酶工程
酶工程的应用
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酶的固定化技术
研究新型的酶固定化技术，提高酶的稳定性和可重复使用性，降低生产成本。
酶工程与其他生物技术的结合应用
酶工程与代谢工程
将酶工程与代谢工程技术相结合，优化微生物细胞工厂的生产过程，提高目标产物的产量和效率。
酶工程与合成生物学
利用合成生物学技术构建人工酶系统，实现新酶类的设计和合成，拓展酶的应用领域。
04 酶工程的未来展望
新酶的发现与开发
发现新酶
通过基因组学和蛋白质组学技术，发现新的酶类，探索其在不同生物体内的功能 和应用潜力。
酶的定向进化
利用进化工程和基因工程技术，对已知酶进行定向进化，提高其催化效率和特异 性，以满足工业生产的需求。
酶的生产与应用技术的改进
高效表达系统
开发高效表达酶的微生物或细胞培养系统，提高酶的生产效率和产量。
基因治疗
酶工程在基因治疗中发挥 关键作用，如用于基因编 辑的酶。
农业领域
生物农药
利用酶工程生产具有生物 活性的酶，可以开发出新 型生物农药，减少化学农 药的使用。
转基因作物
通过酶工程手段改良作物 的遗传性状，提高作物的 抗逆性、产量和品质。
有机肥料
利用酶工程促进有机物料 的分解，提高肥料的利用 率和土壤的可持续性。
酶工程的发展历程
酶的发现与分离提取
酶的固定化技术
自1833年以来，人们开始从动植物组织中 分离提取酶，开启了酶工程的历史。
1960年代，人们开始研究酶的固定化技术 ，使酶能够重复使用，大大提高了酶的工 业化应用价值。
酶的分子改造
酶工程的应用拓展
随着基因工程的不断发展，人们开始对酶 进行分子改造，以改变酶的催化性质和适 应特定反应条件。
(完整word版)酶工程
名词解释1。
酶工程：又叫酶技术，是酶制剂的大规模生产和应用的技术。
2。
自杀性底物:底物经过酶的催化后其潜在的反应基团暴露,再作用于酶而成为酶的不可逆抑制剂,这种底物叫自杀性底物?？3.别构酶;调节物与酶分子的调节中心结合后,引起酶分子的构象发生变化,从而改变催化中心对底物的亲和力，这种影响被称为别构效应，具有别构效应的酶叫别构酶4。
诱导酶:有些酶在通常的情况下不合成或很少合成，当加入诱导物后就会大量合成,这样的酶叫诱导酶5。
Mol 催化活性:表示在单位时间内,酶分子中每个活性中心转换的分子数目6。
离子交换层析9比活力11葡萄糖效应13产酶动力学15双向凝胶电泳20固定化细胞21酶化学修饰1．酶的转换数:酶的转换数Kp.又称为摩尔催化活性,是指每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数.2．酶的催化周期:酶进行一次催化所用的时间。
3．固定化酶的比活力：指每克干固定化酶所具有的6活力单位数，它是酶制剂纯度的一个指标。
4．抗体酶：又称催化行抗体。
是一类具有生物催化功能的抗体分子。
抗体是由抗原诱导产生的抗原特异结构免疫球蛋白,要使机体具有生物催化功能，只要在抗体的可变区赋予酶的催化特性，以及酶的高效催化能力。
是通过人工设计采用现代生物技术而获得的一类新的生物催化剂，有些是自然界原本不存在的。
5．端粒酶：是一种核酸核蛋白，包含蛋白质和RNA两种基本成分.其RNA组分包含有构建端粒的重复序列的核苷酸摸板序列,在合成端粒的过程中，端粒酶以其本身的RNA组分为摸板把端粒的重复序列加到染色体DNA的末端上,使端粒延长。
6．核酶:核酸类酶。
为一类具有生物催化功能的核糖核酸分子。
它可以催化本身RNA剪切或剪接作用，还可以催化其他RNA，DNA多糖，酯类等分子进行反应。
7．KS分段盐析：指在一定温度和PH值条件下，通过改变离子强度使不同的酶和蛋白质分离的方法.8．B分段盐析：指在盐和离子强度条件下，通过改变温度和PH使不同的酶或蛋白质分离的方法.9．凝胶层析：又称凝胶过滤,分子排阻层析，分子筛层析等。
酶工程
第一章绪论酶工程：酶的生产、改性和应用的技术过程。
酶的生产(enzyme production):通过各种方法获得人们所需的酶的技术过程，主要包括微生物发酵产酶、动植物培养产酶和酶的提取与分离纯化等。
酶的改性(enzyme improving ):通过各种方法改进酶的催化特性的技术过程，主要包括酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化和酶定向进化等。
酶的应用(enzyme application):通过酶的催化作用获得人们所需的物质或者除去不良物质的技术过程，主要包括酶反应器的选择与设计以及酶在各个领域的应用等。
酶工程的主要内容包括微生物细胞发酵产酶，酶的提取与分离纯化，酶分子修饰，酶、细胞和原生质体固定化，酶的非水相催化，酶反应器和酶的应用等。
酶工程的主要任务是经过预先设计，通过人工操作，获得人们所需的酶；并通过各种方法使酶充分发挥其催化功能。
酶是一类具有催化功能的生物大分子，亦称生物催化剂。
酶的分类：1、氧化还原酶（oxidoreductase）2、转移酶（transferase）3、水解酶（hydrolase）4、裂解酶（或裂合酶lyase）5、异构酶（isomerase）6、合成酶（synthease）或连接酶（ligase）酶的催化特性：高效性、高度专一性、反应条件温和且活力可调节影响酶催化反应速率的因素：底物浓度的影响，酶浓度的影响，pH、温度的影响，抑制剂的影响，激活剂的影响米氏方程式：[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应速度V max：最大反应速度(maximum velocity)Ｋm：米氏常数(Michaelis constant)米氏常数Km的意义：☐重要特征物理常数，与酶浓度无关。
