酶工程研究及应用
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
mdi tn e ye, z e,b m e ye ei d g t a lao o e ye i en i o fao o n m sro m az e,n m l l g a h pi tn n m ege g i i f c z i y b y z a n r n e ci f b u d p z nn r n i i ur Te p toe ye i en 二 ao le. n s . p s c f m eg e g l e o d d t h r es n y o z nn r i s x r p K y rsez e i e gez e oi aoro m ; m ; itn : m eg e n; m imbit; y eaz eapc i ew d n o y nn r n i y m l ii z z b b y plao
糖昔酶 A 其热稳定性和抗蛋白酶的性能都有明显 ,
增加〔o 酶与高分子化合物结合, s () l 3 主要有聚乙烯
20 年第 9 05 期
陈红霞: 酶工程研 究及应用
摘 要: 酶工程是现代生物技术的重要组成部分, 它作为一项高新技术将为各工业的发展起重要推动 作用。介绍了酶固定化、 基因工程菌( 细胞) 的固定化、 植物细胞培养产酶、 酶的化学修饰、 核酸酶、 抗体酶、 酶标药物的理论和技术研究的最新进展以及酶工程在各工业中的应用, 对酶工程的发展前景进行了探讨。
常用的载体有纤维素、 琼脂、 对氨基苯磺酞(BE AS)
一 纤维素、 聚丙烯酞胺凝胶、 对氨基苯纤维素及苯胺 多孔玻璃等; 包埋法是将酶( 细胞) 限制于凝胶网格 内或微囊中的技术 , 如底物及产物为易溶于水的小 分子时, 可采用此法制备固定化生物催化剂。载体 有聚乙烯醇、 卡拉胶 、 海藻胶 、 、 琼脂 血纤维、 胶原蛋 白、 聚丙烯酞胺凝胶、 丙烯酸高聚物等; 选择性热变 性技术是将酶限制于细胞内, 但细胞内酶不变性的 技术。工业中包埋法应用较多, 其次是吸附法。目 前已用的生物催化剂有酶膜、 酶片、 、 酶块 酶纤维、 酶 珠、 酶管和酶微囊等形状。 固定化细胞包括微生物细胞、 动物细胞和植物 细胞, 前更多地注重活细胞和增殖细胞的固定化。 目 植物细胞固定化大多采用包埋法, 处于静止生长期 的植物细胞用琼脂、 琼脂糖 、 海藻酸钙或角叉菜胶固 定, 可获得较高活力的酶制剂。也可用聚氨醋、 尼龙 或聚丙烯酞胺在有细胞存在时聚合成胶。至今已报 道了固定化南洋金花、 烟草、 卜 胡萝 等十多种细胞的 研究, 植物细胞固定化技术在进行中药有效成分的 生产应用的研究有更好的前景。动物细胞固定化只 有吸附和包埋法得以成功。目 前动物细胞微囊化法 用得最多的是聚赖氨酸/ 海藻酸(L/ L ) 细胞 PLA G 法, 生长密度可达 1 一 0。未来将有一大批具有生物 0 1 8 9 活性的蛋白质可依赖固定化细胞在生物体外大规模
特异性, 从而使核酸酶具有很大的应用价值, 只要知 道某种核酸酶的核昔酸序列, 就可以设计合成催化 其自 我切割和断裂的核酸组成, 根据这些基因组的 全部序列, 就可以设计并合成出防治有这些病毒引
起的人、 畜和植物病毒病的核酸酶, 如能够防治流 感、 肝炎、 艾滋病和烟草花叶病等。核酸酶也可以治 疗某些遗传病和癌症, 还可以用作研究核酸图谱和
色氨酸合成酶工程菌[。 2 l
13 植物细胞培养产酶 .
