第6章酶工程制药一
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第6章酶工程制药一
四、酶在医药领域的应用
1、在疾病诊断方面的应用
➢ 酶学诊断：由于酶催化的高效性和特异性，具有可靠、 简便又快捷的特点。
➢ 包括两个方面：一是根据体内原有酶活力的变化来诊断 某些疾病，如利用谷丙转氨酶活力升高来诊断肝炎；二 是用酶测定体液中某些物质的量诊断疾病，如利用葡萄 糖氧化酶测定血糖含量，诊断糖尿病等。
第6章酶工程制药一
3、添加表面活性剂 可分为离子型和非离子型，离子型对细胞有毒害作用，只
能使用非离子型，可聚集在细胞膜上，增加细胞通透性， 有利于酶的分泌，可增加酶的产量。 4、添加刺激剂 在植物细胞培养生产次级代谢产物的过程中，添加某些刺 激剂可显著提高次级代谢的物的产量。真菌的细胞壁碎片 或其有效成分、微生物胞外酶以及一些小分子物质。 5、添加产酶促进剂 植酸钙镁可使霉菌蛋白酶和橘青霉磷酸二酯酶的产量提高 1-20倍。
常常与淀粉酶、脂肪酶等一起制成复合酶制剂， 以增加疗效，片剂，可口服。 ✓ 消炎剂，对各种炎症有很好的疗效，它能分解一 些蛋白质和多肽，使炎症部位的坏死组织溶解， 增加组织的通透性，抑制浮肿，促进病灶附近组 织积液的排出并抑制肉芽的形成，可口服、外敷 和肌肉注射。 ✓ 蛋白酶经组织注射可治疗高血压，由于蛋白酶催 化运动迟缓素原及胰血管舒张素原的部分肽段水 解生成运动迟缓素和胰血管舒张素，从而使血压 下降。
第6章酶工程制药一
3、常用产酶微生物
1. 大肠杆菌：一般属于胞内酶，需要经过细胞破碎才能得到。 谷氨酸脱羧酶，用于测定谷氨酸含量或γ-氨基丁酸；天冬氨 酸酶，催化延胡索酸加氨生成L-天冬氨酸；苄青霉素酰化酶， 生成新的半合成青霉素或头孢霉素；β-半乳糖苷酶，用于分 解乳糖。
2. 枯草杆菌：α-淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶、碱性磷酸脂 酶。
20世纪 20年代初出现，当时主要是自然酶制剂在工 业上的大规模应用，1953年提出固定化酶技术， 1969年利用该技术成功拆分了混旋氨基酸。1971年 第一届国际酶工程会议提出的酶工程主要内容是： 酶的生产、分离、纯化、固定化、固定化的反应器、 酶与固定化酶的应用。
酶工程的优点是工艺简单、效率高、生产成 本低、环境污染小、产品收率高、纯度好、 还可制造出化学方法无法生产的产品。
酶由国际酶学委员会分为六大类：氧化还原酶类、 转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类、合成 酶类。
ຫໍສະໝຸດ Baidu第6章酶工程制药一
一、酶工程简介
酶工程（enzyme engineering）是酶学和工程学相 互渗透、发展而形成的一门新的技术科学。从应用 的目的出发研究酶、应用酶的特异催化功能，并通 过工程化将相应原料转化成有用物质的技术。
10. 植物细胞：大蒜-超氧化物歧化酶、木瓜-木瓜蛋 白酶、菠萝-菠萝蛋白酶。
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※提高药用酶产量的措施
1、添加诱导物 对于诱导酶的发酵生产，在发酵培养基中添加适
当的诱导物，可使产酶量显著提高。乳糖诱导β半乳糖苷酶，纤维二糖诱导纤维素酶。 诱导物可分为三种：酶的作用底物、酶的反应产 物、酶的底物类似物。 2、控制阻遏物浓度 有些酶的合成受到阻遏物的阻遏作用，应设法解 除阻遏作用来提高酶的产量。