不同的酶具有不同K m值☐物理意义：Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。
☐Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的Km值。
☐K m值近似等于[ES]的解离常数，可表示酶与底物之间的亲和力：K m值大表示亲和程度小，酶的催化活性低; K m值小表示亲和程度大,酶的催化活性高☐从k m可判断酶的专一性和天然底物。
酶工程
用于加工和生 产一些产品
用于化验诊断和 水质临界测试
用于生物工程 其他分支领域
酶制剂的生产
酶制剂的利用
生物工程各分支领域之间的关系
上游处理技术：基因工程和细胞工程 下游处理技术：发酵工程和酶工程
酶制剂的生产过程
动植物组织细胞 酶的提取分离、纯化
微生物发酵产物
直接利用 酶制剂
固定化酶
谢谢
酶制剂的应用
1、酶制剂可用于治疗疾病。 例如： 从曲霉中提取的淀粉酶可用于治疗消化不良； 溶菌酶可用于抗菌、消炎； 尿激酶可用于治疗血栓病。
2、酶制剂可用于食品加工。
例如： 果胶酶可用于澄清果酒和果汁； 用木瓜蛋白酶制成的嫩肉粉，可以使肉丝、 肉片等烹调后吃起来嫩滑可口。
酶制剂的应用
3、酶制剂用于生产一些药品。 例如：青霉素酰化酶可用于生产氨苄青霉素 4、酶制剂可用于化验诊断 举例：尿糖试纸检验糖尿病
酶工程拓展
享学课堂
目录
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酶的概念 酶工程
酶抑制剂
一、酶的概念
酶的概念
酶(Enzyme)是活细胞产生的一类具有 生物催化作用的有机物。
二、酶工程
酶工程
概念： 是指将酶所具有的生物催化功能， 借助工程学的手段，应用于生产、 生活、医疗诊断和环境保护等方面 的一门科学技术。 包括： 酶制剂的生产 酶制剂的应用
三、酶抑制剂
酶制剂的生产
包括： 酶的生产 提取 分离纯化
液体
固体
制成酶制剂
酶制剂的生产
包括： 酶的生产 提取 分离纯化
液体
固体
制成酶制剂
酶制剂： 分离纯化的酶加入适量的稳定剂、填充剂。 稳定剂： 为了保证在提取过程中不使酶被破坏而加 入的具有保持酶活性的物质。 填充剂： 那些能够改变酶的原有状态，若使浓度增 加，但不改变酶的性质所添加的一些物质。
酶工程
酶工程：又称酶工艺，是围绕酶所特有的催化性能使其在工业、农业医疗保健事业及其其它各方面发挥作用的应用技术，主要为酶制剂的生产和应用。
酶工程的主要内容：1酶的发酵和产2酶的分离纯化3酶和细胞的固定化4酶的分子修饰5酶的发应动力学和反应器6酶电板/酶传感器7酶的应用8有机介质中的酶反应9抗体酶，人工酶和模拟酶使用微生物进行酶生产时，利用微生物的优点：1微生物的种类多，酶种丰富，菌株易诱变2微生物生长繁殖快，易提取酶3培养基价格便宜，微生物培养不受季节，地理限制4发酵生产易自动控制5易获得工程菌，提高酶产率，开发新酶培养基营养成分：碳源，氮源，无机盐，微量元素，生长因子，产酶促进剂发酵条件对产酶的影响因素：温度，PH，通气量，搅拌，泡沫，湿度提高酶产量的方法：1选育优良的产酶细胞株系2添加诱导物3控制阻遏物浓度4添加表面活性剂5添加产酶促进剂提高植物细胞产物产量的途径：1选择高产出的细胞株2代谢途径的调节3控制细胞生长和分化程度4诱导物或加入前体5两相培养及次生产物的释放6毛状根（发根）培养技术酶发酵动力学：研究在发酵过程中细胞生长速度，产物生成以及环境因子对这些速度的影响。
酶的分离纯化:包括三个基本环节：一是抽提，即把酶从材料转入溶剂中来制成酶溶液；二是纯化，即把杂质从酶溶液中除掉或从酶溶液中把酶分离出来；三是制剂，即将酶制成各种剂型。
三个基本原则：1、注意防止酶的变性失活：（1）除少数情况外，所有操作必须在低温下进行，特别是有机溶剂存在时更要特别小心；（2）大多数酶在PH<4或PH>10的条件下不稳定,故不能过酸过碱（3）酶溶液常易形成泡沫而使酶变性,故应防止泡沫的形成（4）重金属能引起酶失活,有机溶剂能使酶变性,微生物污染,蛋白质使酶变性,都必须予以防止2、酶的分离纯化的目的是将酶以外的所有杂质尽可能除去，因此，在不破坏所需酶的条件下，可使用各种“激烈”手段。
此外，由于酶和它的底物，抑制剂等具有亲和性，当这些物质存在时，酶的理化性质和稳定性发生了一定变化，从而提供了更多条件和方法可供采用3、酶具有催化活性，检测酶活性，跟踪酶的来龙去脉，为选择适当的方法和条件提供了直接依据。
酶工程
酶电极具有测试Biblioteka 一、灵敏、快速、简便、准确的优点，并且稳定性较好，可以使用几十次到几百次
酶在有机介质中的催化特性: 底物专一性、对映体选择性、区域选择性、键选择性、热稳定性、PH特性
有机介质中酶催化反应的条件及其控制
酶的固定方法主要有五种：吸附法、包埋法、结合法、交联法。
各自概念和特点
1吸附法：利用各种固体吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面上，而使酶固定化的方法称为物理吸附法，简称吸附法。
物理吸附法制成的固定化酶，酶活力损失少，但酶易脱落，很少实用价值。
2包埋法：将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中，使酶固定化的方法称为包埋法。
1.酶在有机介质中可以催化多种反应，主要包括合成反应、转移反应、醇解反应、氨解反应、异构反应、氧化还原反应、裂合反应等。
酶在有机介质中的各种催化反应受到各种因素的影响，主要有酶的种类和浓度、底物的种类和浓度、有机溶剂的种类、水含量、温度、PH和离子强度等。必须控制好各种条件并根据情况变化加以必要的调节控制。
氨基酸置换修饰的作用
1. 通过修饰可以提高酶活力2通过修饰可以增强酶的稳定性3通过修饰可以使酶的专一性发生改变
