【文章內(nèi)容簡介】 化能 G1(energy of activation)． 使這些分子進(jìn)入活化態(tài)(或過渡態(tài) transition state， A*)， 才能進(jìn)行反應(yīng)，這些活潑的分子稱為活化分子。反應(yīng)物中活化分子愈多，反應(yīng)速度就愈快。 活化能的定義是：在一定溫度下， 1mol底物全部進(jìn)入活化態(tài)所需要的自由能 F (free energy)， 單位是 J/mol。 酶能夠大幅度降低反應(yīng)所需要的活化能，使活化能降到 G2， 這樣，大量的反應(yīng)物分子就比較容易地越過小的“能峰”，進(jìn)入活化態(tài) (圖 21)，從而使反應(yīng)在常溫下極快地進(jìn)行。與一般催化劑相比，酶催化使活化能降低幅度更大。 酶及酶反應(yīng) 2) 結(jié)構(gòu)專一性 酶催化的 專一性是由酶蛋白分子 (特別是分子中的活性部位 )結(jié)構(gòu)特性決定的 ，根據(jù)酶對底物專一性程度的不同，大致可分為三種類型。 第一種類型的酶專一性較低，能作用于 結(jié)構(gòu)類似的一系列底物 。 第二種類型的酶僅對一種物質(zhì)有催化作用，它們 對底物的化學(xué)鍵及其兩端均有絕對要求 。 第三種類型的酶具有 立體專一性 ，這類酶不僅要求底物有一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，而且要求有一定的立體結(jié)構(gòu)。 酶及酶反應(yīng) 3） 酶的輔助因子 許多酶需要輔助因子 (cofactor)才能行使催化功能。輔助因子包括 金屬離子 和 有機化合物 ，它們構(gòu)成酶的輔酶 (coenzyme)或輔基 (prosthetic group)， 與酶蛋白共同組成全酶(holoenzyme)。 脫去輔基的酶蛋白不含有催化活性，稱為脫輔基酶蛋白 (apoenzyrme)， 有時又稱為酶原 (proenzyme, zymogen)。 輔酶與輔基沒有嚴(yán)格的區(qū)別，一般地，與 酶蛋白松弛結(jié)合的輔助因子稱為 輔酶 ， 與酶蛋白牢固結(jié)合的輔助因子稱為輔基 。 輔助因子通常存在酶的活性中心部位，對酶的催化起重要作用。 酶及酶反應(yīng) 4) 酶的活性中心 酶的特殊催化能力只局限在它的大分子的 一定區(qū)域 ，這個區(qū)域就是酶的 活性中心 ，它往往 位于分子表面的凹穴中 。對不需要輔酶的酶來說，活性中心 (active center) 就是酶分子中在三維結(jié)構(gòu)上比較靠近的幾個氨基酸殘基組成。對需要輔酶的酶分子來說，輔酶分子，或輔酶分子上的某一部分結(jié)構(gòu)往往就是活性中心的組成部位?；钚灾行牡母骰鶊F與酶分子的其他殘基有序地排列，使得這個部位的空間結(jié)構(gòu)恰好適合與底物分子直接緊密接觸，并具有適宜的非極性微環(huán)境， 以利于基團間發(fā)生靜電作用 。 活性中心有兩個功能部位 (或域 )； 結(jié)合域 (binding domain)和 催化域 (catalytic domain)。 這種特定的結(jié)構(gòu)才能與一定的底物結(jié)合，并催化其發(fā)生化學(xué)變化。活性中心空間結(jié)構(gòu)的任何細(xì)微的改變，都可能影響酶活性。 酶及酶反應(yīng) 5) 酶催化的化學(xué)形式 酶催化的化學(xué)形式主要包括 共價催化 和 酸堿催化 。 共價催化 中，酶與底物形成反應(yīng)活性很高的共價中間物，這個中間物很易變成過渡態(tài) (transition state)， 故反應(yīng)的活化能大大降低，底物可以越過較低的能閾而形成產(chǎn)物。 酸堿催化 廣義地指質(zhì)子供體及質(zhì)子受體的催化。酶反應(yīng)中的酸堿催化十分重要，發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)的許多反應(yīng)都是受酸堿催化的，如將水加到羰基上、酯類的水解、各種分子重排以及許多取代反應(yīng)等。 