《现代酶工程》PPT课件
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现代酶工程课件
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遗憾的是，由于技术的限制，酶 分子中氨基酸残基与它的空间结构以 及结构—功能之间相互关系等信息严 重匮乏，加上这些关系又非常复杂， 迄今为止，人们对它们的理解和认识 仍然非常肤浅
现代酶工程课件
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如何利用相对简单的方法 以达到对天然酶的改造或构建 新的非天然酶就显得非常有研 究意义和应用前景。
体外随机引导重组是以单链DNA为模板，配合 一套随机引物，产生互补于模板不同位置的短DNA 片段库(由于碱基错配，这些短DNA 片段也含有少 量的点突变)，然后进行类似于DNA shuffg相比，RPR具有以下优点：
a．用单链DNA为模板．对模板量要求少，大大降 低了亲本组分， 便利筛选
现代酶工程课件
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基于M13载体的寡核苷酸介导定点突变
现代酶工程课件
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基于M13载体的寡核苷酸介导定点突变
理论上，如果含突变的DNA链和正常的 DNA链复制速率相同，应该有50%的克隆带 突变基因。但是，由于许多技术上的原因， 实际上一般只有1%到5%的克隆带突变基因。 显然，这样的效率还不尽人意。
现代酶工程课件
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从目前的情况来看，具有新功 能和特性的酶可以通过从大量未知 的自然种系中寻找以及对现有的天 然酶进行改造，其中对于在自然进 化过程中没有经过特性和功能选择 的酶而言，对现有的天然酶进行改 造比大量筛选可能更加合适。
现代酶工程课件
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对酶进行改造的理论基础:
无数的研究工作已经表明， 酶分子内某些氨基酸残基的微小 改变可使酶的催化能力和立体选 择性产生很大的改善。
交叉延伸程序（Staggered extension process， StEP）是一种简化并改进的DNA重排技术。它是由 France Arnold研究小组在1997年提出的。在一个 PCR反应体系中以两个以上相关的DNA片段为模板 进行PCR反应。引物先在一个模板链上延伸，随之 进行多轮变性、短暂复性（延伸）过程，在每一轮 PCR循环中，那些部分延伸的片段可以随机地杂交 到含不同突变的模板上继续延伸，由于模板转换而 实现不同模板间的重组，这样重复进行直到获得全 长基因片段，重组的程度可以通过调整时间和温度 来控制。此方法省去了将DNA酶切成片段这一步， 因而简化了DNA重排方法。
《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。
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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
现代酶工程2酶的发酵生产
¡ ATCC (American Type Culture Collection）美 国典型菌种保藏中心
ATCC 主要从事农业、遗传学、应用微生物、免 疫学、细胞生物学、工业微生物学、菌种保藏方法、 医学微生物学、分子生物学、植物病理学、普通微 生物学、分类学、食品科学等的研究。
该中心保藏有藻类111株，细菌和放线菌16865株， 细胞和杂合细胞4300株，丝状真菌和酵母46000株， 植物组织79株，种子600株，原生动物1800株，动物 病毒、衣原体和病原体2189株，植物病毒1563种。
•诱变或基因工程 来培育优良品种
•代谢物（酶反应的 底物、产物或类似物） 控制和调节酶的合成
•工艺调控
现代酶工程2酶的发酵生产
生产工艺-工艺流程-胞外
现代酶工程2酶的发酵生产
生产工艺-工艺流程-胞内
现代酶工程2酶的发酵生产
生产工艺 —— 培养基
•碳源、氮源、无机盐
•生长因子 —— 酶生产时需要供给微生物生长所需的氨基酸、
•液体发酵 技术原理
•液体深层发酵
•酶制剂生产的 •主要培养方式
•浸没式发酵
•原料的利用 率和酶的产 量都较高， 培养条件容
易控制
现代酶工程2酶的发酵生产
常用的酶制剂-1
现代酶工程2酶的发酵生产
常用的酶制剂-2
现代酶工程2酶的发酵生产
酶的生物合成
•酶的生物合成受基因和代谢物的双重控制
•基因决定形成酶 分子的化学结构
四个阶段 1、氨基酸活化生成氨酰－tRNA 2、肽链合成的起始 3、肽链的延伸 4、肽链合成的终止 思考:密码子偏爱性与翻译速率?