酶分子的物理修饰：通过各种物理方法使酶分子的空间构象发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的方法称为酶分子的物理修饰。
固定化酶与一般的水解酶相比具有的优点：
1极易将固定化酶和底物、产物分开；2产物中没有酶的残留，简化了工业设备；3可以反复使用；4可以提高酶的稳定性；5酶反应过程可以加以严格控制；6可以增加产物的收得率，提高产物质量；7酶使用效率提高，成本降低。
酶工程
微生物发酵产酶的前途
• 在医药方向应用比较广泛，生产出了种 类发生那多的药物，有：抗生素，维生素, 动物激素，要用氨基酸，核苷酸等 • 基因工程药品：生长素，重组一干疫苗， 某些单克隆抗体，白细胞介素—-2，抗血友 病因子等系列产品
酶发酵生产的途径 • 包括：固体培养发酵，液体深 层发酵，固体化微生物发酵， 固定化原生质体技术，其中液 体深层发酵是主流发酵技术， 其他都是非主流技术
图和真相
酶的生物合成模式
• 微生物在一定条件下培养生长，其生长 过程经历了调整期；生长期；平衡期和衰 退期阶段。
酶的合成模式四种类型：同步和成型， 延续和成型，中期合成型和滞后合成型
产酶微生物特点
• • • • • 酶的产量高 容易培养和管理 产酶稳定性好 利于酶的分离纯化 安全可靠、无毒性
微生物发酵产酶工艺流程图
保存细胞
细胞活化 原生质体
细胞扩大培养
固定化细胞
固定化原生质体
发酵
预培养 预培养
培养基
分离纯化
无菌空气
酶
酶生产中培养基的配置
• 培养基基本成分： • 碳源：能够为细胞提供碳素化合物的营养物质。 在一般情况下，碳素是为细胞提供能量的能源。 • 氮源：能向细胞提供氮元素的营养物质。 • 无机盐：无机盐的主要作用是提供细胞提供细胞 生命活动所必不可少的各种无机元素。 • 生长因素：细胞生长繁殖所必须的微量有机化合 物，主要包括各种氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素 等。氨基酸是蛋白质的组分；嘌呤、嘧啶是核酸 和某些辅酶或辅机的组分；维生素主要起辅酶作 用。
温度的调节控制
•
温度的调节一般采用热水升温、冷 水降温的方法。为及时的进行温度的 调节控制，在发酵罐或其他生物反应 器中均应设计有足够传热面积的热交 换装置，如：排管、蛇管、夹套、喷 淋管等，并且随时备有冷水和热水， 以满足温度调控的需要
酶工程
细胞呼吸强度Qo2：是指单位细胞量在单位时间内的耗氧量。
细胞浓度Cc:指的是单位体积培养液中细胞的量。 Ko2=Qo2?Cc
溶氧速率Kd：是指单位体积的发酵液在单位时间内溶解氧的量。调节溶解氧的方法：1、调节通气量 2、调节氧的分压 3、调节气液接触时间 4、调节气液接触面积 5、改变培养基的性质
12、简述影响酶提取的主要因素？答：影响酶提取的主要因素：酶在所使用的溶剂中的溶解度以及酶向溶剂相中扩散的速度。①温度：对酶的提取效果有明显影响。适当提高温度，可提高酶的溶解度，也可增大酶分子的扩散速度，但温度过高，易引起变性失活。0-10℃。②pH：溶液的pH值对酶的溶解度和稳定性有显著影响，为提高酶的溶解度,提取时pH值应避开酶的等电点。③体积：增加提取液用量可提高酶的提取率。提取液的总量一般为原料体积的3-5倍。在酶的提取过程中，含酶原料的颗粒体积越小，则扩散面积越大，有利于提高扩散速度。适当的搅拌，可以使提取液中的酶分子迅速离开原料颗粒表面，从而增大两相界面浓度差，有利于提高扩散速率。适当延长提取时间，可以使更多的酶溶解出来，直至达到平衡。在提取过程中，为了提高酶的稳定性，免致在引起酶的变性失活，可适当加入某些保护剂。
名词解释
酶：具有生物催化功能的生物大分子。
酶工程：酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程。
酶活力：指在一定条件下，酶所催化的反应初速度。
酶比活：指在特定条件下，单位质量蛋白质或RNA所拥有的没活力单位数。常用来表示酶的纯度。
酶的生产：是指通过各种方法获得人们所需的酶的技术过程，主要包括微生物发酵产酶、动植物培养产酶和酶的提取与分离纯化等。酶的生产方法：提取分离法、生物合成法、化学合成法。
酶工程
利用离子交换剂上的可解离集团对各种离子的亲和力不同而达到分离目的
以各种多孔凝胶为固定相，利用流动相中所含各种组分的相对分子质量不同而 达到物质分离
亲和层析
层析聚焦ຫໍສະໝຸດ 利用生物分子与配基之间所具有的转移而又可逆的亲和力，使生物分子分离纯化
将酶等两性物质的等电点特性与离子交换层析的特性及合在一起，实现组分分离
能源开发
在全世界开发新型能源的大趋势下，利用微生物 或酶工程技术从生物体中生产燃料也是人们正在 探寻的一条新路。例如，利用植物、农作物、林 业产物废物中的纤维素、半纤维素、木质素、淀 粉等原料，制造氢、甲烷等气体燃料以及乙醇和 甲醇等液体燃料。另外，在石油资源的开发中， 课题。
在现有的废水净化方法中， 在科学技术高度发展 生物净化常常是成本最低 的同时，环境净化尤 而最可行的。微生物的新 其是工业废水和生活 陈代谢过程，可以利用废 污水的净化，作为保 水中的某些有机物质作为 所需的营养来源。因此利 护自然的一项措施， 用微生物体中酶的作用， 具有十分重要的意义。
生物传感器的出现为 环境监测的连续化和 自动化提供了可能， 降低了环境监测的成 本，加强了环境监督 的力度。
环境工程
可以将废水中的有机物质 转变成可利用的小分子物 质，同时达到净化废水的 目的。人们利用基因工程 技术创造高效菌种，并利 用固定化活微生物细胞等 方法，在废水处理及环境 保护工作中取得了显著的 成效。
酶工程的主要用途
食品加工中的应用 轻化工业中的应用
医药上的应用
能源开发
