第一章 酶学与酶工程 (1节) 酶工程课件
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酶工程-01-酶和酶工程概论1.ppt
现代酶学理论与化工技术的交叉。
应用领域：
食品工业 轻工业 医药工业
酶和酶工程概论
本章主要内容
酶的基本概念和发展历史 酶催化作用特点 影响酶催化作用的因素 酶的分类与命名 酶的活力测定 酶的生产方法 酶工程发展概况
Enzyme Engineering
酶和酶工程概论
Enzyme Engineering
酶的基本概念和发展历史
远古时代 —— 古老的“食品工业”
中国夏禹时代：酿酒、酿醋 —— 粬
醪、醴、麴(曲，粬)
两周时代：饴糖、食酱、腌菜
豆：两周时代的重要礼器和食器，盛放腌菜
公元十世纪：制豆酱
利用曲霉中的蛋白酶水解豆类蛋白得到
春秋战国时代： 用麴治疗消化不良的疾病
Enzyme Engineering
酶是具有生物催化功能的生物大分子。 酶的分类？
蛋白类酶和核酸类酶。
填空练习题：
蛋白类酶分子中起催化作用的主要组分是（），核酸类酶 分子中起催化作用的主要组分是（）。 蛋白质 核糖核酸（RNA）
酶和酶工程概论
Enzyme Engineering
第二节 酶催化作用的特点
催化剂的共性
1. 用量少而催化效率高； 2. 能够改变化学反应的速率，但是不能改变化学反应平衡； 3. 降低反应的活化能，从而加速反应的进行； 4. 一般要与反应物形成过渡态。
Enzyme Engineering
酶催化作用的特点——专一性
酶催化作用专一性的相关学说
2、锁－钥学说
整个酶分子的天然构象是刚性的，酶表面具有特定的形状 酶与底物的结合，如同一把钥匙对一把锁一样。
Substrate can match the binding site
应用领域：
食品工业 轻工业 医药工业
酶和酶工程概论
本章主要内容
酶的基本概念和发展历史 酶催化作用特点 影响酶催化作用的因素 酶的分类与命名 酶的活力测定 酶的生产方法 酶工程发展概况
Enzyme Engineering
酶和酶工程概论
Enzyme Engineering
酶的基本概念和发展历史
远古时代 —— 古老的“食品工业”
中国夏禹时代：酿酒、酿醋 —— 粬
醪、醴、麴(曲，粬)
两周时代：饴糖、食酱、腌菜
豆：两周时代的重要礼器和食器，盛放腌菜
公元十世纪：制豆酱
利用曲霉中的蛋白酶水解豆类蛋白得到
春秋战国时代： 用麴治疗消化不良的疾病
Enzyme Engineering
酶是具有生物催化功能的生物大分子。 酶的分类？
蛋白类酶和核酸类酶。
填空练习题：
蛋白类酶分子中起催化作用的主要组分是（），核酸类酶 分子中起催化作用的主要组分是（）。 蛋白质 核糖核酸（RNA）
酶和酶工程概论
Enzyme Engineering
第二节 酶催化作用的特点
催化剂的共性
1. 用量少而催化效率高； 2. 能够改变化学反应的速率，但是不能改变化学反应平衡； 3. 降低反应的活化能，从而加速反应的进行； 4. 一般要与反应物形成过渡态。
Enzyme Engineering
酶催化作用的特点——专一性
酶催化作用专一性的相关学说
2、锁－钥学说
整个酶分子的天然构象是刚性的，酶表面具有特定的形状 酶与底物的结合，如同一把钥匙对一把锁一样。
Substrate can match the binding site
酶学与酶工程 (2)优秀课件
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（二）国际系统命名法
国际系统命名法原则是以酶的整体反应为基 础的，规定每种酶的名称应当明确标明酶的底物 及催化反应的性质。如果一种酶催化两个底物起 反应，应在它们系统名称中包括两个底物的名 称，并以“：”号将它们隔开。若底物之一是水 时，可将水略去不写。
ATP＋D-葡萄糖 ADP＋D-葡萄糖-6-磷酸 国际系统命名为： ATP：D-葡萄糖磷酸转移酶
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2． 酶与底物的结合模型
a． 锁和钥匙模型 b ．诱导锲合模型
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a． 锁和钥匙模型
认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结 构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的 结合如同一把钥匙对一把锁一样
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b ．诱导锲合模型
该学说认为酶表面并没有一种与底物互补 的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成 了互补形状.
