 ：

使用传统方法分离出的微生物，在进入工业大规模生产之前，需经过多次改良。 改良方法：

? 自发变异、化学或物理诱变

? 施加选择压力

? 抑制、解除支路代谢途径或改变代谢流---代谢工程

分解代谢、组合酶、诱导酶：

分解代谢:指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和还原力（或称还原当量，一般用[H]来表示）的作用。

微生物通过分解代谢从环境中吸收的各种碳源、氮源等物质降解，为生命活动提供能源和小分子中间体。

包括：中心途径如TCA、EMP、HMP及外围途径（指碳源、氮源通过分解进入中心途径） 根据酶的生成是否与环境中所存在的该酶底物或其有关物的关系，可把酶划分成组成酶和诱导酶两类。

有些酶的合成不依赖于环境中物质的存在（如糖酵解途径中的各种酶），称为组合酶。 另一些酶只有在它们催化的底物（或底物的结构类似物）存在时才能合成，此种酶称为诱导酶。

分解代谢产物调节：

定义：指细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源）或其分解产物存在时，被菌体迅速利用的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。

分解代谢物的阻遏作用，并非由于快速利用的碳源本身直接作用的结果，而是通过碳源（或氮源等）在其分解过程中所产生的中间代谢物所引起的阻遏作用。

因此，分解代谢物的阻遏作用，就是指代谢反应链中，某些中间代谢物或末端代谢物的过量累积而阻遏代谢途径中一些酶合成的现象。

两种调节的对比

初级代谢产物的调节：

某些初级代谢产物可以调节次级代谢产物的合成，有两种情况：

(1)初级代谢产物和次级代谢产物的合成有一条共同的合成途径，当初级代谢产物积累时，反馈抑制了某一步反应的进行，而最终抑制了次级代谢产物的合成。

(2)初级代谢产物直接参与次级代谢产物的生物合成，即初级代谢产物是次级代谢产物的生物合成的前体，当此种初级代谢产物因为积累，反馈抑制了它自身的合成时，必然也同时影响了次级代谢产物的合成。

如：青霉素合成中，赖氨酸的过量抑制了同型(高异)柠檬酸的合成，进而抑制了α-氨基己二酸的形成，这样即抑制了赖氨酸的合成，也抑制了青霉素的合成，因为赖氨酸与青霉素的合成有一段共同的合成途径

磷酸盐调节：

在抗生素等多种次级代谢产物合成中，高浓度磷酸盐表现出较强的抑制作用，称为磷酸盐调节。磷是微生物生长繁殖的必需元素，浓度为0.3～300mmol/L时，能支持微生物细胞的生长，但当浓度超过10mmol/L时，就能抑制许多抗生素的生物合成。因此，磷酸盐是一些次级代谢的限制因素。

微生物合成的次级代谢产物途径的不同，磷酸盐表现的调节机制也不同 。

1、磷酸盐能促进初级代谢，抑制菌体的次级代谢

在微生物的代谢中，磷酸盐除影响糖代谢、细胞呼吸及细胞内ATP水平外，还控制着产生菌的DNA、RNA、蛋白质和次级代谢产物的合成。

如：向正在合成杀假丝菌素的灰色链霉菌培养液中添加5mmol的磷酸盐，产生菌对氧的需要量显著增加，抗生素的合成立即停止，同时细胞内的RNA、DNA和蛋白质的合成速率恢复到菌体生长时期的速率。当磷酸盐被耗尽时，菌体的呼吸强度，DNA、RNA和蛋白质的合成速率又降至抗生素合成期的状态，抗生素重新开始合成。

2．过量磷酸盐抑制次级代谢产物前体的生物合成

在链霉素合成中，肌醇是合成链霉胍的前体(链霉胍是组成链霉素的亚单位)，是由葡萄糖衍生来的。

过量的磷酸盐能引起菌体内焦磷酸浓度增高，焦磷酸是催化6-磷酸葡萄糖向1-磷酸肌醇转化的6-磷酸葡萄糖环化醛缩酶的竞争性抑制剂。因此，培养液中磷酸盐浓度高时就抑制肌醇的形成，则必然影响链霉素产量。

3．磷酸盐阻抑次级代谢中的磷酸酯酶

在链霉素等的生物合成途径的最后一个中间体，是无生物活性的磷酸化产物链霉素磷酸酯。此酯在磷酸酯酶的作用下生成相应的链霉素和磷酸。另外在链霉素生物合成中有三步是在磷酸酯酶作用下的去磷酸反应。

