酶工程电子教案
《酶工程实验》教案
(一）、培养基的配置
1、1 LLB（Luria—Bertani）液体培养基：蛋白胨10 g，酵母粉5 g，NaCl10 g。每L LB固体培养基还需加琼脂粉12 g。
2、1 L产纤维素酶菌株筛选培养基：羧甲基纤维素10 g，蛋白胨10 g,酵母粉10 g，KH2PO41 g, NaCl5 g，葡萄糖2 g，琼脂12 g，灭菌备用。
瘤胃微生物的遗传改造也已引起了人们的广泛注意，利用DNA重组技术提高反刍动物瘤胃中纤维素转化率，可以大幅度降低饲料用量，带来巨大的经济效益。近几年来，瘤胃微生物遗传改造的研究已取得较大进展。瘤胃细菌,如Butyricibrio fibrisolcens的载、受体系统已基本建立；来自Bacteroides Succinogenes和Butyrivibrio sp的某些纤维素酶基因已相继被克隆，目前存在的主要问题是瘤胃中微生物种类繁多，各类微生物生长速度随环境不同而变化，在瘤胃中滞留时间短，难以建立起稳定的工程菌。
自然界中存在着诸多天然的产纤维素酶的菌株,所以对产纤维素酶菌株的选育也是研究纤维素酶的一个热点。产纤维素酶的菌株主要可以分为以下几类:
1） 真菌类：
丝状真菌是目前研究最多的纤维素降解类群，该类微生物能产生大量的纤维素酶，研究较多的有木霉属、曲霉属、青霉属、根霉属和漆斑霉属。其中尤以木霉属的产量居上，里氏木霉（Trichoderma ressiei）、康氏木霉(Trichoderma koniggii）、拟康氏木霉（Trichodermapseudokoniggii）、绿色木霉（Trichoderma viride)、黑曲霉(Aspergillus niger)等是其中活性较高的代表菌种。
(八） 微生物酶的提取方法
(1)酶的粗提;
酶工程教学大纲
标题：酶工程教学大纲引言：酶工程是将酶的特性与工程原理相结合，应用于生物技术和工业生产中的一门学科。
它涉及酶的分离纯化、活性检测、酶动力学研究和酶反应工程等内容。
鉴于酶工程在现代生物技术和工业领域的广泛应用，培养具备相关专业知识和技能的人才显得尤为重要。
一、课程目的本课程旨在使学生了解酶的基本原理、方法和应用，培养其掌握酶的分离纯化、活性检测和酶反应工程的能力，并能将其应用于生物技术和工业生产中。
二、教学内容1. 酶的基本原理- 酶的定义与分类- 酶的结构与功能- 酶的催化机理2. 酶的分离纯化- 细胞破碎与酶的释放- 酶的分离与纯化方法- 酶的纯化评价指标3. 酶的活性检测方法- 酶活性的测定原理- 酶活性检测的常用方法- 酶抑制剂的筛选与应用4. 酶动力学研究- Michaelis-Menten方程与酶动力学参数- 受抑制和受激动的酶反应- 酶动力学实验与数据处理5. 酶反应工程- 酶反应的工程原理- 酶反应的优化方法- 酶反应的规模化与工业应用三、教学方法本课程将采用多种教学方法相结合，包括理论讲解、案例分析、实验操作、小组讨论等。
理论讲解部分将通过授课和教材阅读进行，案例分析和小组讨论将有助于学生理解酶工程在实际应用中的问题和解决方法。
实验操作将培养学生的实践能力和团队合作精神。
四、教学评估教学评估将以平时作业、实验报告、期中考试和期末考试等方式进行。
平时作业和实验报告将考察学生对课堂理论的掌握程度以及实际操作能力，期中考试和期末考试将全面评估学生对课程内容的理解与掌握。
五、教材参考1. 《酶工程导论》刘旭著，高等教育出版社2. 《现代酶学原理与技术》张三著，科学出版社3. 《酶工程实验指导》李四著，化学工业出版社结语：通过本课程的学习，学生将掌握酶工程领域的基本知识与技能，为今后从事相关研究和工作奠定基础。
同时，使学生对生物技术和工业生产中酶的应用有更深入的了解，并培养其创新思维和解决实际问题的能力。
酶工程电子教案酶的提取与分离纯化酶的提取与分离纯化是指
酶工程电子教案第三章酶的提取与分离纯化◆酶的提取与分离纯化是指将酶从细胞或其它含酶原料中提取出来，再与杂质分开，而获得所要求的酶制品的过程。
◆主要内容包括细胞破碎，酶的提取，离心分离，过滤与膜分离，沉淀分离，层析分离，电泳分离，萃取分离，浓缩，干燥、结晶等。