专一性
活性部位
必需基团
催化基团 催化性质
维持酶的空间结构
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三．酶的作用机制
1． 酶的作用过程 2． 酶与底物的结合模型 3 ．酶的催化作用
退出
1． 酶的作用过程
酶的活性部位：
是它结合底物和将底物转化为产物的区域，通常是整个 酶分子相当小的部分，它是由在线性多肽中可能相隔很 远的氨基酸残基形成的三维实体。
退出
（三）国际系统分类法及酶的编号
国际酶学委员会，根据各种酶所催化反应的类型， 把酶分为6大类，即氧化还原酶类、转移酶类、水解 酶类、裂合酶类、异构酶类和连接酶类。分别用1、2、 3、4、5、6来表示。再根据底物中被作用的基团或 键的特点将每一大类分为若干个亚类，每一个亚类又 按顺序编成1、2、3、4……等数字。每一个亚类可 再分为亚亚类，仍用1、2、3、4……编号。每一个 酶的分类编号由4个数字组成，数字间由“·”隔开，编 号之前冠以EC（Enzyme Commision)。
（二）国际系统命名法
国际系统命名法原则是以酶的整体反应为基 础的，规定每种酶的名称应当明确标明酶的底物 及催化反应的性质。如果一种酶催化两个底物起 反应，应在它们系统名称中包括两个底物的名 称，并以“：”号将它们隔开。若底物之一是水 时，可将水略去不写。
ATP＋D-葡萄糖 ADP＋D-葡萄糖-6-磷酸 国际系统命名为： ATP：D-葡萄糖磷酸转移酶
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2． 酶与底物的结合模型
a． 锁和钥匙模型 b ．诱导锲合模型
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a． 锁和钥匙模型
认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结 构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的 结合如同一把钥匙对一把锁一样
退出
b ．诱导锲合模型
该学说认为酶表面并没有一种与底物互补 的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成 了互补形状.
专一性
活性部位
必需基团
催化基团 催化性质
维持酶的空间结构
退出
三．酶的作用机制
1． 酶的作用过程 2． 酶与底物的结合模型 3 ．酶的催化作用
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1． 酶的作用过程
酶的活性部位：
是它结合底物和将底物转化为产物的区域，通常是整个 酶分子相当小的部分，它是由在线性多肽中可能相隔很 远的氨基酸残基形成的三维实体。
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（三）国际系统分类法及酶的编号
国际酶学委员会，根据各种酶所催化反应的类型， 把酶分为6大类，即氧化还原酶类、转移酶类、水解 酶类、裂合酶类、异构酶类和连接酶类。分别用1、2、 3、4、5、6来表示。再根据底物中被作用的基团或 键的特点将每一大类分为若干个亚类，每一个亚类又 按顺序编成1、2、3、4……等数字。每一个亚类可 再分为亚亚类，仍用1、2、3、4……编号。每一个 酶的分类编号由4个数字组成，数字间由“·”隔开，编 号之前冠以EC（Enzyme Commision)。
酶工程 第一章 酶学与酶工程.ppt
氧化还原酶类（oxidoreductase） 转移酶类（transferases） 水解酶类（hydrolases ） 裂合酶类（lyases） 异构酶类（isomerases） 合成酶类（ligase）
(1) 氧化还原酶 Oxidoreductase
催化氧化-还原反应。 包括：脱氢酶和氧化酶。 例,乳酸脱氢酶催化乳酸脱氢。
置中利用酶的催化性质，将相应原料转化成有
用的物质 。
酶工程范围(1971年第一次国际酶工程会议)
酶的生产
酶的固定化技术
酶的化学修饰
酶动力学研究
酶反应器
酶的应用
酶工程的新内容
(1)酶的化学修饰 (2)模拟酶(mimic enzyme) (3)抗体酶(abzyme) (4)核酸酶 (5)有机相酶反应 (6)酶标免疫分析 (7)酶传感器
1.4.1 底物浓度
随着底物浓度的增加，
丙酮酸 + CO2 草酰乙酸
酶用于生物催化的概况
类别
