【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 化能 G1(energy of activation)． 使這些分子進(jìn)入活化態(tài)(或過(guò)渡態(tài) transition state， A*)， 才能進(jìn)行反應(yīng)，這些活潑的分子稱(chēng)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(guò)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(zhuān)一性 酶催化的 專(zhuān)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(duì)底物專(zhuān)一性程度的不同，大致可分為三種類(lèi)型。 第一種類(lèi)型的酶專(zhuān)一性較低，能作用于 結(jié)構(gòu)類(lèi)似的一系列底物 。 第二種類(lèi)型的酶僅對(duì)一種物質(zhì)有催化作用，它們 對(duì)底物的化學(xué)鍵及其兩端均有絕對(duì)要求 。 第三種類(lèi)型的酶具有 立體專(zhuān)一性 ，這類(lèi)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(jī)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(chēng)為脫輔基酶蛋白 (apoenzyrme)， 有時(shí)又稱(chēng)為酶原 (proenzyme, zymogen)。 輔酶與輔基沒(méi)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(chēng)為 輔酶 ， 與酶蛋白牢固結(jié)合的輔助因子稱(chēng)為輔基 。 輔助因子通常存在酶的活性中心部位，對(duì)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(gè)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(duì)不需要輔酶的酶來(lái)說(shuō)，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(gè)氨基酸殘基組成。對(duì)需要輔酶的酶分子來(lái)說(shuō)，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(tuán)與酶分子的其他殘基有序地排列，使得這個(gè)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(tuán)間發(fā)生靜電作用 。 活性中心有兩個(gè)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?；钚灾行目臻g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(jià)催化 和 酸堿催化 。 共價(jià)催化 中，酶與底物形成反應(yīng)活性很高的共價(jià)中間物，這個(gè)中間物很易變成過(guò)渡態(tài) (transition state)， 故反應(yīng)的活化能大大降低，底物可以越過(guò)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(lèi)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(tuán)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(gè)很強(qiáng)的親核基團(tuán)，又是一個(gè)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(gè)催化功能基。 微生物反應(yīng) 1 微生物反應(yīng)特點(diǎn) 微生物反應(yīng)過(guò)程是利用微生物進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)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(diǎn)： 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(dòng)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(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持一定的催化活性； ② 在多底物反應(yīng)時(shí)，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(lái)源更方便、更廉價(jià)。 利用微生物作傳感器分子識(shí)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(zhǎng)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(huì)引起微生物生理狀態(tài)的復(fù)雜化，不適當(dāng)?shù)牟僮鲿?huì)導(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(cè)定法比化學(xué)方法更專(zhuān)一和靈敏，效率亦更高。 有幾種測(cè)定的形式，如細(xì)胞的增殖，酸、堿類(lèi)等代謝產(chǎn)物的生成，呼吸強(qiáng)度，細(xì)胞內(nèi)部亞系統(tǒng)的反應(yīng)(如鹽類(lèi)從細(xì)胞中滲漏出來(lái) )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(lài)一些氨基酸、維生素、嘌呤和嘧啶等物質(zhì)生長(zhǎng)，當(dāng)培養(yǎng)液中缺少某一種必需營(yíng)養(yǎng)時(shí)，就限制菌體生長(zhǎng)。因此， 菌體增殖與必需營(yíng)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(zhǎng)，根據(jù)菌體增殖速度可以測(cè)定抗生素類(lèi)的濃度。菌體增殖采用 平板生長(zhǎng)計(jì)數(shù)法 和 菌懸液渾濁度法 ，測(cè)定周期為 1天至數(shù)天，靈敏度 μg/ml級(jí)。 呼吸法 是根據(jù)菌體在同化底物或被抑制生長(zhǎng)時(shí)的 CO2釋放或 O2的消耗進(jìn)行測(cè)定，通常采用瓦勃測(cè)壓法，反應(yīng)時(shí)間為數(shù)十分鐘至數(shù)小時(shí)。如制霉菌素能降低酵母菌的 CO2排出量，大腸桿菌能對(duì)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(duì)底物的專(zhuān)一性反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)菌株常常是一些經(jīng)過(guò)變異的菌株，它們或成為對(duì)某些營(yíng)養(yǎng)的依賴(lài)性稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)缺陷型，或能在體內(nèi)高濃度地積累某種酶，由此實(shí)現(xiàn)測(cè)定的專(zhuān)一性。 免疫學(xué)反應(yīng) 免疫指機(jī)體對(duì)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(bǔ)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(guò)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