1.细胞破碎◆细胞破碎方法可以分为机械破碎法，物理破碎法，化学破碎法和酶促破碎法等,如表3-1所示。
表3-1 细胞破碎方法及其原理1.1 机械破碎法◆通过机械运动所产生的剪切力的作用，使细胞破碎的方法称为机械破碎法。
◆常用的破碎机械有组织捣碎机，细胞研磨器，匀浆器等。
◆机械破碎法分为3种:捣碎法，研磨法和匀浆法。
1.2物理破碎法◆通过温度、压力、声波等各种物理因素的作用，使组织细胞破碎的方法，称为物理破碎法。
物理破碎法多用于微生物细胞的破碎。
◆常用的物理破碎法方法有温度差破碎法、压力差破碎法、超声波破碎法等，现简介如下：(1)温度差破碎法：利用温度的突然变化，由于热胀冷缩的作用而使细胞破碎的方法称为温度差破碎法。
(2)压力差破碎法：通过压力的突然变化，使细胞破碎的方法称为压力差破碎法。
常用的有高压冲击法、突然降压法、及渗透压变化法等。
(3)超声波破碎法：利用超声波发生器所发出的声波或超声波的作用，使细胞膜产生空穴作用（ cavitation）而使细胞破碎的方法称为超声波破碎法。
1.3化学破碎法◆通过各种化学试剂对细胞膜的作用，而使细胞破碎的方法称为化学破碎法。
◆常用的化学试剂有甲苯、丙酮、丁醇、氯仿等有机溶剂，和特里顿（Triton）、吐温（Tween）等表面活性剂。
◆有机溶剂可以使细胞膜的磷脂结构破坏，从而改变细胞膜的透过性，使胞内酶等细胞内物质释放到细胞外。
◆表面活性剂可以和细胞膜中的磷脂以及脂蛋白相互作用，使细胞膜结构破坏，从而增加细胞膜的透过性。
1.4酶促破碎法◆通过细胞本身的酶系或外加酶制剂的催化作用，使细胞外层结构受到破坏，而达到细胞破碎的方法称为酶促破碎法，或称为酶学破碎法。
酶工程原理与技术教学设计
酶工程原理与技术教学设计1. 前言酶工程是生物技术领域的重要分支之一，其研究对象是酶的产生、鉴定、改良、应用等方面。
酶工程在现代医药、食品、化工及环保等领域都具有广泛的应用前景。
酶工程的教学涵盖的知识面较广，既有理论，也有实践，既有基础，又有前沿，既有课堂教学，也有实验教学。
因此，教学设计需要全面综合优化。
2. 教学目标酶工程原理与技术教学的目的在于培养学生对酶工程的基本理论和实际应用进行深刻的理解，包括酶的结构和功能、酶催化反应的动力学等方面的知识，以及酶的提取、纯化、鉴定、改良和应用等方面的实践技能，以满足工业生产和科研探索的需要。
具体来说，教学目标应包括：1.掌握酶工程的基本概念、基本原理以及酶在产业界的多方面应用；2.掌握酶的提取、纯化、鉴定和改良的实验技能；3.掌握酶的催化反应动力学及其影响因素的理论知识；4.能够分析和解决实际产业中的酶工程问题。
3. 教学内容和形式设计3.1 教学内容设计3.1.1 酶工程基础1.酶工程的概念、定义和历史发展；2.酶的结构和功能、催化机理以及酶动力学的基本原理；3.酶的分类和酶反应的种类、主要特点及其在生产和科研方面的应用；4.酶催化反应动力学的公式及参数的推导；5.酶催化反应速率的影响因素、酶的底物和产物浓度的影响等。
3.1.2 酶工程实践1.酶的提取、分离与纯化；2.酶活性的测定方法和参数计算；3.酶的鉴定中常用的技术方法；4.酶的改良基本原理以及常见改良技术；5.酶的大规模工业应用。
3.2 教学形式设计教学形式应该多元化，包括理论授课、实验教学、案例教学、讲座等。
具体来说：1.理论授课理论授课是酶工程教学的基础，应该围绕教学内容进行系统性的讲解，注重启发学生的理解和认识。
“提高效率，保证效果”是理论授课的核心目标。
2.实验教学实验教学是培养学生实践能力和动手能力的关键教学环节，可以通过设计典型酶反应实验，让学生亲身体验操作和掌握酶工程的实验技能。
酶工程教案1
长沙医学院教案课程名称酶工程授课题目（章节或主题）第一章绪论授课教师罗琼所属系（部）基础医学系所属教研室生物技术职称助教授课时间年月日第周星期第节第次课授课时数3学时授课班级生物技术专业（本科√专科□）级教学课型理论课√实验课□见习课□习题课□讨论课□其它□教材名称、作者、出版社及出版时间酶工程、郭勇主编、科学出版社、2009.8教学目的要求：1.酶工程的内容、任务、特点。
2. 酶工程的发展概况。
3.本课程的要求。