现代酶工程2酶的发酵生产
第二节 酶发酵生产常用的微生物 （酶的生产菌种）
ATCC 主要从事农业、遗传学、应用微生物、免 疫学、细胞生物学、工业微生物学、菌种保藏方法、 医学微生物学、分子生物学、植物病理学、普通微 生物学、分类学、食品科学等的研究。
该中心保藏有藻类111株，细菌和放线菌16865株， 细胞和杂合细胞4300株，丝状真菌和酵母46000株， 植物组织79株，种子600株，原生动物1800株，动物 病毒、衣原体和病原体2189株，植物病毒1563种。
•诱变或基因工程 来培育优良品种
•代谢物（酶反应的 底物、产物或类似物） 控制和调节酶的合成
•工艺调控
现代酶工程2酶的发酵生产
生产工艺-工艺流程-胞外
现代酶工程2酶的发酵生产
生产工艺-工艺流程-胞内
现代酶工程2酶的发酵生产
生产工艺 —— 培养基
•碳源、氮源、无机盐
•生长因子 —— 酶生产时需要供给微生物生长所需的氨基酸、
•液体发酵 技术原理
•液体深层发酵
•酶制剂生产的 •主要培养方式
•浸没式发酵
•原料的利用 率和酶的产 量都较高， 培养条件容
易控制
现代酶工程2酶的发酵生产
常用的酶制剂-1
现代酶工程2酶的发酵生产
常用的酶制剂-2
现代酶工程2酶的发酵生产
酶的生物合成
•酶的生物合成受基因和代谢物的双重控制
•基因决定形成酶 分子的化学结构
四个阶段 1、氨基酸活化生成氨酰－tRNA 2、肽链合成的起始 3、肽链的延伸 4、肽链合成的终止 思考:密码子偏爱性与翻译速率?
现代酶工程2酶的发酵生产
第二节 酶发酵生产常用的微生物 （酶的生产菌种）
《酶工程概述》PPT课件
类蛋白质(少数为RNA)或其复合体，是生物催化剂。
例如：由胰腺分泌的胰蛋白酶（肽链内切酶），它能把多肽链中赖氨
酸和精氨酸残基中的羧基侧切断。
O
NH2
…－(CH2)4－CH－C－NH－(CH2)4－CH－COOH
赖氨酸残基
O －C－OH H－NH－
- H2OOLeabharlann NHONH
O
－C－NH－
…N H
HN
N H
CH2OP (CHOH)4
CHO
医学PPT
7
⑶水解酶类
水解酶类用于催化底物发生水解反应，水解酶在生物体内担负降解的 作用。水解酶类是当前应用最广泛的一种重要酶。
例如：淀粉的水解 (C6H10O5)n + nH2O 淀粉酶
淀粉
nC6H12O6
葡萄糖
又如：蛋白质在蛋白酶的催化下水解
蛋白酶
蛋白质
水解
蛋白酶
COOH C＝O CH2 -COOH
医学PPT
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2.酶的命名
酶的命名方法有系统命名法和习惯命名法两种。系统命名法是根据 国际生物化学联合会酶学委员会的命名规则进行的命名；习惯命名法常 根据底物名称和反应类型进行命名。
⑴系统命名 国际酶学委员会规定，酶的名称包括两部分。即： 酶的系统名称 分类编号（4个数字） 酶的系统名称应包括底物名称、反应类型；若有两种底物，将其名
COOH 谷丙转氨酶 (CH2)2 +
HCNH2
COOH
C＝O
COOH
COOH
谷氨酸 丙酮酸
α-酮戊二酸
CH3 HCNH2
COOH
丙氨酸
又如：葡萄糖在己糖激酶的催化下，被活化为6-磷酸葡萄糖，使底物 分子上的高能磷酸基团转移到 ADP 分子上。
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
第八章 现代酶工程技术
Flash1
(四） L-苹果酸生产
L—苹果酸是一种重要的有机酸， 在医药和食品工业中有广泛用途。L— 苹果酸生产途径有（1）用葡萄糖直接 发酵：（2）用延胡索酸为原料酶法合 成；目前国内L—苹果酸工业化生产主 要是用延胡索酸为原料的酶法合成。普 遍使用的包埋载体是卡拉胶（K— carrageenan）。
•
三、 固定化酶技术 （一）固定化技术概述 （二）酶和菌体固定化技术 （三）固定化细胞的反应器
☆
（一）固定化技术概述
• 概说：酶已广泛应用工业及家庭日常生活 中。如 • 1、淀粉酶都采用酸解法，现在很多都用 酶解法。家庭所用甜酒药就是根霉。我们 知道还有 • 2、蛋白酶（如酱油、豆腐乳等）； • 3、果胶酶（如酒类澄清、白莲脱皮）； • 4、脂肪酶（如皮毛脱脂）等。
2．酶促效率明显提高 和固定化酶不同，菌体细胞在固定 化过程中通常不损伤细胞本身，细 胞内的酶系统也最大限度地保持着 天然状态，因此它具有较高的酶促 效率。
3．热稳定性增强 如恶臭假单孢菌经包埋后 最适反应温度较游离细胞提高 20℃，而且热稳定性也增强。
4．易产生副反应
微生物菌体细胞内含有庞大而复杂的酶系 统，其中一些酶在生产时是我们不需要的， 某些酶甚至是有害的，它们可催化生产影 响产品质量的物质。如包埋黄色短杆菌 （产延胡索酸酶）生产L—苹果酸时，便有 副产物琥珀酸产生，它是影响产品出口的 主要因素。生产上一般采用胆汁酸处理固 定化细胞，可显著降低琥珀酸的含量。
（四）菌体包埋 （1）卡拉胶熔化 生理盐水500Kg，卡拉胶20Kg， 加入1.5m3的搪瓷罐中，开搅拌， 夹套加热，升温到100℃，保温 10min，卡拉胶彻底熔化。降温到 50℃，夹套保温备用。
（四）菌体包埋 （2）混合 湿菌体114Kg，加100Kg生理盐水 放另一搪瓷罐中混匀，保温45℃， 然后压入卡拉胶罐中，恒温45℃， 搅拌10min。