环境工程
食品加工中的应用
帮助和促进食物消化 的酶成为食品市场发 展的主要方向，包括 酶在食品工业中最大 促进蛋白质消化的酶 的用途是淀粉加工， （菠萝蛋白酶、胃蛋 其次是乳品加工、烘 白酶、胰蛋白酶等）， 烤食品及啤酒发酵。 促进纤维素消化的酶 与之有关的各种酶如 （纤维素酶、聚糖酶 淀粉酶、葡萄糖异构 等），促进乳糖消化 酶、乳糖酶、凝乳酶、 的酶（乳糖酶）和促 蛋白酶等占酶制剂市 进脂肪消化的酶（脂 场的一半以上。 肪酶、酯酶）等。
第二章 酶工程
第三章酶工程第一节概述酶工程简介生物工程包括四大技术体系：基因工程，细胞工程，酶工程和发酵工程。
基因工程不是一个独立的生产技术，通过基因工程可以改变生物的产酶量和酶系，真正发挥工业效益的还是发酵工程和酶工程。
酶工程是酶学研究发展和工程学相互渗透、结合，发展成一门新的技术科学—酶工程。
酶工程是工业上有目的的设计一定的反应器和反应条件，利用酶的催化功能，在常温常压下催化化学反应，生产人类需要的产品或服务于其他目的的一门应用技术。
酶工程这一术语出现在20世纪60年代末和70年代初，1971年召开了第一次国际酶工程会议：当时研究的范围包括酶的生产（包括微生物酶的发酵提取及从动植物中提取酶的技术、酶的固定化技术、酶的化学修饰、酶动力学研究、酶反应器的设计和应用及酶在医学、工业、农业、食品等方面的应用）近些年又增加了一些新的内容：酶的化学修饰：通过化学修饰（在分子水平上用化学方法对），提高酶的稳定性、改变其作用专一性或者最是反应条件，增加其稳定性，消除其抗原性（指某些酶能在体内诱导产生抗体而失活）。
模拟酶：根据酶的原理，用人工方法合成具有活性中心和催化作用的非蛋白质结构的化合物。
抗体酶：由于抗体和酶均属于蛋白质，两者都有求于互补性物质，具有相似性，前者结合的是直接的，后者的结合是过渡态的。
抗体酶是将类似酶反应中过渡态结合物注入动物体所诱发出来的一种抗体。
核酸酶：具有催化活性的RNA。
有机相酶反应：极端条件下进行得反应，可以改变某些酶的性质，两种方式：1 在水-水不容的有机溶剂双相体系中反应，底物在水和有机溶剂中溶解度大，产物在有机溶剂中溶解度大；2 采用形成反胶束的方式进行，即酶的水溶液都在表面活性剂的作用下在有机相中形成“油包水”的乳浊液，底物要求是能溶于有机相。
酶标免疫反应：酶传感器：生物传感器中的一类，一般包括两部分，1 固定化酶膜，膜允许被测小分子物质进入膜内，而固定在膜内侧的酶则不能泄到膜外；另一部分是基本传感器，酶膜即覆盖在其上。
酶工程的概念？其主要研究内容和任务有哪些？
1酶工程的概念？其主要研究内容和任务有哪些？概念：酶的生产与应用的技术过程称为酶工程。
内容：微生物细胞发酵产酶、动植物细胞培养产酶、酶的提取与分离纯化、酶分子的修饰、酶，细胞和原生质体固定化、酶的非水相催化、酶反应器和酶的应用。
任务：经过预先设计，通过人工操作，获得人们所需的酶，并通过各种方法使酶充分发挥其催化功能2.什么是核酸酶类？其发现有何重要意义？定义：主要由核糖核酸组成——核酸类酶（R酶）意义：它的发现，改变了有关酶的概念，被认为是最近20年来生物科学领域最令人鼓舞的发现之一。
3.P酶和R酶的分类和命名有何异同？主要由蛋白质组成——蛋白类酶（P酶）;主要由核糖核酸组成——核酸类酶（R酶）P酶的分类原则：a按照酶催化作用的类型，将蛋白质酶类分为六大类b每个大类中，按照酶的作用底物、化学键或基团的不同，分为若干亚类c每一亚类中再分为若干小类d每一小类中包含若干具体的酶命名：根据系统命名法，每一种具体的酶，除了有一个系统名称以外，还有一个系统编号。
系统编号采用四码编码方法。
第一个号码表示该酶属于6大类酶中的某一类，第二个号码表示该酶属于该大类某一亚类，第三个号码表示亚类中的某一个小类，第四个号码表示这一具体的酶在该小类中的序号。
R酶的分类原则：a根据酶作用的底物是其本身RNA分子还是其他分子，可以将R酶分为内催化和分子间催化两大类。
b在每个大类中，根据酶的催化类型不同，将R酶分为若干亚类c在每个亚类中，根据酶的结构特点和催化特性的不同，分为若干小类d在每一小类中包含若干具体的酶4.简述酶活力单位的概念和酶活力的测定方法？概念：在最适条件（温度25℃）下，每分钟内催化1微摩尔（μmol）底物转化为产物所需的酶量为1个酶活力单位，即IU=1μmol /min。
测定方法：化学测定法、光学测定法、气体测定法5.试述酶工程的发展概况与前景？发展概况：1894年，日本的高峰让吉用米曲霉制备得到淀粉酶，开创了酶技术走向商业化的先例。
酶工程
一. 何谓酶工程，试述其主要内容和任务。
酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程。
酶工程的主要内容包括：微生物细胞发酵产酶，动植物细胞培养产酶，酶的提取与分离纯化，酶分子修饰，酶、细胞、原生质体固定化，酶非水相催化，酶定向进化，酶反应器和酶的应用。
酶工程的主要任务是经过预先设计，通过人工操作获得人们所需的酶，并通过各种方法使酶的催化特性得以改进，充分发挥其催化功能。
二. 蛋白类酶和核酸类酶的分类和命名有何异同？按照分子中起催化作用的主要组分的不同，酶可以分为蛋白类酶和核酸类酶两大类别。
它们的分类和命名总原则是相同的，都是根据酶作用的底物和催化反应的类型进行分类和命名。
两者分类与命名的显著区别是蛋白类酶只能催化其他分子进行反应，而核酸类酶既可以催化酶分子本身也可以催化其他分子进行反应。
三. 蛋白类酶的分类原则如下：1.按照酶催化作用的类型，将蛋白类酶分为六大类：第一大类，氧化还原酶；第二大类，转移酶；第三大类，水解酶；第四大类，裂合酶；第五大类，异构酶；第六大类，合成酶；2.每个大类中，按照酶作用的底物、化学键或基团的不同，分为若干亚类；3.每一亚类中再分为若干小类；4.每一小类中包含若干个具体的酶。