上述的磷酸酯酶受到无机磷酸盐的调节。所以在链霉素等氨基糖苷类抗生素的发酵生产时，要很好控制发酵培养基中的磷酸盐浓度。

能荷：

能荷指细胞中ATP、ADP、AMP系统中可供利用的高能磷酸键的量度。

能荷调节（或称腺苷酸调节）：指细胞通过改变ATP、ADP、AMP三者的比例来调节其代谢活动。

细胞内3种腺苷酸含量不同，细胞的能荷状态不同。能荷状态用“能荷”表示

当细胞内全部为ATP，能荷为100%

当细胞内全部为ADP，能荷为50%

ATP可以认为是糖分解代谢的末端产物，当ATP过量就对糖分解代谢产生反馈抑制，当ATP降解为ADP，能量释放于其他的生化反应，反馈抑制被解除。

R曲线合成系统，如磷酸果糖激酶、柠檬酸合成酶等。

U曲线消耗ATP的酶系，柠檬酸裂解酶、磷酸核糖焦磷酸合成酶(PRPP)等。

当能荷≥0.75，合成受到抑制，酶活性急速下降，消耗ATP的酶活性急速上升。两系统在0.85处交叉，酶系达到平衡。

这种现象存在于许多生长状态的细胞中。细胞通过调节腺苷酸的比例，来协调分解代谢与合成代谢的代谢速率。

初级和次级代谢产物的差异：

1. 次级代谢通常在生长后期合成。不是微生物生长所必需的，不参与微生物的生长和繁殖。

2. 次级代谢对环境条件的变化很敏感，其产物的合成往往会因环境条件的变化而停止。

3. 不同微生物的次级代谢产物有很大区别。基于菌种的特异性

4. 催化次级代谢产物合成的某些酶专一性不强。

微生物细胞的代谢调节方式很多，例如可调节营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力，通过酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等。

其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面，一是“粗调”，即调节酶的合成量，二是“细调”，即调节现成酶分子的催化活力，两者往往密切配合和协调，以达到最佳调节效果。

改变细胞通透性的方法：

改变细胞的通透性的方法：

1、限制培养基中生物素浓度在1～5mg/L，控制细胞膜中脂质的合成；

2、加入青霉素，抑制细胞壁肽聚糖合成中肽链的交联；

3、加入表面活性剂如吐温80或阳离子表面活性剂，将脂类从细胞壁中溶解出来，使细胞壁

疏松，通透性增加；

4、控制Mn2+、Zn2+的浓度，干扰细胞膜或细胞壁的形成。

另外，还可以通过诱变育种的方法，筛选细胞透性突变株。

同样增加细胞壁或细胞膜的通透性，对某些胞外酶的分泌也有一定作用。如在里氏木霉发酵过程中加入吐温80，可提高纤维素酶的产量。

漆酶：

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— 、漆酶 降解木质素 漆酶-中介物系统 漆酶是一类含铜的氧化还原酶（多酚氧化酶）。 催化反应：催化转移4个自由电子，使分子氧还原为水，是“生态友善的”酶。 漆酶的基本特性 1）漆酶的一般性质 命名和分类号为E.C. 1.10.3.2，学名为对二酚-二氧氧化还原酶。 漆酶广泛地存在于自然界中，在几乎所有的真菌中都有。最初发现于漆树的树脂中，因此得名。在昆虫和原核生物中，已鉴定到这一类型的酶。 漆酶在不同的物种发挥不同的功能： 在昆虫中，参与甲壳的硬化； 在植物中，参与细胞壁形成，还与木质素化和去木质素有关； 在芽孢杆菌中，和抗紫外线的孢子组装有关； 植物致病性真菌利用漆酶免除植物抗毒素和鞣酸的作用：漆酶可作为真菌疾病的毒力因子。 2）漆酶的催化机制 漆酶的底物分子主要是酚类、芳香性和脂肪性的胺类。 催化的过程：底物的单电子氧化，生成相应的活性自由基。 酶分子中含有4个铜原子构成的簇作为催化核心（图a），实施氧化还原过程。 在催化核心中铜原子的相互作用引起了强烈的电子吸收，产生典型的蓝色。 漆酶催化的循环过程：1分子的氧被还原为2分子的水，同时4个底物分子氧化产生4个自由基，这些活性的中间物随后转变为二聚体、寡聚体和高聚物。 漆酶催化的反应可以分为3种不同的模式。 A、只有一种底物分子，并不存在其它分子。酶直接催化底物的氧化，完成整个反应。 B、在酶和底物中存在着一个中介分子，通过中介分子的氧化还原过程，进行电子的

