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《2019版高中生物3.2酶在工业生产中的应用课件新人教版选修2.pptx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第2节 酶在工业生产中的应用1.说出酶家族的概况及酶制剂的生产方法。2.举例说明酶在工业生产中的应用。3.尝试分析和收集有关酶的专利文献资料。4.认同解决现实生活中的许多问题离不开科学技术,以及科学技术是不断发展的。一二一、酶的家族与酶制剂的生产1.酶的种类(1)根据存在部位分为:胞内酶和胞外酶。(2)根据酶催化的反应和所起的作用分为:氧化还原酶、水解酶、裂解酶、连接酶、转移酶和异构酶六大类。2.酶的优点与无机催化剂相比,酶具有催化效率高、反应条件温和等优点。3.酶的生产(1)微生物发酵生产:大量应用的酶都是利用微生物发酵生产的。(2)基因工程菌发酵生产:一些重要的酶已经采用基因
2、工程菌发酵生产,使酶的产量大幅度提高。一二4.固定化酶技术(1)方法:采用多种办法将酶固定在一定的载体上,制备成不溶于水的固体颗粒,称为固定化酶。(2)固定化酶的优点:避免了污染产物,又可以反复使用,从而有助于实现反应的连续化和自动化。一二二、酶在工业生产中的应用1.酶相比无机催化剂的优越性(1)反应能在常温、常压和中性pH条件下进行,可以节省大量的能源和设备投资。(2)生产过程中不会造成严重的污染,符合环境保护的要求。(3)生产过程简单、效率高,产品质量好,生产成本低。2.应用(1)已成功用于食品工业、改进工艺、简化生产过程、改善产品的品质和风味、延长储存期、提高产品产量和质量
3、等方面。(2)在轻工业和化工工业方面有着广泛的应用。(3)在医药工业方面,可利用酶的催化反应生产药物。一二三一、酶催化反应的优缺点1.酶催化反应的优点(1)酶催化的反应类型十分广泛。六大酶类催化的反应基本上涵盖了各种化学反应类型,因此,酶具有极其广泛的应用范围。(2)酶催化的反应具有极高的选择性,包括对底物的种类,底物中的区域、位点等的选择性,因此,一种酶只能够催化一种底物或一类底物的一种反应,酶催化的反应可以在一个十分复杂的系统内进行,而且几乎没有副反应,反应的转化率和产率高。这在临床检验、化学分析和特定产品的生产上要比化学方法具有更大的优势。(3)酶催化的反应速度快。酶催化的
4、反应速度大约是化学催化剂催化的反应速度的1010倍,因此,酶催化的反应时间短,设备利用率高,生产效率高。一二三(4)酶催化的反应条件温和,一般是在常温、常压和中性pH条件下进行,因此,能耗低,设备要求低,使用时间长,反应成本和操作成本低。即使极端酶类,如耐高温酶和嗜酸碱酶等,催化反应的条件也远比化学催化剂催化的反应条件低得多:最高温度在100℃左右,最适pH为2~11,不必在强酸、强碱条件下进行。一二三2.酶催化反应的缺点(1)大多数酶是蛋白质,在不适宜的条件下容易发生变性失活,因此,在使用和保存酶时要十分小心,要尽可能保持适宜的条件。为了维持酶的稳定和催化效率,在酶催化反应和保
5、存时要使用缓冲液系统。一般的酶不能够耐受高温,可以在低温下保存,但是也有的酶在低温下也会失活,甚至更不稳定。有些酶对金属离子十分敏感,为保持这些酶的稳定性和催化反应的活性,还需要一些特定的金属离子;大多数酶对有机溶剂比较敏感,在一些有机溶剂中易失活。因此,必须根据具体的酶的性质采取相应的措施。酶对温度、pH和有机溶剂敏感,稳定性差,因此在某些应用上会受到限制。一二三(2)绝大多数酶溶于水,催化反应结束后,多数酶还有活性,因而直接从反应液中将酶与产物分离回收十分困难。为了不让酶污染产物,往往通过加热或其他方法使酶变性失活,从反应系统中除去。这样,花了很大力气生产的酶只使用了一次,就
6、不得不使其变性失活,这是很大的浪费。当然,现在发展的酶的固定化技术,可以提高酶的稳定性,还可以解决酶催化反应后从反应体系中分离重复使用的问题。一二三(3)有些酶,如氧化还原酶、转移酶、某些裂解酶,在催化相应反应时,需要特殊的辅助因子,如NAD+、NADH、NADP+、NADPH、FAD、FMA、ATP,以及金属离子等。因此,在酶催化反应时,需在反应系统中添加相关的辅助因子。而这些辅酶参加反应后,如果没有辅酶再生系统使之再生,一旦辅酶完全被消耗,酶反应就会停止。辅酶一般十分昂贵,在酶催化的反应中不可能大量使用。为解决这个问题,人们可以采用两种办法:一是使用含有酶的微生物细胞,通过提
7、供适当的辅酶再生的底物,如葡萄糖,利用细胞的辅酶再生系统,使辅酶再生循环使用;另一种办法是建立辅酶再生的酶反应系统与主要的酶反应耦联,使辅酶可以再生循环使用。一二三二、使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较一二三三、酶制剂的主要品种酶制剂有多种。从形态上分,有固体酶制剂和液体酶制剂,例如,在制糖工业和发酵工业上,经常使用的、用于制备葡萄糖的葡萄糖淀粉酶,就有固体和液体两种。固体酶制剂体积小,容易运输、保存,比较稳定,所以大多数酶制剂以固体形式生产、销售。固体酶制剂的主要缺点是杂质含