四. 核酸类酶采用以下分类原则：1.根据酶作用的底物是其本身RNA分子还是其他分子，将核酸类酶分为分子内催化R酶（自我剪切酶、自我剪接酶）和分子间R酶（RNA剪切酶、DNA剪切酶、多肽剪切酶、多糖剪切酶、氨基酸酯剪切酶、多功能酶）两大类；2.在每个大类中，根据酶的催化类型不同，将R酶分为若干亚类。
五. 酶活力单位：在特定条件下，每1min催化1μmol的底物转化为产物的酶量定义为1个酶活力单位，单位为UI。
六. 酶活力的测定方法：1.根据酶催化的专一性，选择适宜的底物，并配制一定浓度的底物溶液；2.根据酶的动力学性质，确定酶催化反应的温度、pH、底物浓度、激活剂浓度等反应条件；3.在一定条件下，将一定量的酶液和底物溶液混合均匀，适时记下反应开始的时间；4.反应到一定的时间，取出适量的反应液，运用各种生化检测技术，测定产物的生成量或底物的减少量七. 酶的生物合成有生长偶联型、中期合成型、延续合成型和非生长偶联型4种模式。
酶工程名词解释
酶工程名词解释
一、酶工程
酶工程是以酶为有效的生物催化剂，设计、构建、运用和优化不同的复合体（如多肽、蛋白质、核酸、抗原或抗体）在生命过程中进行酶反应的研究和应用。
它涉及技术有基因工程、蛋白质工程、分子生物学以及分子生物计算等。
酶工程主要用于增强活性及特性，修饰活性中心位点，调整热稳定性，改介质和改变温度等来改善反应的速率、生物效率、稳定性以及产物的生产效率。
酶工程是一种创新的可持续发展的生物技术方法，可有效地改进和提高酶的功能，提高活性，改进反应条件以及提高应用性能。
二、酶
酶是一种特殊的蛋白质，它以酶基因的形式存在于细胞中，在体内发生化学反应可以催化，并以消除不必要的化学反应而达到一定目的。
酶有许多作用，比如可以分解有机分子、形成新的分子或改变分子结构，改变酶结构调节性质和功能，可以促进重要化学反应的进行，维持细胞代谢的正常发挥作用，可以帮助细胞适应外界环境变化，抑制和抗毒素的作用。
三、酶的催化机理
酶的催化机理是指酶通过把化学反应的活性中心结合到自身的
活性中心，形成一个活性复合物，使反应次序从量子化学反应的一步
反应，变成现代酶催化反应的多步复杂反应，从而提高反应速率和效率。
酶催化反应的催化机理可分为几个步骤：
1. 抑制反应体：酶将会抑制原始反应体，从而降低反应的活化能；
2. 促进反应发生：酶通过质点，可以促进反应物间的作用力和配位作用力，从而促进反应的发生；
3. 选择性反应：酶可以选择性地使反应物与活性中心结合，从而确保反应发生的选择性；
4. 调节反应进程：酶还可以调节反应的进程，防止反应的不必要产生，保证反应发生的稳定性。
第四章__酶工程原理及其在食品工业中的应用详解
（2）离子吸附法。通过离子效应，将酶分子固定到 含有离子交换基团的固相载体上。 常见的载体：DEAE-纤维素、 DEAE-葡聚糖凝胶、 CM-纤维素、DOWEX-50等。 优点：操作简单，处理条件温和，能得到酶活回收 率较高的固定化酶。 缺点：酶与载体的结合力较弱，当离子强度高、缓 冲液种类或pH值发生变化时，酶容易脱落。
酶工程一般工艺流程示意图
胞外酶
胞内酶 菌种→基因改造→发酵→发酵酶液→预处理→细胞分离→细 胞破壁→碎片分离→提取→精制→酶制剂及其改造 酶制剂 ↓ 原料→前处理→杀菌→酶反应器→反应液→产品提取→成品
（二）酶工程的发展历程 1.20世纪50～60年代早期的酶工程技术，主要是从 动物、植物和微生物原料中提取、分离、纯化制造各种 酶制剂，并将其应用于化工、食品和医药等工业领域。 2.20世纪70年代后期，酶的固定化技术取得了突破， 使固定化酶、固定化细胞、生物反应器与生物传感器等 酶工程技术迅速获得应用。 3.目前，各种酶工程技术已用于制造多种精细化工 产品和医药产品，并且在食品工业、化学检测和环境保 护等各个领域中得到了有效的应用。
（二）非机械破碎法 1.酶溶法 加酶法:常用的有溶菌酶、蛋白酶、糖苷酶等，它们 对细胞壁或细胞膜进行酶解，使细胞破碎。 自溶法：在微生物生长代谢过程中，控制一定条件， 诱发微生物产生少量的溶胞酶或激发自身溶胞酶的活力， 以达到细胞自溶的目的。 2.化学渗透法 用有机溶剂、变性剂、表面活性剂、抗生素或金属 螯合物等处理，使细胞壁或膜的通透性（渗透性）改变， 从而使胞内物质有选择地渗透出来。
（三）根据酶分子电荷性质的方法 1.离子交换层析 根据被分离物质与分离介质（离子交换剂）间异种电 荷的静电引力的不同来进行物质分离的。不同离子交换剂 上的可解离基团对各种离子的亲和力不同，而使不同物质 分离。 离子交换剂根据活性基团的性质分为阳离子交换剂和 阴离子交换剂。酶具有两性性质，可用阳离子交换剂，也 可用阴离子交换剂进行酶的分离纯化。
酶工程
1、酶工程：是在酶的生产和应用过程中逐步形成并发展起来的学科。
2、阻遏蛋白：是一种由多个亚基组成的变构蛋白，它可以通过与某些小分子效应物的特异结合而改变其结构，从而改变它与操纵基因的结合力。
3、发酵动力学：是研究发酵过程中细胞生长速率，产物生成速率、基质消耗速率以及环境因素对这些速率的影响规律的学科。
4、端粒：是真核生物染色体的末端结构，是由富含G和T的DNA简单重复序列不断重复而成。
5、外植体：指从植株取出，经过预处理后用于植物和细胞培养的植物组织（包括根、茎、叶、花、果实、种子等）片段或小块。
6盐析沉淀法：是利用不同蛋白质在不同的盐浓度条件下，溶解度不同的特性，通过在酶液中添加一定浓度的中性盐，使酶或杂质从溶液中析出沉淀，从而使酶与杂质分离的过程。
7、分子内交联修饰：采用双功能基因化合物，与在酶分子中相距较近的两个侧链基团之间形成共价交联，从而提高酶的稳定性的修饰方法称为分子内交联修饰。
8、酶的非水相催化：酶在非水介质中进行的催化作用称为非水相催化。