传递，因为有时需要氧化的分子太大，无法与酶活性中心-铜簇接近，需要中介分子，或因为底物分子的氧化还原电位太高，反应不能一次完成。

C、除有中介分子外，还需含有黄素作为辅基的脱氢酶介导电子传递。

在纸浆和造纸工业中，木质纤维中的木质素需要除去。

在木质纤维中，木质素是纤维素和半纤维素之间的连接者，它们之间存在牢固的共价键。

由于木质素是复杂的体系，不溶，不能为漆酶接近，必需用中介分子。

在去木质素中，最早使用的中介分子是下图中的b分子。带有N-OH的氮杂环较有效。

在纺织工业中，也引进漆酶处理，将靛蓝氧化为靛红。（a）

2、木聚糖酶

选择性水解木聚糖 — — — — — — — —

植酸酶：

— 用于动物饲料的植酸酶

— 一、畜牧业和环境

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— 磷的重要性：促进骨骼生长 磷的主要来源：植酸（肌醇六磷酸） 磷的利用：缺乏植酸酶，额外添加的无机磷造成浪费和污染。 二、植酸酶 水解植酸为肌醇和无机磷 非专一性磷酸单酯酶 其他生理作用：促进钙的吸收；增加血红素浓度；增强氨基酸吸收

纤维素酶：

纤维素酶：表观光洁

棉纤维：松散末端翘起造成手感粗糙

纤维素酶：解决织物起球，保护棉布纤维的外观和手感。

水解植物纤维或经物理、化学方法处理过的纤维素（如CMC）的β-1，4糖苷键的酶。

— 纤维素酶的分类

— （一） 内切β-1，4葡聚糖水解酶－Cx

— （二） 外切β-1，4葡聚糖水解酶－C1

1. β-1，4葡聚糖水解酶

2. β-1，4葡聚糖纤维二糖水解酶

— （三） β-1，4葡萄糖苷酶－Cb

— 作用方式

纤维素酶水解纤维素是各组分酶（C1 、Cx 、Cb）协同作用的结果：

1.Cx 酶在纤维素内部随机的切割，使其露出供外切酶作用的末端。

2.在C1酶的作用下生成大量纤维二糖和纤维寡糖。

3.Cb酶将他们进一步分解成葡萄糖。

— 纤维素酶作用于织物表面：

— 纤维素酶的大小与棉花的孔径；

— 无定型纤维与紧密晶体状纤维素结构 — — — —

阿斯巴甜：

阿斯巴甜：非天然肽类甜味剂

二肽酯

学名：天门冬氨酰苯丙氨酸甲酯

天门冬氨酸 +苯丙氨酸组成的二肽甜味剂，甜度是蔗糖的180-200倍。在体内不需要胰岛素参与代谢，直接水解成两种氨基酸为人体吸收。

脱羧酶改善啤酒风味：

α-乙酰乳酸氧化脱羧——双乙酰

α-乙酰乳酸——3-羟基-2-丁酮（酶法脱羧）

3-羟基-2-丁酮——2,3-二羟基丁烷（酵母醇脱氢酶）

临胶束浓度、正向、反向微团：

? 临胶束浓度：是胶束形成时所需表面活性剂的最低浓度，用CMC来表示。

? CMC的数值可通过测定各种物理性质的突变（如表面张力、渗透压等）来确定。 — 微团

正常微团：极性头部向外，与水结合；疏水尾部向内，形成一个非极性的核心。

反向微团：疏水尾部向外，与非极性的有机溶剂接触；极性头部向内，形成一个极性核

超活性:

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— 活性-超活性 在反向微团体系中，微团效应使某些酶活性增加 超活性：凡是高于水溶液中所得酶活性值的活性称为超活性（Super-activity）。 原因：超活性是由围绕在酶分子外面的表面活性剂这一外壳之较大刚性所引起。 根据 ： （1）微团水化程度（W）（W=[H2O]/[表面活性剂]）的最佳值和酶活性的最大值呈正