水解酶 hydrolases
氧化还原酶 oxidoreductases 转移酶 transferases 裂合酶 lyases 异构酶 isomerases 连接酶 ligases
占总酶比例% 26 27
24 12 5 6
利用率% 65 25
1.2.4 酶的作用机制 1.2.4.1 锁钥学说 酶分子的天然构象具有刚性结构，酶表面具有
特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对 一把锁一样
1.2.4.2 诱导契合学说
酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只 是由于底物的诱导才形成了互补形状
小结
酶的分类：
氧化还原酶 转移酶 水解酶 裂合酶 异构酶 连接酶（合成酶）
(1) 氧化还原酶 Oxidoreductase
催化氧化-还原反应。 包括：脱氢酶和氧化酶。 例,乳酸脱氢酶催化乳酸脱氢。
置中利用酶的催化性质，将相应原料转化成有
用的物质 。
酶工程范围(1971年第一次国际酶工程会议)
酶的生产
酶的固定化技术
酶的化学修饰
酶动力学研究
酶反应器
酶的应用
酶工程的新内容
(1)酶的化学修饰 (2)模拟酶(mimic enzyme) (3)抗体酶(abzyme) (4)核酸酶 (5)有机相酶反应 (6)酶标免疫分析 (7)酶传感器
1.4.1 底物浓度
随着底物浓度的增加，
丙酮酸 + CO2 草酰乙酸
酶用于生物催化的概况
类别
水解酶 hydrolases
氧化还原酶 oxidoreductases 转移酶 transferases 裂合酶 lyases 异构酶 isomerases 连接酶 ligases
占总酶比例% 26 27
24 12 5 6
利用率% 65 25
1.2.4 酶的作用机制 1.2.4.1 锁钥学说 酶分子的天然构象具有刚性结构，酶表面具有
特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对 一把锁一样
1.2.4.2 诱导契合学说
酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只 是由于底物的诱导才形成了互补形状
小结
酶的分类：
氧化还原酶 转移酶 水解酶 裂合酶 异构酶 连接酶（合成酶）
第一章 酶学与酶工程
习惯命名比较简单，应用历史较长，尽管 缺乏系统性，但现在还被人们使用。
（二）国际系统命名法 国际系统命名法原则是以酶的整体反应为基
础的，规定每种酶的名称应当明确标明酶的底物 及催化反应的性质。如果一种酶催化两个底物起 反应，应在它们系统名称中包括两个底物的名 称，并以“：”号将它们隔开。若底物之一是水 时，可将水略去不写。
1894年Fisher提出酶与底物作用的“锁与钥 匙” 学说。
1903年Henri提出酶与底物作用的中间复合 物学说。
1913年Michaelis等导出米氏方程,1925年 Briggs等进一步修改米氏方程并提出稳态学说。
1926年Summer提取出脲酶的结晶。 1930~1936年Northrop等得到了胃蛋白酶、 胰蛋白酶等的结晶并证实酶是蛋白质的化学本 质。
第一章 酶学与酶工程
酶是一种在生物体内具有新陈代谢催化剂作用 的蛋白质。它们可特定地促成某个反应而它们本身 却不参与反应，且具有反应效率高、反应条件温和、 反应产物污染小、能耗低和反应易控制等特点。
酶工程就是利用酶催化的作用，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。它 是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术。
Crystals of pyruvate kinase, an enzyme of the glycolytic pathway. The protein in a crystal is generally characterized by a high degree of purity and structural homogeneity
5. 异构酶类（Isomerases）:
These enzymes catalyze the conversion of a molecule into an isomer. The cis-trans interconversion of maleate and fumarate is an example.
