酶工程制药技术 优秀课件
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酶工程制药技术 (2)PPT讲稿
3.有机相的酶反应——在含有有机溶剂的介质 中进行的催化反应。
增加疏水性物质的溶解度 热力学平衡向合成方向移动 可抑制有水参与的副反应 利于酶的回收再利用 容易从沸点低的溶剂中分离产物 酶的热稳定性高，pH适应性扩大 无微生物污染 能测定水介质中不易测定的常数 固定化酶法简单
（一）酶工程的研究进展
• 重氮化
酸酐活化法 异硫氰酸酯法 溴化氰活化法 硅烷基化法
迭氮化 酰氯法 缩合剂法 烷基化法纪
L-氨基酸 磷酸二酯酶
（一）酶工程的研究进展
亲和层析
第二节 工程制药酶 一、工程制药酶的来源
一、工程制药酶的来源
微生物种类繁多
1
繁殖快、生产周 期短、培养简便
微生物生产酶 制剂特点
2
3
适应性强，能通 过遗传变异手段 培育高产菌株
一、影响工程制药酶活性的因素
底物浓度
酶浓度
底物过量
温度
pH
C、常用的吸附剂
（2）离子结合法
A、离子结合法的优点----操作简单、处理条件温和，酶的活 性中心不容易被破坏。
B、离子结合法的缺点----载体和酶的结合力较弱、常常发生 酶脱落的现象
C、常用的离子结合剂 树脂----阴离子交换树脂、阳离子交换树脂、多糖类离子交换
剂、合成高分子类离子交换剂。每克载体能吸附50150mg酶蛋白。 DEAE-纤维素 Amberlite-CG-50 Amberlite-XE-97 Amberlite-IR-45 Dowex-50
（3）共价键结合法
酶分子上的氨基、羧基、羟基、咪唑基、巯基与载体表 面的反应基团形成共价键，因而将酶固定在载体上的 方法。
A、共价键结合法的优点----酶与载体结合牢固，酶不会 发生脱落。
增加疏水性物质的溶解度 热力学平衡向合成方向移动 可抑制有水参与的副反应 利于酶的回收再利用 容易从沸点低的溶剂中分离产物 酶的热稳定性高，pH适应性扩大 无微生物污染 能测定水介质中不易测定的常数 固定化酶法简单
（一）酶工程的研究进展
• 重氮化
酸酐活化法 异硫氰酸酯法 溴化氰活化法 硅烷基化法
迭氮化 酰氯法 缩合剂法 烷基化法纪
L-氨基酸 磷酸二酯酶
（一）酶工程的研究进展
亲和层析
第二节 工程制药酶 一、工程制药酶的来源
一、工程制药酶的来源
微生物种类繁多
1
繁殖快、生产周 期短、培养简便
微生物生产酶 制剂特点
2
3
适应性强，能通 过遗传变异手段 培育高产菌株
一、影响工程制药酶活性的因素
底物浓度
酶浓度
底物过量
温度
pH
C、常用的吸附剂
（2）离子结合法
A、离子结合法的优点----操作简单、处理条件温和，酶的活 性中心不容易被破坏。
B、离子结合法的缺点----载体和酶的结合力较弱、常常发生 酶脱落的现象
C、常用的离子结合剂 树脂----阴离子交换树脂、阳离子交换树脂、多糖类离子交换
剂、合成高分子类离子交换剂。每克载体能吸附50150mg酶蛋白。 DEAE-纤维素 Amberlite-CG-50 Amberlite-XE-97 Amberlite-IR-45 Dowex-50
（3）共价键结合法
酶分子上的氨基、羧基、羟基、咪唑基、巯基与载体表 面的反应基团形成共价键，因而将酶固定在载体上的 方法。
A、共价键结合法的优点----酶与载体结合牢固，酶不会 发生脱落。
第24讲 第五章 酶工程制药技术(2)
过滤
6－APA
滤液
转化液
青霉素G（V）
药物的酶法生产
工艺控制要求
（1）大肠杆菌培养 • 菌株：E.coli D8165（产青霉素酰化酶） （2）E.coli固定化 • E.coli湿菌体＋10%明胶（包埋法）＋25%戊二醛（交联法）→粉碎 过筛→颗粒状固定化E.coli细胞→洗涤抽干 （3）固定化E.coli反应堆制备 • 填充床反应器 （4）转化反应 • 青霉素G（或V）→3%→pH7.5～7.8→40℃→循环转化→pH不变为 止 （5）6-APA的提取 • 过滤→浓缩→冷却→萃取→脱色→过滤→pH4.0，5℃→结晶→过滤、 洗涤、抽干、烘干→成品6-APA
