第3节酶工程名师编辑PPT课件.ppt

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1、第节酶工程第节酶工程一、酶的特性一、酶的特性酶是由活细胞产生的具有特殊催化酶是由活细胞产生的具有特殊催化 功能的一类蛋白质。其特点：功能的一类蛋白质。其特点：催化效率高催化效率高专一性强专一性强反应条件温和反应条件温和催化活性受到调节和控制催化活性受到调节和控制 二、酶工程简介二、酶工程简介 .概念：概念：酶工程酶工程是酶学和工程学相互是酶学和工程学相互渗透结合发展而形成一门新的技术学渗透结合发展而形成一门新的技术学科。它是从应用的目的出发研究酶、科。它是从应用的目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功能，并通过工应用酶的特异性催化功能，并通过工程化将相应原料转化成有用物质的技程化将相应原料转化成

2、有用物质的技术。术。.主要内容：主要内容：酶的生产酶的生产分离和纯分离和纯化化酶的固定化酶的固定化酶及固定化酶的反酶及固定化酶的反应器应器酶与固定化酶的应用酶与固定化酶的应用提取法、发酵法和化学合成法提取法、发酵法和化学合成法1 1、提取法：、提取法：直接从动植物或微生物的细胞或组织直接从动植物或微生物的细胞或组织中将酶提取出来。中将酶提取出来。2 2、发酵法：、发酵法：通过微生物发酵来获得人们所需要通过微生物发酵来获得人们所需要的酶。的酶。3 3、化学合成法：、化学合成法：采用化学合成的方法获得酶。但采用化学合成的方法获得酶。但是，成本比较高，并且只能合成已知化学结构的酶。是，成本比较高，并

3、且只能合成已知化学结构的酶。（一）酶的生产（一）酶的生产三、酶的生产与提纯 1、细胞破碎处理、细胞破碎处理 机械破碎法：机械破碎法：利用捣碎机、研磨器或匀浆器等将细胞破碎。利用捣碎机、研磨器或匀浆器等将细胞破碎。物理破碎法：物理破碎法：利用温度差、压力差或超声波等将细胞破碎。利用温度差、压力差或超声波等将细胞破碎。化学破碎法：化学破碎法：利用甲醛、丙酮等有机溶剂或表面活性剂作利用甲醛、丙酮等有机溶剂或表面活性剂作用于细胞膜，使细胞膜的结构遭到破坏或透性发生改变。用于细胞膜，使细胞膜的结构遭到破坏或透性发生改变。酶学破碎法：酶学破碎法：选用合适的酶，使细胞壁遭到破坏，进而在选用合适的酶，使细胞壁

4、遭到破坏，进而在低渗溶液中将原生质体破碎。低渗溶液中将原生质体破碎。(二)酶的分离与提纯3 3、酶的提取、酶的提取改变改变PH值法（酸碱溶液）值法（酸碱溶液）盐溶液提取法盐溶液提取法有机溶剂提取法等有机溶剂提取法等 、提纯、提纯酶分离纯化的方法很多，可利用酶相对分子酶分离纯化的方法很多，可利用酶相对分子质量的大小进行分离纯化，如通过透析的方质量的大小进行分离纯化，如通过透析的方法分离酶等。法分离酶等。2 2、过滤滤液、过滤滤液5 5、冷冻结晶酶蛋白、冷冻结晶酶蛋白6 6、酶制剂、酶制剂注意：酶的纯度要求！载体结合法载体结合法 是将细胞悬液直接与水不溶性的是将细胞悬液直接与水不溶性的 载体载体

5、相结合的固定化方法。相结合的固定化方法。包括包括物理吸附法、离子结合法、共价结合法。物理吸附法、离子结合法、共价结合法。包埋法包埋法将酶包裹在多孔的载体中或将酶包裹在多孔的载体中或凝胶网格内的技术（网络型和凝胶网格内的技术（网络型和微囊型）。微囊型）。四、酶的固定化技术四、酶的固定化技术 交联法交联法 用多功能试剂对细胞进行交联的固定化方法（用多功能试剂对细胞进行交联的固定化方法（交联法使交联法使用的交联剂是戊二醛等水溶性化合物）用的交联剂是戊二醛等水溶性化合物）。无载体法无载体法 靠细胞自身的絮凝作用制备固定化细胞的技术。靠细胞自身的絮凝作用制备固定化细胞的技术。五、酶的五、酶的应用应用1.