重点与难点：重点：酶工程的内容难点：酶工程的发展概况教学方法（请打√选择）：讲授法√讨论法□启发式□自学辅导法√练习法(习题或操作) 读书指导法√ＰＢＬ（以问题为中心的教学法）□其他□教学手段（请打√选择）：板书√实物□标本□挂图□模型□投影√幻灯□录像√CAI（计算机辅助教学）□教学过程设计和教学内容：第一节酶的定义此列为提示栏（包括重点、难点、教学方法、时间分配一：酶的定义（一）定义：酶是具有生物催化功能的生物大分子，按照分子中起催化作用的主要组分的不同，自然界中天然存在的酶可以分为蛋白类酶和核酸类酶两大类别。
二：酶工程的相关概念（一）酶工程：酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程。
（二）酶的生产（三）酶的改性（四）酶的应用第二节酶的发展历史一：酶的发展历史（一）人们对酶的认识起源于生产与生活实践。
1.夏禹时代，人们掌握了酿酒技术。
2.公元前12世纪周朝，人们酿酒，制作饴糖和酱。
3.春秋战国时期已知用麴(曲)治疗消化不良的疾病。
（二）西方国家19世纪对酿酒发酵过程进行了大量研究。
教学手段、更新教学内容、教书育人等）通过复习生化的酶学内容引进新课程（三）1896年,日本的高峰让吉首先从米曲霉中制得高峰淀粉酶,用作消化剂,开创了有目的的进行酶生产和应用的先例。
（四）现已鉴定出4000多种酶，数百种酶已得到结晶，而且每年都有新酶被发现。
第三节酶的分类与命名一：酶的分类与命名（一）蛋白类酶的分类与命名1.1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee, EC）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂合酶、异构酶、合成酶。
酶工程笔记和期末重点教案
一、前言【教学目标】1. 了解酶工程的定义、发展历程及应用领域。
2. 掌握酶的特性，包括高效性、专一性和易受环境影响的特性。
【教学内容】1. 酶工程的定义和发展历程。
2. 酶的应用领域，如食品工业、医药工业、环境保护等。
3. 酶的特性及其在催化反应中的优势。
【教学方法】采用讲解、案例分析、小组讨论等方式进行教学。
【教学时长】45分钟二、酶的性质与酶活性【教学目标】1. 掌握酶的化学本质和结构特点。
2. 了解酶活性的影响因素，如温度、pH、酶浓度等。
【教学内容】1. 酶的化学本质和结构特点。
2. 酶活性的定义及其单位。
3. 温度对酶活性的影响及最适温度的确定。
4. pH对酶活性的影响及最适pH的确定。
5. 酶浓度对酶活性的影响。
【教学方法】采用讲解、实验演示、小组讨论等方式进行教学。
【教学时长】90分钟三、酶的分离与纯化【教学目标】1. 掌握酶的分离与纯化的方法和技术。
2. 了解酶的纯化程度及其在催化反应中的重要性。
【教学内容】1. 酶的分离与纯化的方法，如凝胶过滤、离子交换、亲和层析等。
2. 酶的纯化程度及其判断方法。
3. 酶的纯化在催化反应中的重要性。
【教学方法】采用讲解、实验演示、小组讨论等方式进行教学。
【教学时长】90分钟四、酶的固定化技术【教学目标】1. 掌握酶的固定化技术及其分类。
2. 了解固定化酶的优势和局限性。
【教学内容】1. 酶的固定化技术，如物理吸附、共价结合、包埋等。
2. 固定化酶的优势，如易于回收、可重复使用等。
3. 固定化酶的局限性，如酶活性降低、传质效率降低等。
【教学方法】采用讲解、实验演示、小组讨论等方式进行教学。
【教学时长】90分钟五、酶工程的应用【教学目标】1. 掌握酶工程在各个领域的应用。
2. 了解酶工程的发展趋势和前景。
【教学内容】1. 酶工程在食品工业中的应用，如面包制作、乳品制作等。
2. 酶工程在医药工业中的应用，如药物合成、基因工程等。
3. 酶工程在环境保护中的应用，如废水处理、生物降解等。
高校酶工程教学的课程设计及教学方法应用
高校酶工程教学的课程设计及教学方法应用酶工程是生物技术的重要分支之一，它涉及到酶的生产、分离、纯化、性质研究及其在生物工程、医药、化工等领域的应用。
高校酶工程教学是培养生物技术、化学工程等相关专业学生的重要课程之一，为了提高学生对酶工程的认识和实践应用能力，需要进行科学合理的课程设计和教学方法应用。