药用酶的生产
酶分离纯化过程应该注意的问题 • ①防止酶的变性 温度（４℃），中性pH • ②防止辅助因子丢失 特别在超滤、透析时，要特别注意 • ③防止被蛋白酶降解 组织自身的蛋白酶、污染菌的蛋白酶
▲
药用酶的改造
为什么改造酶？
天然酶的稳定性比较差 酶催化的反应类型仅六类 在生物细胞中含量太少 专一性太强，缺乏广谱性 催化性能不能满足要求 绝大多数酶具有抗原性
药用酶的改造
改造酶的分类：
常规酶 天然酶 极端酶
酶
修饰酶 工程酶
物理修饰酶 包括固定化酶 化学修饰酶 生物修饰酶（基因修饰、蛋白质修饰等） 抗体酶 杂合酶 生物工程酶 进化酶 人工酶 化学工程酶 印迹酶 合成酶
▲
药物的酶法生产
概念： 利用酶的催化作用，将前体物质转化为药物的 过程。 主要完成一些生物自身无法完成的反应，没有 相应的催化酶、非生物反应环境（如有机相） 酶的选择： １、天然酶 ２、工程酶
药物的酶法生产
固定化细胞法生产6-氨基青霉烷酸（6-APA）
《酶工程》课件-酶的应用
转移酶类
催化基团转移反应， 如转氨酶、磷酸酶 等。
合成酶类
催化特定化合物的 合成，如谷氨酰胺 合成酶等。
酶的特性
高效性
酶的催化效率比非酶促反应高 出很多，能显著缩短反应时间
。
专一性
一种酶通常只能催化一种或一 类化学反应。
不稳定性
在高温、强酸、强碱等极端条 件下，酶的活性会受到破坏。
活性可调节性
通过调节酶的浓度、反应条件 等，可以控制酶促反应的速度
。
酶的活性与稳定性
温度对酶活性的影响
大多数酶在低温下活性降低，而在适宜温度 下活性最高，温度过高会使酶失活。
抑制剂对酶活性的影响
有些物质可以抑制酶的活性，从而减缓或阻 止酶促反应的进行。
pH对酶活性的影响
大多数酶在一定的pH范围内活性最高，超 出这个范围酶的活性会降低或失活。
激活剂对酶活性的影响
有些物质可以增强酶的活性，从而加快酶促 反应的速度。
04
酶的应用
酶在医药领域的应用
药物生产
酶可用于合成药物，如抗 生素、抗癌药物等，具有 高效、环保的特点。
诊断试剂
酶作为生物催化剂，可用 于制备诊断试剂，如酶联 免疫试剂盒等，用于疾病 检测。
生物治疗
酶可用于基因治疗、细胞 治疗等领域，通过调控基 因表达或促进细胞生长来 治疗疾病。
酶在食品工业中的应用
THANKS
感谢观看
酶工程面临的挑战与解决方案
酶的稳定性问题
针对酶稳定性差的问题，可以通过蛋白质工程手段对酶进行改造，提高其热稳定性和化学稳定性 。
酶的生产成本问题
通过基因工程技术，实现酶的高效表达和大规模生产，降低生产成本。同时，探索新型的酶生产 方式，如利用微生物发酵或植物细胞培养等。
第4讲酶工程制药技术1
从猪心中提取辅酶Q10，从槐花米中提取芦丁， 从提取链霉素后的废液中提取B12等。
维生素C的生产工艺
❖ VC是细胞氧化-还原反应中的催化剂，参与机体 新陈代谢，增加机体对感染的抵抗力。用于防止 坏血酸和抵抗传染性疾病，促进创伤和骨折愈合， 以及用作辅助药物治疗。
VC化学结构和性质
白 色 粉 末 ， 无 臭 、 味 酸 、 熔 点 190192℃，易溶于水，略溶于乙醇，不溶 于乙醚，氯仿及石油醚等。它是一种还 原剂，易受光、热、氧等破坏，尤其在 碱液中或有微量金属离子存在时，分解 更快，但干燥结晶较稳定。
❖ 又称为连接酶，能够催化一切必须与ＡＴＰ分解 相偶联的，并由两种物质合成一种物质的反应。
❖ A + B + ATP + H-O-H → A3/4B + ADP +Pi
核酸类酶（R酶）的分类与命名
❖ 核酸类酶的分类原则
❖ （1）根据酶作用的底物是其本身RNA分子还是 其他分子，将核酸类酶分为分子内催化R酶和分 子间催化R酶两大类。
