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第四章酶工程酶的提取与分离纯化ppt课件
在生物大分子制备中最常用的几种沉淀方法： ⑴中性盐沉淀（盐析法） ⑵有机溶剂沉淀 ⑶选择性沉淀（热变性和酸碱变性） ⑷等电点沉淀 ⑸有机聚合物沉淀
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
脂类
蛋白质(6% ~ 8%) 蛋白质
脂类(8.5% ~ 13.5%)
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
细菌细胞壁的结构
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
蛋白质溶解度与盐浓度之间的关系：
loSg loS0 g K sI
I：离子强度，I = 1/2∑MZ2；M：离子浓度（mol/L）； Z：离子价数
S：离子强度为I时的蛋白质的溶解度（g/L） S0：离子强度为0时蛋白质的溶解度（g/L） Ks：盐析常数，是与蛋白质和盐种类有关的特性常数。
b. 添加固体硫酸铵
适用于：蛋白质溶液原来体积已经很大，而要 达到的盐浓度又很高时。
实际使用时，可直接查表 （各种饱和度下 需加固体硫酸铵的量）。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
3. 化学法 应用各种化学试剂与细胞膜作用，
使细胞膜结构改变或破坏。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
脂类
蛋白质(6% ~ 8%) 蛋白质
脂类(8.5% ~ 13.5%)
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
细菌细胞壁的结构
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
蛋白质溶解度与盐浓度之间的关系：
loSg loS0 g K sI
I：离子强度，I = 1/2∑MZ2；M：离子浓度（mol/L）； Z：离子价数
S：离子强度为I时的蛋白质的溶解度（g/L） S0：离子强度为0时蛋白质的溶解度（g/L） Ks：盐析常数，是与蛋白质和盐种类有关的特性常数。
b. 添加固体硫酸铵
适用于：蛋白质溶液原来体积已经很大，而要 达到的盐浓度又很高时。
实际使用时，可直接查表 （各种饱和度下 需加固体硫酸铵的量）。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
3. 化学法 应用各种化学试剂与细胞膜作用，
使细胞膜结构改变或破坏。
酶工程第一节酶的生物学功能PPT课件
酶与其他技术的结合
总结词
酶工程与其他技术的结合，如纳米技术、生物信息技术等，将为酶工程的发展带来新的 机遇和挑战。
详细描述
随着科技的不断发展，酶工程与其他技术的结合已经成为一种趋势。例如，将酶与纳米 技术结合，可以制备出具有优异性能的纳米酶；将酶与生物信息技术结合，可以实现酶 促反应的实时监测和数据分析。这些新的技术手段将为酶工程的发展带来更多的可能性。
代谢调控
总结词
酶在生物体内发挥着重要的代谢调控作用，通过影响代谢途径中关键酶的活性来 调节物质代谢和能量代谢。
详细描述
酶可以调控代谢途径的起始、分支和终止，从而调节生物体的能量转换、生长发 育和应激反应等生理过程。酶的合成和降解也受到严格调控，以维持机体代谢的 平衡。
免疫调节
总结词