酶与酶工程绪论PPT课件
酶是具有生物催化功能的生物大分 子。
1982年Cech小组发现RNA本身可以是一 个生物催化剂，称之为核酶Ribozyme。
事先设计好的过渡态类似物为半抗原，按 一般单克隆抗体制备程序获得具有催化活 性的抗体。称之为抗体酶Abzyme。
酶有两大类别：
主要由蛋白质组成称为蛋白类 酶（P酶）；
改造酶的特性最有效的方法是定位突变 （Site-directed Mutagenesis）和定向进 化（Directed Evolution in Vitro）。
定位突变技术只对某些氨基酸残基进行 替换、删除、天加或修饰，并不能从根 本上改变酶的高级结构，故有一定的局 限性。
体外定向进化不需要酶的结构、功能关系 和催化机制方面的信息。
生物酶工程则是以酶学和以基因重组 技术为主的现代分子生物学技术相结 合的产物，
主要包括：
①用基因工程技术大量生产酶（克隆 酶）；
②修饰酶基因产生遗传修饰酶（突变 酶）；
③设计新的酶基因，合成自然界不曾有 的新酶。
1.3 分子酶学工程（Molecular Engineering）
是酶工程在分子水平上的体现。
❖ 一是发展构建工程酶的理论、策略和方法； ❖ 二是在考察和研究生物多样性的基础上发现
新的酶及其工程化； ❖ 三是扩大工程酶的应用领域。
分子酶学工程的基本策略和方法
1）在对酶结构与功能分析的基础上，应 用基因工程、蛋白质工程（包括分子进化） 技术改变或完善天然酶某些性质并构建出 更加实用的新酶，如进化酶、模块酶和杂 和酶等；
蛋白质工程 生物催化过程的开发流程
生物催化过程又是典型的高度不均一过 程，理论上
需要特殊设计的硬件部分， 需要有高催化效率的生物催化剂， 需要实施计算机控制的软件， 需要能降低成本的回收和再利用技术，
现代酶工程酶的发酵生产PPT.
DSMZ
DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH) 德国微生物菌种保藏中心 DSMZ成立于1969年，是德国的国家菌种保藏中 心。该中心一直致力于细菌、真菌、质粒、抗菌素、 人体和动物细胞、植物病毒等的分类、鉴定和保藏 工作。 该中心是欧洲规模最大的生物资源中心，保藏 有细菌9400株，真菌2400株，酵母500株，质粒300 株，动物细胞500株，植物细胞500株，植物病毒600 株，细菌病毒90株等。
这位客户笑株起来，了：细“怎么胞？我想和要的杂音乐合你有吗细？” 胞4300株，丝状真菌和酵母46000 株，植物组织79株，种子600株，原生动物1800株， 动物病毒、衣原体和病原体2189株，植物病毒1563 种。
NRRL
Agricultural Research Service (ARS) Culture Collection 原为Northern Regional Research Laboratory NRRL是由美国农业部农业研究中心支持的政府 性质的菌种保藏中心。主要从事农业、应用微生物、 基因工程、工业微生物、菌种保藏方法、环境保护、 分子生物学、食品安全、普通微生物、分类学的研 究。 该中心保藏有细菌10500株，真菌45000株，酵 母14500株，放线菌9500株。
走向规范，就要掌握汽车销售的合理流程。此流程包括客户开发、客户接待、需求咨询（分析）、车辆的展示与介绍、试乘试驾、处
该中心保藏有藻类111株，细菌和放线菌16865 理客户的异议、签约成交、交车服务、售后跟踪服务等九个环节。 要慎重对待性格测试，因为它只能反映应聘者主要性格特点，并不能说明应聘者是否可以胜任工作。
现代生物技术酶工程PPT课件
人类原始应用酶的催化作用可谓源远流长。我国劳动人 民在四千年前已掌握了酿酒技术，商朝的酿酒业已相当 发达，秦汉前已将麦芽用于制造饴糖等等。但是直到十 九世纪人们才逐渐建立起“酶”的概念。1908年罗门 等利用胰酶鞣制皮革，1917年法国人博伊丁和埃芬特 用枯草杆菌产生的淀粉酶用作纺织工业上的退浆剂。此 后酶在工业上应用的研究逐渐深入到很多工业部门。到 了1949年，由于日本采用深层培养法生产细菌α—淀 粉酶获得成功，才使酶制剂的生产和应用进入工业化的 阶段。
相互促进，它们在生物工程的研究、开发和产业化过程中要靠彼此合作来实现。
第2页/共106页
基因工程
基因工程菌
转基因动物 转基因植物
细胞工程
发酵工程
酶 菌体细胞 固定化菌体细胞
酶工程
酶
细胞
酶工程与发酵工程、基因工程、细胞工程的关系
第3页/共106页
一、酶工程的内容
1.酶工程的分类： • （1）化学酶工程：自然酶、化学修饰酶、固定化酶、化学人工酶的研究和应用。 • （2）生物工程酶：
第五章 酶工程
1
酶工程概述
2
酶的生产与分离纯化
3 化学修饰酶与化学人工酶
4
固定化酶
5
酶反应器和酶传感器
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第一节 酶工程的概述
• 酶工程（enzyme engineering) • 又称酶技术，是指利用酶催化的作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化