相关

— （２）W值最佳时，微团内径总是相当于被包裹的酶分子直径。

— 超活性产生机理

反胶束体系：

— 是表面活性剂分散于连续有机相中自发形成的纳米尺度的一种聚集体。反胶束溶液

是透明的热力学稳定的系统。

— 概念--表面活性剂

? 表面活性剂：表面活性剂是由亲水憎油的极性基团和亲油憎水的非极性基团两部分

组成的两性分子。

在有机相酶反应中用得最多的是阴离子表面活性剂：AOT(AerosolOT)，其化学名为丁二酸-2-乙基酯磺酸钠

在一些疏水性底物的生物转化反应中，还经常使用表面活性剂稳定的乳状液系统。

— 例如，在脂肪酶催化拆分酮基布洛芬酯的水解反应中，发现添加适量的非离子表面

活性剂Tween-80，不但有助于难溶底物酯的分散，使酶反应的速度提高了13倍，而且酶反应的对映选择性也大幅度提高，最多可提高两个数量级。

原理：形成反胶束系统，水分子聚集在反胶束内核中形成“微水池”，里面容纳了酶分子，这样酶被限制在含水的微环境中，而底物和产物可以自由进出胶束。

优点：①组成的灵活性；②热力学稳定性和光学透明性；③逆胶束有非常高的比界面积；④逆胶束的相特性随温度而变化。

— 反胶束体系的制备

— 将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，并使其浓度超过临界胶束浓度（CMC），便

会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体则为反胶束。

— 反胶束体系的制备

— 影响因素

? 反胶束的尺寸和形状随表面活性剂-溶剂系统的变化而变化，同时也受温度、压力、

离子强度的影响。

— 反胶束体系中的含水量

— 反胶束的大小取决于反胶束的含水量Wo。Wo的定义为反胶束中水分子数与表面活

性剂分子数之比，也即有机溶剂中水的摩尔浓度与表面活性剂的摩尔浓度之比。 — C．基本原理：“水壳”模型

? 反胶束系统中的水通常可分为结合水和自由水。

? 结合水是指位于反胶束内部形成水池的那部分水；

? 自由水即为存在于水相中的那部分水。

— “水壳”模型

— 水壳模型很好地解释了蛋白质在反胶束内的状况，其间接证据较多。

— 1. 从弹性光散射的研究证实在蛋白质分子周围至少存在一个单分子的水层。 — 2. α-糜蛋白酶在反胶束中的荧光特性与在主体水中的特性很相象。

— 3. 反胶束中酶显示的动力学特性接近于在主体水中的特性。

— D．影响的主要因素

? 水相pH值

? 离子强度:主要是由离子对表面电荷的屏蔽作用所决定

? 表面活性剂浓度的影响

? 离子种类对萃取的影响

酶在固定化后载体对酶分子的影响：

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— 有机相中固定化后载体对酶的影响 A. 载体能通过分配效应剧烈地改变酶微环境中底物和产物的局部浓度。 B. 载体影响酶分子上的结合水，通过选择合适的载体可使体系中的水进行有利分配。 C. 通过载体与酶之间形成的多点结合作用，可稳定酶的催化活性构象。 例：α-胰凝乳蛋白酶与聚丙烯酰胺凝胶共价结合后，在乙醇中的稳定性明显提高，