（二）国际系统命名法 国际系统命名法原则是以酶的整体反应为基
础的，规定每种酶的名称应当明确标明酶的底物 及催化反应的性质。如果一种酶催化两个底物起 反应，应在它们系统名称中包括两个底物的名 称，并以“：”号将它们隔开。若底物之一是水 时，可将水略去不写。
1894年Fisher提出酶与底物作用的“锁与钥 匙” 学说。
1903年Henri提出酶与底物作用的中间复合 物学说。
1913年Michaelis等导出米氏方程,1925年 Briggs等进一步修改米氏方程并提出稳态学说。
1926年Summer提取出脲酶的结晶。 1930~1936年Northrop等得到了胃蛋白酶、 胰蛋白酶等的结晶并证实酶是蛋白质的化学本 质。
第一章 酶学与酶工程
酶是一种在生物体内具有新陈代谢催化剂作用 的蛋白质。它们可特定地促成某个反应而它们本身 却不参与反应，且具有反应效率高、反应条件温和、 反应产物污染小、能耗低和反应易控制等特点。
酶工程就是利用酶催化的作用，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。它 是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术。
Crystals of pyruvate kinase, an enzyme of the glycolytic pathway. The protein in a crystal is generally characterized by a high degree of purity and structural homogeneity
5. 异构酶类（Isomerases）:
These enzymes catalyze the conversion of a molecule into an isomer. The cis-trans interconversion of maleate and fumarate is an example.
工学酶学及酶工程章节PPT课件
• NAD 与 NADH ， NADP 与 NADPH 在 340nm处有6.02×103/M 的光吸收变化。
• 已糖激酶反应： • 葡萄糖+ATP→葡萄糖—6—磷酸+ADP • 测活可偶联G—6—P脱氢酶反应：
• 葡萄糖—6—磷酸+NAD第2P8→页/共63—3页磷酸葡萄糖酸+NADPH
酶活性计算
酸钠，硫酸铜 。 • 砷钼酸试剂：含钼酸铵，砷酸钠，硫酸。 • 测定方法：将酶和底物混和保温，反应一定时间后加入
Nelson试剂中断酶反应，沸水浴后加入砷钼酸试剂，
第27页/共33页
偶联测活法
• 为能使用连续监测法，将无特定光吸收变化的反 应产物做为另一个有特定光吸收变化反应的底物， 偶联反应应进行很快，且和被偶联反应可共存。
第二章 酶的性质及制备
第一节 酶的性质及活性测定
第1页/共33页
酶的性质：物化性质
• 1. 溶解性
• 影响溶解性的最主要因素：酶分子表面电荷。
• 调节酶溶解性的方法：
• 1）改变离子强度。盐溶：一定浓度的盐使盐离子吸附 在酶表面，增加表面电荷，促进与溶剂分子作用，提高溶 解度。盐析：进一步增加盐浓度则使水浓度降低，酶表面 水化作用减弱，造成相互聚集而沉淀。这个性质被用于酶 的提取及提纯。
利用 底物 和产 物在 特定 波长 的光 吸收 差别
第15页/共33页
分光光度计原理
第16页/共33页
第17页/共33页
第18页/共33页
第19页/共33页
第20页/共33页
荧光分光光度计
• 荧光分光光度计和普通分光光度计的区别在于接收 的不是通过比色杯的透射光，而是在90°位置上接收 比色杯中荧光化合物被激发的荧光。
• 已糖激酶反应： • 葡萄糖+ATP→葡萄糖—6—磷酸+ADP • 测活可偶联G—6—P脱氢酶反应：
• 葡萄糖—6—磷酸+NAD第2P8→页/共63—3页磷酸葡萄糖酸+NADPH
酶活性计算
酸钠，硫酸铜 。 • 砷钼酸试剂：含钼酸铵，砷酸钠，硫酸。 • 测定方法：将酶和底物混和保温，反应一定时间后加入
Nelson试剂中断酶反应，沸水浴后加入砷钼酸试剂，
第27页/共33页
偶联测活法
• 为能使用连续监测法，将无特定光吸收变化的反 应产物做为另一个有特定光吸收变化反应的底物， 偶联反应应进行很快，且和被偶联反应可共存。
第二章 酶的性质及制备
第一节 酶的性质及活性测定
第1页/共33页
酶的性质：物化性质
• 1. 溶解性
• 影响溶解性的最主要因素：酶分子表面电荷。
• 调节酶溶解性的方法：
• 1）改变离子强度。盐溶：一定浓度的盐使盐离子吸附 在酶表面，增加表面电荷，促进与溶剂分子作用，提高溶 解度。盐析：进一步增加盐浓度则使水浓度降低，酶表面 水化作用减弱，造成相互聚集而沉淀。这个性质被用于酶 的提取及提纯。
利用 底物 和产 物在 特定 波长 的光 吸收 差别
第15页/共33页
分光光度计原理
第16页/共33页
第17页/共33页
第18页/共33页
第19页/共33页
第20页/共33页