❖ （2）在每个大类中根据酶的催化类型不同，将 R酶分为若干亚类。
1、分子内催化R酶
❖ 分子内催化酶是催化本身RNA分子进行反应的一 类核酸类酶。
❖ （1）自我剪切酶：在一定条件下催化本身RNA 分子进行剪切反应的R酶。它们都是RNA前体， 可以在一定条件下进行自我催化，使RNA前体生 成成熟的RNA分子和另一个RNA片断。
蛋白类酶（P酶）的分类
❖ 根据酶的催化作用类型，将已知蛋白类酶分为六 大类：
❖ （1） 氧化还原酶类 ❖ （2） 转移酶类 ❖ （3） 水解酶类 ❖ （4） 解（合）酶类 ❖ （5） 异构酶类 ❖ （6） 合成酶类
❖ （1） 氧化还原酶类
维生素C的生产工艺
❖ VC是细胞氧化-还原反应中的催化剂，参与机体 新陈代谢，增加机体对感染的抵抗力。用于防止 坏血酸和抵抗传染性疾病，促进创伤和骨折愈合， 以及用作辅助药物治疗。
VC化学结构和性质
白 色 粉 末 ， 无 臭 、 味 酸 、 熔 点 190192℃，易溶于水，略溶于乙醇，不溶 于乙醚，氯仿及石油醚等。它是一种还 原剂，易受光、热、氧等破坏，尤其在 碱液中或有微量金属离子存在时，分解 更快，但干燥结晶较稳定。
❖ 又称为连接酶，能够催化一切必须与ＡＴＰ分解 相偶联的，并由两种物质合成一种物质的反应。
❖ A + B + ATP + H-O-H → A3/4B + ADP +Pi
核酸类酶（R酶）的分类与命名
❖ 核酸类酶的分类原则
❖ （1）根据酶作用的底物是其本身RNA分子还是 其他分子，将核酸类酶分为分子内催化R酶和分 子间催化R酶两大类。
❖ （2）在每个大类中根据酶的催化类型不同，将 R酶分为若干亚类。
1、分子内催化R酶
❖ 分子内催化酶是催化本身RNA分子进行反应的一 类核酸类酶。
❖ （1）自我剪切酶：在一定条件下催化本身RNA 分子进行剪切反应的R酶。它们都是RNA前体， 可以在一定条件下进行自我催化，使RNA前体生 成成熟的RNA分子和另一个RNA片断。
蛋白类酶（P酶）的分类
❖ 根据酶的催化作用类型，将已知蛋白类酶分为六 大类：
❖ （1） 氧化还原酶类 ❖ （2） 转移酶类 ❖ （3） 水解酶类 ❖ （4） 解（合）酶类 ❖ （5） 异构酶类 ❖ （6） 合成酶类
❖ （1） 氧化还原酶类
生物技术制药第7章ppt课件
6、超氧化物歧化酶
抗氧化、抗辐射、抗衰老、保护机 体的DNA、蛋白质和细胞膜免受超 氧负离子的破坏。对红斑狼疮、皮 肤炎、结肠炎、白内障、风湿性关 节炎、氧中毒等疾病有显著疗效， 对辐射有防护作用。
7、乳糖酶
治疗乳糖缺乏症，有些人或婴儿肠道中 缺乏乳糖酶，饮用含有乳糖的牛奶等食 品时，由于不能分解乳糖，在肠道中， 乳糖会因为细菌分解而产生有机酸，刺 激肠道引起呕吐。
木霉：纤维素酶，含有较强的17α-羟化 酶，常用于甾体转化。
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。
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。
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。
第四节 酶工程在医药工业中的应用
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。
一、酶在疾病预防和治疗方面的应用
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。
酶的化学修饰：对酶在分子水平上 用化学方法进行改造，即在体外将 酶分子通过人工方法与一些化学基 团，特别是具有生物相容性的大分 子进行共价连接，从而改变酶分子 的酶学性质的技术。
目的：提高酶的稳定性、降低或消除 酶分子的免疫原性（医药）。
意义:扩大了酶制剂的应用范围，同时 化学修饰法也是研究酶的活性中心性 质的重要手段。