酶在免疫调节中发挥重要作用，参与免疫细胞的激活、增殖 和分化，以及免疫分子和免疫应答的调节。
03 酶的应用
生物工程领域
生物制药
酶在生物制药过程中用于合成药物、生产抗生素、疫苗等生物制品。
生物能源
酶可用于生物燃料的发酵生产，如乙醇、丁醇等，提高能源利用效率。
生物环保
酶可用于降解污染物，如废水处理、有机废弃物资源化利用等。
医学领域
01
02
03
诊断试剂
酶作为生物催化剂，可用 于医学诊断试剂的生产， 如酶联免疫试剂盒等。
食品添加剂
酶可用于生产食品添加剂， 如甜味剂、防腐剂等，满 足消费者对食品多样化的 需求。
04
酶的未来发展
酶的改造与优化
总结词
通过基因工程技术对酶进行改造和优化，提高酶的活性、稳定性和特异性，以满足不同工业和生物技 术的需求。
详细描述
《酶工程》课件-酶的应用
转移酶类
催化基团转移反应， 如转氨酶、磷酸酶 等。
合成酶类
催化特定化合物的 合成，如谷氨酰胺 合成酶等。
酶的特性
高效性
酶的催化效率比非酶促反应高 出很多，能显著缩短反应时间
。
专一性
一种酶通常只能催化一种或一 类化学反应。
不稳定性
在高温、强酸、强碱等极端条 件下，酶的活性会受到破坏。
活性可调节性
通过调节酶的浓度、反应条件 等，可以控制酶促反应的速度
。
酶的活性与稳定性
温度对酶活性的影响
大多数酶在低温下活性降低，而在适宜温度 下活性最高，温度过高会使酶失活。
抑制剂对酶活性的影响
有些物质可以抑制酶的活性，从而减缓或阻 止酶促反应的进行。
pH对酶活性的影响
大多数酶在一定的pH范围内活性最高，超 出这个范围酶的活性会降低或失活。
激活剂对酶活性的影响
有些物质可以增强酶的活性，从而加快酶促 反应的速度。
04
酶的应用
酶在医药领域的应用
药物生产
酶可用于合成药物，如抗 生素、抗癌药物等，具有 高效、环保的特点。
诊断试剂
酶作为生物催化剂，可用 于制备诊断试剂，如酶联 免疫试剂盒等，用于疾病 检测。
生物治疗
酶可用于基因治疗、细胞 治疗等领域，通过调控基 因表达或促进细胞生长来 治疗疾病。
酶在食品工业中的应用
THANKS
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酶工程面临的挑战与解决方案
酶的稳定性问题
针对酶稳定性差的问题，可以通过蛋白质工程手段对酶进行改造，提高其热稳定性和化学稳定性 。
酶的生产成本问题
通过基因工程技术，实现酶的高效表达和大规模生产，降低生产成本。同时，探索新型的酶生产 方式，如利用微生物发酵或植物细胞培养等。
酶工程总结PPT课件
酶固定化技术包括固定化载体、固定化方法、固定化酶的分离和回收等关键技术 ，这些技术的应用能够为酶工程提供高效、连续化的生产方式。
酶的分子改造技术
酶的分子改造技术是通过化学或生物 方法对酶的分子结构进行修饰和改造， 从而改变酶的催化性质和功能的技术。
酶的分子改造技术包括化学修饰、定 向进化、点突变等关键技术，这些技 术的应用能够优化酶的催化性能和稳 定性，提高酶的生产效率和降低成本。
THANKS
生物能源开发
酶工程技术可用于生物能源开发，如生物柴油、生物 酒精等。
06
酶工程的前景与挑战
酶工程的发展前景
酶工程在工业生产中的应用前景广阔，特别是在生物制药、生物燃料、环保等领域。
随着酶工程技术的不断进步，酶的产量、活性和稳定性将得到进一步提高，为工业 生产提供更高效、环保的解决方案。
酶工程在医疗领域的应用前景也十分看好，例如用于药物设计和开发、疾病诊断和 治疗等。
环保领域的应用
有毒有害物质降解
01
酶工程技术可用于降解有毒有害物质，如重金属、有机污染物