酶工程教学的课程设计应包括教学目标、教学内容、教学方法、实验教学等方面。
1.教学目标(1) 了解酶的定义、分类及其应用领域；(2) 掌握酶的生产、分离、纯化、性质研究等基本方法；(3) 能够理解酶反应的动力学原理和实践应用；(4) 熟悉酶技术的前沿和未来发展趋势。
2.教学内容(1) 酶的概念和分类；3.教学方法(1) 讲授法：通过教材、课件等形式，对酶工程的理论知识进行讲解，结合案例进行实例分析，增强学生的认识和理解。
(2) 互动式教学法：通过问答、讨论等形式，促进学生的思考和交流，从而加深对酶工程的理解。
(3) 实验教学法：利用实验室设备，对酶的生产、分离、纯化、性质研究等内容进行实践操作，增强学生的实践能力和实验技能。
4.实验教学在酶工程教学中，实验教学是必不可少的一部分。
通过实验操作，可以帮助学生深入了解酶的生产、分离、纯化、性质研究等方面，提高学生实践能力和实验技能。
实验教学内容包括：(1) 酶的活性测定(2) 酶的分离与纯化(3) 酶的催化反应(4) 酶工程技术应用实验酶工程教学的教学方法应用是课程设计的重要一环，它直接关系到教学效果和质量。
1.案例分析法酶工程教学中通过案例分析法的形式，引导学生思考、理解和应用酶工程的基本理论知识和技术方法，从而更深入地了解酶工程的实践应用。
2.思考与讨论法在教学中引导学生思考、提出问题、分享观点、探讨答案，从而激发学生的思维能力和合作精神，培养学生的批判性思维和创新能力。
4.合作学习法通过课堂讨论、合作小组、组队作业等形式，让学生自主学习、合作探讨，从而提高学生的综合素质和协作能力。
[工学]《酶工程》教案
![[工学]《酶工程》教案](https://img.taocdn.com/s3/m/9fe9e605a31614791711cc7931b765ce05087abe.png)
《酶工程》教案安排：本课总学时为48，其中理论课40，实验课8，周学时为3学时。
要求：要求同学们课前预习教材，带着问题听课，这样学习效果好；学生上课作笔记，动动脑；学生课后复习和整理笔记，教师作课后小结和布置作业，达到教学相长的目的。
绪论1教学目标：使学生掌握酶、酶工程的概念，酶的化学性质与催化特性，了解酶的分类与命、酶活力测定、酶的生产方法。
2教学内容：主要讲酶和酶工程的基本概念与发展史、影响酶催化作用的因素、酶的分类与命名、酶的化学性质与催化特性、酶活力测定、酶的生产方法。
3重点和难点：酶、酶工程、酶活力有关的概念；酶的化学性质与催化特性、酶活力测定。
4教学方法：采用讲授式、启发式、图示法、问答式相结合的教学方法。
5板书设计:从上至下，从左至右；大标题始终留在黑板的左边；书写规范。
6学时分配：理论3学时，实验2学时。
7教学进程：第一节酶和酶工程的基本概念与发展史1酶的基本概念酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。
按化学组成分：蛋白类酶（Enzyme proteins）和核酸类酶（Ribozyme RNAs）。
a蛋白类酶（Enzyme proteins）酶是由生物体产生的具有催化活性的蛋白质。
b核酸类酶（Ribozyme RNAs）本身就是一段RNA，不需要额外的蛋白酶就可以对自身进行剪切。
提问：酶一定是蛋白质吗？2酶的发展史1.2.1酶在中国的发展史人们对酶的认识起源于生产与生活实践。
夏禹时代，人们掌握了酿酒技术。
公元前12世纪周朝，人们酿酒，制作饴糖和酱。
春秋战国时期已知用麴(曲)治疗消化不良的疾病。
酶者，酒母也。
1.2.2酶在西方的发展史1878年, 给酶一个统一的名词，叫Enzyme，这个字来自希腊文，其意思“在酵母中”。
1896年,日本的高峰让吉首先从米曲霉中制得高峰淀粉酶,用作消化剂,开创了有目的的进行酶生产和应用的先例。
西方国家19世纪对酿酒发酵过程进行了大量研究。
酶工程-教学设计
再通过启发、讲解使学生理解：用不同的固定化酶可以制成不同类型的传感器， 用于化验和检测。例如：科学家利用固定化多酚氧化酶研制成多酚氧化酶传感器。这 种传感器可以快速检测出水中质量分数仅有百万分之二的酚。
4．酶制剂可用于生物工程其他分支领域。