因，在微生物中表达，筛选出高产 菌株，可以通过发酵大量生产所需 要的酶。
酶工程制药.ppt
四、固定化酶的形状与性质 ⒈固定化酶的形状 ⑴颗粒状固定化酶 ⑵纤维状固定化酶 ⑶膜状固定化酶 ⑷管状固定化酶
⒉固定化酶的性质 ⑴酶活力的变化 ⑵酶稳定性的变化
①操作稳定性 ②贮藏稳定性 ③热稳定性 ④对蛋白酶的稳定性
⑶酶学特性的变化 ①底物专一性 ②最适pH ③最适温度 ④米氏常数 ⑤最大反应速度
第四节 酶的人工模拟
一、模拟酶的概念 所谓人工模拟酶就是指根据酶的作用原理，
用各种方法人为制造的具有酶性质的催 化剂，简称人工酶或模拟酶。它们一般 具有高效和高适应性的特点，在结构上 比天然酶相对简单。
二、模拟酶的分类
1.主-客体酶模型 主－客体化学的基本意义来源于酶和底物 的相互作用，体现为主体和客体在结合部 位的空间及电子排列的互补。 这一类模拟酶中最具代表性的是环糊精 。 它是一种优良的模拟酶，可提供一个疏水 的结合部位并能与一些无机和有机分子形 成包结络合物，以此影响和催化一些反应。
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。
目前常用的产酶微生物
大肠杆菌： 其遗传背景清楚，可被广泛用 于遗传工程改造成为外来基因的宿主，而成 为优良性状的“工程菌”。 枯草杆菌：是工业上应用最广泛的产酶菌之 一，主要用于发酵生产－淀粉酶、－葡萄 糖氧化酶、碱性磷酸酯酶等。 啤酒酵母：生产转化酶、丙酮酸脱羧酶、乙 醇脱氢酶等。 曲霉（黑曲霉和黄曲霉）： 糖化酶、蛋白 酶、淀粉酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶、氨基 酰化酶和脂肪酶等。
第五节 酶的化学修饰
1. 酶化学修饰的概念 通过主链的切割、剪接和侧链基团的化学 修饰对酶蛋白进行分子改造，以改变其理 化性质及生物活性。这种应用化学方法对 酶分子施行种种“手术”的技术称为酶分 子的化学修饰。
2. 酶的化学修饰的目的和意义
酶工程制药优秀课件
酶的一次性使用：酶一般都是在溶液中与底物反应，这样 酶在反应系统中，与底物和产物混在一起，反应结束后， 即使酶仍有很高的活力，也难于回收利用。这种一次性使 用酶的方式，不仅使生产成本提高，而且难于连续化生产。
产物的分离纯化较困难：酶反应后成为杂质与产物混在一 起，无疑给产物的进一步的分离纯化带来一定的困难。
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。
工业用部分主要酶的生产菌种
微生物类 别
菌名 枯草杆菌
细菌
酵母 霉菌 放线菌
大肠杆菌
异型乳酸杆菌 短小芽孢杆菌 产气气杆菌 解脂假丝酵母 啤酒酵母、假 丝酵母 点青酶
转化微白色放 线菌
产生的酶
用途
淀粉酶 蛋白酶 L-天冬氨酸酶
酒精与啤酒工业、洗涤剂、糊精加工、纺织品脱浆等
生丝脱胶、皮革脱毛、胶卷回收、酱油酿造 生产L-天冬氨酸：治疗白血病
青霉素酰化酶 制备新青霉素的母核6-氨基青霉素烷酸
葡萄糖异构酶 由葡萄糖制果糖 碱性蛋白酶 皮革脱毛
异淀粉酶 脂肪酶 转化酶
分解淀粉的α-1,6-糖苷键 绢丝原料脱脂、洗涤剂、医药、乳品增香 制造转化糖
固定化技术
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。
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。
产物的分离纯化较困难：酶反应后成为杂质与产物混在一 起，无疑给产物的进一步的分离纯化带来一定的困难。
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。
工业用部分主要酶的生产菌种
微生物类 别
菌名 枯草杆菌
细菌
酵母 霉菌 放线菌
大肠杆菌