荧光分光光度计
• 荧光分光光度计和普通分光光度计的区别在于接收 的不是通过比色杯的透射光，而是在90°位置上接收 比色杯中荧光化合物被激发的荧光。
酶工程基础PPT课件
第 二 节 酶 的 分 类 、 命 名 、 组 成 、 结 构 特 点 和 作 用 机 制
（二）酶的结构特点
(holoenzyme) （apoenzyme）
Hale Waihona Puke 全酶=酶蛋白
有活性
（金属离子、辅酶、辅基） 无活性 无活性
+
(cofactor)
辅因子
无机离子 （金属离子）
有机化合物 （辅酶、辅基）
（1）分类（据结合程度不同） •金属酶：酶蛋白与金属离子结合紧密，主要是 一些过渡金属离子。 •金属激酶：金属离子与酶的结合一般较松散， 在溶液中，酶与这类离子结合而被激活。主要 是一些碱金属离子或碱土金属离子。 （2）作用 •活性中心的组成成分：如多酚氧化酶中的铜 •在E与S之间起作用：如羧肽酶中的锌 •稳定结构
3、蛋白质合成，一旦错误氨基酸掺入，就 要有专门的酶去识别、切除、再合成。
第 一 节 酶 和 酶 工 程 概 述
（三）酶的研究
1、以酶为工具的研究 2、以酶为研究对象
1、以酶为工具的研究
第 一 节 酶 和 酶 工 程 概 述
（1）用酶来治疗疾病
• 天冬酰胺酶→治疗白血病 • 多酶片(蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等)→助消化 • 链激酶、尿激酶、纳豆激酶等→清除血凝块
第 二 节 酶 的 分 类 、 命 名 、 组 成 、 结 构 特 点 和 作 用 机 制
（三）酶的编号
酶的编号——用四个数字表示一个酶：
Enzyme Commision EC 1. 1. 1. 1 醇脱氢酶
类 亚类 亚亚类 编号
第1大类; 以CHOH为供体; 以NAD+,NADP+为受体; 1
第 二 节 酶 的 分 类 、 命 名 、 组 成 、 结 构 特 点 和 作 用 机 制
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。
《酶学与酶工程》PPT课件
约有60%以上的酶制剂已用基因改良 菌株生产,
ＮＯＶＯ公司使用的菌种有80%是基因 重组菌株。
二类是非水解酶
主要是分析试剂用酶、医药工业用酶、 淀粉加工用酶、乳制品工业用酶
第二节 酶的分类、组成、结构特 点和作用机制
精品医学
23
一、酶的分类 （一）酶的命名法 1、习惯命名法 (1) 依据底物来命名（绝大多数酶）：蛋白酶、淀粉酶； (2) 依据催化反应的性质命名：水解酶、转氨酶； (3) 结合底物和催化反应的性质命名：琥珀酸脱氢酶； (4) 有时加上酶的来源：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶。
精品医学
24
（二）国际系统命名
➢ 基本原则：明确标明酶的底物及催化反应的性质（底物为 水时可略去不写）。
➢ 举例：
谷丙转氨酶的系统名 称 ： 丙 氨 酸 :- 酮 戊 二酸 氨基转移酶
丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶
精品医学
25
（三）国际系统分类法及编号（EC编号）
（1）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、 6表示：氧、转、水、裂、异、合；
➢ 1：氧化还原酶 2：转移酶 ➢ 4：裂合酶 5：异构酶
是酶学和工程学相互渗透结合、发展而成的 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技术。
（2）酶工程的历史
1894年，日本科学家首次从米曲霉中提炼出淀粉酶， 治疗消化不良，开创人类有目的地生产和应用酶 制剂的先例。
1908年,德国科学家罗门等利用胰酶 (胰蛋白酶、胰 淀粉酶和胰脂肪酶的混合物)，用于皮革的鞣制。
第一章 酶学与酶工程
第一节 酶工程概述
1、酶学发展历史
新陈代谢是生命活动的基础,是生命活动 最重要的特征。
ＮＯＶＯ公司使用的菌种有80%是基因 重组菌株。
二类是非水解酶
主要是分析试剂用酶、医药工业用酶、 淀粉加工用酶、乳制品工业用酶
第二节 酶的分类、组成、结构特 点和作用机制
精品医学
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一、酶的分类 （一）酶的命名法 1、习惯命名法 (1) 依据底物来命名（绝大多数酶）：蛋白酶、淀粉酶； (2) 依据催化反应的性质命名：水解酶、转氨酶； (3) 结合底物和催化反应的性质命名：琥珀酸脱氢酶； (4) 有时加上酶的来源：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶。
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（二）国际系统命名
➢ 基本原则：明确标明酶的底物及催化反应的性质（底物为 水时可略去不写）。
