第一章 酶学与酶工程 (1节)_PPT幻灯片
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（一）新酶的研究与开发
3.人工模拟酶 人工合成的具有类似酶活性的高聚物。 人工模拟酶在结构上必须具有两个特殊部位，
即一个是底物结合位点，另一个是催化位点 4.杂合酶 是指由来自两种或两种以上的酶的不同结构
片段构建成的新酶。 可以利用高度同源的酶之间的杂交，这种杂
交是通过相关酶同源区间残基或结构的交换 来实现。
第一节 酶工程的概述
一．酶工程的概念： 二．酶学研究简史 三. 酶工程的应用简史 四．酶工程的研究内容
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一． 概念：
酶工程（ Enzyme Engineering）
从应用目的出发研究酶，在一定的生物反应装置中利用 酶的催化性质，将相应原料转化成有用的物质。是酶学 和工程学相互渗透结合形成的一门新的技术科学，是酶 学、微生物学的基本原理与化学工程有机结合而产生的 边缘科学。
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二. 酶学研究简史
1783 意大利的斯巴兰让“老鹰实验” 证明胃具有化学消 化作用。其巧妙设计：将肉块放入小巧的金属笼中，然 后让老鹰把小笼吞下去，这样肉块就可以不受胃的物理 性消化的影响，过一段时间后取出，发现肉块消失。
1833 Payen和Person从麦芽的水抽提物中用酒精沉淀得 到了一种对热不稳定的活性物质，它可促进淀粉水解成 可溶性糖，称其为淀粉酶制剂（diastase)。有人认为他 们首先发现了酶。
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（三）酶的高效应用
1.酶的固定化
是指在一定空间内呈闭锁状态存在的酶或细 胞，能连续地进行反应，反应后的酶可以回 收重复使用。
在大多数情况下，酶固定化以后活性会降低， 但由于可以重复使用，因此该技术能降低成 本，提高经济效益。
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（三）酶的高效应用
2.酶的分子修饰
酶有稳定性差、活力不够理想及具有抗原性 等缺点，这些不足使酶的应用受到限制，为 此常需要对酶进行适当分子修饰，以改善酶 的性能。
70年代,修饰剂的选用、修饰方法上又有了新 的发展。
此外,对抗体酶,人工酶,模拟酶等方面,以及 酶的应用技术研究 ,在近20年均取得了较大 进展,使酶工程不断向广度和深度发展,显示
退出 出广阔而诱人的前景。
三． 酶工程的研究内容 21世纪酶工程的发展主题
（一）新酶的研究与开发 （二）酶的优化生产 （三）酶的高效应用
1978年,日本的铃木等固定化细胞生产 α 淀粉酶研究成功.所以说,70年代是固定化细 胞技术取得进展的时期.
80年代，固定化细胞已能用于生产胞外酶,因 此,80年代又发展了固定化原生质体技术,排 除了细胞壁这一障碍。
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在酶的固定化技术发展的同时,酶分子修饰技 术也取得了进展。
60年代，用小分子化合物修饰酶分子侧链基 团,使酶性质发生改变;
酶的分子修饰可分为化学修饰和选择性遗传 修饰。
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（三）酶的高效应用
3.非水相催化 1984年，美国麻省理工学院从事非水系统内
酶反应的研究，取得成果，由此产生一个全 新的分支学科－－非水酶学 非水相催化的特点： 大多数有机物在非水系统内溶解度高。 一些在水中不可能进行的反应，有可能在非 水系统内进行。 非水系统内酶的稳定性更好。 退出 在非水系统内酶很容易回收和反复使用。
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（一）新酶的研究与开发
1.核酶（Ribozyme) 80年代初期，美国科罗拉多大学博尔德分校
的Thomas Cech和美国耶鲁大学的Sidnery Altan各自独立地发现RNA具有生物催化功能. 从而改变了生物催化剂的传统概念。 应用：根据病毒基因组的全部序列，就可以 设计并合成出防治由这些病毒引起的疾病的 核酶。还可以用作研究核酸图谱和基因表达 的工具等其他方面的应用
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（一）新酶的研究与开发
2.抗体酶（Abzyme)
是一种具有催化功能的抗体分子，在其可 变区（V区）赋予了酶的催化活性。
从原理上讲，只要能找到合适的过渡态类 似物，几乎可以为任何化学反应提供全新 的蛋白质催化剂，即抗体酶。
应用：抗体酶还可用于酶作用机理的研究、 手性药物的合成和拆分、抗癌药物的制备等。
（二）酶的优化生产
