《理学酶工程》ppt课件

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1、第二章酶工程7/18/20211酶工程是现代酶学理论与化工技术的交叉技术，是在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需的产品。它的应用主要集中于食品工业、轻工业、医药工业和环保等领域。7/18/20212酶工程的内容（1）对天然酶的开发和生产（包括微生物酶的发酵和提取以及从动植物中提取酶的技术）、包括酶的分离纯化及鉴定技术；（2）酶分子的修饰技术，人工设计及与其他生物技术领域的交叉和渗透。（3）酶的固定化技术（酶和细胞固定化）；（4）酶反应器的研制和应用；其中固定化酶技术是酶工程的核心。实际上有了酶的固定化技术，酶在工业生产中的利用价值才真正得以体现。应用7/18/202

2、13一、酶的基础知识1.定义：（Enzymeproteins）酶是由生物体产生的具有催化剂活性的蛋白质。高效率：比非酶催化高107－1013倍高度专一性反应条件温和酶催化是可调控的2.酶的催化特性7/18/202144.酶促反应的影响因素及动力学1.温度2.pH值基质浓度4.酶的总浓度E05.毒物或抑制剂7/18/20215一、酶制剂的生产7/18/20216（一）酶的提取与分离纯化目的：把酶从生物体中提取出来，使之与杂质分开而达到与使用目的相适应的纯度；防酶变性失活。1.酶生产原料选择（1）对酶源的要求1）酶含量丰富2）提取、纯化方便（2）微生物作为酶的优势1）易得到所需

3、的酶类2）易获得高产菌株3）生产成本低4）微生物生长周期短5）提高微生物产酶能力的途径较多7/18/20217（3）对酶生产菌的要求1）不是致病菌，也不产毒素2）不易变异退化，不易感染噬菌体3）产酶量高，而且最好产生胞外酶4）原料廉价，周期短，易培养7/18/202182.酶生物原料预处理(酶的提取）胞外酶：直接从发酵液中提取；胞内酶：需破碎细胞。破碎细胞的方法：①动植物细胞常用高速组织捣碎机和组织匀浆器破碎；②微生物细胞的破碎则有机械破碎法、酶法、化学试剂法和物理破碎法等多种。JY92-IID超声波细胞粉碎机细胞破碎珠高压细胞破碎机DY89-I型电动玻璃匀浆机7/18/2

4、0219离子交换浓缩超滤凝胶干燥→浓缩→分离→纯化→酶的结晶粗提酶液→脱盐凝胶过滤透析离子交换层析凝胶色谱层析等亲和层析等电聚集等一种新型的微生物酶纯化手段——制备型聚丙烯酰胺凝胶电泳(未被广泛应用于酶的制备)3、酶的生产及分离纯化7/18/202110性质方法分子大小透析、超滤、差速离心、凝胶过滤溶解度等电点沉淀、盐析、有机溶剂沉淀电荷电泳、离子交换层析吸附性质吸附层析对配体分子的生物亲和力亲和层析酶分离纯化常用方法7/18/202111酶分离提纯步骤如下：半匀浆选材提取液粗酶制品精制细胞器纯酶酶结晶抽取或分散亲　和分离法少量酶分离方法结晶法7/18/2021127/18

5、/202113（1）酶分离的沉淀技术1）盐析———溶解度的差异向蛋白质溶液中加入大量的中性盐[（NH4)2SO4，Na2SO4，NaCl]，当溶液的离子强度增加到一定数值时，蛋白质溶解度开始下降。当离子强度增加到足够高时，例如饱和或半饱和的程度，很多蛋白质可以从水溶液中沉淀出来，这种现象称为盐析（saltingout）。盐析沉淀一般不引起蛋白质变性。当除去盐后，复可溶解。7/18/202114等电点沉淀的蛋白质溶液中加入NaCl后沉淀溶解—盐溶原因？盐溶—盐析分子在等电点时，相互吸引，聚合沉淀，加入少量盐离子后破坏了这种吸引力，使分子分散，溶于水中(此时称为盐溶）盐溶7/1

6、8/202115盐析向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白质会沉淀析出原因？蛋白质脱去水化层而聚集沉淀盐析（（NH4）2SO4）当盐浓度不断上升时，蛋白质和酶的溶解度又以不同程度下降并先后析出，称为蛋白质的盐析。7/18/202116不同的蛋白质分子，由于其分子表面的极性基团的种类、数目以及排布的不同，其水化层厚度不同，故盐析所需要的盐浓度也不一样，因此调节蛋白质中盐的浓度，可以使不同的蛋白质分别沉淀。如：血清球蛋白清蛋白(NH4)2SO450%饱和度饱和析出析出分段盐析分子量越大，沉淀所需盐的量越少；7/18/2021172）PEG沉淀法———溶解度的差异空间排阻学说：PEG

7、分子在溶液中形成网状结构，与溶液中的蛋白质分子发生空间排挤作用，从而使蛋白质分子凝聚而沉淀下来。PEG是一种特别有用的沉淀剂，因为无毒，不可燃性且对大多数蛋白质有保护作用。PEG沉淀法能在室温下进行，得到的沉淀颗粒较大，收集容易。7/18/2021183)有机溶剂沉淀法——溶解度的差异与水互溶的极性有机溶剂如甲醇、乙醇、丙酮等能使蛋白质在水中的溶解度显著降低。室温下，这些有机溶剂不仅能使蛋白质沉淀，而且伴随着变性。若预先将有机溶剂冷却至0℃以下，然后在不断搅拌下将其逐渐加入蛋白质溶液中，防止有机溶剂局部浓度过高，则