生物技术制药PPT课件

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二、酶工程简介
从现代观点来看，酶工程主要有以下几个方面 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（包括酶传感器、反应检测 等）；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、 激活剂的开发及应用研究；⑦抗体酶、核酸酶 的研究；⑧模拟酶、合成酶及酶分子的人工设 计、合成的研究。
质量高；③反应条件易于控制，可实现转化反
应的连续化和自动控制；④酶的利用效率高，
单位酶催化的底物量增加，用酶量减少；⑤比 水溶性酶更适合于多酶反应。
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3、酶和细胞的固定化方法
酶的固定化就是通过载体将酶限制或固定于特 定的空间位置，使酶变成不易随水流失即运动 受到限制，而又能发挥催化作用的酶制剂。
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第二节 酶的来源和生产
一、酶的来源
酶的来源主要是动植物和微生物，动植物 细胞培养的方法可用于酶生产，目前工业
化生产一般以微生物为主要来源。利用微
生物生产酶的优点是：①微生物种类繁多，
动植物体内存在的酶，几乎都可从微生物
中得到；②微生物繁殖快、生产周期短、
培养简便，并可以通过控制培养条件来提
高酶的产量；③微生物具有较强的适应性，
20世纪20年代初：酶பைடு நூலகம்程名称出现于自然酶制剂在 工业上的大规模应用；
1953年，羧肽酶、淀粉糖化酶、胃蛋白酶和核糖核 酸酶等用重氮化聚氨基聚苯乙烯树脂进行固定。
1969年，固定化酶技术拆分DL-氨基酸 1971年，1st国际酶工程会议：酶的生产、分离纯化、
酶的固定化、酶及固定化酶的反应器、酶及固定化 酶的应用等。
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2、固定化酶的特点：酶类可粗分为天然酶和修 饰酶，固定化酶属于修饰酶，修饰酶类还包括
经过化学修饰的酶和用分子生物学方法在分子
水平上进行改良的酶等。固定化酶最大特点是
既具有生物催化剂的功能，又具有固相催化剂
的特性。固相酶还具有以下优点：①可多次使
用，而且在多数情况下，酶的稳定性提高。如 固定化的葡萄糖异构酶可以在60~65℃条件下连 续使用超过1000h；②反应后，酶与底物和产物 易于分开，产物中无残留酶，易于纯化，产品
通过各种遗传变异的手段，能培育出新的
高产菌株。
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二、酶的生产菌
1、对菌种的要求： （1）产酶量、酶的性质、 最好是胞外酶；（2）不是致病菌；（3）稳定， 不易产生变异退化，不易感染噬菌体；（4） 能利用廉价的原料，发酵周期短，易于培养。
2、生产菌的来源：菌种保藏机构和有关研究
部门，但大量的工作应是从自然界中分离筛 选——菌样采集、菌种分离初筛、纯化、复筛
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酶和细胞的固定化方法
载体结合法 交联法 包埋法
网格型 微囊型
物理吸附法 离子结合法 共价结合法
热处理（细胞）
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（1）载体结合法
载体结合法是将酶结合于不溶性载体上的 一种固定化方法。
①物理吸附法：是用物理方法将酶吸附于 不溶性载体上的一种固定化方法，此类载 体有无机载体、天然高分子、大孔型合成 树脂、疏水型的载体。物理吸附法的缺点 在于最适吸附酶量无规律可循，不同载体 和不同酶其吸附条件也不同，吸附量与酶 活力不一定呈平行关系，同时酶与载体之 间的结合力不强，酶易于脱落，导致酶活 力下降并污染产物。此法也可固定细胞；
生物技术制药-07
第七章 酶工程制药
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第七章 酶工程制药
第一节 概述 第二节 酶的来源和生产 第三节 酶和细胞的固定化 第四节 固定化酶和固定化细胞的反应器 第五节 酶工程在医药工业中的应用 第六节 酶工程研究的进展
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第一节 概述
一、酶的特性 酶、酶促反应的定义
酶除具有一般催化剂的共性外，还有其特 有的特点：①催化效率高；②专一性强； ③反应条件温和；④酶的催化活性受到调 节和控制。
1961年按酶所催化的反应类型将酶分成6大 类：①氧化还原酶类； ②转移酶类； ③ 水解酶类；④裂合酶类； ⑤异构酶类；⑥ 合成酶（或称连接酶）类。
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二、酶工程简介
酶工程是酶学和工程学相互渗透结合、发展而形成 的一门新的技术科学。它是从应用的目的出发研究 酶、应用酶的特异性催化功能，并通过工程化将相 应原料转化成有用物质的技术。
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（1）载体结合法
②离子结合法：是通过离子键结合于具有离子交换 基的水不溶性载体上的固定化方法。此类载体有多 糖类离子交换剂和合成高分子离子交换树脂，如 DEAE-纤维素、Amberlite CG-50、XE-97、IR-45和 Dowex-50等。操作简单、酶的高级结构和活性中心 的氨基酸不易被破坏，能得到酶活回收率较高的固 定化酶。但是载体与酶的结合力比较弱，容易受缓 冲液种类或vpH的影响，在离子强度高的条件下进行 反应时，往往会发生酶从载体上脱落的现象。此法 也可用于微生物细胞的固定化，细胞有自溶现象。
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一、固定化酶的制备
1、固定化酶的定义：是指限制或固定于 特定空间位置的酶，具体来说，是指经 物理或化学方法处理，使酶变成不易随 水流失即运动受到限制，而又能发挥催 化作用的酶制剂。制备固定化酶的过程 叫做酶的固定化。固定化所采用的酶， 可以是经提取分离后得到的有一定纯度 的酶，也可以是结合在菌体（死细胞） 或细胞碎片上的酶或酶系。
和生产性能鉴定等。还应包括改良（如基因突 变、基因转移和基因克隆）。
3、目前常用的产酶微生物：大肠杆菌、枯草
杆菌、啤酒酵母、青霉菌、木霉菌、根霉菌链
霉菌等。
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第三节 酶和细胞的固定化
酶反应几乎都在水溶液中进行，属均相反应， 自然简便，但缺点是游离酶只能一次性使用， 不仅造成酶的浪费，而且会增加产品分离的难 度和费用，影响产品的质量；另外溶液酶很不 稳定，容易变性和失活。将酶制剂制成既能保 持其原有的催化活性、性能稳定、又不溶于水 的固形物，即固定化酶，则可象一般固定催化 剂那样使用和处理，就可以大大提高酶的饿利 用率。与酶类似，细胞也能固定化，固定化细 胞既有细胞特性和生物催化的特性，也具有固 相催化剂的特点。
由于酶的空间结构、活性位点等物理化学特性 不同，因此并不是一种固定化技术就能普遍适 用于每一种酶，所以要根据酶的应用目的和特 性，来选择其固定化方法。
目前已建立的各种各样的固定化方法，按所用 的载体和操作方法的差异，一般可分为载体结 合法、包埋法及交联法3类，细胞固定化还有 选择性热变性（热处理）方法。