等。
废水处理
02
酶工程技术可以用于废水处理，通过酶促反应将废水中的有机
物转化为无害物质。
生物修复
03
酶工程技术可用于生物修复，通过酶促反应降解污染物，恢复
生态环境。
食品工业领域的应用
食品添加剂生产
酶工程技术在食品添加剂生产中发挥着重要作用，如生产甜味剂、 防腐剂等。
专一性
一种酶通常只能催化一种或一类化学反应，具有明显的专一性。
不稳定性
大多数酶是蛋白质，容易受温度、pH、重金属离子等环境因素的影响，表现出不稳定性。
酶的活性调节
1 2
共价修饰
酶的分子改造技术
酶的分子改造技术是通过化学或生物 方法对酶的分子结构进行修饰和改造， 从而改变酶的催化性质和功能的技术。
酶的分子改造技术包括化学修饰、定 向进化、点突变等关键技术，这些技 术的应用能够优化酶的催化性能和稳 定性，提高酶的生产效率和降低成本。
THANKS
生物能源开发
酶工程技术可用于生物能源开发，如生物柴油、生物 酒精等。
06
酶工程的前景与挑战
酶工程的发展前景
酶工程在工业生产中的应用前景广阔，特别是在生物制药、生物燃料、环保等领域。
随着酶工程技术的不断进步，酶的产量、活性和稳定性将得到进一步提高，为工业 生产提供更高效、环保的解决方案。
酶工程在医疗领域的应用前景也十分看好，例如用于药物设计和开发、疾病诊断和 治疗等。
环保领域的应用
有毒有害物质降解
01
酶工程技术可用于降解有毒有害物质，如重金属、有机污染物
等。
废水处理
02
酶工程技术可以用于废水处理，通过酶促反应将废水中的有机
物转化为无害物质。
生物修复
03
酶工程技术可用于生物修复，通过酶促反应降解污染物，恢复
生态环境。
食品工业领域的应用
食品添加剂生产
酶工程技术在食品添加剂生产中发挥着重要作用，如生产甜味剂、 防腐剂等。
专一性
一种酶通常只能催化一种或一类化学反应，具有明显的专一性。
不稳定性
大多数酶是蛋白质，容易受温度、pH、重金属离子等环境因素的影响，表现出不稳定性。
酶的活性调节
1 2
共价修饰
酶工程说精品PPT课件
3.4解决办法:
基于以上重点及难点，我们从教学模式、策略、手段和 方法等多方面着手寻求解决方法，在减少课内学时的同时 ，仍然能保证良好的教学效果。例如：对于 “ 各种酶分 离纯化技术及组合 ” 的难点问题，可以采用分组收集资 料、讨论等形式，按照分离纯化技术的特点分成若干专题 小组，各小组从课内外收集相关原理、规律进行主题研究 。让学生学会发现问题、提出问题和解决问题。然后在专 题研讨和交流的基础上，教师通过启发式教学，帮助学生 总结提炼共性方面的知识，通过知识的再加工使学生对抽 象原理的领悟更为透彻；
1.酶的分子修饰 (4 学时 ) ； 2.固定化技术 (3-4 学时 ) ； 3.酶的非水相催化 (2-3 学时 ) ； 4.酶反应器 (2 学时 ) ； 5.酶与现代食品工业 (2-3 学时 ) ； 6.酶与医药工业 (2-3 学时 ) ； 7.酶与绿色化工制造工业 (2-3 学时 ) ； 8.酶与环境保护 (2 学时 ) 。
教学考核
10%
平时成绩：
到课率，课堂表 现，学生遵守纪律 以及上课积极参与 情况。
30%
过程性考核：
操作熟练程度、 团队协作能力、吃 苦耐劳精神等。
60%
期末考试：
理论加技能综合 水平的考核。（理 论：技能=1：1）
6.教学条件
6.1教学团队—软件条件 近5年来，全系教师获地厅级以上科研成果奖 30余项，其中省级一等奖5项，二等奖10项，三 等奖25项，获省教育厅教改教学成果奖7项；通 过省级科研成果鉴定20项，省级教学成果鉴定10 项。全系教师在全国CN刊物上发表论文120余篇 ，其中核心期刊50余篇，英文期刊1篇，SCI1篇 ；参编出版论著、教材50余部。