是2 世纪8 年代发展起来的新技术。首先选 0 0
择适宜的植物外植体, 经诱导、 选育得到优良的植物 细胞, 再在人工控制条件的生物反应器中培养植物 细胞, 以生产色素、 香精和药物等次级代谢物。植物 细胞培养不受地理环境和气候条件等的影响, 具有 生产周期短、 产率高等显著特点, 已经发展成为生物
i ol t o g e a e ied rrnm(e)eye d t b pn c ctec m a m bzi f t l nn r m og i cl,nm p ui y t u , il m ia i o e i y ee i oas l z r c n l e u r h c nc g c o o a l l e
醇法、 聚顺丁烯二酸配法等。酶与高分子化合物结 合后, 可以增加酶的稳定性和活力。例如抗白血病 药物天冬酸的游离氨作用、 酞化反应进行修饰后, 该 酶在血浆中的稳定性有很大提高; 胰凝乳蛋白酶与 水溶性大分子化合物右旋糖配结合后, 其催化活力
提高4 “ 常用修饰剂主 倍[。 】 要有乙 f氮 酸f、 芥类、 磷 氧酞氯、 环氧丙烷、 重氮盐类、 经胺等〔。 7 1
14 酶的化学修饰 .
酶的化学修饰是指利用化学手段将某些化学物 质或基团结合到酶分子上, 或将酶分子的某部分删 除或置换, 改变酶的理化性质, 最终达到改变酶的催 化性质的目的。目 前修饰剂的选用和修饰方法上有 较大进展:1修饰酶的功能基团, () 如氨基、 经基、 咪 哇基等可离解基团; 有酞化法、 烷基化法、 丹磺酞氯
法等, 如抗白 血病药物天冬酞 胺酶叫, 修饰后可使 经
其在血浆中的稳定性提高数倍。() 2进行酶分子内 或分子间交联 , 应用某些双功能试剂分子两端的功 能基团如醛基等可使酶分子内或分子间肤链的两个 游离氨基分别发生交联, 主要有右旋糖昔嗅化氰法、
毅二亚胺法、 戊二醛法等。例如交联后的人 a 半 一
素、M ,EE S h e等; CCDA 一 eax 共价结合法是将酶 pd
‘ 细胞) 与载体之间通过共价健结合而固定的技术,
收稿 日期二 0 一 5 7 2 5 0 一1 0
作者简介: 陈红霞(92 , 山东济宁人, 1 一)女, 6 副教授, 主要研究方
向: 酶工程及应用。
15 核酸酶和抗体酶 .
核酸类酶是一类由核糖核酸 (N ) R A 组成的酶, 进一步的研究发现核酸酶不仅可以作用 R A和 N D A而且还作用于多糖、 N, 氨基酸醋等底物。核酸酶 还同时具有信使编码功能和催化功能, 实现遗传信
息的复制、 转录和翻译; 核酸酶具有核酸序列的高度
7 d 上[。 用DN 0 以 I 应 A 重组技术建立了 0 ] 丝氨酸和
陈红霞: 酶工程研究及应用
20 年第 9 05 期
的合成。
12 基因工程菌( . 细胞) 的固定化
生物细胞合成的酶量由于机体生命活动平衡调 节的需要, 一般不会表达出很高的浓度, 从而限制了 直接利用天然酶来解决更多化学反应的可能性, 应 用基因重组技术将生物细胞中存在的极少的催化某 一生化反应的酶通过基因扩增和增强表达, 建立高 效表达特定酶制剂的基因工程菌或基因工程细胞, 从而进一步构建成固定化工程菌或固定化工程细胞 的新一代催化剂。如德国B M公司应用蛋白质工程 技术对表达青霉素酞化的基因进行点突变改造, 重 建了青霉素酞化酶工程菌, 从而大大延长了固定化 青霉素酞化酶的使用半衰期, 其酶柱可连续使用
基因表百度文库的工具〔。 “ 〕 抗体酶 ( z e又称为催化性抗体, b m ) Ay 一类具有
生物催化功能的抗体分子。抗体酶可以采用诱导法 和修饰法获得。修饰法是采用分子修饰技术, 将抗 体结合部位的结构改变成为酶分子的活性中心, 从 而产生有催化活性的抗体。诱导法可以采用某种酶 为抗原, 诱导生成该酶的抗体, 再以该酶的抗体为抗 原诱导抗体的产生。这样, 抗体的结合部位与作为 抗原的酶的活性中心具有相同的构象, 就有可能筛 选得到抗体酶。也可以采用某种化合物为半抗原, 将它与蛋白质相结合后作为抗原, 诱导抗体酶的产
酶共固定在一种载体上或分别固定后串联在一起使 用; 固定化各类激酶构成 AP T 再生系统。固定化的 方法主要有吸附、 共价结合、 包埋和选择性热变性 等。固定化过程必须使用水不溶性固体支持物( 载 体) 。吸附法是利用吸附剂、 表面作用力或离子交换 剂电性作用将酶( 细胞) 定位于载体表面的技术, 当 底物或产物为大分子或水溶性较差的小分子物质 时, 常采用此法制备固定化生物催化剂。常用载体 有活性炭、 氧化铝、 皂土、 白土、 高岭土、 多孔玻璃、 硅 胶、 石英砂、m ei I , eiI, E 纤维 A bre A b l R D A 一 l R r re E t A n t
1 酶工程技术
11 固定化酶和固定化细胞 .