9、搅拌罐式反应器：是带有搅拌装置的一种罐式反应器。
由反应罐、搅拌器和保温装置组成。
10噬菌体表面展示法：是通过可以锚定在酵母细胞表面的特定蛋白质与某些外源蛋白或多肽形成稳定的复合物，是这些外源蛋白或多肽富集在酵母细胞表面的一种展示技术，是20世纪90年代发展起来的一种基因文库筛选方法。
11、DNA改组（重排）技术：是从正突变基因文库中分离得到的同源DNA，用酶切割成随机片段，经过不加引物的多次PCR循环，使DNA的碱基序列重新排布而引起基因突变的技术过程。
12、生产强度：是指反应器每小时每升反应液所生产的产物克数。
1、酶有哪些显著的催化特性？答：高效性:酶的催化效率比无机催化剂更高，使得反应速率更快；专一性:在一定的条件下，一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物；温和性:酶所催化的化学反应一般都在常温、常压、pH近乎中性的条件下进行的；多样性：酶的种类很多，大约有4000多种；易变性，由于大多数酶是蛋白质，因而会被高温、强酸、强碱等破坏。
第四章 酶工程
化学酶工程
也称初级酶工程，指自然酶、化学修饰酶、固定 化酶以及人工合成酶的研究和应用。 （1）自然酶：由生物材料中分离出来的酶制成的 酶制剂。价格低，生产方式简单；应用方便，不需辅 因子参加；产品种类少，应用范围窄。 （2）化学修饰酶：通过酶分子的化学修饰达到改 性变构的目的。主要用于酶学研究和疾病治疗。
化学结合法
（1）共价结合法：将载体有关基团活化、与酶分 子上的功能团发生化学反应形成共价键的一种固定化 方法；与载体结合的酶功能团有α或ε-NH2，α、β 或γ-羧基，巯基，咪唑基，酚基等，但参与共价结 合的氨基酸残基应当是酶催化活性的非必需基团，否 则可能会导致固定后酶活力完全丧失；
（ 2 ）共价交联法 ：通过双功能或多功能试剂 （交联剂），在酶分子之间或酶分子与微生物细胞 之间形成共价键的连接方法； 常用的交联剂有戊二 醛、异氰酸酯、顺丁烯二酸酐和乙烯共聚物等；
等电点沉淀法
利用蛋白质在等电点时溶解度最低，以及不同 的蛋白质具有不同的等电点这一特性，对酶进行分 离纯化的方法。经常与盐析沉淀、有机溶剂沉淀等 方法一起使用，使其沉淀完全。
有机溶剂沉淀法
利用酶在有机溶剂中溶解度不同而使其分离。 常用有机溶剂：乙醇、丙酮、异丙酮等。
（二）根据酶分子大小和形状不同的方法
酶反应器是完成酶促反应的装臵，研究内容包括 酶反应器的类型、特性；酶反应器的设计、制造及选 择等。
二、酶的生产与分离纯化技术
酶工程
1．酶工程定义：酶工程是一项利用酶、含酶细胞器或细胞（微生物、植物、动物）做为生物催化剂来完成重要化学反应，并将底物转化成有用物质的应用型生物高新技术。
2．酶工程研究的核心内容：1）酶的产生2）酶的分离纯化3）酶的固定化4）酶分子定向改造与修饰5）酶生物反应器6）酶的应用3．近代酶制剂工业的发展的3个里程碑：1、20世纪50年代末，葡萄糖淀粉酶催化淀粉生产葡萄糖新工艺研究成功。
2、70年代末，固定化酰化酶用于拆分DL－氨基酸，开始了固定化酶的应用。
3、各种试剂用于遗传工程，蛋白质工程4．酶的应用可分为7个方面：1、作为一种新的工业催化剂2、用于食品加工3、用做医药4、用作分析试剂5、用于筛选新的生理活性物质6、用于开发新能源7、用于污水处理。
5．酶工程研究的技术方法：1、酶的分离纯化。
2、酶的固定化。
3、酶蛋白的化学修饰4、侧链修饰5、酶的亲和修饰6、酶的化学交联7、酶分子的定向改造6．酶的化学本质：除核酶外，酶的化学本质都是蛋白质7．酶的活性中心：酶分子上必需基团比较集中并构成一定空间构象、与酶的活性直接相关的结构区域称为酶的活性中心或活性部位。
8．酶的特点：1）都有结合部位和催化部位2）活性中心只占酶分子很小一部分3）酶的高级结构是一个三维实体4）诱导契合5）酶活性中心位于酶分子表面一个裂缝内6）酶与底物结合一般是通过氢键、范力和疏水作用等次级键相结。
9．酶催化作用的特点：1、酶的温和性2、酶的专一性3、酶的高效性4、酶的可调性10．反应速率：是以单位时间内反应物的减少量和产物的生成量来表示，通常指底物浓度消耗不超过5％时的速率。
10．米氏方程，米氏常数的意义11．双底物酶促反应动力学1）顺序机制：酶结合底物和释放产物是按顺序先后进行的①有序顺序机制②随机顺序机制2）乒乓机制12．1、酶活力概念：又称酶活性，酶催化某一化学反应的能力2、酶活力单位：表示酶量多少的单位3、酶的比活力：比活力＝活力单位数/每毫克酶蛋白4、转换数：表示酶催化中心的活性，它是指单位时间内每一催化中心所能转换的底物分子数或每mol活性中心单位时间转换13．产酶微生物的种类：1、细菌2、放线菌：蛋白酶、葡萄糖异构酶、溶菌酶等3、酵母菌：酿酒酵母4、霉菌：14．产酶微生物的来源：1、土壤中的产酶微生物2、水体中的产酶微生物3、空气中的产酶微生物4、极端环境中的产酶微生物15．原生质体融合的亲本、培养基和遗传标记的选择1、亲本菌株的选择：1）原始亲本2）直接亲本2．培养基：①完全培养基②基本培养基③有限培养基④补充培养基16．酶合成调节的类型1）诱导：凡能促进酶生物合成的现象。
酶工程
二、酶工程简介由酶学与化学工程、基因工程、微生物学技术相结合而产生的一门新的技术科学。
它从应用目的出发，研究酶的产生、酶的制备与改造、酶反应器以及酶的各方面应用。
（酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程）分为：化学酶工程与生物酶工程。
1.化学酶工程（初级酶工程）酶化学与化学工程技术相结合的产物。
主要研究内容：酶的制备、酶的分离纯化、酶与细胞的固定化技术、酶分子修饰、酶反应器和酶的应用。
2. 生物酶工程（高级酶工程）在化学酶工程基础上发展起来的、酶学与现代分子生物学技术相结合的产物。