4.教学实施
4.1教学模式
酶工程第一章酶学基础知识PPT课件
酶的生物合成是一个复杂的过程，需要多种酶的参 与和调控。这些酶的作用包括提供能量、合成原料 、修饰和加工等，以确保酶的正确合成和功能。
酶的生产方式
01 02
微生物发酵
通过微生物发酵生产酶是一种常见的方法。不同微生物具有不同的代谢 途径和酶系，可以产生不同类型的酶。通过选择适当的微生物和发酵条 件，可以大规模生产酶。
酶的分离纯化
通过各种分离纯化技术手段，从生物材料中 提取和纯化酶。
酶的改造
通过基因工程技术手段对酶进行改造，以提 高酶的催化效率和稳定性。
酶的固定化
将游离酶或细胞固定在特定载体上，实现酶 的重复利用和连续化生产。
酶的生产与应用
通过生物工程技术手段实现酶的工业化生产， 并将其应用于各个领域。
酶工程的应用领域
1980年代
随着分子生物学和生物工程技术的迅速发展，酶 工程领域取得了重大突破，实现了酶的大规模生 产和应用。
02
酶的结构与功能
酶的活性中心
02
01
03
酶的活性中心是酶分子中与底物结合并催化反应的区 域，通常由少数几个氨基酸残基组成。
这些氨基酸残基在空间结构上相互接近，形成一个凹 陷的空腔，能够与底物特异结合。
酶的活性中心具有催化作用，能够降低反应的活化能 ，加速化学反应速率。
酶的专一性
酶的专一性是指酶只能催化一 种或一类化学反应的性质。
酶的专一性分为绝对专一性和 相对专一性，绝对专一性是指 酶只催化一种底物反应，相对 专一性是指酶对底物的结构有 一定选择性。
酶的专一性是由酶的活性中心 决定的，活性中心的空间结构 和化学组成决定了酶对底物的 选择性。
03
拓展酶的应用领域，将酶应用 于生物医药、食品工业、纺织 工业等领域，提高产品质量和 降低环境污染。
酶的生产方式
01 02
微生物发酵
通过微生物发酵生产酶是一种常见的方法。不同微生物具有不同的代谢 途径和酶系，可以产生不同类型的酶。通过选择适当的微生物和发酵条 件，可以大规模生产酶。
酶的分离纯化
通过各种分离纯化技术手段，从生物材料中 提取和纯化酶。
酶的改造
通过基因工程技术手段对酶进行改造，以提 高酶的催化效率和稳定性。
酶的固定化
将游离酶或细胞固定在特定载体上，实现酶 的重复利用和连续化生产。
酶的生产与应用
通过生物工程技术手段实现酶的工业化生产， 并将其应用于各个领域。
酶工程的应用领域
1980年代
随着分子生物学和生物工程技术的迅速发展，酶 工程领域取得了重大突破，实现了酶的大规模生 产和应用。
02
酶的结构与功能
酶的活性中心
02
01
03
酶的活性中心是酶分子中与底物结合并催化反应的区 域，通常由少数几个氨基酸残基组成。
这些氨基酸残基在空间结构上相互接近，形成一个凹 陷的空腔，能够与底物特异结合。
酶的活性中心具有催化作用，能够降低反应的活化能 ，加速化学反应速率。
酶的专一性
酶的专一性是指酶只能催化一 种或一类化学反应的性质。
酶的专一性分为绝对专一性和 相对专一性，绝对专一性是指 酶只催化一种底物反应，相对 专一性是指酶对底物的结构有 一定选择性。
酶的专一性是由酶的活性中心 决定的，活性中心的空间结构 和化学组成决定了酶对底物的 选择性。
03
拓展酶的应用领域，将酶应用 于生物医药、食品工业、纺织 工业等领域，提高产品质量和 降低环境污染。
《酶工程》课件-微生物发酵产酶
05
微生物发酵产酶存在问题与挑战
产量问题
微生物发酵产酶产量低
由于微生物发酵过程中受到多种因素 的影响，如营养物质的供应、发酵条 件、微生物菌种等，导致酶的产量较 低。