固定化酶是指将可溶的自 然酶束缚在特定的支 持物上或固定在局限的空间, 并能发挥催化作用, 而
固定含酶的细胞则形成固定化细胞。我国研制过的 固定化酶或细胞已有 5 种左右, 0 可分为 3 种类型: 固定化单酶或含特定酶的细胞; 固定化双酶, 将两种
S m 2 N . u 1 0 o9
化 学 工 程 师 Ce i l ni e hmc Eg e a nr
20 年 9 05 月
文章编号: 0 一12 ( 0 ) 一 09 0 1 2 1 2 50 02 一 4 0 4 0 9
综
酶工程研 究及应用
陈红霞
( 山东济宁职业技术学院 生物化学工程系, 山东 济宁 223) 707
关键词: 酶工程; 酶的固定化; 核酸酶; 抗体酶 ; 应用
中图分类号:8 Q1 4
A 文献标识码:
ad p ct n ezme n a lai o ny p i o f
C E Hn 一 i H N g x o a (e r e oB ly m t, Vcia n e noc o g Ji 7 3 Ci ) ng a n a Tc ogaCl e in2 0 , a Dpt n f gCei Ji o t l h lil , g 7 h a t i m o h s i o y r n o d l n 2 e n
工程研究和 开发的 重要领域。 郭勇等人「 z 」 先后进行
了植物细胞培养生产次级代谢物的研究, 选育出了 优良的木瓜细胞、 大蒜细胞、 鼠尾草细胞、 玫瑰茄细 胞、 黄花篙细胞、 胡萝 卜 细胞 、 巴戟天细胞和银杏细 胞等, 分别用于生产木瓜蛋白酶、 木瓜凝乳蛋 白酶、 过氧化氢酶、 超氧化物歧化酶等药用酶以及色素、 药 物等次级代谢物。
生[。 2 抗体酶已 1 经用于酶作用机理的 研究、 手性药 物的 合成和拆分、 抗癌药物的 制备[0 [ 6 l
16 酶标药物 .