并且对有机溶剂的抗性随酶与载体间共价键数量的增加而增强。

— D. 影响一个酶同时催化的两个反应的相对速度

— 例：在低水活度下把胰凝乳蛋白酶固定在聚酰胺载体上，水解反应被抑制却有利于

醇解反应。

酶促反应在非传统介质中加有机溶剂：

酶促反应有机介质体系

（1）单相共溶剂体系（水/水溶性有机熔剂）

（2）两相体系（水/水不溶性有机溶剂）

（3）低水有机溶剂体系（有机溶剂体系）

（4）反胶束体系☆

— 构建双水相体系实现在线产物分离

— 双水相体系将头孢立新得率提高3倍

酶在有机相介质中的特征：

有机溶剂影响酶催化的方式

（1） 有机溶剂能通过直接与酶相互作用引起抑制或失活

（2） 有机溶剂与扩散的底物或产物相互作用而影响酶活

（3） 有机溶剂直接与酶附近的必需水相互作用。

选择有机溶剂必须考虑因素：

(1) 有机溶剂与反应的匹配性（即相容性）

包括反应产物与溶剂的匹配性，极性产物倾向于保留在酶附近，可能引起产物抑制或不必要的副反应发生。

例：对于酶促糖改性而言，使用疏水性的，与水不互溶的溶剂是不现实的，因为不溶性底物和不溶性的酶之间无相互作用，必须用亲水性的溶剂（如吡啶或二甲基甲酰胺）。

(2) 溶剂必须对于该主反应是惰性的

例：酯基转移反应涉及到醇对于酯的亲核攻击而产生另一种酯，如果溶剂也是酯，就会生成以溶剂为基础的酯，如果溶剂是醇，也会得到类似结果。

(3) 必须考虑的其他因素

溶剂的密度、黏度、表面张力、毒性、废物处理和成本等（溶剂因底物而宜）

溶剂参数lgP：即一种溶剂在辛醇/水两相间分配系数的常用对数值，它能直接反映溶剂的疏水性。

有机介质对酶性质的影响

— 一、酶稳定性

— （１）热稳定性提高

— （２）储存稳定性提高

在低水有机溶剂体系中，酶的稳定性与含水量密切相关；

一般在低于临界含水量范围内，酶很稳定；

含水量超出临界含水量后酶稳定性随含水量的增加而急剧下降。

酶构象的刚性增加，稳定性提高；水的缺少使得酶分子中肽键水解、二硫键破坏、氨基酸异构化等无法进行。

— 二、活性

— 刚-柔并存

— 刚性：生物大分子结构的精确性

— 柔性：生物大分子局部区域具有一定的可运动性。

— （一）活性----大大降低

冻干的酶粉或交联的晶体酶颗粒内部，一些酶的活性中心可能在空间上会被相邻的酶分子所屏蔽住，使得底物不能接近，造成那些被屏蔽的酶分子不能发挥催化作用，使测得的催化活力下降。

— 2. 结构的变化

— 酶的构象发生了变化。

— 已经证实将冷冻干燥的枯草杆菌蛋白酶置于不同的无水溶剂(如：辛烷、乙腈、二

氧六环)中，对其二级结构并无显著的影响，这主要反映在α－螺旋的含量上。

— 在酶的冻干过程中，却导致了枯草杆菌蛋白酶和许多其它酶的显著变性。

— 不是与有机溶剂的接触，而是先前的脱水过程，改变了酶的结构，从而降低了催化

的活力。使用冷冻保护剂可以防止(至少可以减少)这一有害的影响。

— 3. 底物去溶剂化和过渡态稳定化

? 酶与底物分子之间的结合能是酶催化的主要驱动力。底物为了与酶结合，在其从反

应介质向酶活性中心转移的过程中必须首先进行去溶剂化(desolvation)。

运用热力学方法，对枯草杆菌蛋白酶交联晶体在有机溶剂中催化反应时的去溶剂化能进行了计算，结果表明，与水相比较，仅底物在无水乙腈中的去溶剂化能减少一项，就可使酶的kcat/Km下降100倍以上。

