酶工程

（2）内扩散限制效应
（3）内外扩散同时存在的限制效应
第四章 一
反应器的设计与扩大 酶反应器的类别
二 酶反应器的选择
三 酶反应器的设计四 ຫໍສະໝຸດ 反应器的扩大五 酶反应器的操作
酶反应器的类别 1. 搅拌罐式反应器 2. 填充式反应器 3. 流化床反应器 4. 鼓泡式反应器 5. 膜反应器 6. 喷射式反应器
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被荧光标识的水凝胶的共焦点扫描显微镜图
水凝胶构建的蛋白芯片用于生物体内酶活性的检出
酶工程的应用 1.在工业领域的应用
2.在疾病诊断和医疗领域的应用
3.生物传感器和蛋白质芯片 4.在基因工程中的应用
酶的固定化与固定化酶反应动力学
1. 酶的固定化
2. 辅基与辅酶的固定化
3. 固定化酶反应动力学
将酶和微生物包埋在高分子凝胶细微网格中的方法。
2. 与微囊型
将酶和微生物包埋在高分子半透膜中的方法。
酶催化反应的特点及机理 1.酶催化反应的特点 (1) 温和的反应条件 (2)极高的催化效率 (3)高度的专一性：
底物专一性，反应专一性，立体化学专一性
2.酶催化反应的机理
锁 — 匙学说，诱导 — 契合学说
酶反应器的选择
1.基于酶的应用形式的选择
2. 基于酶反应动力学的选择
3. 基于底物酶理化性质的选择
酶反应器的设计 1. 酶反应器类型的确定 2. 反应器制造材料的确定 3. 热量衡算 4. 物料衡算
酶反应器的扩大 1. 2. 经验放大法 因次分析法
3.
4.
时间常数法
数学模拟法
非水介质中的酶催化反应
1.
必需水
2. 水对催化反应速度的影响 3. 水活度
固定化酶制备方法—化学结合法 1. 共价结合法 通过共价键将酶与载体结合的固定化方法 2. 交联法 借助于双功能试剂或多功能试剂、使酶分子间发 生交联作用，制成网状结构的固定方法.
固定化酶制备方法—包埋法 将酶包埋在多孔载体中使酶固定的方法。 1. 网格型包埋法
将酶和微生物包埋在高分子凝胶细微网格中的方法。
质、无机盐、生长因子等。 2.发酵方法的选择 (1) 固体发酵法：浅盘培养、转股培养 (2) 液体深层发酵法:发酵罐内搅拌通气培养 3.发酵条件的控制 (1)溶氧浓度、温度、pH值等环境条件；(2)剪切力；
(3)除泡装置和消泡剂
细胞破碎
固液分离
除部分离
酶 制 剂
产品精制
提纯浓缩
酶
的
分
离
提
纯
过
程
一种蛋白质芯片模型图
1. 非水介质反应体系 2. 酶在非水介质中的性质 3. 有机溶剂对非水介质酶催化反应的影响
4. 水对非水介质中酶催化的影响
5. 非水介质中的酶催化反应类型 6. 非水介质酶催化的应用
非水介质反应体系
1. 微水介质有机体系 2. 与水溶性有机溶剂组成的均一体系 3. 与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系 3. 胶束体系和反胶束体
酶工程
1. 酶的基础知识 (1) 酶的化学本质 (2) 酶催化反应的特点及机理
2. 酶在工程科学中的利用
(1) 酶的来源和生产
(2) 酶的固定化及固定化酶反应器
(3) 酶工程的应用
酶的来源和生产 1.利用天然动植物作为酶源进行生产
2.利用化学合成法进行生产
3.利用微生物作为酶源进行生产
微生物生产酶制剂的优点
酶的固定化
1. 固定化酶的定义 （1）固定化酶的优点；（2）固定化酶的缺点 2. 酶固定化选择需要遵循的基本原则 3. 固定化载体选择的标准 4. 固定化酶制备方法 （1）非化学结合法；（2）化学结合法；（3）包埋法