近来, 人们可以根据药物在生物体内可能的作 用目 如酶或受体来设计药物, 标, 由此获得的药物被 称为酶标药物。目 前这种设计方法已成为药物设计 的主流, 在新药设计中发挥了巨大作用。血管紧张 素肤转换酶(C ) A E抑制剂是酶标药物的一个成功的 实例, 它已经成为重要的、 常用的降压药物。细菌对 青霉素的耐药性, 是由于在青霉素的诱导下大量合 成青霉素酞胺酶, 从而大大加快青霉素的水解造成 的。人们已经能够利用青霉素酞胺酶除去青霉素分 子中的节基, 代之以其他基团而获得能够抗青霉素
A sa : e n rg n oa c on a omd n e nli, l g aee i n m e ien ia ipt t p i p t o rb thogst te t t bt c Ez n e r t y g i s m rn o sg f e i c oe i i a r fc n m r o w k e i ur、a thog. e a a e n m ege n re c i l es h n m imbit ns dt y n e n o T n d n ie ye i e g a h u s a e ye oi a e c ly h e v c n w w z n n r e r n d u s i s c c z m l i z o,
糖昔酶 A 其热稳定性和抗蛋白酶的性能都有明显 ,
增加〔o 酶与高分子化合物结合, s () l 3 主要有聚乙烯
20 年第 9 05 期
陈红霞: 酶工程研 究及应用
摘 要: 酶工程是现代生物技术的重要组成部分, 它作为一项高新技术将为各工业的发展起重要推动 作用。介绍了酶固定化、 基因工程菌( 细胞) 的固定化、 植物细胞培养产酶、 酶的化学修饰、 核酸酶、 抗体酶、 酶标药物的理论和技术研究的最新进展以及酶工程在各工业中的应用, 对酶工程的发展前景进行了探讨。
常用的载体有纤维素、 琼脂、 对氨基苯磺酞(BE AS)
一 纤维素、 聚丙烯酞胺凝胶、 对氨基苯纤维素及苯胺 多孔玻璃等; 包埋法是将酶( 细胞) 限制于凝胶网格 内或微囊中的技术 , 如底物及产物为易溶于水的小 分子时, 可采用此法制备固定化生物催化剂。载体 有聚乙烯醇、 卡拉胶 、 海藻胶 、 、 琼脂 血纤维、 胶原蛋 白、 聚丙烯酞胺凝胶、 丙烯酸高聚物等; 选择性热变 性技术是将酶限制于细胞内, 但细胞内酶不变性的 技术。工业中包埋法应用较多, 其次是吸附法。目 前已用的生物催化剂有酶膜、 酶片、 、 酶块 酶纤维、 酶 珠、 酶管和酶微囊等形状。 固定化细胞包括微生物细胞、 动物细胞和植物 细胞, 前更多地注重活细胞和增殖细胞的固定化。 目 植物细胞固定化大多采用包埋法, 处于静止生长期 的植物细胞用琼脂、 琼脂糖 、 海藻酸钙或角叉菜胶固 定, 可获得较高活力的酶制剂。也可用聚氨醋、 尼龙 或聚丙烯酞胺在有细胞存在时聚合成胶。至今已报 道了固定化南洋金花、 烟草、 卜 胡萝 等十多种细胞的 研究, 植物细胞固定化技术在进行中药有效成分的 生产应用的研究有更好的前景。动物细胞固定化只 有吸附和包埋法得以成功。目 前动物细胞微囊化法 用得最多的是聚赖氨酸/ 海藻酸(L/ L ) 细胞 PLA G 法, 生长密度可达 1 一 0。未来将有一大批具有生物 0 1 8 9 活性的蛋白质可依赖固定化细胞在生物体外大规模
特异性, 从而使核酸酶具有很大的应用价值, 只要知 道某种核酸酶的核昔酸序列, 就可以设计合成催化 其自 我切割和断裂的核酸组成, 根据这些基因组的 全部序列, 就可以设计并合成出防治有这些病毒引
起的人、 畜和植物病毒病的核酸酶, 如能够防治流 感、 肝炎、 艾滋病和烟草花叶病等。核酸酶也可以治 疗某些遗传病和癌症, 还可以用作研究核酸图谱和
色氨酸合成酶工程菌[。 2 l
13 植物细胞培养产酶 .
