7.8生物技术制药-酶工程.ppt

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1、第四章　酶工程制药第一节　概述第二节　酶的来源与生产第三节　酶和细胞的固定化第四节　固定化酶和固定化细胞的反应器第五节　酶工程在医药工业的应用第六节　酶工程研究的进展生物学化学工程工程学化学生物工程生物化学生物技术新兴、前沿学科往往在学科交叉中产生第一节　概述生物技术医药生物技术农业生物技术工业生物技术环境生物技术材料生物技术...用生物或生物分子机器生产产品和解决问题生物技术的具体应用生物技术产业化的三个浪潮医药生物技术:1982年重组人胰岛素上市农业生物技术:1996年转基因大豆、玉米、油菜相继上市工业生物技术:世纪之交聚交酯、生物钢、聚乳

2、酸相继上市工业生物技术---迈向发达国家之战略工业生物技术含意：在工业规模的生产过程中使用或部分使用生物技术来实现产品的制造，这种技术是应用微生物和生物催化剂来提供产品和服务核心目标：大规模利用生物体系（如细胞或酶）作为催化剂实现物质转化工业生物技术是生物技术的重要组成部分工业生物技术发展空间提升传统产业生物能源环境生物技术生物材料底物生物反应器检测控制仪表培养基（灭菌）经加工原料酶细胞生物催化剂（游离或固定化）机械能除菌空气产品提取纯化副产品产品废物热能原材料营养物典型工业生物技术过程核心技术？生物催化（Biocatalysis)利用酶或有机

3、体（细胞或细胞器等）作为催化剂实现化学转化的过程。生物转化（Biotransformation)生物催化化学工业发酵工业轻工业采矿医药食品能源材料生物安全环境生物催化是工业生物技术的核心技术以生物催化法合成的主要产品产品名称产量丙烯酰胺10万吨/年聚乳酸1.3万吨/年阿斯巴甜2万吨/年生物柴油与汽油1000万吨/年抗菌素中间体6－APA0.9万吨/年趋势判断和需求分析生物催化剂在精细化学品市场中呈现强劲的增长势头。到2020年，通过生物催化技术，将实现化学工业的原料消耗、水资源消耗、能量消耗降低30%，污染物的排放和污染扩散减少30%。趋势判断

4、和需求分析目前生物催化技术已成为各公司争夺的目标并且已成为一些公司谋求发展和提升地位的工具。Degussa、DSM、Roche、BASF、Dow、Lonza等许多跨国公司都在积极采取措施，扩大他们在生物催化领域里的生产能力。生物催化发展的主要推动力新产品需求(社会压力)-健康：医药、检测-日用品：洗涤用品、乳品、生物可降解塑料环境(法律法规压力)－绿色化学、能源、温室效应新发现或基础研究(技术压力）－基因工程/定点突变/定向进化、代谢工程、组合化学得益/成本降低(商业压力)-生物分离TheBiocatalysisCycle生物催化剂工程的目标开

5、发生物催化剂：催化性能更好、更快，成本更低开发生物催化剂工具合：催化反应更广泛，功能更多样改善性能:稳定性,活性，溶剂兼容性开发分子模型:新酶的快速重新设计创造新技术:用于新生物催化剂的开发生物催化剂发展的工业展望CompetitiveImperativeCurrentChemicalVarietiesCurrentBiocatalystsBiocatalystoftheFutureSpeedtoMarket2-5years10years2-3yearsCosttoManufacture$1-10/kg$10-100/kg$1-3/kgRang

6、eofProductsBroadNarrowBroad生物催化剂工程技术瓶颈对生物催化剂作用机理缺乏深入的认识对次级代谢产物代谢途径（包括途径间相互关系）缺乏理解细胞工程化的方法十分有限（即代谢工程）生产酶和辅因子的成本过高当前生物催化的研究热点新酶或已有酶的新功能的开发根据已有底物开发新的酶反应利用突变或定向进化技术改善生物催化剂性能利用重组DNA技术大规模生产生物催化剂利用有机溶剂或共溶剂开发新的反应体系体内或体外合成的多酶体系克服底物和产物抑制精细化工品或医药合成技术的放大辅因子再生生物催化剂的修饰生物催化剂的固定化生物催化剂高效生产与催

7、化功能研究强化微生物细胞培养与发酵的调控措施，研究酶的诱导策略实现生物催化剂的自主和规模生产分析生物催化剂所催化的特定基团开辟全新的生物催化反应什么是酶？酶是蛋白质酶是催化剂酶是具有催化作用的蛋白质什么是酶促反应？由酶催化的生物化学反应酶学研究简史1878德国的Kuhne定义Enzyme原意为在酵母中1926美国的Sumner从刀豆中得到脲酶结晶（1947年诺贝尔奖）1970美国的Smith发现限制性内切酶（1979年诺贝尔奖）1969日本固定化氨基酰化酶，第一次将固定化酶成功地应用于工业生产。——酶工程诞生1986美国核酶发现获得诺贝尔奖国际

8、市场酶制剂销售额比例2001年工业酶制剂的世界市场约为15亿美元用于制药工业与精细化学工业约1.2亿~1.5亿美元酶与生活酶与生活酶与生活酶与生活一．