生物技术制药第七章 酶工程制药

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1、第七章酶工程制药第一节概述一、酶的特性酶是生物催化剂，大多数酶的本质是蛋白质，有些酶是核酸。酶作为生物催化剂的，除具有一般催化剂的特性：加快反应速度、降低反应活化能、不改变反应平衡点、反应前后无数量和性质变化等外，还具有独自的特点：催化效率高、专一性强、反应条件温和、催化活性易受调节和控制。酶由国际酶学委员会分为六大类：氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类、合成酶类二、酶工程简介1.定义：是酶学和工程学相互渗透、发展而形成的一门新的技术科学。它是从应用的目的出发研究酶、应用酶的特异催化功能，并通过工程化将相应原料转

2、化成有用物质的技术2.酶工程的内容：20世纪20年代初出现，当时主要是自然酶制剂在工业上的大规模应用，1953年提出固定化酶技术，1969年利用该技术成功拆分了混旋氨基酸。1971年第一届国际酶工程会议提出的酶工程主要内容是：酶的生产、分离、纯化、固定化、固定化的反应器、酶与固定化酶的应用1.酶的分离、提纯、大批量生产及新酶和酶的应用开发2.酶和细胞的固定化及酶反应器的研究3.酶生产过程中基因工程技术的应用及遗传修饰酶的研究4.酶的分子改造与化学修饰、以及酶的结构与功能之间关系的研究5.有机相中酶反应的研究6.酶的抑制剂、开发及其

3、应用研究7.抗体酶、核酸酶的研究8.模拟酶、合成酶、酶分子的人工设计、合成的研究用农杆菌做载体将外源基因导入植物基因组的方法比较成熟3.现代酶工程的研究内容第二节酶的来源和生产一、酶的来源酶普遍存在于生物体中，可直接从生物体中提取分离。化学合成方法目前还不成熟。早期是以动植物为原料进行提取，由于动植物生长周期长、来源有限、受地理、气候和季节等因素的影响，不适于大规模生产利用微生物来生产酶制品是一个更好的选择，优点1.微生物种类繁多，动植物体内的酶在微生物中几乎都可以找到2.繁殖快、生产周期短、培养简便、并可以通过控制培养条件来提高

4、产量3.微生物具有较强的适应性，通过各种遗传变异手段能培育出新的高产菌株二、酶的生产菌1.对菌种的要求①产酶量高，酶的性能符合使用要求，最好是胞外酶；②不是致病菌、在系统发育上与病源体无关，不产生毒素；③稳定性好，不易变异退化，不易感染噬菌体；④能利用廉价原料，发酵周期短，易于培养2.生产菌来源菌种保藏机构、有关研究部门，从自然界中分离筛选，土壤、深海、温泉、火山、森林都是菌种采集地，筛选包括菌样采集、菌种分离、初筛、纯化、复筛、生产性能鉴定。生产菌的改良，基因突变、基因转移、基因克隆3.常用产酶微生物①大肠杆菌：一般属于胞内酶，

5、需要经过细胞破碎才能得到。谷氨酸脱羧酶，用于测定谷氨酸含量或γ-氨基丁酸；天冬氨酸酶，催化延胡索酸加氨生成L-天冬氨酸；苄青霉素酰化酶，生成新的半合成青霉素或头孢霉素；β-半乳糖苷酶，用于分解乳糖②枯草杆菌：α-淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶、碱性磷酸脂酶③青霉菌：产黄青霉用于生产葡萄糖氧化酶、青霉素酰化酶；橘青霉用于生产脂肪酶、葡萄糖氧化酶、凝乳蛋白酶④黑曲霉：有胞外酶和胞内酶，糖化酶、α-淀粉酶、酸性蛋白酶、葡萄糖氧化酶、脂肪酶、纤维素酶⑤米曲霉：糖化酶和蛋白酶，在传统的酒曲和酱油曲中得到广泛应用⑥木霉：纤维素酶，含有较强的17

6、α-羟化酶，常用于甾体转化⑦根霉：糖化酶、α-淀粉酶、转化酶、酸性蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶，含有较强的11α-羟化酶，常用于甾体转化⑧链霉菌：葡萄糖异构酶、青霉素酰化酶、纤维素酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶，含有丰富的11α-羟化酶，可用于甾体转化⑨啤酒酵母：酿造啤酒、酒精、饮料酒和面包制造。可生产转化酶、丙酮酸脱羧酶等的生产⑩植物细胞：大蒜-超氧化物歧化酶、木瓜-木瓜蛋白酶、菠萝-菠萝蛋白酶三、提高药用酶产量的措施1.添加诱导物对于诱导酶的发酵生产，在发酵培养基中添加适当的诱导物，可使产酶量显著提高。如乳糖诱导β-半乳糖苷酶，纤维二

7、糖诱导纤维素酶诱导物可分为三种：酶的作用底物、酶的反应产物、酶的底物类似物2.控制阻遏物浓度有些酶的合成受到阻遏物的阻遏作用，应设法解除阻遏作用来提高酶的产量3.添加表面活性剂可分为离子型和非离子型，离子型对细胞有毒害作用，只能使用非离子型，可聚集在细胞膜上，增加细胞通透性，有利于酶的分泌，可增加酶的产量4.添加刺激剂在植物细胞培养生产次级代谢产物的过程中，添加某些刺激剂可显著提高次级代谢的物的产量5.添加产酶促进剂植酸钙镁可使霉菌蛋白酶和橘青霉磷酸二酯酶的产量提高1-20倍第三节酶和细胞的固定化使用纯酶的缺点只能使用一次，成本高

8、，产品分离困难；酶溶液很不稳定，容易变性和失活固定化酶的优点性能稳定；可反复使用，降低了成本，易与产品分离，简化下游操作背景一、固定化酶的制备1.定义限制或固定于特定空间位置的酶，即经物理化学方法处理，使酶变成不易随水流失即运动受到限制，而又能发挥