异型乳酸杆菌 短小芽孢杆菌 产气气杆菌 解脂假丝酵母 啤酒酵母、假 丝酵母 点青酶
转化微白色放 线菌
产生的酶
用途
淀粉酶 蛋白酶 L-天冬氨酸酶
酒精与啤酒工业、洗涤剂、糊精加工、纺织品脱浆等
生丝脱胶、皮革脱毛、胶卷回收、酱油酿造 生产L-天冬氨酸：治疗白血病
青霉素酰化酶 制备新青霉素的母核6-氨基青霉素烷酸
葡萄糖异构酶 由葡萄糖制果糖 碱性蛋白酶 皮革脱毛
异淀粉酶 脂肪酶 转化酶
分解淀粉的α-1,6-糖苷键 绢丝原料脱脂、洗涤剂、医药、乳品增香 制造转化糖
固定化技术
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。
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。
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使用对酶蛋白有高度吸附能力的硅胶、
活性炭，氧化铝、高岭土、石英沙、火棉
胶、多孔玻璃等在一定条件下与水溶酶作
用制得。
这些具有吸附能力的物质就叫做载体。
15
优点：操作简单，反应条件温和，酶活力损失少， 载体可反复使用。
缺点：易引起蛋白质表面变性，且由于结合力 弱，当反应液的pH值、离子强度、温度、底物 浓度等发生变化时，会导致酶易从载体上部分 或全部脱落。
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三、多项选择选择 1.通过遗传学原理对产酶菌进行改良，其基本途径有
_______。 A.基因突变 B.基因克隆 C.基因转移 D.基因连接 E.
基因剪切 2.应用广泛的产酶菌有——。 A.金黄色葡萄球菌 B.链霉菌 C.枯草芽孢杆菌 D.大肠
杆菌 E.啤酒酵母 3.固定化酶或细胞,工业上应用的包埋载体主要为
_________ 。 A.卡拉胶 B.海藻胶 C.碳酸钙 D.硅胶 E.甲壳素
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四、简答、论述 1.为什么工业生产酶以微生物作为主要原
料？ 2.优良的产酶菌应具备哪几点要求？ 3.固定化酶的常用方法有哪些？ 4.解释固定化酶活力大都下降的原因。 5.举例说明如何选择固定化酶的方法。
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优点：此法制得的固定化酶，酶分子和载体间的 共价键较牢固，在介质组成发生改变和进行反应 时，都不会造成酶的脱落，因而可以反复使用。 缺点：制取固定酶较复杂，反应条件比较剧烈， 所以要制得酶活力很高的固定化酶较为困难。 制作方法：有重氮化法、烷基化和芳基化法、肽 法和戊二醛法等。
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（2）交联法
疾病；②用酶测定体液中某些物质的量诊断疾病。 2.在疾病治疗方面：酶作为药物作用于人体具有
种类多、用量少、纯度高的特点。 3.在药物生产方面的应用：利用酶的催化作用将
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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
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• 在酶的生产中，加入适量表面活性剂，也能提高酶制剂 产量，如用爪哇真青霉生产纤维素酶时，如果添加0.1% 的吐温-80，则纤离筛选
（1）含菌样品质采集 （2）富集培养 （3）菌种纯化
3、菌种的变异诱导技术
酶的特性
1、专一性强 2、催化效率高 3、反应条件温和 4、酶活性的调控机制复杂
醛糖还原酶的活性中心
酶的来源