酶的优化生产是通过各种调控技术使酶的生 产在最优化的条件下进行，以获得更多更好 的酶。
主要包括三方面的优化： 1.培养基的优化 2.培养条件的优化（如培养温度、pH值、溶
氧量等） 3.分离纯化条件的优化
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（三）酶的高效应用
1.酶的固定化 2.酶的分子修饰 3.非水相催化
酶工程
1. 化学酶工程
1 自然酶的开发 2 酶的化学修饰 3 酶的固定化 4 人工合成酶的研究
2. 生物酶工程
1 酶基因的克隆表达 2 酶的遗传修饰 3 酶的遗传设计
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1949年,用液体深层培养法进行细菌淀粉酶的发酵 生产,揭开了近代酶工业的序幕。
50年代以后,随着生化工程的发展,大多数酶制剂的 生产已转向微生物流体深层发酵的方法。酶的应用 越来越广泛。
50年代：开始了酶固定化研究。1953年德国科学家 首先将聚氨基苯乙烯树脂与淀粉酶,胃蛋白酶,羧肽 酶和核糖核酸酶等结合,制成了固定化酶。
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（一）新酶的研究与开发
5.端粒酶（Telomerase) Leabharlann Baidu催化端粒合成和延长的酶。 与细胞的衰老及癌症的发生有很大关系，端
粒能保护真核生物染色体免遭破坏。 正常细胞中的端粒酶活性极低，而肿瘤细胞
中该酶活性很高。 6.极端环境微生物和不可培养微生物的新酶
种 极端环境微生物中酶往往具有特殊的性能。 不可培养微生物是指在实验室内，采用常规 退出 培养方法培养不出的微生物。
60年代，是固定化酶技术迅速发展的时期。1969年, 日本的千烟一郎首次在工业上应用固定化氨基酰化 酶从DL-氨基酸生产L-氨基酸。 ——酶工程诞生
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1971年第一届国际酶工程学术会议在美国召 开,当时的主题即是固定化酶，进一步开展了 对微生物细胞固定化的研究。
1973年,千烟一郎首次利用固定化的大肠杆菌 细胞生产L-天冬氨酸。
（一）新酶的研究与开发
3.人工模拟酶 人工合成的具有类似酶活性的高聚物。 人工模拟酶在结构上必须具有两个特殊部位，
即一个是底物结合位点，另一个是催化位点 4.杂合酶 是指由来自两种或两种以上的酶的不同结构
片段构建成的新酶。 可以利用高度同源的酶之间的杂交，这种杂
交是通过相关酶同源区间残基或结构的交换 来实现。
第一节 酶工程的概述
一．酶工程的概念： 二．酶学研究简史 三. 酶工程的应用简史 四．酶工程的研究内容
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一． 概念：
酶工程（ Enzyme Engineering）
从应用目的出发研究酶，在一定的生物反应装置中利用 酶的催化性质，将相应原料转化成有用的物质。是酶学 和工程学相互渗透结合形成的一门新的技术科学，是酶 学、微生物学的基本原理与化学工程有机结合而产生的 边缘科学。
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二. 酶学研究简史
1783 意大利的斯巴兰让“老鹰实验” 证明胃具有化学消 化作用。其巧妙设计：将肉块放入小巧的金属笼中，然 后让老鹰把小笼吞下去，这样肉块就可以不受胃的物理 性消化的影响，过一段时间后取出，发现肉块消失。
1833 Payen和Person从麦芽的水抽提物中用酒精沉淀得 到了一种对热不稳定的活性物质，它可促进淀粉水解成 可溶性糖，称其为淀粉酶制剂（diastase)。有人认为他 们首先发现了酶。
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（三）酶的高效应用
1.酶的固定化
是指在一定空间内呈闭锁状态存在的酶或细 胞，能连续地进行反应，反应后的酶可以回 收重复使用。
在大多数情况下，酶固定化以后活性会降低， 但由于可以重复使用，因此该技术能降低成 本，提高经济效益。
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（三）酶的高效应用
2.酶的分子修饰
酶有稳定性差、活力不够理想及具有抗原性 等缺点，这些不足使酶的应用受到限制，为 此常需要对酶进行适当分子修饰，以改善酶 的性能。
70年代,修饰剂的选用、修饰方法上又有了新 的发展。
此外,对抗体酶,人工酶,模拟酶等方面,以及 酶的应用技术研究 ,在近20年均取得了较大 进展,使酶工程不断向广度和深度发展,显示
退出 出广阔而诱人的前景。
三． 酶工程的研究内容 21世纪酶工程的发展主题
（一）新酶的研究与开发 （二）酶的优化生产 （三）酶的高效应用
1978年,日本的铃木等固定化细胞生产 α 淀粉酶研究成功.所以说,70年代是固定化细 胞技术取得进展的时期.