➢ 举例：
谷丙转氨酶的系统名 称 ： 丙 氨 酸 :- 酮 戊 二酸 氨基转移酶
丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶
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（三）国际系统分类法及编号（EC编号）
（1）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、 6表示：氧、转、水、裂、异、合；
➢ 1：氧化还原酶 2：转移酶 ➢ 4：裂合酶 5：异构酶
是酶学和工程学相互渗透结合、发展而成的 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技术。
（2）酶工程的历史
1894年，日本科学家首次从米曲霉中提炼出淀粉酶， 治疗消化不良，开创人类有目的地生产和应用酶 制剂的先例。
1908年,德国科学家罗门等利用胰酶 (胰蛋白酶、胰 淀粉酶和胰脂肪酶的混合物)，用于皮革的鞣制。
第一章 酶学与酶工程
第一节 酶工程概述
1、酶学发展历史
新陈代谢是生命活动的基础,是生命活动 最重要的特征。
全套课件 酶工程
酶工程
第二章 酶动力学
第一节 酶促反应动力学
一、单底物动力学
k3在单底物酶促反应中，底物（S）首先与酶（E）结合，生成底物和酶的复合物 （ES），然后复合物分解，形成产物（P）并释放出酶，这个过程可表示如下：
式中酶与底物形成复合物的反应是可逆反应，正反应和逆反应的速度常数分别 为k1、k2，复合物分解为产物与酶的反应是不可逆反应，速度常数为k3。
第三节 酶的组成、分类与命名
一、酶的组成
除少数已经鉴定的具有催化活性的RNA分子外，几乎所有的酶都是蛋白质，所 以和其他蛋白质一样，酶也具有四级空间结构形式。根据酶的组成成分可以将酶分 为三类：
1.单体酶 单体酶是指仅有一个活性部位的多肽链构成的酶，其分子量在13000～35000之间。 这类酶很少，且都是水解酶，如胰蛋白酶等
第三节 酶的组成、分类与命名
六、大类酶简介如下：
1.氧化还原酶（oxido-reductases） 氧化还原酶催化氧化还原反应，其催化反应的通式为
被氧化的底物（A-）为氢或电子供体，被还原的底物（B）为氢或电子受体。系 统命名时，将供体写在前面，受体写在后面，然后再加上氧化还原酶字样，如黄嘌 呤：氧化还原酶（习惯名为黄嘌呤氧化酶）。
2H2O2======2H2O + O2 在一定条件下，1mol铁离子可催化10－5mol过氧化氢分解；相同条件下，1mol 过氧化氢酶则可催化105mol过氧化氢分解，过氧化氢酶的催化效率是铁离子的1010 倍。
第二节 酶催化作用的特点
二、专一性
酶的专一性是指在一定的条件下一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进 行某种类型反应的特性。这是酶最重要的特性之一，也是酶与其他非酶催化剂最主 要的不同之处。酶催化的高度专一性是酶在各个领域广泛应用的重要基础。不同的
-酶工程简介ppt课件
33
Buchner兄弟的试验：
用细砂研磨酵母细胞，压取汁液，汁液 不含活细胞，但仍能使糖发酵生成酒精和二 氧化碳。 证明：发酵与细胞的活动无关。
34
The Nobel Prize in Chemistry 1907
"for his biochemical researches and his discovery of cell-free
19
生物催化剂发展的工业展望
Competitive Imperative
Speed to Market
Current Chemical Varieties
2-5 years
Current Biocatalyst
s
10 years
Biocatalyst of the Future
2-3 years
Cost to Manufacture
机结合而产生的边缘交叉科学。
• 应用主要集中于食品工业、工业和医药工业等领 域。
• 酶工程是生物技术的重要组成部分。
3
二、酶工程相关概念
生物工程(Bioengineering)又称生物技术 或生物工艺学(Biotechnology). 20世纪70 年代发展起来的一门新的综合性技术学科。 综合运用生物学、化学和工程学技术，改造 物种、创造新物种，改造生物体中的某些组 分(如酶、蛋白质、核酸、细胞器)，利用生物 体的某些特殊机能(如酶的催化功能、抗体 的免疫功能等) 为工农业生产以及医疗卫生 服务。
that enzymes
virus proteins in a pure form"
can be
crystallized"
James Batcheller Sumner
Buchner兄弟的试验：
用细砂研磨酵母细胞，压取汁液，汁液 不含活细胞，但仍能使糖发酵生成酒精和二 氧化碳。 证明：发酵与细胞的活动无关。
34
The Nobel Prize in Chemistry 1907