成所需要的产品的过程，它是酶学理论与化学技术相结合而形成的一门新技术。 • 酶工程是生物工程的重要组成部分，它与基因工程、细胞工程、发酵工程相互依存、
①用基因工程技术大量生产酶（克隆酶）； ②修饰酶基因产生遗传修饰酶（突变酶）； ③设计新酶基因，合成自然界不曾有的酶（新酶）。
相互促进，它们在生物工程的研究、开发和产业化过程中要靠彼此合作来实现。
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基因工程
基因工程菌
转基因动物 转基因植物
细胞工程
发酵工程
酶 菌体细胞 固定化菌体细胞
酶工程
酶
细胞
酶工程与发酵工程、基因工程、细胞工程的关系
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一、酶工程的内容
1.酶工程的分类： • （1）化学酶工程：自然酶、化学修饰酶、固定化酶、化学人工酶的研究和应用。 • （2）生物工程酶：
第五章 酶工程
1
酶工程概述
2
酶的生产与分离纯化
3 化学修饰酶与化学人工酶
4
固定化酶
5
酶反应器和酶传感器
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第一节 酶工程的概述
• 酶工程（enzyme engineering) • 又称酶技术，是指利用酶催化的作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化
成所需要的产品的过程，它是酶学理论与化学技术相结合而形成的一门新技术。 • 酶工程是生物工程的重要组成部分，它与基因工程、细胞工程、发酵工程相互依存、
①用基因工程技术大量生产酶（克隆酶）； ②修饰酶基因产生遗传修饰酶（突变酶）； ③设计新酶基因，合成自然界不曾有的酶（新酶）。
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Susanne Brakmann and Kai Johnsson (eds)
Directed Molecular Evolution of Proteins
Wiley-VCH,2002, ISBN 3-527-30423-1
医学PPT
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定向进 化过程 的原理
医学PPT22分子生物学的分类与构建方法医学PPT
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如何利用相对简单的方法 以达到对天然酶的改造或构建 新的非天然酶就显得非常有研 究意义和应用前景。
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解决办法:蛋白质定向进化
20世纪80年代末，在PCR技术出现的
初期，就有人着手利用Error-prone4年，美国科学家Stemmer 开创了
能在非水溶剂、极端温度和pH等特殊 条件下催化反应，尤其重要的是能接
受自然界中不存在的各种底物。
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正是由于天然酶的性质与 实际应用过程中人们对酶的期 望之间的巨大差距，使对天然 酶在分子水平上进行改造显得 十分重要和迫切。
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从目前的情况来看，具有新功 能和特性的酶可以通过从大量未知 的自然种系中寻找以及对现有的天 然酶进行改造，其中对于在自然进 化过程中没有经过特性和功能选择 的酶而言，对现有的天然酶进行改 造比大量筛选可能更加合适。
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定向进化技术的作用
使发生在自然界中漫长的进化过
程能在实验室中得以模拟，使人类可
以按照自己的意愿和需要改造酶分子
，甚至设计出自然界中原来并不存在
的全新酶分子(全新蛋白质)。
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与自然进化相比，酶分子的 定向进化过程完全是在人为控制 下进行的，使酶分子朝向人们期 望的特定目标进化。
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酶的进化主要不是表现为某 个酶分子的活力和稳定性的不断 提高，而是在于生物整体的适应 能力、调控能力的增强，因此， 通常只要求酶在生物体内对特定 的生物学功能有专一性。
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应用过程对酶的要求
在酶催化过程的研究和应用过程
中，人们总是期望酶的活力和稳定性
越高越好，并具备良好的催化性能：
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对酶进行改造的理论基础:
无数的研究工作已经表明， 酶分子内某些氨基酸残基的微小 改变可使酶的催化能力和立体选 择性产生很大的改善。
