12.酶工程制药

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1、第六章酶工程制药第一节概述一、酶的特性酶是由活细胞产生的具有特殊催化功能的一类蛋白质。其特点：①催化效率高②专一性强③反应条件温和④催化活性受到调节和控制二、酶工程简介酶工程是酶学和工程学相互渗透结合发展而形成一门新的技术学科。它是从应用的目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功能，并通过工程化将相应原料转化成有用物质的技术。酶工程主要研究内容酶的分离、提纯、大批量生产及应用开发。酶和细胞的固定化及酶反应器的研究。酶生产中基因工程技术的应用及遗传修饰酶（突变酶）的研究。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。有机相中的酶反应研究。酶的抑制剂、激活剂的开发及

2、应用研究。抗体酶、核酸酶的研究。模拟酶、合成酶及酶分子的人工设计、合成的研究。第二节酶的来源和生产一、酶的来源二、酶的生产菌⒈对菌种的要求⒉生产菌的来源⒊目前常用的产酶微生物早期酶的生产多以动植物为主要原料植物提供的酶主要有：蛋白酶、淀粉酶、氧化酶等。动物组织提供的酶主要有：胰蛋白酶、脂肪酶和用于奶酪生产的凝乳酶等。目前工业生产一般都以微生物为主要来源利用微生物生产酶制剂，具有如下优点：微生物种类繁多，酶的品种齐全。微生物生长繁殖快、生产周期短、产量高。培养方法简单，原料来源丰富，价格低廉。微生物具有较强的适应性和应变能力，可以通过各种遗传变异的手段，培育出新的高产菌

3、株。所以，目前工业上应用的酶大多采用微生物发酵法来生产。酶的生产菌作为一个优良的产酶菌种应具备以下几点要求：繁殖快、产酶量高，酶的性质应符合使用要求，而且最好是产生胞外酶的菌。不是致病菌，在系统发育上与病原体无关，也不产生有毒物质。这一点对医药和食品用酶尤为重要。产酶性能稳定，不易变异退化，不易感染噬菌体。能利用廉价的原料，发酵周期短，易于培养。生产菌的来源从菌种保藏机构和有关研究部门获得。从自然界中分离筛选。目前常用的产酶微生物大肠杆菌：其遗传背景清楚，可被广泛用于遗传工程改造成为外来基因的宿主，而成为优良性状的“工程菌”。枯草杆菌：是工业上应用最广泛的产酶菌之一，

4、主要用于发酵生产－淀粉酶、－葡萄糖氧化酶、碱性磷酸酯酶等。啤酒酵母：生产转化酶、丙酮酸脱羧酶、乙醇脱氢酶等。曲霉（黑曲霉和黄曲霉）：糖化酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶、氨基酰化酶和脂肪酶等。第三节酶和细胞固定化一、固定化酶的制备⒈固定化酶的定义：固定化酶是指限制或固定于特定空间位置的酶，具体来说，是指经物理或化学方法处理，使酶变成不易随水流失即运动受到限制，而又能发挥催化作用的酶制剂。⒉固定化酶的特点具有生物催化剂的功能，又有固相催化剂的功能。①可多次使用②反应后，酶底物产物易分开，产物中无残留酶，易纯化，产品质量高。③反应条件易控制。④酶的利用效率高。

5、⑤比水溶性酶更适合于多酶反应。⒊酶和细胞固定化方法酶和细胞固定化方法载体结合法交联法包埋法网格型微囊型物理吸附法离子结合法共价结合法热处理（细胞）酶和细胞固定化模式⑴载体结合法①物理吸附法②离子结合法③共价结合法⑵交联法①物理吸附法用物理方法将酶吸附于不溶性载体上的一种固定化方法。此类载体有：无机载体－活性炭、多孔玻璃、酸性白土、漂白土、高岭石、氧化铝、硅胶、膨润土、羟基磷灰石、磷酸钙、金属氧化物等；天然高分子载体－淀粉、谷蛋白等；其他－大孔树脂、陶瓷等，具有疏水基的载体（丁基或己基葡聚糖凝胶）。②离子结合法离子结合法是酶通过离子键结合于具有离子交换基的水不溶性载体上

6、的固定化方法，此法的载体有多糖类离子交换剂和合成高分子离子交换树脂。③共价结合法共价结合法是酶以共价键结合于载体上的固定化方法。共价结合法与离子结合法和物理吸附法相比，其优点是酶与载体结合牢固，稳定性好，一般不会因底物浓度高或存在盐类等原因而轻易脱落。缺点是反应条件苛刻，操作复杂，而且由于采用了比较强烈的反应条件，会引起酶蛋白高级结构的变化，破坏部分活性中心。⑶包埋法①网格型②微囊型⑷选择性热变性法：此法专用于细胞固定化，是将细胞在适当温度下处理使细胞膜蛋白变性但不使酶变性而使酶固定于细胞内的方法。⒋酶和细胞的固定化载体⑴吸附载体⑵包埋载体⑶共价结合载体⒌固定化酶制备

7、技术⑴吸附法制备固定化酶技术⑵包埋法制备固定化酶技术①界面沉降法②界面聚合法⑶交联法制备固定化酶技术⑷共价结合法制备固定化酶技术二、固定化细胞的制备⒈固定化细胞的定义将细胞限制或定位于特定空间位置的方法称为细胞固定化技术。被限制或定位于特定空间位置的细胞称为固定化细胞。⒉固定化细胞的特点有细胞特性，生物催化剂功能，固相催化剂特点。优点：①无须进行酶的分离纯化②保持酶的原始状态，酶回收率高③比固定化酶稳定性高④细胞内酶附助因子可再生⑤细胞本身含多酶体系⑥抗污染能力强⒊固定化细胞的制备技术⑴载体结合法是将细胞悬液直接与水不溶性的载体相结合的固定化方法。⑵