"for his biochemical researches and his discovery of cell-free
19
生物催化剂发展的工业展望
Competitive Imperative
Speed to Market
Current Chemical Varieties
2-5 years
Current Biocatalyst
s
10 years
Biocatalyst of the Future
2-3 years
Cost to Manufacture
机结合而产生的边缘交叉科学。
• 应用主要集中于食品工业、工业和医药工业等领 域。
• 酶工程是生物技术的重要组成部分。
3
二、酶工程相关概念
生物工程(Bioengineering)又称生物技术 或生物工艺学(Biotechnology). 20世纪70 年代发展起来的一门新的综合性技术学科。 综合运用生物学、化学和工程学技术，改造 物种、创造新物种，改造生物体中的某些组 分(如酶、蛋白质、核酸、细胞器)，利用生物 体的某些特殊机能(如酶的催化功能、抗体 的免疫功能等) 为工农业生产以及医疗卫生 服务。
that enzymes
virus proteins in a pure form"
can be
crystallized"
James Batcheller Sumner
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
酶工程概述PPT课件
第6页/共38页
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
淀粉酶 nC6H12O6 葡萄糖
又如：蛋白质在蛋白酶的催化下水解
蛋白质
蛋白酶 多肽
水解
蛋白酶 氨基酸
水解
第7页/共38页
后，得到的最终产物是氨基酸；结合蛋白质是由单纯蛋白质和非蛋白质组成，非蛋 白质部分称之为辅基。
例如：核蛋白（含核酸）、糖蛋白（含多糖）、脂蛋白（含脂类）、磷蛋白 （含磷酸）、金属蛋白（含金属）等。
酶同样也可分为单纯酶和结合酶两大类。单纯酶是由单纯蛋白质组成的酶，其 催化活性仅由其酶蛋白部分决定；而结合酶是由单纯蛋白质和非蛋白质组成，其催 化活性除酶蛋白部分外，还需要金属离子或其它小分子有机化合物作为酶的辅助因 子。
氢的方式进行。脱氢为氧化，加氢为还原。氧化还原酶类是生物获取能量的一种重 要酶。
例如：葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化下氧化成葡萄糖酸。
CH2OH │ (CHOH)4 │
CHO
葡萄糖氧化酶 + O2
COOH
│ (CHOH)4 │
CHO
+ H2O
又如：细胞内乙醇在乙醇脱氢酶的催化下转化为乙醛，使乙醇脱氢酶的辅酶
酶蛋白的结合较为松散，可用透析法将辅酶透析出来 。 例如：维生素B1、维生素B2等。
H3C
N
N
NH2 S
N
+
Cl-
CH2CH2OH CH3
H3C
N
O
NH
H3C
N
N
O
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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;
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
退出
（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。
退出
1878 德国的Kuhne 定义Enzyme 原意为在酵母中 1896 德国的Buchner证明了酵母无细胞提取液的酒精发酵
作用（1907年诺贝尔奖） 1926 美国的Sumner从刀豆中得到脲酶结晶（1946年诺贝
尔奖） 1969 日本固定化氨基酰化酶，第一次将固定化酶成功地应
用于工业生产。——酶工程诞生 1970 美国的Smith 发现限制性内切酶（1979年诺贝尔奖） 1986 美国cech和Altnan发现核酶（1989年诺贝尔奖）
酶的分子修饰可分为化学修饰和选择性遗传 修饰。
退出
（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
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。
退出
三. 酶工程的应用简史
1908年,德国的罗姆制得胰酶,用于皮革的软化。 1908年,法国的波伊登(Boidin)制备了细菌淀粉
酶,应用于纺织品的退浆。 1911年,美国的华勒斯坦(Wallestein)制得木瓜
蛋白酶,用于除去啤酒中的蛋白质浑浊。 此后,酶的生产和应用逐步发展。然而在50年代
（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
退出
（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
