第5章 酶工程技术与生化反应制药
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现代生物制药技术
酶工程技术与生化反应制药
学习目标
【学习目的】学习酶工程、固定化酶及固定化细胞的基本概念，酶的固定化方法，固定 化酶的特性，酶的固定化方法及固定化酶在氨基酸和核苷酸等药物生产中的应用，海藻 酸钠固定蛋白酶的方法。
【知识要求】了解酶工程、固定化酶及固定化细胞的定义，掌握固定化酶及固定化细胞 的方法及怎样利用固定化酶生产氨基酸和核苷酸类药物，熟悉固定化酶的特性及固定化 酶的应用。
【能力要求】掌握怎样固定化酶和细胞，怎样利用固定化酶制备氨基酸和核苷酸等药物。
一、固定化酶的应用实例
1.什么是高果糖浆？使用它有何好处？高果糖浆是果糖含量为42%左右的糖浆。作为蔗糖的替代 品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病，对人的健康有利。
2.生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种酶有何特点？生产高果糖浆需要葡萄糖异构酶； 其作用是将葡萄糖转化为果糖；这种酶稳定性好，可持续发挥作用。
作业
1.什么是酶工程？酶工程包括哪些内容？ 2.酶和细胞的固定化有什么区别？ 3.酶的固定化方法有很多种，请简述物理吸附法与离子吸附法之间的异同点？ 4.请简述包埋法制备固定化细胞的基本工艺流程。 5.应如何选择酶和细胞的固定化载体？请简述之。 6.细胞固定化之后，与原有的反应工艺相比有什么不同？
3.固定化酶技术生产高果糖浆的过程
反应柱的优点： （1）反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本 （2）提高了果糖的产量和质量。
4.固定化酶技术的优点
（1）使酶既能与反应物接触，又能与产物分离 （2）固定在载体上的酶可以被反复利用
5、在生产实际中使用固定化酶技术的不足
一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实际中很多产物 的形成都通过一系列的酶促反应才能进行，所以操作比较 麻烦。
（2）酶稳定性的变化
①操作稳定性Biblioteka Baidu②储藏稳定性 ③热稳定性 ④对蛋白酶的稳定性 ⑤酸碱稳定性
四、固定化细胞的特性
1.固定化细胞的形状
由于细胞的固定化技术是酶的固定化 技术的延伸，许多方法都相同，因此 许多固定化细胞的形状与固定化酶的 形状相同，如珠状、块状、片状或纤 维状等。
2.固定化细胞的性质细胞被固定化后， 其中酶的性质、稳定性、最适pH、最 适温度等的变化基本上与固定化酶相 仿。
固定化细胞主要是利用细胞内酶和酶系，其应用比固定化酶更为普遍。
2.固定化细胞的制备
①载体结合法 ②包埋法 ③交联法 ④无载体法
四、固定化酶的形状与性质
1.固定化酶的形状 ①颗粒状固定化酶 ②纤维状固定化酶 ③膜状固定化酶 ④管状固定化酶
四、固定化酶的形状与性质
1.固定化酶的形状 ①颗粒状固定化酶 ②纤维状固定化酶 ③膜状固定化酶 ④管状固定化酶
酶工程又称为酶技术，将酶或者包含酶的 微生物细胞、动植物细胞、细胞器等装载 于生物反应装置中，利用酶所具有的生物 催化功能，借助工程手段将原料转化成相 应的有用物质，是酶学与工程学相互结合 渗透、涉及酶的工程化应用的一门技术。
2.酶的来源与制备
早期酶的生产多以动植物为原料直接 从生物体中提取分离；
现在，市场上的酶制剂大多采用微生 物发酵法来生产；
二、酶与细胞的固定化
1.固定化酶的制备 （1）吸附法 （2）共价结合法 （3）交联法 （4）包埋法
（5）固定化载体
2.固定化细胞的制备
将细胞限制或定位于特定空间位置的方法称为细胞固定化技术，被限制或定位于特定空间位置的 细胞称为固定化细胞，它与固定化酶同被称为固定化生物催化剂。细胞固定化技术是酶固定化技 术的发展，因此固定化细胞也称为第二代固定化酶。
作业
1，简述维生素A原发酵控制的工艺要点。 2，核酸类药物常用的生产方法有哪些？ 3，为什么在肌苷发酵生产中加入氨基酸？请简述。
作业
1、谷氨酸发酵过程中，应如何控制通气量？ 2、赖氨酸生产菌与谷氨酸生产菌相比，两者在菌营养类型上有什么异同点？ 3、黑曲霉发酵生产酸性蛋白酶与巨大芽孢杆菌发酵生产中性蛋白酶，这两种发酵都是哪种类型，各自有什 么工艺特点？请简述之。
四、固定化酶的形状与性质
1.固定化酶的形状 ①颗粒状固定化酶 ②纤维状固定化酶 ③膜状固定化酶 ④管状固定化酶
四、固定化酶的形状与性质
1.固定化酶的形状 ①颗粒状固定化酶 ②纤维状固定化酶 ③膜状固定化酶 ④管状固定化酶
2.固定化酶的性质
（1）酶活力的变化
酶经过固定化后活力大多下降，要 减少固定化过程中酶活力的损失， 反应条件要温和。此外，在固定化 反应体系中加入抑制剂、底物或产 物，可以保护酶的活性中心。
可采用固定化细胞技术。