7. 根霉：糖化酶、α-淀粉酶、转化酶、酸性蛋白 酶、脂肪酶、纤维素酶，含有较强的11α-羟化 酶，常用于甾体转化。
8. 链霉菌：葡萄糖异构酶、青霉素酰化酶、纤维 素酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶，含有丰富的 11α-羟化酶，可用于甾体转化。
9. 啤酒酵母：酿造啤酒、酒精、饮料酒和面包制 造。可生产转化酶、丙酮酸脱羧酶等的生产。
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三、酶的生产菌
1、对菌种的要求 ➢ ①繁殖快，产酶量高，酶的性能符合使用要求，最
好是胞外酶；②不是致病菌、在系统发育上与病源 体无关，不产生毒素；③稳定，不易变异退化，不 易感染噬菌体；④能利用廉价原料，发酵周期短， 易于培养。 2、生产菌来源 ➢ 从菌种保藏机构和有关研究部门获得，从自然界中 分离筛选。土壤、深海、温泉、火山、森林都是菌 种采集地，筛选包括菌样采集、菌种分离、初筛、 纯化、复筛、生产性能鉴定。 ➢ 生产菌的改良，基因突变、基因转移、基因克隆。
2、在疾病治疗方面的应用
➢ 由于酶具有专一性和高效率的特点，具有种类多、用量 少和纯度高等特点。
➢ 主要医药用酶：①蛋白酶；②溶菌酶；③超氧化物歧化 酶；④L-天冬酰胺酶；⑤尿激酶；⑥其他相关酶制剂等
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1、蛋白酶 ✓ 临床上使用最早、用途最广的药用酶之一。 ✓ 消化剂，用于治疗消化不良和食欲不振，使用时
第六章 酶工程制药
第6章酶工程制药一
第一节 概述 酶的特性
酶是生物催化剂，大多数酶的本质是蛋白质，有些 酶是核酸。
酶作为生物催化剂，除具有一般催化剂的特性：加 快反应速度、降低反应活化能、不改变反应平衡点、 反应前后无数量和性质变化等外，还具有独自的特 点：催化效率高、专一性强、反应条件温和、催化 活性易受调节和控制。
第6章酶工程制药一
现代酶工程的研究内容：
1、酶的分离、提纯、大批量生产及新酶和酶的应 用开发； 2、酶和细胞的固定化及酶反应器的研究； 3、酶生产中基因工程技术的应用及遗传修饰酶 （突变酶）的研究； 4、酶的分子改造与化学修饰、以及酶的结构与功 能之间关系的研究； 5、有机相中酶反应的研究； 6、酶的抑制剂、开发及其应用研究； 7、抗体酶、核酸酶的研究； 8、模拟酶、合成酶、酶分子的人工设计、合成的 研究。
3. 青霉菌：产黄青霉用于生产葡萄糖氧化酶、青霉素酰化酶； 橘青霉用于生产脂肪酶、葡萄糖氧化酶、凝乳蛋白酶。
4. 黑曲霉：有胞外酶和胞内酶，糖化酶、α-淀粉酶、酸性蛋白 酶、葡萄糖氧化酶、脂肪酶、纤维素酶。
5. 米曲霉：糖化酶和蛋白酶，在传统的酒曲和酱油曲中得到广 泛应用。
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6. 木霉：纤维素酶，含有较强的17α-羟化酶，常 用于甾体转化。
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二、 酶的来源
➢ 普遍存在于生物体中，可直接从生物体中分离。
➢ 化学合成方法目前还不成熟。
➢ 早期是以动植物为原料进行提取，由于动植物生 长周期长、来源有限、受地理、气候和季节等因 素的影响，不适于大规模生产。