6、应用范畴工业方面医药方面环保方面分析检测酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业、医药工业酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业、医药工业和临床诊断等方面。和临床诊断等方面。对传统化学工业的改造和对传统化学工业的改造和“三废三废”处理等具有很大潜力。处理等具有很大潜力。固定化细胞的制备固定化细胞的制备 固定化细胞固定化细胞的定义的定义 将细胞限制或定位于特定空间位将细胞限制或定位于特定空间位 置的方法称为细胞固定化技术。置的方法称为细胞固定化技术。被限制或定位于特定空间位置的被限制或定位于特定空间位置的 细胞称为固定化细胞。细胞称为固定化细胞。固定化细胞的特点固定化细胞的特点 有细胞特性，生物催

7、化剂功能，有细胞特性，生物催化剂功能，固相催化剂特点。固相催化剂特点。优点：优点：无须进行酶的分离纯化无须进行酶的分离纯化 保持酶的原始状态，酶回收保持酶的原始状态，酶回收 率高比固定化酶稳定性高率高比固定化酶稳定性高细胞内酶附助因子可再生细胞内酶附助因子可再生细胞本身含多酶体系细胞本身含多酶体系抗污染能力强抗污染能力强生物体生物体机器机器酶酶复杂高效化学反应。复杂高效化学反应。胃分泌的胃蛋白酶胰脏分泌的淀粉酶、胰蛋白酶和脂肪酶胃分泌的胃蛋白酶胰脏分泌的淀粉酶、胰蛋白酶和脂肪酶第三节第三节 酶工程（酶工程（P112P112）一、酶工程的概念和内容一、酶工程的概念和内容二、酶分析技术二、酶分析技

8、术三、三、酶的生产酶的生产四、四、酶的提取和分离纯化酶的提取和分离纯化五、五、酶的固定化方法酶的固定化方法六、六、酶的应用酶的应用生物体就象是一部十分复杂的机器，在生物体内维持复杂化学反应高效进行的原因，主生物体就象是一部十分复杂的机器，在生物体内维持复杂化学反应高效进行的原因，主要在于生物细胞内具有一系列能催化生物反应的特殊蛋白质要在于生物细胞内具有一系列能催化生物反应的特殊蛋白质酶。生物体内有许多酶，酶。生物体内有许多酶，每种酶各尽其职，催化专一的化学反应。我们每天吃的米饭、鸡蛋、肉类等的食物都必每种酶各尽其职，催化专一的化学反应。我们每天吃的米饭、鸡蛋、肉类等的食物都必须在胃分泌的胃蛋白

9、酶和胰脏分泌的淀粉酶、胰蛋白酶和脂肪酶等的作用下，分解成葡须在胃分泌的胃蛋白酶和胰脏分泌的淀粉酶、胰蛋白酶和脂肪酶等的作用下，分解成葡萄糖、氨基酸、脂肪酸和甘油等小分子，才能透过小肠壁，被组织吸收和利用；人体生萄糖、氨基酸、脂肪酸和甘油等小分子，才能透过小肠壁，被组织吸收和利用；人体生长的时候，体内又会进行各种蛋白质、脂肪等的合成反应，这些合成反应也需要在酶的长的时候，体内又会进行各种蛋白质、脂肪等的合成反应，这些合成反应也需要在酶的催化下完成。在生物体内进行的各种化学反应，几乎都需要在酶的催化下才能顺利地完催化下完成。在生物体内进行的各种化学反应，几乎都需要在酶的催化下才能顺利地完成。一旦酶

10、的正常催化作用遭到干扰破坏，轻则会使生物体表现出某些症状，重则将危成。一旦酶的正常催化作用遭到干扰破坏，轻则会使生物体表现出某些症状，重则将危及生命。及生命。酶酶是一种在生物体内具有新陈代谢催化剂作是一种在生物体内具有新陈代谢催化剂作用的蛋白质。具有反应效率高、条件温和、用的蛋白质。具有反应效率高、条件温和、反应产物污染小、能耗低和反应易控制等特反应产物污染小、能耗低和反应易控制等特点。点。酶工程酶工程又称酶工艺学，就是利用酶的催化作又称酶工艺学，就是利用酶的催化作用，利用酶或者微生物细胞，动植物细胞，用，利用酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等，通过工程学的手段，在一定的生细胞器等，通过工

11、程学的手段，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需要的物反应器中，将相应的原料转化成所需要的产品。产品。一、酶工程的概念和内容一、酶工程的概念和内容 酶的工作效率很高，酶的工作效率很高，-淀粉酶在淀粉酶在6015分钟可使两吨淀粉转化为糊精，分钟可使两吨淀粉转化为糊精，若用酸水解须在若用酸水解须在14O15O高温耐酸设备中至少进行高温耐酸设备中至少进行2小时。小时。目前，人们把酶工程分为生物酶工程和化学酶工程目前，人们把酶工程分为生物酶工程和化学酶工程。主要任务是：主要任务是：(1)(1)采用基因重组技术，利用微生物、动植物细采用基因重组技术，利用微生物、动植物细胞作为生物反应器大量生产酶