（一）来源类别 （二）利用微生物生产酶制剂的优点 （三）各种能够生产酶的微生物
蚯蚓含蚓激酶，对心血管疾病有较好的治疗效果
（一）来源类别
1、酶作为生物催化剂普遍存在于动物、植物、微生物中， 可以直接从生物体中分离提纯而获得，早期酶的生产 多是以动植物为主要原料提取而得。
2、人工合成酶的方法，目前还受到试剂、设备条件的限 制。
3、利用动物、植物细胞和组织培养方法来生产酶，由于 周期较长、成本较高，也存在一定难度。
4、利用微生物生产酶制剂。
（二）利用微生物生产酶制剂的优点
（1）能够生产酶的微生物 种类繁多，有较大的选择 余地。
（2）微生物繁殖快、培养 周期短、培养方法简便， 培养过程容易控制，
• 国内酶制剂工业常用的消泡剂为： 甘油聚醚（聚氧丙烯甘油醚） 泡敌（聚环氧丙烷环氧乙烷甘油醚）
（3）诱导剂和抑制剂
• 某些酶反应，当培养基中不存在诱导物质时，其酶的合 成就受到抑制，而当添加诱导物质时，酶的合成就能顺 利进行，这类物质称作诱导剂。
• 使用某些酶的抑制剂常常能够促进酶的合成，如在多粘 芽孢杆菌的培养基中添加淀粉酶抑制剂S-AI，能增加淀 粉酶的产量。
裂合酶和异构酶
4、裂合酶 天冬氨酸-β-脱羧酶 β-酪氨酸酶 延胡索酸酶 谷氨酸脱羧酶
5、异构酶 氨基酸消旋酶 葡萄糖异构酶
（来源于细菌） （来源于细菌） （来源于细菌） （来源于细菌）
（来源于细菌、霉菌、酵母） （来源于细菌、放线菌
酶的生产菌种
1、对生产菌种的要求 2、目前常用的产酶微生物
1、对生产菌种的要求
（3）微生物具有较强的适 应性，能够培育出新的高 产菌株。
（三）各种能够生产酶的微生物
1、氧化-还原酶 （1）葡萄糖氧化酶 （2）D氨基酸氧化酶 （3）尿激酶 （4）过氧化氢酶 （5）近氧化物酶 2、转移酶 （1）转氨基酶 （2）核苷磷酸转移酶 3、水解酶 4、裂合酶 5、异构酶
（来源于霉菌） （来源于霉菌、肾脏） （来源于酵母菌、肾脏） （来源于细菌、霉菌、红血球） （来源于植物）
产酶促进剂多数是酶的诱导物、或者是表面活性剂，常用 的产酶促进剂有：
（A）吐温-80 （B）脂肪酰胺磺酸钠 （C）聚乙烯醇 （D）糖脂 （E）乙二胺四乙酸（EDTA）
（2）影响酶产量的各种因素
A、温度---各种产酶微生物对于温度的要求是各不相同的。 细菌：35-37度 霉菌：30度 酵母菌：30-35度 B、PH值---通过掌握原料的配比保持一定的C/N水平、或者通过添加缓
流作用，有利于营养物质与菌体细胞的接触，促进细胞新陈代谢。 E、泡沫
E、泡沫
• 酶同制时剂直发接酵影过响O程2中的泡溶沫解较。多。泡沫的存在会阻止CO2的排除、
• 排除常常采用：机械力消泡沫法、化学消泡剂消泡沫法。
• 常用的消泡剂有：天然油类、矿物油类、醇类、脂肪酸类、 胺类、酰胺类、醚类、磷酸酯类、金属皂类、聚硅氧烷等 等物质。
（1）产酶量高 （2）不是致病菌 （3）性能稳定，不容易变异、退化、不易感染噬菌体。 （4）能够利用廉价的原料，发酵周期短、易于培养。
2、目前常用的产酶微生物
大肠杆菌---用来生产谷氨酸脱羧酶、天门冬氨酸酶、青霉素酰化酶、β-半 乳糖苷酶。
曲霉（黑曲霉、黄曲霉）---用来生产糖化酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、 葡萄糖氧化酶、氨基酰化酶、脂肪酶。
（来源于细菌、动物肝脏） （来源于细菌）
• 脂肪酶 5`-磷酸二酯酶 淀粉酶 果胶酶 纤维素酶 半纤维素酶 溶菌酶 蜜二糖酶 乳糖酶 转化酶 透明质酸酶 凝乳酶 天冬酰胺酶 脲酶 青霉素酰化酶 氨基酰化酶 橙皮苷酶 蛋白酶
3、水解酶
（来源于细菌、霉菌、胰脏） （来源于霉菌） （来源于细菌、霉菌、胰脏、麦芽） （来源于细菌、霉菌） （来源于霉菌、蘑菇） （来源于霉菌） （来源于细菌、鸡卵白） （来源于霉菌） （来源于细菌、霉菌） （来源于细菌、酵母） （来源于细菌、动物睾丸） （来源于霉菌、小牛胃、羊胃） （来源于细菌） （来源于豆科植物） （来源于细菌、霉菌） （来源于细菌、霉菌、牛肾脏） （来源于霉菌） （来源于霉菌、放线菌、动物内脏、植物瓜果）