（一）新酶的研究与开发 （二）酶的优化生产 （三）酶的高效应用
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
5.端粒酶（Telomerase) 是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。
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。
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。
退出
（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。
退出
（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。
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。
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。
以前停留在从微生落后,生产工艺较 繁杂,难以进行大规模工业化生产。
退出
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。
第一章 酶学与酶工程
第一节 酶工程的概述
退出
退出
退出
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。
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
退出
（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。
退出
1878 德国的Kuhne 定义Enzyme 原意为在酵母中 1896 德国的Buchner证明了酵母无细胞提取液的酒精发酵
作用（1907年诺贝尔奖） 1926 美国的Sumner从刀豆中得到脲酶结晶（1946年诺贝
尔奖） 1969 日本固定化氨基酰化酶，第一次将固定化酶成功地应
用于工业生产。——酶工程诞生 1970 美国的Smith 发现限制性内切酶（1979年诺贝尔奖） 1986 美国cech和Altnan发现核酶（1989年诺贝尔奖）
酶的分子修饰可分为化学修饰和选择性遗传 修饰。
退出
（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
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。
退出
三. 酶工程的应用简史
1908年,德国的罗姆制得胰酶,用于皮革的软化。 1908年,法国的波伊登(Boidin)制备了细菌淀粉
酶,应用于纺织品的退浆。 1911年,美国的华勒斯坦(Wallestein)制得木瓜
蛋白酶,用于除去啤酒中的蛋白质浑浊。 此后,酶的生产和应用逐步发展。然而在50年代
（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
退出
（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
（一）新酶的研究与开发 （二）酶的优化生产 （三）酶的高效应用
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
5.端粒酶（Telomerase) 是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。
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。
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。
退出
（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。
退出
（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。
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。
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。
以前停留在从微生落后,生产工艺较 繁杂,难以进行大规模工业化生产。
退出
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。
第一章 酶学与酶工程
第一节 酶工程的概述
退出
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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。