80年代，固定化细胞已能用于生产胞外酶,因 此,80年代又发展了固定化原生质体技术,排 除了细胞壁这一障碍。
退出
在酶的固定化技术发展的同时,酶分子修饰技 术也取得了进展。
60年代，用小分子化合物修饰酶分子侧链基 团,使酶性质发生改变;
酶的分子修饰可分为化学修饰和选择性遗传 修饰。
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（三）酶的高效应用
3.非水相催化 1984年，美国麻省理工学院从事非水系统内
酶反应的研究，取得成果，由此产生一个全 新的分支学科－－非水酶学 非水相催化的特点： 大多数有机物在非水系统内溶解度高。 一些在水中不可能进行的反应，有可能在非 水系统内进行。 非水系统内酶的稳定性更好。 退出 在非水系统内酶很容易回收和反复使用。
退出
（一）新酶的研究与开发
1.核酶（Ribozyme) 80年代初期，美国科罗拉多大学博尔德分校
的Thomas Cech和美国耶鲁大学的Sidnery Altan各自独立地发现RNA具有生物催化功能. 从而改变了生物催化剂的传统概念。 应用：根据病毒基因组的全部序列，就可以 设计并合成出防治由这些病毒引起的疾病的 核酶。还可以用作研究核酸图谱和基因表达 的工具等其他方面的应用
退出
（一）新酶的研究与开发
2.抗体酶（Abzyme)
是一种具有催化功能的抗体分子，在其可 变区（V区）赋予了酶的催化活性。
从原理上讲，只要能找到合适的过渡态类 似物，几乎可以为任何化学反应提供全新 的蛋白质催化剂，即抗体酶。
应用：抗体酶还可用于酶作用机理的研究、 手性药物的合成和拆分、抗癌药物的制备等。
（二）酶的优化生产
酶的优化生产是通过各种调控技术使酶的生 产在最优化的条件下进行，以获得更多更好 的酶。
主要包括三方面的优化： 1.培养基的优化 2.培养条件的优化（如培养温度、pH值、溶
氧量等） 3.分离纯化条件的优化
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（三）酶的高效应用
1.酶的固定化 2.酶的分子修饰 3.非水相催化
酶工程
1. 化学酶工程
1 自然酶的开发 2 酶的化学修饰 3 酶的固定化 4 人工合成酶的研究
2. 生物酶工程
1 酶基因的克隆表达 2 酶的遗传修饰 3 酶的遗传设计
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1949年,用液体深层培养法进行细菌淀粉酶的发酵 生产,揭开了近代酶工业的序幕。
50年代以后,随着生化工程的发展,大多数酶制剂的 生产已转向微生物流体深层发酵的方法。酶的应用 越来越广泛。
50年代：开始了酶固定化研究。1953年德国科学家 首先将聚氨基苯乙烯树脂与淀粉酶,胃蛋白酶,羧肽 酶和核糖核酸酶等结合,制成了固定化酶。
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（一）新酶的研究与开发
5.端粒酶（Telomerase) Leabharlann Baidu催化端粒合成和延长的酶。 与细胞的衰老及癌症的发生有很大关系，端
粒能保护真核生物染色体免遭破坏。 正常细胞中的端粒酶活性极低，而肿瘤细胞
中该酶活性很高。 6.极端环境微生物和不可培养微生物的新酶
种 极端环境微生物中酶往往具有特殊的性能。 不可培养微生物是指在实验室内，采用常规 退出 培养方法培养不出的微生物。
60年代，是固定化酶技术迅速发展的时期。1969年, 日本的千烟一郎首次在工业上应用固定化氨基酰化 酶从DL-氨基酸生产L-氨基酸。 ——酶工程诞生
退出
1971年第一届国际酶工程学术会议在美国召 开,当时的主题即是固定化酶，进一步开展了 对微生物细胞固定化的研究。
1973年,千烟一郎首次利用固定化的大肠杆菌 细胞生产L-天冬氨酸。