通过回忆基因工程和细胞工程的相关知识使学生了解：基因工程离不开内 切酶和连接酶；植物细胞工程中体细胞杂交离不开纤维素酶和果胶酶；动物细胞 的培养过程中，防止细胞黏连离不开胰蛋白酶。这些酶都是用酶工程的方法来生 产的。
（1）用于食品加工：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。
（2）用于生产一些Βιβλιοθήκη 品：青霉素酞化酶可用于生产氨卞青霉素。
3．酶制剂可用于化验诊断和水质监测。 有关这部分内容的讨论，教师可以先做如下的演示实验： 在几条尿糖试纸上分别滴上两滴不同浓度的葡萄糖溶液。并让学生对比几条试
提出问题并启发学生思考：从生物体的细胞或组织中提取出来的酶，能不能 直接用于催化化学反应呢？
通过启发讲解使学生了解：提取出来的酶还要经过分离、纯化，再加入适量 的稳定剂和填充剂，制成相应的酶制剂后才能用于催化化学反应。
提出问题引导学生思考：酶制剂的生产成本是较高的，很多酶制剂却只能用 一次，而且，如果将酶制剂直接用于催化化学反应，反应结束后酶制剂会和反应的 产物混合在一起。酶制剂既不能重复使用，也影响了产物纯度。怎样才能解决这个 难题呢？下面我们就来看看科学家们是如何解决的。教师活动：出示酶的固定方式 示意图，指导学生观察，井作适当的的讲解。
（三）各分支领域之间的关系
提出问题：到现在为止，我们先后讨论了基因工程、发酵工程、细胞工程、 酶工程，那么生物工程中的这些分支之间存在着怎样的联系呢？
酶工程电子教案酶分子修饰通过各种方法使酶分子的结构发生
酶工程电子教案第四章酶分子修饰◆通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的技术过程称为酶分子修饰。
◆通过酶分子修饰，可以使酶分子结构发生某些改变，就有可能提高酶的活力，增强酶的稳定性，降低或消除酶的抗原性等。
◆通过酶分子修饰，研究和了解酶分子中主链、侧链、组成单位、金属离子和各种物理因素对酶分子空间构象的影响，可以进一步探讨其结构与功能之间的关系。
◆酶分子修饰主要包括金属离子置换修饰, 大分子结合修饰，侧链基团修饰，肽链有限水解修饰，核苷酸链有限水解修饰，氨基酸置换修饰，核苷酸置换修饰和酶分子的物理修饰等。
1.金属离子置换修饰◆把酶分子中的金属离子换成另一种金属离子，使酶的特性和功能发生改变的修饰方法称为金属离子置换修饰。
◆有些酶分子中含有金属离子，而且往往是酶活性中心的组成部分，对酶催化功能的发挥有重要作用。
α-淀粉酶中的钙离子（Ca++）谷氨酸脱氢酶中的锌离子(Zn++)过氧化氢酶分子中的铁离子(Fe++)酰基氨基酸酶分子中的锌离子（Zn++）超氧化物歧化酶分子中的铜、锌离子(Cu++,Zn++)等。
◆若从酶分子中除去其所含的金属离子，酶往往会丧失其催化活性。
◆若用另一种金属离子进行置换，则可使酶呈现出不同的特性。
1.1金属离子置换修饰的方法：◆金属离子置换修饰只适用于那些在分子结构中本来含有金属离子的酶。
◆金属离子置换修饰的过程主要包括如下步骤：(1)酶的分离纯化：首先将欲进行修饰的酶经过分离纯化，除去杂质，获得具有一定纯度的酶液。
(2)除去原有的金属离子：在经过纯化的酶液中加入一定量的金属螯合剂，如乙二胺四乙酸（EDTA）等，使酶分子中的金属离子与EDTA等形成螯合物。
(3) 加入置换离子：于去离子的酶液中加入一定量的另一种金属离子，酶蛋白与新加入的金属离子结合，除去多余的置换离子，就可以得到经过金属离子置换后的酶。
◆用于金属离子置换修饰的金属离子，一般都是二价金属离子。
酶工程教案长沙医学院
长沙医学院教案课程名称酶工程授课题目（章节或主题）第二章微生物发酵产酶授课教师罗琼所属系（部）基础医学系所属教研室生物技术职称助教授课时间年月日第周星期第节第次课授课时数8学时授课班级生物技术专业（本科√专科□）级教学课型理论课√实验课□见习课□习题课□讨论课□其它□教材名称、作者、出版社及出版时间酶工程、郭勇主编、科学出版社、2009.8教学目的要求：1.微生物细胞中酶生物合成的调节方式。
2.发酵工艺条件及其控制。
3.固定化微生物细胞发酵产酶。
4.固定化微生物原生质体发酵产酶。
