【5A版】酶工程.ppt

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1、第六章酶工程Outline绪论§1酶的发酵生产§2酶的分离纯化§3.酶分子改造§4酶的固定化§5生物传感器基因工程：用“剪刀+糨糊”创造新物种的工程。细胞工程：微观水平的嫁接技术。酶工程：让工厂高效、安静、美丽如画的工程。发酵工程：把微生物或细胞造就成无数微型工厂，将神话变为现实的桥梁。绪论定义：酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。酶具有一般催化剂的特征：1.只能进行热力学上允许进行的反应；2.可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点；3.通过降低活化能加快化学反应速度。酶的催化高效性通常要高出非生物催化剂催化活性的106~1013倍。2H2O

2、22H2O+O21mol过氧化氢酶5×106molH2O21mol离子铁6×10-4molH2O2一、酶的定义酶的高度催化效率（本质）酶的催化具有高度特异性酶促反应的条件温和酶促反应无副反应酶的催化受调控酶促反应的特点：一般催化剂反应活化能反应总能量变化酶促反应活化能非催化反应活化能初态终态能量改变活化过程酶促反应活化能的改变过渡态公元前两千多年，我国已有酿酒记载。一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。1926年，Sumner首次从

3、刀豆中提纯出脲酶结晶(1947年诺贝尔奖)。1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念(1986年诺贝尔奖)。1995年，JackW.Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。(一)酶学研究历史二、有关历史酶——活细胞产生的，能在细胞内外起作用的（催化）生理活性物质。enzyme—organicchemicalsubstance(acatalyst)formedinlivingcells,abletocausechangesinothersubstancew

4、ithoutbeingchangeditself.核酶的发现，改变了有关酶的概念，即“酶是具有生物催化功能的生物大分子（蛋白质或RNA）。酶分两大类：主要由蛋白质组成——蛋白类酶（P酶）主要由核糖核酸组成——核酸类酶（R酶）酶的化学本质？酶工程即利用酶的催化作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需的产品。酶工程是现代酶学理论与化工技术的交叉技术，它的应用主要集中于食品工业、轻工业和医药工业等领域。酶工程（二)酶工程研究简史（应用研究）1894年，日本的高峰让吉用米曲霉制备得到淀粉酶，开创了酶技术走向商业化的先例。1908年，德国的Rohm用动物胰脏制得胰蛋

5、白酶，用于皮革的软化及洗涤。1908年，法国的Boidin制备得到细菌淀粉酶，用于纺织品的褪浆。1911年，Wallerstein从木瓜中获得木瓜蛋白酶，用于啤酒的澄清。1949年，用微生物液体深层培养法进行－淀粉酶的发酵生产，揭开了近代酶工业的序幕。1960年，法国科学家Jacob和Monod提出的操纵子学说，阐明了酶生物合成的调节机制，通过酶的诱导和解除阻遏，可显著提高酶的产量。在酶的应用过程中，人们注意到酶的一些不足之处，如：稳定性差，对强酸碱敏感，只能使用一次，分离纯化困难等。解决的方法之一是固定化。（三）固定化技术的发展经历1916年，Nelson和Gr

6、iffin发现蔗糖酶吸附到骨炭上仍具催化活性。1969年，日本千佃一郎首次在工业规模上用固定化氨基酰化酶从DL-氨基酸生产L－氨基酸。1971年，第一届国际酶工程会议在美国召开，会议的主题是固定化酶。由酶学与化学工程技术、基因工程技术、微生物学技术相结合而产生的一门新的技术科学。它从应用目的出发，研究酶的产生、酶的制备与改造、酶反应器以及酶的各方面应用。分为：化学酶工程与生物酶工程。化学酶工程（初级酶工程）酶化学与化学工程技术相结合的产物。主要研究内容：酶的制备、酶的分离纯化、酶与细胞的固定化技术、酶分子修饰、酶反应器和酶的应用。2.生物酶工程（高级酶工程）在化学酶

7、工程基础上发展起来的、酶学与现代分子生物学技术相结合的产物。生物酶工程主要研究内容如：尿激酶原和尿激酶是治疗血栓病的有效药物。用DNA重组技术将人尿激酶原的结构基因转移到大肠杆菌中，可使大肠杆菌细胞生产人尿激酶原，从而取代从大量的人尿中提取尿激酶。如：酪氨酰－tRNA合成酶，用Ala5（第5位的丙氨酸）取代Thr51（第51位的丝氨酸），使该酶对底物ATP的亲和力提高了100倍。（1）用基因工程技术大量生产酶（克隆酶）（2）用蛋白质工程技术定点改变酶结构基因（突变酶）（3）设计新的酶结构基因，生产自然界从未有过的性能稳定、活性更高的新酶。1961年国际酶学委员会