酶蛋白中可以起酸堿催化作用的功能團有氨基、羧基、巰基、酚羥基及咪唑基 等，其中組氨酸的咪唑基既是一個很強的親核基團，又是一個有效的廣義酸堿功能基。因此，咪唑基是酶的酸堿催化中最活潑的一個催化功能基。 微生物反應(yīng) 1 微生物反應(yīng)特點 微生物反應(yīng)過程是利用微生物進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)過程，即微生物反應(yīng)就是將微生物作為生物催化劑進(jìn)行的反應(yīng)。酶在微生物反應(yīng)中起最基本的催化作用。 微生物反應(yīng)與酶促反應(yīng)的共同點： ① 同屬生化反應(yīng)，都在溫和條件下進(jìn)行； ② 凡是酶能催化的反應(yīng)，微生物也可以催化； ③ 催化速度接近，反應(yīng)動力學(xué)模式近似。 微生物反應(yīng)的特殊性： ① 微生物細(xì)胞的膜系統(tǒng)為酶反應(yīng)提供了天然的適宜環(huán)境，細(xì)胞可以在相當(dāng)長的時間內(nèi)保持一定的催化活性； ② 在多底物反應(yīng)時，微生物顯然比單純酶更適宜作催化劑； ③ 細(xì)胞本身能提供酶促反應(yīng)所需的各種輔助因子和能量； ④ 更重要的是，微生物細(xì)胞比酶的來源更方便、更廉價。 利用微生物作傳感器分子識別元件的不利因素： ① 微生物反應(yīng)通常伴隨細(xì)胞的生長或凋亡，不容易建立分析標(biāo)準(zhǔn)； ② 細(xì)胞是多酶系統(tǒng)，許多代謝途徑并存，難以排除不必要的反應(yīng)； ③ 環(huán)境條件變化會引起微生物生理狀態(tài)的復(fù)雜化，不適當(dāng)?shù)牟僮鲿?dǎo)致代謝轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，出現(xiàn)不期望有的反應(yīng)。 2 分析微生物學(xué) 分析微生物學(xué) (analytical microbiology)是利用微生物完成定量分析任務(wù)的學(xué)科。在有些情況下，微生物測定法比化學(xué)方法更專一和靈敏，效率亦更高。 有幾種測定的形式，如細(xì)胞的增殖，酸、堿類等代謝產(chǎn)物的生成，呼吸強度，細(xì)胞內(nèi)部亞系統(tǒng)的反應(yīng)(如鹽類從細(xì)胞中滲漏出來 )以及物理性態(tài)的變化等，其中 以 細(xì)胞增殖 和 呼吸法 最為常用 。 細(xì)胞增殖法 的原理是，某些微生物必須依賴一些氨基酸、維生素、嘌呤和嘧啶等物質(zhì)生長，當(dāng)培養(yǎng)液中缺少某一種必需營養(yǎng)時，就限制菌體生長。因此， 菌體增殖與必需營養(yǎng)物質(zhì)的濃度成正相關(guān) 。另一方面，抗生素能抑制菌體生長，根據(jù)菌體增殖速度可以測定抗生素類的濃度。菌體增殖采用 平板生長計數(shù)法 和 菌懸液渾濁度法 ，測定周期為 1天至數(shù)天，靈敏度 μg/ml級。 呼吸法 是根據(jù)菌體在同化底物或被抑制生長時的 CO2釋放或 O2的消耗進(jìn)行測定，通常采用瓦勃測壓法，反應(yīng)時間為數(shù)十分鐘至數(shù)小時。如制霉菌素能降低酵母菌的 CO2排出量，大腸桿菌能對谷氨酸脫羧并釋放足夠可檢的 CO2等。 在被分析底物能促進(jìn)微生物代謝的情況下，關(guān)鍵是要獲得對底物的專一性反應(yīng)。實驗菌株常常是一些經(jīng)過變異的菌株，它們或成為對某些營養(yǎng)的依賴性稱為營養(yǎng)缺陷型，或能在體內(nèi)高濃度地積累某種酶，由此實現(xiàn)測定的專一性。 免疫學(xué)反應(yīng) 免疫指機體對病原生物感染的抵抗能力?？蓞^(qū)別為自然免疫和獲得性免疫。 自然免疫 是 非特異性 的 ，即能抵抗多種病原微生物的損害，如完整的皮膚、黏膜、吞噬細(xì)胞、補體、溶菌酶、干擾素等。 獲得性免疫 一般是 特異性 的 ，在微生物等抗原物質(zhì)刺激后才形成 (免疫球蛋白等 )，并能與該抗原起特異性反應(yīng)。 上述各種免疫過程中，抗原與抗體的反應(yīng)是最基本的反應(yīng)。 免疫學(xué)反應(yīng) 1 抗原 1） 抗原的定義