发酵周期长
微生物发酵产酶通常需要较长的发酵 周期，这增加了生产成本和时间成本。
稳定性问题
酶稳定性差
许多酶在发酵过程中容易受到温度、pH值、金属离子等因素的影响，导致酶的稳定性降低。
04
微生物发酵产酶应用实例
工业应用
洗涤剂制造
微生物发酵产生的酶可用于制造 洗涤剂，如蛋白酶用于去除蛋白 质污渍，淀粉酶用于去除淀粉污
渍。
纺织工业
利用微生物发酵产生的酶处理纺织 品，可以改善其质地、手感和外观， 如纤维素酶用于棉织物的生物抛光。
造纸工业
通过微生物发酵产酶技术，可以改 进造纸工艺，提高纸张质量和降低 环境污染，如木聚糖酶用于纸浆漂 白。
过程优化与控制
通过人工智能技术，对微生物发酵产酶过程进行建模和优化，提高 目标酶的产量和质量。
个性化定制酶
结合人工智能和基因工程技术，实现个性化定制酶的合成，满足不 同领域的需求。
THANKS
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《酶工程》课件-微生物发酵 产酶
• 微生物发酵产酶概述 • 微生物发酵产酶原理与过程 • 微生物发酵产酶技术与方法
• 微生物发酵产酶应用实例 • 微生物发酵产酶存在问题与挑战 • 未来发展趋势与展望
01
微生物发酵产酶概述
酶工程简介
酶工程定义
酶工程是生物工程的重要组成部分，是利用酶或者微生物细胞、动植物细胞、 细胞器等具有的生物催化功能，借助工程手段来生产有用物质、设计改造酶或 者生产细胞、器官乃至整个生物体的一门科学技术。
酶工程PPT课件
（2）优点
条件温和，操作简便，分离范围广，回收率高，层析柱可反复 使用，无需再生处理,可分段分离。 （3）常用的凝胶 交联葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶
三 、 酶 的 生 产 及 分 离 纯 化
3.酶分离纯化的层析技术
2）离子交换层析——电荷性质的差异 它利用离子交换剂上可解离基团对各种离子的亲 和力不同而进行分离。 （1）基本原理 蛋白质是两性电解质，不同蛋白质由于其pI不同，
V=
Km
Vmax [S] Km + [S]
— 米氏常数 Vmax — 最大反应速度
米氏方程的推导：
假设： 1）忽略ｐ的逆反应， 也即在初速度期间； 2）底物浓度远远大于 酶的浓度；
二 、 酶 作 用 原 理
3）反应处于稳态，即 中间产物生成和分解 的速度相等。
2、关于米－门方程的讨论 1）酶初速度和底物浓度的关系为一双曲线；
5、底物的浓度
三 、 酶 的 生 产 及 分 离 纯 化
（一）酶的生产
1.对酶源的要求
2.微生物作为酶的优势
3.对酶生产菌的要求 （二）酶的分离纯化 1.酶提取 2.酶分离纯化的沉淀技术 3.酶分离纯化的层析技术 4.酶分离纯化的电泳技术
三 、 酶 的 生 产 及 分 离 纯 化
（一）酶的生产
1.对酶源的要求 1）酶含量丰富 2）提取、纯化方便
（1）基本原理
空间排阻学说：PEG分子在溶液中形成网状 结构，与溶液中的蛋白质分子发生空间排挤作 用，从而使蛋白质分子凝聚而沉淀下来。 PEG沉淀蛋白质的过程遵循下列方程：
lg S f s x c
三 、 酶 的 生 产 及 分 离 纯 化
2．酶分离纯化的沉淀技术
（2）影响因素 a. 蛋白质的分子质量——大，沉降好
酶工程精品PPT课件
工业生物技术 （生物催化）
动力学 反应工程 反应器设计
采矿
药物 食品、营养 动物饲料 植物保护 造纸和纸浆 化学品
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