生物酶工程主要研究内容（1）用基因工程技术大量生产酶（克隆酶）（2）用蛋白质工程技术定点改变酶结构基因（突变酶）（3）设计新的酶结构基因，生产自然界从未有过的性能稳定、活性更高的新酶。
当前酶工程的主要任务是：研制分解纤维素和木质素的酶、使低分子有机物聚合的酶、检测用酶、能分解有毒物质的酶及废物综合利用酶。
利用基因工程技术开发新酶品种和提高酶产量。
固定化酶和细胞、固定化多酶体系及辅助因子再生体系，特定生物反应的研究和应用。
用微生物和动植物组织研究生物传感器。
非水系统的反应技术，酶分子的修饰与改造以及酶型高效催化剂的人工合成研究。
一、酶的分类（一）根据酶的化学组成可将酶分为：1.单纯蛋白酶类：只含有蛋白质成分2.结合蛋白酶类（全酶）：含有蛋白成分（酶蛋白）和非蛋白成分（辅助因子）二）根据酶蛋白结构特点可将酶分为单体酶：以一个独立的三级结构为完整生物功能分子的最高结构形式的酶。
寡聚酶：以一个独立的四级结构为完整生物功能分子的最高结构形式的酶。
多酶复合体：由多种酶彼此镶嵌成一个功能完整的具有特定结构的复合体, 它们相互配合依次进行，催化连续的一系列相关反应。
国际酶学委员会（EC）规定，每个酶都有唯一的特定标码，其书写方式是：EC 数字.数字.数字.数字乙醇脱氢酶的编码是： EC1.1.1.1第一个“1”——第1大类，即氧化还原酶类；第二个“1”——第1亚类，供氢体为CHOH；第三个“1”——第1亚亚类，受氢体为NAD+；第四个“1”——在亚亚类中的顺序号。
生物工程的酶工程
生物工程的酶工程酶工程是生物工程领域中的一个分支，它涉及到利用酶在生物体内或外的产生、提取、纯化和改性等过程，以实现对酶的研究、开发和应用。
酶是一类特殊的蛋白质，具有催化作用，能够加速化学反应的速率，同时具有高效、选择性和可控性等特点，因此在医药、食品、化工等领域具有广泛的应用前景。
第一部分：酶的特性及应用1. 酶的特性酶是由生物体合成的蛋白质，具有特异性、高效性和可逆性等特点。
酶可以加速生物体内的化学反应，降低反应的活化能，提高反应速率。
酶还可以在温和的条件下催化反应，具有较好的选择性，可以实现对具体底物的特异性催化。
2. 酶在医药领域的应用酶在医药领域具有广泛的应用，包括制药、诊断和治疗等方面。
例如，酶可以用于生产制剂，合成抗生素和药物原料。
酶还可以作为诊断试剂，用于检测特定疾病的标志物。
此外，酶还可以用于生物催化，催化特定底物转化成特定产物，用于治疗疾病。
3. 酶在食品领域的应用酶在食品领域也有广泛的应用。
酶可以用于食品加工，例如面包中的酵母发酵和奶酪中的乳酸菌发酵。
酶还可以用于食品改良，例如果汁澄清、酒精酿造和乳制品生产等。
此外，酶还可以用于食品保鲜，延长食品的保质期。
第二部分：酶工程的研究与开发1. 酶工程的研究内容酶工程的研究主要包括酶的筛选、酶的改造和酶的表达等方面。
通过筛选具有良好催化性能和稳定性的酶，可以用于特定反应的催化。
通过酶的改造，可以提高酶的催化效率、耐温性和耐酸碱性等性质。
通过酶的表达，可以将酶产生的菌株进行工业化生产。
2. 酶工程的开发应用酶工程的开发应用主要涉及到生产酶制剂、生产酶催化反应和生物催化合成等方面。
通过工程菌株的发酵和酶的提取纯化等工艺，可以大规模生产酶制剂，并应用于医药、食品和化工等领域。
酶催化反应可以用于制备特定化合物，例如生产饲料中的氨基酸和食品中的添加剂等。
生物催化合成可以利用酶催化合成具有特定功能的化合物，例如合成抗癌药物和氨基酸等。
第三部分：酶工程的挑战与前景1. 挑战酶工程面临的挑战主要包括酶的稳定性、催化效率和特异性方面的改进。
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16
趋势判断和需求分析
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。
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17
生物催化发展的主要推动力
2002年全球转基因植物种植面积达5870万公顷，16 个国家600万农民以种植转基因作物为主
预计到2020年全球转基因作物的种植面积将超过天然 作物
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7
工业生物技术产业
能源生物技术 环保生物技术 生物材料：聚交酯、聚乳酸、生物钢 提升传统产业：化学工业、制药工业、发酵工
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
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9
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
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10
典型工业生物技术过程
细胞
酶
生物催化剂 （游离或固定化）
空气Βιβλιοθήκη 检测控 制仪表除 菌
产品提取纯化
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22
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
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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
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生物催化的类型与方式