重点与难点：重点：酶生物合成的调节和发酵工艺条件难点：酶发酵动力学教学方法（请打√选择）：讲授法√讨论法□启发式□自学辅导法√练习法(习题或操作) 读书指导法√ＰＢＬ（以问题为中心的教学法）□其他□教学手段（请打√选择）：板书√实物□标本□挂图□模型□投影√幻灯□录像√CAI（计算机辅助教学）□教学过程设计和教学内容：引言：经过预先设计，通过人工操作，利用微生物的生命活动获得所需的酶的技术过程，称为酶的发酵生产。
根据微生物培养方式的不同，可以分为：固体培养发酵、液体深层发酵、固定化微生物细胞发酵、固定化微生物原生质体发酵。
第一节微生物细胞中酶生物合成的调节一、酶生物合成的基本过程（一）中心法则- Central Dogma（二）RNA的生物合成- Transcription（三）蛋白质的生物合成- Translation二、酶生物合成的调节- Regulation（一）组成型酶和适应型酶1.组成型酶：有的酶在细胞中的量比较恒定，环境因素对这些酶的合成速率影响不大，这类酶称为组成型酶。
2.适应型酶：有些酶在细胞中的含量变化很大，其合成速率明显受到环境因素的影响，这类酶称为适应型酶。
此列为提示栏（包括重点、难点、教学方法、教学手段、更新教学内容、教书育人等）图示中心法则结合生化内容复习重点内容时间分配30min80min（二）转录水平的调节对酶的生物合成是最重要的调节1.操纵子（operon）：是一组功能上相关，受同一调控区控制的基因组成的一个遗传单位。
- 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)。
酶工程电子教案第一章绪论1、酶的基本概念酶的概念：具有生物催化功能的生物大分子，按照其化学组成，可以分为蛋白类酶（P酶）和核酸类酶（R酶）两大类别。
酶工程：酶的生产与应用的技术过程。
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、酶的非水相催化、酶反应器和酶的应用等。
2、酶的发展史19世纪以前：4000 多年前的夏禹时代就已经掌握了酿酒技术。
3000多年前的周朝，就会制造饴糖、食酱等食品。
2500多年前的春秋战国时期，就懂得用麴来治疗消化不良等疾病。
19 世纪30年以来：1833年，佩恩（Payen）和帕索兹（Persoz）从麦芽的水抽提物中用酒精沉淀得到淀粉酶（Diastase）。
19 世纪中叶，巴斯德( Pasteur)认为在活酵母细胞内有一种可以将糖发酵生成酒精的物质。
1878年昆尼（Kunne）首次将酵母中进行酒精发酵的物质称为酶（Enzyme ），这个词来自希腊文，其意思是“在酵母中”。
1896年，巴克纳（Buchner）兄弟发现酵母的无细胞抽提液也能将糖发酵成酒精。
1902年，亨利（Henri）根据蔗糖酶催化蔗糖水解的实验结果，提出中间产物学说。
k1k2E ＋S ======== ES ========E ＋PK－11913年，米彻利斯（Michaelis ）和曼吞（menten ）米氏方程：V m [S]v ==K m + [S]“酶是生物体产生的具有生物催化功能的物质”。
但是尚未搞清楚究竟是哪一类物质？1920年，德国化学家威尔斯塔特（Willstater）将过氧化物酶纯化12 000倍。
1926年，萨姆纳（Sumner）首次从刀豆提取液中分离纯化得到脲酶结晶，并证明它具有蛋白质的性质。
1960年，雅各（Jacob）和莫诺德（Monod）提出操纵子学说，阐明了酶生物合成的基本调节机制。
1982年，切克（Thomas Cech）等人发现四膜虫（Tetrahynena）细胞的26 S rRNA前体具有自我剪接功能（Self-splicing）。
并将这种具有催化活性的RNA 称为ribozyme。
1983年，阿尔特曼（Sidney Altman）等人发现核糖核酸酶P（RNase P）的RNA部分M1 RNA 具有核糖核酸酶P 的催化活性。
由此引出“酶是具有生物催化功能的生物大分子（蛋白质或RNA）”的新概念。
3、酶催化作用的特点3.1酶催化作用的专一性强酶的专一性是指在一定的条件下，一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进行某种类型反应的特性。