趋势判断和需求分析
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
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
新兴、前沿学科往往在学科交叉中产生
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
。 。 。 。
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
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
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
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
生物催化剂的固定化
《酶工程技术》PPT课件
2、分类
化学酶工程
生物酶工程
精品医学4ຫໍສະໝຸດ 固定化酶的概念、优点与实现方法
1、概念
固定化酶（immobilized enzyme）指借助物理和 化学方法将酶束缚在一定的空间内并仍具有催化活性的 酶制剂。
2、优点
➢ 提高酶的稳定性
➢ 提高酶的使用效率，降低成本
➢ 使酶的机械强度增加，可进行装柱或分批反应，使反应 连续化、自动化，适合与现代化规模的大工业生产。
精品医学
8
第三节 固定化技术的研究进展
1、提高酶的稳定性
➢ 多点共价结合固定化 ➢ 设计酶的微环境 ➢ 新材料、新技术的应用
2、提高酶的活力
➢ 诱导酶成活性构象 ➢ 增加载体的载酶能力 ➢ 无载体固定化
3、控制酶的提纯和回收过程
精品医学
9
3、控制酶的提纯和回收过程
➢ 酶的固定化纯化 ➢ 磁性材料
精品医学
10
精品医学
11
➢ 极易产生分离，简化了产品的纯化工艺。
精品医学
5
3、固定化方法
➢ 吸附法 ➢ 包埋法 ➢ 共价结合法 ➢ 交联法
精品医学
6
第二节 酶工程的应用
1、在医药中的应用
⑴ 用固定化L-氨基酰化酶生产L-氨基酸。 ⑵ 用固定化细胞以反丁烯二酸为原料生产L-苹果酸，实现
了我国L-苹果酸的工业化生产。
2、在食品中的应用
酶工程技术
薛亚男
精品医学
1
目录
第一节 酶的固定化 第二节 酶工程的应用 第三节 固定化技术的研究进展
精品医学
2
第一节 酶的固定化
一 酶工程简介 二 固定化的概念、优点与实现方法
精品医学
化学酶工程
生物酶工程
精品医学4ຫໍສະໝຸດ 固定化酶的概念、优点与实现方法
1、概念
固定化酶（immobilized enzyme）指借助物理和 化学方法将酶束缚在一定的空间内并仍具有催化活性的 酶制剂。
2、优点
➢ 提高酶的稳定性
➢ 提高酶的使用效率，降低成本
➢ 使酶的机械强度增加，可进行装柱或分批反应，使反应 连续化、自动化，适合与现代化规模的大工业生产。
精品医学
8
第三节 固定化技术的研究进展
1、提高酶的稳定性
➢ 多点共价结合固定化 ➢ 设计酶的微环境 ➢ 新材料、新技术的应用
2、提高酶的活力
➢ 诱导酶成活性构象 ➢ 增加载体的载酶能力 ➢ 无载体固定化
3、控制酶的提纯和回收过程
精品医学
9
3、控制酶的提纯和回收过程
➢ 酶的固定化纯化 ➢ 磁性材料
精品医学
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精品医学
11
➢ 极易产生分离，简化了产品的纯化工艺。
精品医学
5
3、固定化方法