项目 类型
方式
含酶整细胞
生长细胞 休止细胞 冻干细胞 处理或修饰细胞
游离细胞 微胶囊，微乳状液
固定化细胞
分离纯化酶
细胞萃取液 纯酶制剂
处理或修饰酶 多酶系统
游离状态 微胶囊，微乳状液
固定化酶
催化反应相
水溶液 含有有机溶剂的水溶液 水—有机溶剂的双相系统
有机溶液
水溶液 含有有机溶剂的水溶液 水—有机溶剂的双相系统
水微溶有机溶液
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20
生物催化研究的主要内容
生物催化剂的来源 生物催化剂的获得是生物催化的根本。 生物催化剂的改造 通过改造使催化剂更适于工业反应条
件。
生物催化反应的过程工程 通过对催化过程中影响机制及
调控方法的研究，实现生物催化加工过程的最优化。
生物催化反应器酶反应器和微生物反应器
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生物催化剂工程的目标
开发生物催化剂：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
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
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18
The Biocatalysis Cycle
新兴、前沿学科往往在学科交叉中产生
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3
生物技术的具体应用
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
。 。 。 。
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4
生物技术产业化的三个浪潮
医药生物技术 农业生物技术 工业生物技术
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5
医药生物技术产业
1982年重组人胰岛素上市 至2000年已有基于48种重组蛋白的117种基因工程
14
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－APA
0.9万吨/年
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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%。
业 “美国21世纪发展规划”中预测到2020年生
物催化技术将使化学工业的原材料单耗、能耗、 水耗、污染排放和污染扩散均下降30%。
工业生物催化是工业生物技术产业的核心技术
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8
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
药物上市，销售额达300亿美元，占药品市场的9%。 预计至2010年生物技术药物销售额将达1500亿美
元，占药品市场的25%。 组织工程、基因治疗、分子和生物指纹诊断等生
长点将形成新兴产业。 医药生物技术产业仍将是先导和主流。
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6
农业生物技术产业
1993年转基因西红柿上市
1996年转基因大豆、玉米上市
生物转化（Biotransformation)
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12
生物催化相关学科和应用领域
医用诊断分析
微生物学 分子生物学 酶学
生物化学 有机化学 过程化学
工业生物技术 （生物催化）
动力学 反应工程 反应器设计
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采矿
药物 食品、营养 动物饲料 植物保护
造纸和纸浆 化学品
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生物反应器
（灭菌）
原材料
底物
营养物 培养基
经加工 原料
机械能 热能
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副产品 产品 废物
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生物催化（Biocatalysis)
利用酶或有机体（细胞或细胞器等）作 为催化剂实现化学转化的过程。
生物催化是利用生物催化剂（主要是酶或微生物）来改 变（通常是加快）化学反应速度的作用，有时也称为 生物转化。
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1
第一章 绪论
第一节 生物催化 第二节 酶工程的研究内容 第三节 国内外酶制剂工业概况 第四节 工作中应注意的事项
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2
第一节 生物催化
生物学
生物
生物
化学 生物 工程
技术
化学
化学 工程
工程学
生物催化是随着生物科 学与生物技术研究的迅 速发展而发展的，特别 是酶学研究和酶工程的 迅速发展，以及有机化 学、生物化学、微生物 学的基本原理与化学工 程的有机结合和相互渗 透，从而发展而成的一 门新的边缘技术科学。