酶化学的研究范围是什么
化学先生 / 2019-07-27
酶化学的研究范围也可以参照化学催化，概括为酶的催化剂制备化学、酶的结构化学和酶催化反应化学三大部分。其核心内容是研究酶的分离纯化、结构表征、催化功能和化学模拟。酶化学要解决的关键科学问题是综合运用各种物理化学手段，特别是现代谱学表征方法闸明酶的结构与功能的关系，最终达到用人工酶替代生物酶，在温和或极端条件下完成化学催化难以完成的反应。
1.酶的催化剂制备化学
酶催化剂和化学催化剂的最大区别是催化剂的制备。酶是天然存在的，只能从生物细胞中提取，而不能像化学催化剂一样，通过化学方法来合成。因此，酶的催化剂制备化学必须以生物学为基础，对细胞、氨基酸、蛋白质、核酸等生物化学知识有所了解。微生物菌种的选育发酵、细胞培养和蛋白质的分离纯化等是必须掌握的生化技术。酶的化学修饰、酶和细胞的固定化，以及米白质工程和基因工程等分子生物学方法，则是改进和提高酶的活性和稳定性的重要途径。模拟酶或人工酶是具有酶功能的化学催化剂。由于酶是复杂的生物大分子，很难从组成和结构上进行化学合成，只能在深入了解其活性中心结构和反应机理的基础上，对其催化功能进行化学模拟。
2.酶催化反应化学
酶催化反应的突出特点是反应条件温和、反应速率快，选择性高。由于受到生存条件的限制，要保持酶的活性，酶催化反应一般均在室温、 中性pH等温和条件下进行，而且反应物的浓度不能过高。其反应速率之所以能比化学催化快数百亿倍，是由于酶和底物生成的反应中间物可以大大降低活化能。酶催化反应化学的研究不注重单程转化，而关心酶的转化数。因为酶催化的反应产物是生物新陈代谢的排泄物，对酶有毒，其浓度最高不能超过10%，从而限制了酶催化反应的单程转化率和生产强度。这也是在相同生产能力下，生物催化反应器的尺寸要比化学催化反应器大很多的原因。酶催化反应的另一个弱点是酶的稳定性差，由于酶是蛋白质，对外界的条件和环境非常敏感，容易因温度、压力的变化和杂质的影响而失活。酶催化的选择性，包括化学选择性、立体选择性和反应分子的部位选择性，则是化学催化无法比拟的。因此选择性和稳定性是酶催化反应化学的研究重点。酶催化在水溶液中进行，遵从米氏动力学规律，反应动力学的研究比化学催化，特别是气固多相催化反应要简单得多。但由于酶催化属于快速反应，反应机理的研究，尤其是反应中间物和反应网络必须通过停留和温度跳跃等快速动力学方法测定。
近年来，极端条件，如有机溶剂、酸碱性(pH)、 低温和高压条件下生物催化反应的发现，已引起生物和化学工作者的普遍关注，对酶催化反应化学的研究提出了新的挑战。
3.酶的结构化学
ssm酶是具有催化功能的蛋白质。研究酶的结构化学，首先要了解蛋白质的结构，对蛋白质的初级结构氨基酸、肽链，以及由它们形成的高级结构a螺旋和β折叠等空间构型有一定的基础知识。但更重要的是从结构与功能的关系人手，研究酶的活性中心结构，酶和底物形成的反应中间物，以及辅酶、辅因子等。现代谱学表征技术的发展使酶的空间构型和活性中心结构以及酶和底物相互作用的研究进入了一个崭新阶段。人们不但可以用X射线晶体衍射测定酶分子的晶体结构，而且能够通过ESR、NMR、XAFS等研究酶的活性中心结构、酶和底物的作用机理和反应动态学。分子生物学的发展和计算机的应用，则使人们有可能通过基因突变改造酶和模拟酶的空间结构，从而提高自然酶的活性、稳定性和对储存环境及反应条件的耐受性。
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