是2 世纪8 年代发展起来的新技术。首先选 0 0
择适宜的植物外植体, 经诱导、 选育得到优良的植物 细胞, 再在人工控制条件的生物反应器中培养植物 细胞, 以生产色素、 香精和药物等次级代谢物。植物 细胞培养不受地理环境和气候条件等的影响, 具有 生产周期短、 产率高等显著特点, 已经发展成为生物
i ol t o g e a e ied rrnm(e)eye d t b pn c ctec m a m bzi f t l nn r m og i cl,nm p ui y t u , il m ia i o e i y ee i oas l z r c n l e u r h c nc g c o o a l l e
醇法、 聚顺丁烯二酸配法等。酶与高分子化合物结 合后, 可以增加酶的稳定性和活力。例如抗白血病 药物天冬酸的游离氨作用、 酞化反应进行修饰后, 该 酶在血浆中的稳定性有很大提高; 胰凝乳蛋白酶与 水溶性大分子化合物右旋糖配结合后, 其催化活力
提高4 “ 常用修饰剂主 倍[。 】 要有乙 f氮 酸f、 芥类、 磷 氧酞氯、 环氧丙烷、 重氮盐类、 经胺等〔。 7 1
14 酶的化学修饰 .
酶的化学修饰是指利用化学手段将某些化学物 质或基团结合到酶分子上, 或将酶分子的某部分删 除或置换, 改变酶的理化性质, 最终达到改变酶的催 化性质的目的。目 前修饰剂的选用和修饰方法上有 较大进展:1修饰酶的功能基团, () 如氨基、 经基、 咪 哇基等可离解基团; 有酞化法、 烷基化法、 丹磺酞氯
法等, 如抗白 血病药物天冬酞 胺酶叫, 修饰后可使 经
其在血浆中的稳定性提高数倍。() 2进行酶分子内 或分子间交联 , 应用某些双功能试剂分子两端的功 能基团如醛基等可使酶分子内或分子间肤链的两个 游离氨基分别发生交联, 主要有右旋糖昔嗅化氰法、
毅二亚胺法、 戊二醛法等。例如交联后的人 a 半 一
素、M ,EE S h e等; CCDA 一 eax 共价结合法是将酶 pd
‘ 细胞) 与载体之间通过共价健结合而固定的技术,
收稿 日期二 0 一 5 7 2 5 0 一1 0
作者简介: 陈红霞(92 , 山东济宁人, 1 一)女, 6 副教授, 主要研究方
向: 酶工程及应用。
15 核酸酶和抗体酶 .
核酸类酶是一类由核糖核酸 (N ) R A 组成的酶, 进一步的研究发现核酸酶不仅可以作用 R A和 N D A而且还作用于多糖、 N, 氨基酸醋等底物。核酸酶 还同时具有信使编码功能和催化功能, 实现遗传信
息的复制、 转录和翻译; 核酸酶具有核酸序列的高度
7 d 上[。 用DN 0 以 I 应 A 重组技术建立了 0 ] 丝氨酸和
陈红霞: 酶工程研究及应用
20 年第 9 05 期
的合成。
12 基因工程菌( . 细胞) 的固定化
生物细胞合成的酶量由于机体生命活动平衡调 节的需要, 一般不会表达出很高的浓度, 从而限制了 直接利用天然酶来解决更多化学反应的可能性, 应 用基因重组技术将生物细胞中存在的极少的催化某 一生化反应的酶通过基因扩增和增强表达, 建立高 效表达特定酶制剂的基因工程菌或基因工程细胞, 从而进一步构建成固定化工程菌或固定化工程细胞 的新一代催化剂。如德国B M公司应用蛋白质工程 技术对表达青霉素酞化的基因进行点突变改造, 重 建了青霉素酞化酶工程菌, 从而大大延长了固定化 青霉素酞化酶的使用半衰期, 其酶柱可连续使用
基因表百度文库的工具〔。 “ 〕 抗体酶 ( z e又称为催化性抗体, b m ) Ay 一类具有
生物催化功能的抗体分子。抗体酶可以采用诱导法 和修饰法获得。修饰法是采用分子修饰技术, 将抗 体结合部位的结构改变成为酶分子的活性中心, 从 而产生有催化活性的抗体。诱导法可以采用某种酶 为抗原, 诱导生成该酶的抗体, 再以该酶的抗体为抗 原诱导抗体的产生。这样, 抗体的结合部位与作为 抗原的酶的活性中心具有相同的构象, 就有可能筛 选得到抗体酶。也可以采用某种化合物为半抗原, 将它与蛋白质相结合后作为抗原, 诱导抗体酶的产
酶共固定在一种载体上或分别固定后串联在一起使 用; 固定化各类激酶构成 AP T 再生系统。固定化的 方法主要有吸附、 共价结合、 包埋和选择性热变性 等。固定化过程必须使用水不溶性固体支持物( 载 体) 。吸附法是利用吸附剂、 表面作用力或离子交换 剂电性作用将酶( 细胞) 定位于载体表面的技术, 当 底物或产物为大分子或水溶性较差的小分子物质 时, 常采用此法制备固定化生物催化剂。常用载体 有活性炭、 氧化铝、 皂土、 白土、 高岭土、 多孔玻璃、 硅 胶、 石英砂、m ei I , eiI, E 纤维 A bre A b l R D A 一 l R r re E t A n t
1 酶工程技术
11 固定化酶和固定化细胞 .