➢ 利用微生物来生产酶制品是一个更好的选择，优 点是：1、微生物种类繁多，动植物体内的酶在微 生物中几乎都可以找到；2、繁殖快、生产周期短、 培养简便、并可以通过控制培养条件来提高产量； 3、微生物具有较强的适应性，通过各种遗传变异 手段能培育出新的高产菌株。
四、酶在医药领域的应用
1、在疾病诊断方面的应用
➢ 酶学诊断：由于酶催化的高效性和特异性，具有可靠、 简便又快捷的特点。
➢ 包括两个方面：一是根据体内原有酶活力的变化来诊断 某些疾病，如利用谷丙转氨酶活力升高来诊断肝炎；二 是用酶测定体液中某些物质的量诊断疾病，如利用葡萄 糖氧化酶测定血糖含量，诊断糖尿病等。
第6章酶工程制药一
3、添加表面活性剂 可分为离子型和非离子型，离子型对细胞有毒害作用，只
能使用非离子型，可聚集在细胞膜上，增加细胞通透性， 有利于酶的分泌，可增加酶的产量。 4、添加刺激剂 在植物细胞培养生产次级代谢产物的过程中，添加某些刺 激剂可显著提高次级代谢的物的产量。真菌的细胞壁碎片 或其有效成分、微生物胞外酶以及一些小分子物质。 5、添加产酶促进剂 植酸钙镁可使霉菌蛋白酶和橘青霉磷酸二酯酶的产量提高 1-20倍。
常常与淀粉酶、脂肪酶等一起制成复合酶制剂， 以增加疗效，片剂，可口服。 ✓ 消炎剂，对各种炎症有很好的疗效，它能分解一 些蛋白质和多肽，使炎症部位的坏死组织溶解， 增加组织的通透性，抑制浮肿，促进病灶附近组 织积液的排出并抑制肉芽的形成，可口服、外敷 和肌肉注射。 ✓ 蛋白酶经组织注射可治疗高血压，由于蛋白酶催 化运动迟缓素原及胰血管舒张素原的部分肽段水 解生成运动迟缓素和胰血管舒张素，从而使血压 下降。
第6章酶工程制药一
3、常用产酶微生物
1. 大肠杆菌：一般属于胞内酶，需要经过细胞破碎才能得到。 谷氨酸脱羧酶，用于测定谷氨酸含量或γ-氨基丁酸；天冬氨 酸酶，催化延胡索酸加氨生成L-天冬氨酸；苄青霉素酰化酶， 生成新的半合成青霉素或头孢霉素；β-半乳糖苷酶，用于分 解乳糖。
2. 枯草杆菌：α-淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶、碱性磷酸脂 酶。
20世纪 20年代初出现，当时主要是自然酶制剂在工 业上的大规模应用，1953年提出固定化酶技术， 1969年利用该技术成功拆分了混旋氨基酸。1971年 第一届国际酶工程会议提出的酶工程主要内容是： 酶的生产、分离、纯化、固定化、固定化的反应器、 酶与固定化酶的应用。
酶工程的优点是工艺简单、效率高、生产成 本低、环境污染小、产品收率高、纯度好、 还可制造出化学方法无法生产的产品。
酶由国际酶学委员会分为六大类：氧化还原酶类、 转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类、合成 酶类。
ຫໍສະໝຸດ Baidu第6章酶工程制药一
一、酶工程简介
酶工程（enzyme engineering）是酶学和工程学相 互渗透、发展而形成的一门新的技术科学。从应用 的目的出发研究酶、应用酶的特异催化功能，并通 过工程化将相应原料转化成有用物质的技术。
10. 植物细胞：大蒜-超氧化物歧化酶、木瓜-木瓜蛋 白酶、菠萝-菠萝蛋白酶。
第6章酶工程制药一
※提高药用酶产量的措施
1、添加诱导物 对于诱导酶的发酵生产，在发酵培养基中添加适
