酶与酶工程绪论ppt课件.ppt

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1、分子酶与酶工程绪论课程介绍教材：《酶与酶工程》袁勤生、赵健主编，华东理工大学出版社主要参考教材：《分子酶学工程导论》张今、曹淑桂、罗贵民等主编，科学出版社《现代酶工程》梅乐和、岑沛霖主编，化学工业出版社《生物催化—基础与应用》，AndreasS.Bommarius,BettinaR.riebel,孙志浩、许建和译，化学工业出版社微生物是地球上重要的可再生资源，有着重要的应用价值。1.1关于酶Enzyme酶是由活细胞产生的具有催化功能的生物分子/蛋白质。研究酶的结构与功能、酶的性质及作用机理对于阐明生命现象的本质具有十分重要的意义。从

2、酶的水平去探讨生命活动的关系，探讨酶与代谢调节、疾病、生长发育等的关系，具有重要的科学意义和实践意义。酶是一类特殊的催化剂酶是高效催化剂。典型的表观二级速率常数(kcat/Km)为106~108L/(mols)能在温和条件下有效地催化很难、甚至不可能的化学转化(kcat/kuncat)可达1017。酶是有高度选择性的催化剂。酶对映体的选择性日益强劲地用于手性药物生产。酶促反应副产物少、条件温和。酶具有高度的底物识别能力和产物的定向能力酶的催化反应由于极大地简化了化学反应的条件，因而使化学试剂的应用和副产物大量减少，从而在很大程度上

3、减少了对环境的污染。由于日益增加的环境和经济压力，生物催化剂得到了迅速发展。微生物为酶提供了丰富的、可再生的资源基因工程技术进一步解决了稀有酶的来源问题目前已鉴定的酶有3000多种。TemperatureclassesIndustrialapplicationofthermophilyIndustrialenzymesHigherspeedLowercostTaqDNApolymeraseandPCRDNAamplificationRepetitivemeltingandannealing（退火）95oC-52oC-72oCHuma

4、ninsulinproducedbyengineeredbacteria.天然酶往往不完全具备应用所要求的所有特性（如操作稳定性、非水相催化、更高的立体选择性和专一性、对非天然底物的催化活性等）分子酶工程为天然酶的改造提供了可行性Antibioticresistantmarker1982年Cech小组发现RNA本身可以是一个生物催化剂，称之为核酶Ribozyme。事先设计好的过渡态类似物为半抗原，按一般单克隆抗体制备程序获得具有催化活性的抗体。称之为抗体酶Abzyme。酶是具有生物催化功能的生物大分子。酶有两大类别：主要由蛋白质组成

5、称为蛋白类酶（P酶）；主要由RNA或DNA组成，称为核酸酶（R酶）。1.2关于酶工程EnzymeEngineering酶工程是生物工程的主要内容之一。是随着酶学研究的迅速发展特别是酶的应用推广使酶学和工程学相互渗透，结合而发展成的一门新的科学技术，是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有机结合而产生的交叉学科。它是从应用的目的出发研究酶在一定生物反应装置中利用酶的催化性质，将相应原料转化成有用物质的技术，是生物工程的重要组成部分。酶是生物体内进行自我复制新陈代谢所不可缺少的生物催化剂。由于酶能在常温、常压、中性pH等温和条件下高度专一

6、有效地催化底物发生反应，所以酶的开发和利用是当代生物技术革命中的重要课题。天然酶在工业上应用受到限制的主要原因有：①大多数酶脱离其生理环境后极不稳定，而酶在生产和应用过程中的条件往往与其生理环境相去甚远；②酶的分离纯化工艺复杂；③酶制剂成本较高。根据研究和解决上述问题的手段不同把酶工程分为化学酶工程和生物酶工程。化学酶工程：天然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶的研究和应用；生物酶工程则是以酶学和以基因重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的产物，主要包括：①用基因工程技术大量生产酶（克隆酶）；②修饰酶基因产生遗传修饰酶（突变酶）

7、；③设计新的酶基因，合成自然界不曾有的新酶。1.3分子酶学工程（MolecularEngineering）是酶工程在分子水平上的体现。分子酶学工程包括在分子水平认识酶的基础上改进、模拟酶和全新设计酶。分子酶学工程的内涵是以天然酶的结构与功能为基础，以酶分子工程为核心，研究工程酶的理论、策略和方法，研究工程酶的催化效率和机制，开发酶的新功能、新性质，发现和创造经济实用的新型生物催化剂。分子酶学工程的概念分子酶学工程可以看做是蛋白质工程（包括分子进化）和酶工程相融合所产生的一门科学技术。分子酶学工程包括在分子水平认识酶的基础上改进酶、模

8、拟酶和全新设计酶。改进，模拟，设计结构分析功能分析纯化工程酶分子酶学工程基本流程图天然酶分子酶学工程的概念分子酶学工程的内涵:是以天然酶的结构与功能为基础，以酶分子工程为核心，研究工程酶的理论、策略和方法，工程酶的催化效率和机制，开发