酶的专一性按其严格程度的不同，可以分为绝对专一性和相对专一性两大类。
3.1.1绝对专一性：一种酶只能催化一种底物进行一种反应，这种高度的专一性称为绝对专一性。
例如，乳酸脱氢酶[ EC 1.1.1.27 ] 催化丙酮酸进行加氢反应生成L－乳酸：CH3CH3| 乳酸脱氢酶|C＝O =============== H－C－OH| |COOH NADH NAD COOH丙酮酸L－乳酸核酸类酶也同样具有绝对专一性：四膜虫26 S rRNA前体等催化自我剪接反应的R酶，只能催化其本身RNA分子进行反应，而对于其它分子一概不作用。
3.1.2相对专一性:一种酶能够催化一类结构相似的底物进行某种相同类型的反应，这种专一性称为相对专一性。
相对专一性又可分为键专一性和基团专一性。
键专一性的酶能够作用于具有相同化学键的一类底物。
如，酯酶可催化所有含酯键的酯类物质水解生成醇和酸：O|| 酯酶R－C－O－R’＋H2O =========== R-COOH ＋R’-OH（酯）（水）（酸）（醇）基团专一性的酶则要求底物含有某一相同的基团。
如胰蛋白酶[EC 3.4.31.4 ] 选择性地水解含有赖氨酰-或精氨酰-的羰基的肽键。
再如核酸类酶M1 RNA（核糖核酸酶P 的RNA部分），催化tRNA前体5’-末端的成熟。
要求底物核糖核酸的3’-端部分是一个tRNA，而对其5’-端部分的核苷酸链的顺序和长度没有要求，催化反应的产物为一个成熟的tRNA分子和一个低聚核苷酸。
3.2酶催化作用的效率高酶催化的转换数（每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数）一般为103 min-1左右。
酶催化和非酶催化反应所需的活化能有显著差别。
如图1-1 所示。
从图中可以看到，酶催化反应比非酶催化反应所需的活活化能要低得多。
化能酶催化反应图1-1 酶与非酶催化所需的活化能3.3酶催化作用的条件温和酶的催化作用一般都在常温、常压、pH近乎中性的条件下进行。
原因：一是由于酶催化作用所需的活化能较低，二是由于酶是具有生物催化功能的生物大分子。
在高温、高压、在过高或过低pH等极端条件下，大多数酶会变性失活而失去其催化功能。
4.影响酶催化作用的因素酶的催化作用受到底物浓度、酶浓度、温度、pH值、激活剂浓度、抑制剂浓度等诸多因素的影响。
4.1底物浓度的影响底物浓度是决定酶催化反应速度的主要因素。
在其他条件不变的情况下，酶催化反应速度与底物浓度的关系如图1-2所示。
从图中可以看到， 在底物浓度较低的情况下，酶催化反应速度与底物浓度成正比，反应速度随着底物浓度的增加而加快。
底物浓度成正比，而是逐步趋向平衡。
v著名的米氏方程:V m S 0V = [S]K m + S图1-2 底物浓度与酶催化反应速度的关系 式中，V 为反应速度S 为底物浓度Vm 为最大反应速度Km 为米氏常数，为酶催化反应速度等于最大反应速度一般时的底物浓度。
这一酶催化反应的基本动力学方程阐明了底物浓度与酶催化反应速度之间的定量关系。
有些酶在底物浓度过高时，反应速度反而下降，这是由于高浓度底物引起的抑制作用。
4.2酶浓度的影响在底物浓度足够高的条件下,酶催化反应速度与酶浓度成正比，如图1-3所示。
它们之间的关系可以用下式表示：V = k [E]4.3温度的影响每一种酶的催化反应都有其适宜温度范围和最适温度。
底物浓度图1-3 酶浓度与反应速度的关系 反应速度在最适温度条件下，酶的催化反应速度达到最大。
如图1-4所示。
温度图1-4 温度与反应速度的关系4.4 pH 值的影响酶的催化作用与反应液的pH 值有很大关系。
每一种酶都有其各自的适宜pH 值范围和最适pH值。
pH 值图1-5 pH 值与反应速度的关系在最适pH 值条件下，酶催化反应速度达到最大。
如图1-5所示。
pH 值影响酶的催化作用：主要是由于在不同的pH 值条件下，酶分子和底物分子中基团的解离状态发生改变，从而影响酶分子的构象以及酶与底物的结合能力和催化能力。
在极端的pH 值条件下，酶分子的空间结构发生改变，从而引起酶的变性失活。
4.5 抑制剂的影响酶的抑制剂：使酶的催化活性降低或者丧失的物质。