当的诱导物，可使产酶量显著提高。乳糖诱导β半乳糖苷酶，纤维二糖诱导纤维素酶。 诱导物可分为三种：酶的作用底物、酶的反应产 物、酶的底物类似物。 2、控制阻遏物浓度 有些酶的合成受到阻遏物的阻遏作用，应设法解 除阻遏作用来提高酶的产量。
7. 根霉：糖化酶、α-淀粉酶、转化酶、酸性蛋白 酶、脂肪酶、纤维素酶，含有较强的11α-羟化 酶，常用于甾体转化。
8. 链霉菌：葡萄糖异构酶、青霉素酰化酶、纤维 素酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶，含有丰富的 11α-羟化酶，可用于甾体转化。
9. 啤酒酵母：酿造啤酒、酒精、饮料酒和面包制 造。可生产转化酶、丙酮酸脱羧酶等的生产。
第6章酶工程制药一
三、酶的生产菌
1、对菌种的要求 ➢ ①繁殖快，产酶量高，酶的性能符合使用要求，最
好是胞外酶；②不是致病菌、在系统发育上与病源 体无关，不产生毒素；③稳定，不易变异退化，不 易感染噬菌体；④能利用廉价原料，发酵周期短， 易于培养。 2、生产菌来源 ➢ 从菌种保藏机构和有关研究部门获得，从自然界中 分离筛选。土壤、深海、温泉、火山、森林都是菌 种采集地，筛选包括菌样采集、菌种分离、初筛、 纯化、复筛、生产性能鉴定。 ➢ 生产菌的改良，基因突变、基因转移、基因克隆。
2、在疾病治疗方面的应用
➢ 由于酶具有专一性和高效率的特点，具有种类多、用量 少和纯度高等特点。
➢ 主要医药用酶：①蛋白酶；②溶菌酶；③超氧化物歧化 酶；④L-天冬酰胺酶；⑤尿激酶；⑥其他相关酶制剂等
第6章酶工程制药一
1、蛋白酶 ✓ 临床上使用最早、用途最广的药用酶之一。 ✓ 消化剂，用于治疗消化不良和食欲不振，使用时
第六章 酶工程制药
第6章酶工程制药一
第一节 概述 酶的特性
酶是生物催化剂，大多数酶的本质是蛋白质，有些 酶是核酸。
酶作为生物催化剂，除具有一般催化剂的特性：加 快反应速度、降低反应活化能、不改变反应平衡点、 反应前后无数量和性质变化等外，还具有独自的特 点：催化效率高、专一性强、反应条件温和、催化 活性易受调节和控制。
第6章酶工程制药一
现代酶工程的研究内容：
1、酶的分离、提纯、大批量生产及新酶和酶的应 用开发； 2、酶和细胞的固定化及酶反应器的研究； 3、酶生产中基因工程技术的应用及遗传修饰酶 （突变酶）的研究； 4、酶的分子改造与化学修饰、以及酶的结构与功 能之间关系的研究； 5、有机相中酶反应的研究； 6、酶的抑制剂、开发及其应用研究； 7、抗体酶、核酸酶的研究； 8、模拟酶、合成酶、酶分子的人工设计、合成的 研究。
3. 青霉菌：产黄青霉用于生产葡萄糖氧化酶、青霉素酰化酶； 橘青霉用于生产脂肪酶、葡萄糖氧化酶、凝乳蛋白酶。
4. 黑曲霉：有胞外酶和胞内酶，糖化酶、α-淀粉酶、酸性蛋白 酶、葡萄糖氧化酶、脂肪酶、纤维素酶。
5. 米曲霉：糖化酶和蛋白酶，在传统的酒曲和酱油曲中得到广 泛应用。
第6章酶工程制药一
6. 木霉：纤维素酶，含有较强的17α-羟化酶，常 用于甾体转化。
第6章酶工程制药一
二、 酶的来源
➢ 普遍存在于生物体中，可直接从生物体中分离。
➢ 化学合成方法目前还不成熟。
➢ 早期是以动植物为原料进行提取，由于动植物生 长周期长、来源有限、受地理、气候和季节等因 素的影响，不适于大规模生产。
➢ 利用微生物来生产酶制品是一个更好的选择，优 点是：1、微生物种类繁多，动植物体内的酶在微 生物中几乎都可以找到；2、繁殖快、生产周期短、 培养简便、并可以通过控制培养条件来提高产量； 3、微生物具有较强的适应性，通过各种遗传变异 手段能培育出新的高产菌株。