固定化酶是指将可溶的自 然酶束缚在特定的支 持物上或固定在局限的空间, 并能发挥催化作用, 而
固定含酶的细胞则形成固定化细胞。我国研制过的 固定化酶或细胞已有 5 种左右, 0 可分为 3 种类型: 固定化单酶或含特定酶的细胞; 固定化双酶, 将两种
S m 2 N . u 1 0 o9
化 学 工 程 师 Ce i l ni e hmc Eg e a nr
20 年 9 05 月
文章编号: 0 一12 ( 0 ) 一 09 0 1 2 1 2 50 02 一 4 0 4 0 9
综
酶工程研 究及应用
陈红霞
( 山东济宁职业技术学院 生物化学工程系, 山东 济宁 223) 707
关键词: 酶工程; 酶的固定化; 核酸酶; 抗体酶 ; 应用
中图分类号:8 Q1 4
A 文献标识码:
ad p ct n ezme n a lai o ny p i o f
C E Hn 一 i H N g x o a (e r e oB ly m t, Vcia n e noc o g Ji 7 3 Ci ) ng a n a Tc ogaCl e in2 0 , a Dpt n f gCei Ji o t l h lil , g 7 h a t i m o h s i o y r n o d l n 2 e n
工程研究和 开发的 重要领域。 郭勇等人「 z 」 先后进行
了植物细胞培养生产次级代谢物的研究, 选育出了 优良的木瓜细胞、 大蒜细胞、 鼠尾草细胞、 玫瑰茄细 胞、 黄花篙细胞、 胡萝 卜 细胞 、 巴戟天细胞和银杏细 胞等, 分别用于生产木瓜蛋白酶、 木瓜凝乳蛋 白酶、 过氧化氢酶、 超氧化物歧化酶等药用酶以及色素、 药 物等次级代谢物。
生[。 2 抗体酶已 1 经用于酶作用机理的 研究、 手性药 物的 合成和拆分、 抗癌药物的 制备[0 [ 6 l
16 酶标药物 .
近来, 人们可以根据药物在生物体内可能的作 用目 如酶或受体来设计药物, 标, 由此获得的药物被 称为酶标药物。目 前这种设计方法已成为药物设计 的主流, 在新药设计中发挥了巨大作用。血管紧张 素肤转换酶(C ) A E抑制剂是酶标药物的一个成功的 实例, 它已经成为重要的、 常用的降压药物。细菌对 青霉素的耐药性, 是由于在青霉素的诱导下大量合 成青霉素酞胺酶, 从而大大加快青霉素的水解造成 的。人们已经能够利用青霉素酞胺酶除去青霉素分 子中的节基, 代之以其他基团而获得能够抗青霉素
A sa : e n rg n oa c on a omd n e nli, l g aee i n m e ien ia ipt t p i p t o rb thogst te t t bt c Ez n e r t y g i s m rn o sg f e i c oe i i a r fc n m r o w k e i ur、a thog. e a a e n m ege n re c i l es h n m imbit ns dt y n e n o T n d n ie ye i e g a h u s a e ye oi a e c ly h e v c n w w z n n r e r n d u s i s c c z m l i z o,