➢ 吸附法 ➢ 包埋法 ➢ 共价结合法 ➢ 交联法
精品医学
6
第二节 酶工程的应用
1、在医药中的应用
⑴ 用固定化L-氨基酰化酶生产L-氨基酸。 ⑵ 用固定化细胞以反丁烯二酸为原料生产L-苹果酸，实现
了我国L-苹果酸的工业化生产。
2、在食品中的应用
酶工程技术
薛亚男
精品医学
1
目录
第一节 酶的固定化 第二节 酶工程的应用 第三节 固定化技术的研究进展
精品医学
2
第一节 酶的固定化
一 酶工程简介 二 固定化的概念、优点与实现方法
精品医学
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酶工程
第二章 酶的发酵工程
2. 乳糖操纵子的诱导机制
（1）乳糖（操2）纵阻子遏的蛋结白构的（负3性）调CA节P；的正性调节
cAMP-CAP β-半乳糖苷酶 透过酶 乙酰基转移酶
DNA
I
P
OZ Y A
RNA聚合酶
mRNA
诱导物
阻遏蛋白
酶工程
第二章 酶的发酵工程
（二）色氨酸操纵子学说
分支酸 邻氨基苯甲酸 磷酸核糖邻氨基苯甲酸 羧苯氨基脱氧核糖磷酸 吲哚甘油磷酸
酶工程
第二章 酶的发酵工程
（三）增强子促进酶的生物合成
增强子：是一段能够提高转录效率的特定DNA序列，长 约100~200bp，核心组件8~12bp，单拷贝或多拷贝串联存在。
增强子的作用特点：
（1）提高同一条DNA链上基因的转录效率，可远距离发 挥作用，在基因的上游或下游均可起作用。
（2）与其序列的正反方向无关。 （3）要有启动子才能发挥作用，但对启动子没有严格的 专一性。 （4）必须与特定的蛋白质因子结合才能发挥作用，具有 组织和细胞特异性。
酶工程
第二章 酶的发酵工程
（一）乳糖操纵子学说 1. 基本概念
操纵子：由调节基因（R）、启动子（P）、操纵基因 （O）和结构基因（S）所构成的一个完整的基因表达单位。
诱导物：诱导酶起始合成的物质。
辅阻遏物：阻遏酶产生的物质。 调节蛋白：调节基因产生的一种变构蛋白。两个结合 位点：操纵基因结合位点、效应物结合位点。两种类型：阻 遏蛋白、阻遏蛋白原。
酶工程
第二章 酶的发酵工程
一、酶的生产菌种
（一）产酶微生物的种类 1. 细菌：大肠杆菌—青霉素酰化酶、L-天冬酰胺酶；
枯草芽孢杆菌—中性蛋白酶、中温α-淀粉酶； 地衣芽孢杆菌—高温α-淀粉
2. 放线菌：葡萄糖异构酶、谷氨酰胺转氨酶
3. 酵母菌：凝血激酶、尿激酶、植酸酶
4. 霉菌：黑曲霉、米曲霉—α-淀粉酶、糖化酶、乳糖酶、
酶工程
第二章 酶的发酵工程
三、酶生物合成调节作用机理的实际应用
（一）发酵中的应用
（二）酶生产中的应用
（三）微生物菌种选育中的应用
酶工程
第二章 酶的发酵工程
第二节 酶的发酵技术
利用微生物的发酵作用，运用一些技术手段控 制发酵过程，大规模产酶的技术，称为酶的发酵技 术。内容主要包括：菌种的选育、培养基的配置、 培养条件控制、发酵方法。
4
Pr
酶工程
第二章 酶的发酵工程
（三）酶生物合成的诱导作用
合成方式
酶
组成酶：细胞所固有的酶 诱导酶：在诱导物的诱导作用下合成的酶
诱导物 — 底物、产物、底物结构类似物（IPTG）
诱导 协同诱导：诱导物同时诱导几种酶的合成 作用 顺序诱导：先后诱导不同酶的合成
生物学意义：① 节约机制；② 环境适应能力
酶工程
第二章 酶的发酵工程
（四）酶生物合成的阻遏作用
1. 终产物阻遏 某一代谢（合成）途径的终产物阻遏合成途径中酶
的合成的现象。
A E1 B E2 C E3 D E4 E
酶工程
第二章 酶的发酵工程
2. 分解代谢物的阻遏作用 当培养基中存在两种碳源（底物）时，容易利用的碳