12、。目前已成功地生胞作为生物反应器大量生产酶。目前已成功地生产了产了 lOOlOO多种酶。多种酶。(2)(2)通过基因工程技术，使酶基因发生定位突变，通过基因工程技术，使酶基因发生定位突变，产生遗传性修饰酶产生遗传性修饰酶(突变酶突变酶)。(3)(3)设计新酶基因，合成自然界不曾有的新酶。设计新酶基因，合成自然界不曾有的新酶。虽然生物酶工程技术的发展尚处在幼年时代，但虽然生物酶工程技术的发展尚处在幼年时代，但它将开创从分子水平根据遗传设计蓝图，创造出它将开创从分子水平根据遗传设计蓝图，创造出超自然生物机器的新时代。超自然生物机器的新时代。1 1、生物酶工程、生物酶工程2 2、化学酶工程、化学酶工

13、程(1)(1)自然酶，自然酶，是指由生物材料中分离出来的酶。是指由生物材料中分离出来的酶。(2)(2)化学修饰酶化学修饰酶又称又称“生物分子工程生物分子工程”，是通过对酶，是通过对酶分子实行分子实行“手术手术”以达到改构和改性的目的。以达到改构和改性的目的。(3)(3)固定化酶固定化酶，是将酶分子通过吸附、交联、包埋及，是将酶分子通过吸附、交联、包埋及共价键结合束缚于某种特定支持物上而发挥酶的作用。共价键结合束缚于某种特定支持物上而发挥酶的作用。具有能反复使用、产物易纯化、可用微电脑控制，实具有能反复使用、产物易纯化、可用微电脑控制，实行自动化连续化生产等优点。行自动化连续化生产等优点。(4)

14、(4)人工合成酶人工合成酶，模拟酶的催化功能，用化学方法合，模拟酶的催化功能，用化学方法合成具有专一性的催化剂。成具有专一性的催化剂。包括包括酶试剂盒、酶联免疫、酶酶试剂盒、酶联免疫、酶标基因探针、酶传感器标基因探针、酶传感器等等，已经等等，已经在临床诊断、生物工艺过程分析与在临床诊断、生物工艺过程分析与监控、环境监测、检疫、生命科学监控、环境监测、检疫、生命科学研究等方面逐渐取代传统的化学分研究等方面逐渐取代传统的化学分析法。析法。二、酶分析技术二、酶分析技术酶在分析生物技术领域应用也很广。酶在分析生物技术领域应用也很广。（1 1）高果糖浆）高果糖浆 葡萄糖葡萄糖经过异构化经过异构化果果糖。

15、糖。生产上实际上只有生产上实际上只有42%42%45%45%，其余的仍然，其余的仍然是葡萄糖。是葡萄糖。把果葡糖浆中的果糖和葡萄糖分离，将分把果葡糖浆中的果糖和葡萄糖分离，将分离出来的葡萄糖再次进行异构化，如此反复多离出来的葡萄糖再次进行异构化，如此反复多次，最后的混合物中果糖的含量可以达到次，最后的混合物中果糖的含量可以达到70%70%90%90%，形成高果糖浆。，形成高果糖浆。五、酶的应用五、酶的应用加酶洗衣粉中添加了多种酶制剂，加酶洗衣粉中添加了多种酶制剂，如碱性蛋白酶制剂和碱性脂肪酶制剂如碱性蛋白酶制剂和碱性脂肪酶制剂等。等。对人体没有毒害作用对人体没有毒害作用不会污染环境。不会污染环

16、境。（2）加酶洗衣粉）加酶洗衣粉 肌肉组织中含有胶原蛋白，由于肌肉组织中含有胶原蛋白，由于存在着交联键而使肌肉具有很强的机存在着交联键而使肌肉具有很强的机械强度。用嫩肉粉处理年老畜禽的肌械强度。用嫩肉粉处理年老畜禽的肌肉，可以使这类肌肉中的胶原蛋白水肉，可以使这类肌肉中的胶原蛋白水解，使肌肉变软并且易于烹调。解，使肌肉变软并且易于烹调。（3 3）嫩肉粉）嫩肉粉木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶或米曲霉蛋白酶制成。木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶或米曲霉蛋白酶制成。传感器又叫变送器，是一传感器又叫变送器，是一类能将某一种被测物理量变换类能将某一种被测物理量变换成便于传送和处理的另一种物成便于传送和处理的另一种物理量（通常为电量）的器件或理量（通常为电量）的器件或装置。例如，验钞器就是一种装置。例如，验钞器就是一种比较简单的传感器。比较简单的传感器。（4 4）酶传感器）酶传感器菠萝蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、菠萝蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、胃蛋白酶等胃蛋白酶等-胃分泌功能障碍。胃分泌功能障碍。L-L-天冬酰胺酶、白喉毒素天冬酰胺酶、白喉毒素-抗抗肿瘤。肿瘤。胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶-治疗炎症。治疗炎症。激肽释放酶激