反应速度反应速度主要的外源抑制剂有各种无机离子，小分子有机物和蛋白质等。
例如，银(Ag+)、汞(Hg++)、铅(Pb++) 等重金属离子对许多酶均有抑制作用，抗坏血酸（Vit. C）抑制蔗糖酶的活性，胰蛋白酶抑制剂抑制胰蛋白酶的活性等等。
有些酶抑制剂是一类有重要应用价值的药物，例如，胰蛋白酶抑制剂治疗胰腺炎，胆碱酯酶抑制剂治疗血管疾病等。
抑制剂有可逆性抑制剂和不可逆抑制剂之分。
不可逆抑制剂：与酶分子结合后，抑制剂难于除去，酶活性不能恢复。
可逆性抑制剂：与酶的结合是可逆的，只要将抑制剂除去，酶活性即可恢复。
根据可逆性抑制作用的机理不同，酶的可逆性抑制作用可以分为竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种。
4.5.1竞争性抑制（competitive inhibition）：指抑制剂和底物竞争与酶分子结合而引起的抑制作用。
机制：竞争性抑制剂与酶作用底物的结构相似。
它与酶分子结合以后，底物分子就不能与酶分子结合，从而对酶的催化起到抑制作用。
例如，丙二酸是琥珀酸的结构类似物。
丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。
COOH|CH COOH||CH2CH2||COOH COOH(琥珀酸) （丙二酸）竞争性抑制的效果强弱与竞争性抑制剂的浓度、底物浓度以及抑制剂和底物与酶的亲和力大小有关。
随着底物浓度增加，酶的抑制作用减弱。
竞争性抑制的特点：是酶催化反应的最大反应速度Vm不变，而米氏常数Km增大。
如图1-6所示。
－1/K m1/[S]图1-6 线性竞争性抑制的Km和Vm变化4.5.2 非竞争性抑制（noncompetitive inhibition）：指抑制剂与底物分别与酶分子上的不同位点结合，而引起酶活性降低的抑制作用。
机制：由于非竞争性抑制剂是与酶的活性中心以外的位点结合，所以，抑制剂的分子结构可能与底物分子的结构毫不相关。
增加底物浓度也不能使非竞争性抑制作用逆转。
非竞争性抑制的特点：最大反应速度Vm减小，而米氏常数Km不变。
如图1-7所示。
－1/K m1/ [S]图1-7 非竞争性抑制的K m和V m变化4.5.3反竞争性抑制(uncompetitive inhibition)：在底物与酶分子结合生成中间复合物后，抑制剂再与中间复合物结合而引起的抑制作用。
机制：反竞争性抑制剂不能与未结合底物的酶分子结合，只有当底物与酶分子结合以后由于底物的结合引起酶分子结构的某些变化，使抑制剂的结合部位展现出来，抑制剂才能结合并产生抑制作用。
所以亦不能通过增加底物浓度使反竞争抑制作用逆转。
反竞争性抑制的特点：最大反应速度Vm和米氏常数Km同时减小。
如图1-8所示。
1/v1/V m [I]1/K m[S]图1-8 反竞争性抑制的K m 和V m变化4.6激活剂的影响酶的激活剂或活化剂：能够增加酶的催化活性或使酶的催化活性显示出来的物质。
常见的激活剂有Ca++、Mg++、Co++、Zn++、Mn++等金属离子和Cl- 等无机负离子。
例如，氯离子（Cl-）是α-淀粉酶的激活剂，钴离子（C o+2）和镁离子（Mg+2）是葡萄糖异构酶的激活剂等。
有的酶也可以作为激活剂，通过激活剂的作用使酶分子的催化活性提高或者使酶的催化活性显示出来。
5.酶的分类与命名按其化学组成不同，酶可以分为两大类别。
主要由蛋白质组成的酶称为蛋白类酶（P酶）；而主要由核糖核酸组成的酶称为核酸类酶（R酶）。
5.1．蛋白类酶(P酶)的分类与命名国际酶学委员会（International Commission of Enzymes）根据国际酶学委员会的建议，每一种具体的酶都有其推荐名和系统命名。
5.1.1推荐名:在惯用名称的基础上，加以选择和修改而成。
酶的推荐名一般由两部分组成：第一部分为底物名称，第二部分为催化反应的类型。
后面加一个“酶”字（-ase）。
不管酶催化的反应是正反应还是逆反应，都用同一个名称。
例1，葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase），表明该酶的作用底物是葡萄糖，催化的反应类型属于氧化反应。