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遗憾的是，由于技术的限制，酶 分子中氨基酸残基与它的空间结构以 及结构—功能之间相互关系等信息严 重匮乏，加上这些关系又非常复杂， 迄今为止，人们(Directed)
随机的 (Random)
理性的 (Rational)
简并的 (Saturation)
重组的 (Recombination)
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定点突变 (Site-specific mutagenesis)
易错PCR (Error-prone PCR)
DNA重排(改组) (DNA shuffling)
效的新方法 交错延伸技术(StEP)：由Zhao 等 提出, 是一种简化
的DNA shuffling 技术 过渡模板随机嵌合生长(RACHITT)：与DNA
shuffling 概念上明显不同的、改进的基因家族重组 技术.
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定点突变
定点突变（site-specific mutagenesis或sitedirected mutagenesis）是指在目的DNA片断（例如： 一个基因）的指定位点上引入特定的碱基对变化的 技术。
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酶的工业应用:
利用酶作为催化剂进行生物催化 与生物转化，已成为生产精细化学品、 手性药物、食品添加剂等的重要工具, 获得了广泛应用。
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4
天然酶的局限:
随着酶催化应用范围的不断扩大 和研究的逐步深入，研究者已经越来 越发现，现有的天然酶的催化特性常 常不能很好地满足酶学研究和工业化 应用的要求。
可以在分子水平上实现家族基金内部序列
重组的新技术——DNA Shuffling，可以在
一个基因及其PCR诱变产物，或一组家族
基因的基础上创造新基因。
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酶分子的定向进化技术
人为地创造特殊的进化条件，模拟自 然进化机制，在体外对基因进行随机突变， 从一个或多个已经存在的亲本酶（天然的 或者人为获得的）出发，经过基因的突变 和重组，构建一个人工突变酶库，通过一 定的筛选或选择方法最终获得预先期望的 具有某些特性的进化酶。
蛋白质定向进化技术的发展和应用 ——构建新蛋白质(酶)的一种途径
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生物体系之所以能够相对独 立地存在于自然界中，并维持其 独立性和生命的延续性，都是因 为生物体内的一系列酶在发挥着 作用。
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酶保证了生物体内组成生命活动 的大量生化反应得以按照预定的方向 有序、精确而顺利地进行，几乎所有 生物的生理现象都与酶的作用紧密相 关，可以这样说，没有酶的存在，就 没有生物体的一切生命活动。
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定向进化技术的发展
定点突变（site-specific mutagenesis或site-directed mutagenesis）
易错PCR技术(error prone PCR) DNA改组(DNA shuflling)：由美国Stemmer 于1994
年首次提出 一项体外重组技术 随机引导重组(RPR) 1998 年,Arnold 提出了一种有
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大量的研究已经表明：在目前对 酶分子认识还不成熟的情况下，通过 DNA水平上的适当修饰来改变酶的氨 基酸顺序，进而改变酶的性能，是可 能在重组生物中产生新的酶类，并获 得比天然酶活力更高、稳定性和催化 性能更好的进化酶，以满足研究和应 用的需要。
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定向进化技术( directed evolution) 的原理
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主要原因：
1 天然酶的稳定性差、对某些底物的催 化活性低，以及缺乏有商业价值的 催化功能及其他性质
2 越来越多的情况需要一些酶催化很 多在自然界中并不存在的各种底物 来完成特定的反应过程
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根源:
天然酶的局限性源于酶的自 然进化过程。
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天然酶的进化过程:
在自然进化过程中，进化保证 了酶对环境任何改变的适应能力， 但是自然进化既没有特定的方向， 也没有特定的目标，它是在整个生 物的繁殖和生存过程中自发进行.