酶工程制药技术
第一节 酶工程概论
一、酶的特性 二、酶工程的研究内容 三、酶工程的研究进展及应用
酶的定义和分类
• 酶的定义----酶是生物体内具有生物催化功能的 生物大分子，包括蛋白质和核酸等。
• 酶的分类----分为6大类 1、氧化-还原酶 2、转移酶 3、水解酶 4、裂合酶 5、异构酶 6、连接酶（合成酶）
产酶菌株的制备和优化
1、产酶菌株的培养条件 2、菌种的分离筛选 3、菌种的变异诱导技术 4、原生质体诱导实际生产例子
1、产酶菌株的培养条件
（1）产酶促进剂 （2）影响酶产量的各种因素 （3）诱导剂和抑制剂
（1）产酶促进剂
在酶制剂的生产过程中，如果添加少量的某种物质就能增 加酶的产量，则这类物质就称为产酶促进剂。
枯草杆菌---用于生产a-淀粉酶、β-葡萄糖氧化酶、碱性磷酸酯酶。 啤酒酵母---用来生产转化酶、丙酮酸脱羧酶、乙醇脱氢酶。 青霉菌---用于生产葡萄糖氧化酶、青霉素酰化酶、5`-磷酸二酯酶、脂肪酶。 木霉菌---用于生产纤维素酶。 根霉菌---用于生产淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶。 链霉菌---用来生产葡萄糖异构酶。
冲剂、能够控制发酵液的PH值。 C、通气量（供氧量） 讫今为止，产酶和微生物都是需氧性的微生物。 在液体深层发酵中，微生物利用的氧必须是溶解于培养基中和溶解氧。 空气中的氧气---培养基溶解氧---透过细胞膜进入原生质。 精确测定时采用溶氧仪。 D、搅拌---搅拌可将泡沫打碎、增加氧气的溶解速度、加强了液体的湍
（1）含菌样品质采集 （2）富集培养 （3）菌种纯化
3、菌种的变异诱导技术
酶的特性
1、专一性强 2、催化效率高 3、反应条件温和 4、酶活性的调控机制复杂
醛糖还原酶的活性中心
酶的来源
（一）来源类别 （二）利用微生物生产酶制剂的优点 （三）各种能够生产酶的微生物
蚯蚓含蚓激酶，对心血管疾病有较好的治疗效果
（一）来源类别
1、酶作为生物催化剂普遍存在于动物、植物、微生物中， 可以直接从生物体中分离提纯而获得，早期酶的生产 多是以动植物为主要原料提取而得。
2、人工合成酶的方法，目前还受到试剂、设备条件的限 制。
3、利用动物、植物细胞和组织培养方法来生产酶，由于 周期较长、成本较高，也存在一定难度。
4、利用微生物生产酶制剂。
（二）利用微生物生产酶制剂的优点
（1）能够生产酶的微生物 种类繁多，有较大的选择 余地。
（2）微生物繁殖快、培养 周期短、培养方法简便， 培养过程容易控制，
• 国内酶制剂工业常用的消泡剂为： 甘油聚醚（聚氧丙烯甘油醚） 泡敌（聚环氧丙烷环氧乙烷甘油醚）
（3）诱导剂和抑制剂
• 某些酶反应，当培养基中不存在诱导物质时，其酶的合 成就受到抑制，而当添加诱导物质时，酶的合成就能顺 利进行，这类物质称作诱导剂。
• 使用某些酶的抑制剂常常能够促进酶的合成，如在多粘 芽孢杆菌的培养基中添加淀粉酶抑制剂S-AI，能增加淀 粉酶的产量。
裂合酶和异构酶
4、裂合酶 天冬氨酸-β-脱羧酶 β-酪氨酸酶 延胡索酸酶 谷氨酸脱羧酶
5、异构酶 氨基酸消旋酶 葡萄糖异构酶
（来源于细菌） （来源于细菌） （来源于细菌） （来源于细菌）
（来源于细菌、霉菌、酵母） （来源于细菌、放线菌
酶的生产菌种
1、对生产菌种的要求 2、目前常用的产酶微生物
1、对生产菌种的要求
（3）微生物具有较强的适 应性，能够培育出新的高 产菌株。
（三）各种能够生产酶的微生物
1、氧化-还原酶 （1）葡萄糖氧化酶 （2）D氨基酸氧化酶 （3）尿激酶 （4）过氧化氢酶 （5）近氧化物酶 2、转移酶 （1）转氨基酶 （2）核苷磷酸转移酶 3、水解酶 4、裂合酶 5、异构酶
