第五章 酶工程制药技术

➢ 1969年，国际酶协会规定，按照催化的化学反应类型， 将酶分成6大类：
➢ （1）氧化还原酶：催化氢原子或电子转移、或在基质中加氧原子导入
羟基反应，包括脱氢酶、还原酶、氧化酶、过氧化氢酶、加氧酶羟化酶。
（2）转移酶：
催化将原子团由一个基质转移到另一个基质。转移基团：氨基、羧基、甲基、 酰基、磷酸基团
➢ 1953年，德国人提出了酶固定化技术；
➢ 1969年。日本人用固定化技术拆分了DL-氨 基酸；
➢ 1971年，第一届国际酶工程会议提出酶工 程的主要内容：酶的生产、分离纯化、没 得固定化、酶及固定化的反应器、酶和固 定化酶的应用。
➢ 二、酶的基础知识 （一）酶概念
由一切生物体活细胞产生的具有特殊催化 功能的一类物质。 （二）酶的化学本质 通过对其化学成分析得出，其本质为蛋白 质。
单纯酶 催化活性仅由酶蛋白部分决定
结合酶 （全酶）=酶蛋白+辅因子
辅因子
辅酶 与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物 辅基 与膜蛋白结合得紧密的小分子有机物 金属激活剂 金属离子作为辅助因子
必须基团：这些基团若经化学修饰使其改变，则酶活性丧失。
活性部位：酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有 关部位。
➢ （3）水解酶：
催化由水分子介入使基质共价键水解反应，切断键有酯键、糖苷键、醚键、 肽键。
➢ （4）裂解酶：
催化用水解以外的方法使原子团和基质分离，在基质上生成双键反应，
➢ （5）异构酶：
催化不伴有基质分子水解、转移、氧化还原的分子异构反应。
➢ （6）连接酶：
催化将ATP或类似三磷酸化合物的焦磷酸键切断，使连个分子连接反应。
活性降低或丧失。 （7）激活剂：与抑制相反，是一些离子或简单有机
物
（五）酶来源
➢ 酶的生产目前多数直接从生物体中提取分 离。非常少的是合成或基因工程。
➢ 早期酶的生产多以动植物为主要原料，激 肽释放酶、菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶。近 年来，研究动植物组织培养获得，但周期 长，成本高。工业生产一般是以微生物为 主要来源。目前上千品种酶，大多数ushi靠 微生物生产的。
必需接团
结合基团 专一性 活性部位
催化基团 催化性质 维持酶空间结构
➢ （三）酶特点
作为催化剂，酶除了具有一般催化剂的特性外，还 具有下面特点：
（1）催化高效性 催化效率是一般无机催化剂的106-1013倍
（2）专一性强 对底物严格选择性，结构专一性，立体异构专一 性，只对同种或同类物质作用。
（3）反应条件温和 在常温常压下作用
三 、酶工程研究内容
➢ 1、酶分离纯化、大批量生产及新酶和酶发的应用 开发；
➢ 2、酶和细胞的固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的
研究 ➢ 4、酶的分子改造和化学修饰，结构与功能研究； ➢ 5、有机相中酶反应研究； ➢ 6、酶的抑制剂、激活剂开发与应用研究； ➢ 7、抗体酶、核酸酶研究； ➢ 8、模拟酶、合成酶及酶分子的人工设计、合成研
（4）酶活受调节控制 通过多种形式调控，
（5）具有不稳定性
（四）酶促反应动力学
➢ 主要研究各种因素对酶催化反应速度影响。具体因 素有：
（1）底物浓度：恒定条件下，底物浓度c较低时， c v
（2）酶浓度 ：底物浓度一定时，正比于酶浓度 （3）pH：最适于pH值，高低都不行 （4）温度：最适于温度 （5）产物：催化产物可以占据酶分子特殊位点 （6）抑制剂：活性中心或必需基团性质改变引起酶
细胞破碎得到。在工业上用于生产谷氨酸脱羧酶、 天门冬氨酸酶、青霉素酰化酶等
枯草杆菌：主要生产α-淀粉酶、β-半乳糖苷酶。
啤酒酵母：用于啤酒、酒精、饮料、面包生产。
曲酶(黑黄曲)：产糖化酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶 酶、葡萄糖氧化酶、氨基酰化酶和脂肪酶。
其他产酶菌：青霉、木霉、根霉菌、链霉菌等。
（六）酶分类
究。
四、酶在医药领域的应用
➢ 1、在疾病诊断方面应用 由于酶具有专一性强、催化效率高、作用条
件温和特点，酶学诊断已经成为可靠、简 便、快速的诊断方法。 酶学诊断方法包括：根据体内原有酶活力变 化诊断某些疾病；利用酶来测定体内某些 物质含量，从而诊断某些疾病。
➢ 2、在疾病治疗应用——酶抑制剂
酶可以作为药物治疗多种疾病，用于治疗疾病的酶 称药用酶。效果显著，副作用小。消化类：主要 是胃蛋白酶、胰酶、淀粉酶、纤维素酶、木瓜酶、 凝乳酶、无花果酶、菠萝酶等。
抗炎净创类：目前在治疗上发展最快。 多数为蛋白水解酶，分解发炎部纤维蛋白的凝结物，
消除伤口周围坏疽、腐肉和碎屑。 有些可以分解脓液中核蛋白，达到净洁创口、消炎
目的。 主要有胰蛋白酶、糜蛋白酶、双链酶。
➢ 血凝和解凝类：这类从血液中提取。 凝血酶 使血液凝固，防止微血管出血
纤维蛋白溶解酶 溶解血块，治疗血栓静脉炎、 冠状动脉栓塞。
抑肽酶 体外循环手术，可以减少心脏外科手 术后的渗雪，消除渗血导致死亡。
➢ 解毒类：解除体内某种药物产生的有害物 质。
➢ 有青霉素酶、过氧化氢酶、组织胺酶
➢ 3、在药物生产应用
➢ 利用酶的催化作用将前体物质转变为药物。 不少贵重药物都是由酶法生产。
➢ 4、在分析检测方面 酶法检测或酶法分析：ELISA，免疫组织化
第五章 酶工程制药技术
重点内容：酶固化技术；
第一节 酶工程概述
➢ 一、酶工程简介（Enzyme Engineering） 酶工程是酶学和工程学相互渗透结合和
发展而成的一门新的技术学科。它是从应 用的目的出发研究酶、应用酶的特殊催化 性能，并通过工程化将相应原料转化成有 用物质的技术。
➢ 酶工程这个名字出现在20世纪20年代，主 要指自然酶制剂在工业上的Hale Waihona Puke Baidu模应用。
学，western blot中的HRP
第二节 酶的固定化技术
➢ 游离酶的缺点： ➢ 酶是一种蛋白质，稳定性差，对热、强酸、强碱、
有机溶剂等均不稳定。 ➢ 不能回收，也使产物中混杂酶蛋白。 ➢ 分离纯化困难。
➢ 微生物来源的特点：
（1）微生物种类多，凡是动植物能获得的酶， 微生物都可以生产。
（2）微生物繁殖快，生产周期短，培养简便， 并可控制发酵条件提高酶产量。
（3）微生物具有较强的适应性，通过变异手 段可以改造高产菌株。
➢ 常用的生产酶的微生物： E.Coli：是应用最广的产酶菌。分泌胞内酶，经过