源的分解代谢产物阻遏分解代谢另一种碳源的酶的合成 的现象。
酶工程
第二章 酶的发酵工程
第一节 酶生物合成的调节机制 第二节 酶的发酵技术 第三节 酶发酵动力学
酶工程
第二章 酶的发酵工程
第一节 酶生物合成的调节机制
一、原核生物中酶生物合成的调节
原核生物酶的合成主要是在转录水平上进行调节，调 节方式主要有酶合成的诱导和酶合成的阻遏两种方式。
原核生物中酶合成的诱导和阻遏作用机制都可以用 Jacob和Monod提出的操纵子理论来解释。
葡萄糖效应：葡萄糖抑制微生物利用其他碳源（底物） 的现象 。
cAMP-CAP
I
P
OZ Y A
酶工程
第二章 酶的发酵工程
二、真核生物中酶生物合成的调节
（一）细胞分化改变酶的生物合成
如：端粒酶的生物合成
（二）基因扩增加速酶的生物合成
如：爪蟾卵细胞形成时，rRNA的基因数增加4000倍； 中国田鼠细胞培养在含有氨甲基蝶呤的培养基中生长时， 细胞中编码二氢叶酸还原酶的基因大量扩增，以合成大量 的二氢叶酸还原酶。
酶工程
第二章 酶的发酵工程
2. 菌种的分离纯化 平板划线法、稀释涂布分离法
3. 产酶性能的测定 初筛： 快速、简便；平板筛选法—有色圈。 复筛： 精确；液体或固体培养发酵，测定产酶水平。
4. 菌种的选育 诱变育种、杂交育种、原生质体融合育种、基因工程育种
5. 菌种的保藏 斜面低温保藏法、沙土管保藏法、石蜡油封藏法、真空冷 冻干燥法、超低温保藏法、固体曲法等。
酶工程
第二章 酶的发酵工程
（三）菌种筛选
1. 含菌样品的采集 根据不同微生物的生态分布特点，从自然界中采样。
产酶微生物的分布基本规律：
（1）相近菌种产生的酶性质一般相近或相似。
（2）胞外酶的稳定性和最适条件通常和菌的最适生长 条件接近。
（3）为获得能降解某种物质的产酶菌株，一般可从该 物质分布比较丰富的地方寻找。
脂肪酶；理氏木霉—木聚糖酶、纤维素酶； 青霉—葡萄糖氧化酶、5/-磷酸二酯酶
酶工程
第二章 酶的发酵工程
（二）产酶菌种的要求
（1）酶的产量高； （2）容易培养和管理，产酶细胞容易生长繁殖，适应性强，便 于管理； （3）菌株遗传性能稳定，不易变异退化，不易感染噬菌体，保 证生产的稳定性； （4）菌株能利用廉价原料，发酵周期短，生产成本低； （5）有利于酶产品的分离纯化，最好是分泌型的胞外酶； （6）菌株安全可靠，非病原菌，不产毒素及其它有害物质，不 影响生产人员的身体健康； （7）基因工程菌必须符合安全性要求。
色氨酸
邻氨基苯甲酸合酶 邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶 磷酸核糖邻氨基苯甲酸异构酶 吲哚甘油磷酸合酶 色氨酸合酶
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第二章 酶的发酵工程
1. 操纵子的调节作用
DNA
R
PO
E D C BA
mRNA
辅阻遏物
（色氨酸）
阻遏蛋白原
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第二章 酶的发酵工程
2. 衰减子的调节作用
DNAΒιβλιοθήκη RPO1前导序列
E D C BA
酶工程
第二章 酶的发酵工程
第二章 酶的发酵工程
所有的生物为了维持其正常的生命活动，在一定 的条件下都能够合成其自身生长所需要的各种酶，酶 的种类和数量是受到细胞自身的严格调控的。
通过人为的操作控制，利用生物细胞的生命活动 来大规模发酵生产人们所需要的酶的技术过程，称为 酶的发酵生产。
酶的制备方法：提取法、发酵法、合成法。