（来源于霉菌） （来源于霉菌、肾脏） （来源于酵母菌、肾脏） （来源于细菌、霉菌、红血球） （来源于植物）
产酶促进剂多数是酶的诱导物、或者是表面活性剂，常用 的产酶促进剂有：
（A）吐温-80 （B）脂肪酰胺磺酸钠 （C）聚乙烯醇 （D）糖脂 （E）乙二胺四乙酸（EDTA）
（2）影响酶产量的各种因素
A、温度---各种产酶微生物对于温度的要求是各不相同的。 细菌：35-37度 霉菌：30度 酵母菌：30-35度 B、PH值---通过掌握原料的配比保持一定的C/N水平、或者通过添加缓
流作用，有利于营养物质与菌体细胞的接触，促进细胞新陈代谢。 E、泡沫
E、泡沫
• 酶同制时剂直发接酵影过响O程2中的泡溶沫解较。多。泡沫的存在会阻止CO2的排除、
• 排除常常采用：机械力消泡沫法、化学消泡剂消泡沫法。
• 常用的消泡剂有：天然油类、矿物油类、醇类、脂肪酸类、 胺类、酰胺类、醚类、磷酸酯类、金属皂类、聚硅氧烷等 等物质。
（1）产酶量高 （2）不是致病菌 （3）性能稳定，不容易变异、退化、不易感染噬菌体。 （4）能够利用廉价的原料，发酵周期短、易于培养。
2、目前常用的产酶微生物
大肠杆菌---用来生产谷氨酸脱羧酶、天门冬氨酸酶、青霉素酰化酶、β-半 乳糖苷酶。
曲霉（黑曲霉、黄曲霉）---用来生产糖化酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、 葡萄糖氧化酶、氨基酰化酶、脂肪酶。
（来源于细菌、动物肝脏） （来源于细菌）
• 脂肪酶 5`-磷酸二酯酶 淀粉酶 果胶酶 纤维素酶 半纤维素酶 溶菌酶 蜜二糖酶 乳糖酶 转化酶 透明质酸酶 凝乳酶 天冬酰胺酶 脲酶 青霉素酰化酶 氨基酰化酶 橙皮苷酶 蛋白酶
3、水解酶
（来源于细菌、霉菌、胰脏） （来源于霉菌） （来源于细菌、霉菌、胰脏、麦芽） （来源于细菌、霉菌） （来源于霉菌、蘑菇） （来源于霉菌） （来源于细菌、鸡卵白） （来源于霉菌） （来源于细菌、霉菌） （来源于细菌、酵母） （来源于细菌、动物睾丸） （来源于霉菌、小牛胃、羊胃） （来源于细菌） （来源于豆科植物） （来源于细菌、霉菌） （来源于细菌、霉菌、牛肾脏） （来源于霉菌） （来源于霉菌、放线菌、动物内脏、植物瓜果）
酶工程制药技术
第一节 酶工程概论
一、酶的特性 二、酶工程的研究内容 三、酶工程的研究进展及应用
酶的定义和分类
• 酶的定义----酶是生物体内具有生物催化功能的 生物大分子，包括蛋白质和核酸等。
• 酶的分类----分为6大类 1、氧化-还原酶 2、转移酶 3、水解酶 4、裂合酶 5、异构酶 6、连接酶（合成酶）
产酶菌株的制备和优化
1、产酶菌株的培养条件 2、菌种的分离筛选 3、菌种的变异诱导技术 4、原生质体诱导实际生产例子
1、产酶菌株的培养条件
（1）产酶促进剂 （2）影响酶产量的各种因素 （3）诱导剂和抑制剂
（1）产酶促进剂
在酶制剂的生产过程中，如果添加少量的某种物质就能增 加酶的产量，则这类物质就称为产酶促进剂。
枯草杆菌---用于生产a-淀粉酶、β-葡萄糖氧化酶、碱性磷酸酯酶。 啤酒酵母---用来生产转化酶、丙酮酸脱羧酶、乙醇脱氢酶。 青霉菌---用于生产葡萄糖氧化酶、青霉素酰化酶、5`-磷酸二酯酶、脂肪酶。 木霉菌---用于生产纤维素酶。 根霉菌---用于生产淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶。 链霉菌---用来生产葡萄糖异构酶。
冲剂、能够控制发酵液的PH值。 C、通气量（供氧量） 讫今为止，产酶和微生物都是需氧性的微生物。 在液体深层发酵中，微生物利用的氧必须是溶解于培养基中和溶解氧。 空气中的氧气---培养基溶解氧---透过细胞膜进入原生质。 精确测定时采用溶氧仪。 D、搅拌---搅拌可将泡沫打碎、增加氧气的溶解速度、加强了液体的湍