酶工程教学大纲及复习参考范围

《酶工程》教学大纲

课程名称：酶工程

适用专业：2016级生物工程（专升本函授）、微生物技术及应用（专科函授）

辅导教材：《酶工程（第三版）》郭勇编著科学出版社

一、本课程的地位、任务和作用

酶工程是研究生物催化剂在工程中应用的一门学科，是现代生物技术的重要组成部分，它与生物工程、细胞工程、发酵工程密切相关不可分割。近代科学把发展酶工程作为现代阶段生物技术的战略重点。本课程的目的是使学生了解酶工程发展概况及新进展，掌握酶的生产、提取、纯化、修饰及固定化技术，了解酶工程的新理论、新技术，酶反应器的特性和发展方向，掌握酶反应器的设计、操作及应用，扩大学生对酶应用技术的知识面。它在研究酶的发酵生产、分离纯化和分子工程修饰的基础上着重探讨酶作为一种高效的工业生物催化剂在工程上如何实际应用的问题以及酶作为一种高效的生物大分子在基因工程中应用问题，使酶能够在工业上发挥其独特、重要的作用。酶作为一种主要的工业催化剂，势必对工业发展的生产模式、发展形态产生深远的影响；酶工程的研究内容向分子水平的拓展，也势必对基因工程等生命前沿学科的发展产生不可估量的影响。

二、本课程的相关课程

本课程是生物技术、生物工程、食品科学与工程专业的一门专业课，要求学生已掌握酶学基本知识，酶制剂工艺学，微生物学，生物化学，化工原理等课程。

三、本课程的基本内容及要求

第一篇酶学基础理论

第一章酶学与酶工程

教学要求：重点：①酶的基本概念及特征。②酶的发展及其主要成就。酶分类与命名。

教学内容：

酶及酶工程的概念、发展及应用前景：酶与酶工程研究的重要意义；酶学研究简史；酶工程简介。

第二章酶的生物学特征

教学要求：

重点：①酶催化作用的机制，②酶催化的化学本质，③酶活力的测定。

难点：酶催化的化学本质

教学内容：

酶的命名、分类、组成、结构特点和作用机制；酶催化的化学本质；酶活力的分析。

第三章酶反应动力学

教学要求：

重点：①酶促反应动力学；②酶的抑制作用

难点：①抑制剂对酶反应速度的影响

教学内容：单底物动力学：米氏方程推导，米氏方程的意义，Km和Vm 的求取。多底物反应动力学：反应机制的分类及反应机制的鉴别。温度、pH、抑制剂、激活剂对反应速度的影响。

第二篇酶的生产与分离纯化

第一章微生物发酵产酶

教学要求：

重点：①酶发酵工艺条件及控制。②酶发酵动力学。

难点：①酶生物合成模式。②产酶动力学。

教学内容：

2.1酶生物合成的基本理论

RNA的生物合成——转录，蛋白质的生物合成——翻译，酶生物合成的调节。

2.2酶发酵生产常用微生物

微生物发酵产酶必需的条件，酶生产中常用微生物。

2.3酶发酵工艺条件及控制

蛋白酶、淀粉酶等生产过程中微生物细胞活化与扩大培养，培养基，PH和温度的调节与控制，溶解氧的调节与控制，提高酶产量的措施。

2.4酶发酵动力学

酶生物合成的模式，细胞生长动力学，产酶动力学。

第二章动、植物细胞培养产酶

教学要求：

重点：①动、植物细胞发酵的特点。②动、植物细胞发酵产酶的工艺条件及控制。

教学内容：

2.1动物细胞培养产酶

动物细胞特点

2.2植物细胞培养产酶

植物细胞特点，植物细胞发酵的特点，植物细胞发酵产酶的工艺过程、工艺条件控制。

第三章酶的提取与分离纯化

教学要求：

重点：①酶分离纯化的各种方法、原理。

难点：①层析分离的分类、原理、操作方法。②电泳分离的分类、原理。

教学内容：

3.1 细胞破碎

细胞破碎方法选择的原则，机械破碎法，物理破碎法，化学破碎法、酶解破碎法。

3.2酶的提取

媒体区的主要方法，酶提取过程的注意事项。

3.3沉淀分离

盐析沉淀法，有机溶剂沉淀法，复合沉淀法。

3.4离心分离

离心机的种类与用途，离心方法的选择，离心条件的确定。

3.5过滤与膜分离

粗滤原理与分类，膜分离技术。

3.6层析分离

吸附层析，离子交换层析，凝胶层析，亲和层析。

3.7电泳分离

电泳分离的基本知识，凝胶电泳种类、原理及操作，等电聚焦电泳。

3.8酶的浓缩、结晶与干燥

结晶、浓缩和干燥的原理及方法。

第四章酶分子修饰

教学要求：

重点：①大分子结合修饰的原理、方法及作用。②酶蛋白侧链基团修饰的原理、方法及作用。

难点：①氨基酸置换修饰中的蛋白质工程。②大分子结合修饰、酶蛋白侧链修饰的方程式。③核苷酸置换修饰

教学内容：

4.1 酶分子修饰

4.2 大分子结合修饰

4.3 酶分子侧链基团修饰

4.4 肽链有限水解修饰

4.5 核苷酸链剪切修饰

4.6 氨基酸置换修饰

4.7 核苷酸置换修饰

4.8 酶分子物理修饰

4.9 酶分子修饰的应用

第三篇酶的工业化应用

第一章固定化酶与固定化细胞

教学要求：

重点：①酶、细胞的固定化方法分类、原理。②固定化酶的性质改变。

难点：①酶的结合法固定化类别与相关反应方程式。②生物传感器的结构、原理与应用。

教学内容：

1.1 酶和菌体固定化

固定化的方法：吸附法、包埋法、结合法、交联法，固定化酶的性质及应用。

1.2 微生物、植物和动物细胞的固定化

细胞固定化的方法，固定化细胞的应用。

1.3 原生质体固定化

原生质体的制备，原生质体固定化，固定化原生质体的特点及应用。

1.4 生物传感器

生物传感器的原理，生物传感器的分类：酶传感器、微生物传感器、组织传感器、免疫传感器。

第二章酶反应器

教学要求：

重点：①酶反应器的类型及相关特点。②酶反应器设计原理、相关参数。

难点：①BSTR、CSTR、PFR、FBR的概念及各自代表的意义。

②酶反应器设计中反应动力学的推导。

教学内容：

2.1 酶反应器的特点及类型

游离酶反应器，固定化酶反应器。

2.2 酶反应器的选择

根据应用形式、动力学特性、底物或产物的性质选择。

2.3 酶反应器的设计

酶反应器的选型，酶反应器的设计。