? 影响酶反应活化能的另一项重要因素是酶-底物过渡态的能量。

— 对枯草杆菌蛋白酶和许多其它水解酶来说，其过渡态具有高度的极性，类似一

个带电荷的四面体。由于水对高度极性的酶-底物过渡态中间体的稳定化作用要好于极性较低的有机溶剂，导致酶在有机溶剂中的催化活力比水相低。

— 4. 构象可塑性

? 水作为一种润滑剂或者增塑剂，使酶得以展现其最佳催化所需的构象灵活性。 ? 有机溶剂不能象水一样与酶发生多重氢键缔合，使得酶分子内部的氢键加强；加之

有机溶剂的介电常数比水低，导致酶分子内部的离子作用增强。两方面共同作用的结果，使得酶在有机溶剂中的结构刚性显著增加。

? 即使在其他条件完全相同的条件下，酶在有机溶剂中由于灵活性变差而造成活性比

水中低。

例如：枯草杆菌蛋白酶交联晶体在无水乙腈中单单由于构象的柔性下降，就造成了酶的活力比水相中下降了几乎2个数量级。

— 5. pH状况

? 酶在水溶液中的活力显著依赖于pH，并有一个最佳值。而在有机溶剂中由于离子基

团无法电离，使得pH失去其真正的意义。

? 可以通过其它方式来控制酶的离子基团的质子化状态。发现酶在有机溶剂中具有“pH

记忆”能力，也就是说酶的催化行为与其最后一次(比如冷冻干燥前)所处的水溶液的pH有关。

— 因此，为使酶在有机溶剂中的催化性能达到最优，必须将酶冻干之前的水溶液的

pH调到最佳值。也可使用“有机相缓冲液”(有机相可溶的羧酸及其相关盐的混合物)来调节酶在有机溶剂中的pH状态。 ? ? — —

— 三、专一性

? 某一些有机介质可能使某些酶的专一性发生变化，这是酶活性中心构象刚性增强的

结果。

? 有些在水中不能实现的反应途径，在有机介质中却成为主导反应。

— 四、反应平衡方向

— 五、 有机介质中酶催化反应的条件及其控制

— 酶在有机介质中主要应控制的条件有

— 酶的种类和浓度；底物的种类和浓度；有机溶剂的种类；水含量；温度；pH；离子

强度

合理的药物设计：

合理药物设计(理性的药设计)则是基于受体三维立体结构的认识，通过计算机辅助分子设计(Computer aid molecular design)全程合成新分子。

蛋白质分子的合理设计

综合应用结构生物学、生物息学、计算机科学和基因工程学等新技术开展新型蛋白质药物的研究。

通过蛋白质结构-功能间的相互关系,设计蛋白质空间结构,并以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础,采用有控制的基因修饰和基因合成,对现有蛋白质定向改造、设计、构建。

高通量筛选技术获得有新药开发价值的生物分子, 生产出性能比自然界存在的蛋白质更优良的新型蛋白质。

先导化合物：

筛选模型的确定：

筛选模型

(1)用动物细胞和组织建立的筛选模型

(2)酶抑制剂的筛选

(3)受体拮抗剂的筛选

筛选模型

(1) 用动物细胞和组织建立的筛选模型

①抗肿瘤活性物质：观察细胞形态的变化，测定体外细胞毒性LC50值。

②免疫抑制剂：测定对淋巴细胞增殖反应的抑制作用。

③神经营养因子样物质：以神经细胞的分化，如以神经轴突的伸长为指标。

④血管生成抑制剂：以鸡绒毛膜尿囊膜和动物角膜为材料，观察对新血管生成的抑制作用。

(2)酶抑制剂的筛选

凡能与关键性酶作用的化学物质，常具有特定的药理活性，有可能成为药物。 蛋白分解酶抑制剂

细胞膜酶抑制剂

糖苷水解酶抑制剂

儿茶酚胺合成酶抑制剂

胆固醇生物合成酶HMG—CoA还原酶抑制剂

例如，借助羧肽酶A为结构模型，发现了血管紧张素转换酶抑制剂，从而开发成功一系列降压药如卡托普利、依那普利等。

(3)受体拮抗剂的筛选

受体是神经递质、激素、生长因子、药物分子发挥生物效应的作用部位，受体的结构研究与受体亚型的发现为设计选择性好的药物提供了依据。

①速激肽(Tachykinin，TK)：以3H标记的物质与其受体结合的抑制率为指标。

②内皮素(Endothelin，ET)：观察内皮素与其受体结合的抑制率。

③缩胆囊素(Cholecystokinin，CCK)：以125I标记的CCK与其受体结合的抑制率为指标。 ④心房纳利尿肽(ANP)：以125I标记的ANP与其受体结合的抑制率为指标。

⑤兴奋性氨基酸(EAA)：观察EAA与其受体结合的抑制率。

⑥白三烯B4(LTB4)：以人多形核白细胞(PMN)为LTB4的受体，观察其抑制率。

现今筛选靶已扩展到基因水平，开始考虑以基因复制、转录因子、凋亡基因为治疗对象。

例如，β和α-肾上腺素受体阻断剂是治疗心血管疾病的常用药物；组胺H2受体阻断剂西咪替丁、雷尼替丁等能治疗胃及十二指肠溃疡。

离子通道，类似于活化酶对离子通过细胞膜具有高度选择性，参与调节多种生理功能。 如利多卡因类局麻药的抗心律失常作用是由于阻滞了钠通道所致；钙通道阻滞剂硝苯啶、维拉帕米是治疗高血压、心律失常或心绞痛的有效药物。

核酸 通过阻断DNA复制、转录和翻译的不同水平，可以设计许多抗肿瘤、抗病毒和抗菌药物。

如环磷酰胺、顺铂、博来霉素和阿霉素等能与DNA形成共价键，使其失活或破坏DNA的氢键使其分子断裂而发挥抗肿瘤作用。

反义药物：以核酸为作用靶标，直接阻断蛋白质的合成，成功地用于治疗艾滋病与肿瘤。