固定化酶制备方法—非化学结合法
1. 结晶法 2. 分散法 3. 物理吸附法 4. 离子结合法
2. 与微囊型
将酶和微生物包埋在高分子半透膜中的方法。
辅基与辅酶的固定化 1. 辅基的固定化 2. 辅酶的固定化
3.辅酶的再生
固定化酶反应动力学 1. 固定化对酶活性及酶反应系统的影响 （1）构象改变、立体屏蔽和微扰 （2）分配效应和扩散限制效应 （3）固定化对酶稳定性的影响 （4）固定化对酶最适温度的影响 （5） 影响固定化酶性能的因素 2. 固定化酶反应动力学 （1）外扩散限制效应
1. 微生物种类繁多，酶种类齐全
2. 微生物繁殖快、生产周期短、培养简便 3. 微生物具有较强的适应性和应变能力， 可通过适当方法培育出高产酶的菌株
高产酶菌种的获得途径 1.物理诱变和化学诱变途径
2.基因工程和蛋白质工程途径
鼠源抗体工程的实施及效果
鼠源单克 隆抗体
基因克隆重组 大肠杆菌表达
人鼠嵌 合抗体
人源抗 体
人鼠嵌合抗体的效果
1. 减少鼠源抗体的免疫原性 2. 提高人的效应器功能 3. 延长嵌合抗体的半寿期
影响酶生产的主要因素 1.培养基的设计
2.发酵方法的选择
3.发酵条件的控制
影响酶生产的主要因素 1. 培养基的设计 培养基是人工配制的供微生物生长、繁殖、代谢和
合成代谢产物的营养物质。包括碳源物质、氮源物
酶在非水介质中的性质
1. 热稳定性 2. 底物专一性 3. 对映体选择性 4. 区域选择性 5. 化学键选择性
6. pH记忆
有机溶剂对非水介质酶催化反应的影响
1. 有机溶剂对酶的结合水的影响 2. 有机溶剂对酶结构的影响 3. 有机溶剂对底物和产物的影 4. 有机溶剂对酶选择性的影响
水对非水介质中酶催化的影响
CH2 CH NH2 COOH
HOOC
碱性氨基酸：
H2N
Lysine (赖氨酸)
CH2 CH2 CH2 CH2 CH NH2 COOH
非极性氨基酸 ：
CH3
Leucine (亮氨酸）
CH CH3 CH2 CH NH2 COOH
酶蛋白质的结构 1. 一级结构：由氨基酸首尾相连而成的共价多肽链
HN OH O S O HN CH CH2 O C N H CH2 CH O C N N NH (CH2)3 CH O C Ser Arg Ser C NH2
酶蛋白质的化学组成 1. L型α - 氨基酸：天然蛋白质的构件分子
(1) 分类：
极性氨基酸（酸性氨基酸，碱性氨基酸）
非极性氨基酸
(2) 元素组成：碳，氢，氧，氮，硫，其它
2. 有些酶（全酶）除了蛋白质（也叫脱辅酶）外，
还含有辅酶（有机小分子）或辅基（金属离子） 等非蛋白成分
酸性氨基酸：
Aspartic acid (天冬氨酸)
酶工程基础 1. 酶的分类和命名 2. 酶的化学本质、来源和生产 3. 酶催化原理 4. 酶催化反应动力学
酶的分类和命名 习惯分类命名法 国际系统分类命名法
酶的基础知识 1. 酶的化学本质 2. 酶催化反应的特点及机理
酶的化学本质 1. 酶蛋白质的化学组成
2. 酶蛋白质的结构
3. 酶蛋白质的分类
2. 三维结构：通过二硫键和各种非共价键（如：范德华
力、离子键、疏水力等）的作用形成。
蛋白质的分类 1. 依据化学组成分为： 简单酶蛋白质和结合酶蛋白质（全酶） 2. 依据结构分为：
单体酶，寡聚酶，多酶复合体，多酶融合体
固定化酶制备方法—包埋法 将酶包埋在多孔载体中使酶固定的方法。 1. 网格型包埋法