第一节 酶工程与固定化细胞技术
一、概述 1.酶的特性与酶工程 酶是由细胞产生的具有催化活性的蛋白质，又称为生物催化剂，酶的化学本质是蛋白质，酶的生理作 用在于其具有的高效催化特性。与非酶催化剂相比，酶的催化特性表现为： • 效率更高 • 反应专一性更强 • 反应条件十分温和 • 催化活性可以受到调节和控制
酶工程技术与生化反应制药
学习目标
【学习目的】学习酶工程、固定化酶及固定化细胞的基本概念，酶的固定化方法，固定 化酶的特性，酶的固定化方法及固定化酶在氨基酸和核苷酸等药物生产中的应用，海藻 酸钠固定蛋白酶的方法。
【知识要求】了解酶工程、固定化酶及固定化细胞的定义，掌握固定化酶及固定化细胞 的方法及怎样利用固定化酶生产氨基酸和核苷酸类药物，熟悉固定化酶的特性及固定化 酶的应用。
【能力要求】掌握怎样固定化酶和细胞，怎样利用固定化酶制备氨基酸和核苷酸等药物。
一、固定化酶的应用实例
1.什么是高果糖浆？使用它有何好处？高果糖浆是果糖含量为42%左右的糖浆。作为蔗糖的替代 品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病，对人的健康有利。
2.生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种酶有何特点？生产高果糖浆需要葡萄糖异构酶； 其作用是将葡萄糖转化为果糖；这种酶稳定性好，可持续发挥作用。
作业
1.什么是酶工程？酶工程包括哪些内容？ 2.酶和细胞的固定化有什么区别？ 3.酶的固定化方法有很多种，请简述物理吸附法与离子吸附法之间的异同点？ 4.请简述包埋法制备固定化细胞的基本工艺流程。 5.应如何选择酶和细胞的固定化载体？请简述之。 6.细胞固定化之后，与原有的反应工艺相比有什么不同？
3.固定化酶技术生产高果糖浆的过程
反应柱的优点： （1）反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本 （2）提高了果糖的产量和质量。
4.固定化酶技术的优点
（1）使酶既能与反应物接触，又能与产物分离 （2）固定在载体上的酶可以被反复利用
5、在生产实际中使用固定化酶技术的不足
一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实际中很多产物 的形成都通过一系列的酶促反应才能进行，所以操作比较 麻烦。
（2）酶稳定性的变化
①操作稳定性Biblioteka Baidu②储藏稳定性 ③热稳定性 ④对蛋白酶的稳定性 ⑤酸碱稳定性
四、固定化细胞的特性
1.固定化细胞的形状
由于细胞的固定化技术是酶的固定化 技术的延伸，许多方法都相同，因此 许多固定化细胞的形状与固定化酶的 形状相同，如珠状、块状、片状或纤 维状等。
2.固定化细胞的性质细胞被固定化后， 其中酶的性质、稳定性、最适pH、最 适温度等的变化基本上与固定化酶相 仿。
固定化细胞主要是利用细胞内酶和酶系，其应用比固定化酶更为普遍。
2.固定化细胞的制备
①载体结合法 ②包埋法 ③交联法 ④无载体法
四、固定化酶的形状与性质
1.固定化酶的形状 ①颗粒状固定化酶 ②纤维状固定化酶 ③膜状固定化酶 ④管状固定化酶
四、固定化酶的形状与性质
1.固定化酶的形状 ①颗粒状固定化酶 ②纤维状固定化酶 ③膜状固定化酶 ④管状固定化酶
酶工程又称为酶技术，将酶或者包含酶的 微生物细胞、动植物细胞、细胞器等装载 于生物反应装置中，利用酶所具有的生物 催化功能，借助工程手段将原料转化成相 应的有用物质，是酶学与工程学相互结合 渗透、涉及酶的工程化应用的一门技术。
2.酶的来源与制备
早期酶的生产多以动植物为原料直接 从生物体中提取分离；
现在，市场上的酶制剂大多采用微生 物发酵法来生产；
二、酶与细胞的固定化
1.固定化酶的制备 （1）吸附法 （2）共价结合法 （3）交联法 （4）包埋法
（5）固定化载体
2.固定化细胞的制备
将细胞限制或定位于特定空间位置的方法称为细胞固定化技术，被限制或定位于特定空间位置的 细胞称为固定化细胞，它与固定化酶同被称为固定化生物催化剂。细胞固定化技术是酶固定化技 术的发展，因此固定化细胞也称为第二代固定化酶。
作业
1，简述维生素A原发酵控制的工艺要点。 2，核酸类药物常用的生产方法有哪些？ 3，为什么在肌苷发酵生产中加入氨基酸？请简述。
作业
1、谷氨酸发酵过程中，应如何控制通气量？ 2、赖氨酸生产菌与谷氨酸生产菌相比，两者在菌营养类型上有什么异同点？ 3、黑曲霉发酵生产酸性蛋白酶与巨大芽孢杆菌发酵生产中性蛋白酶，这两种发酵都是哪种类型，各自有什 么工艺特点？请简述之。
四、固定化酶的形状与性质
1.固定化酶的形状 ①颗粒状固定化酶 ②纤维状固定化酶 ③膜状固定化酶 ④管状固定化酶
四、固定化酶的形状与性质
1.固定化酶的形状 ①颗粒状固定化酶 ②纤维状固定化酶 ③膜状固定化酶 ④管状固定化酶
2.固定化酶的性质
（1）酶活力的变化
酶经过固定化后活力大多下降，要 减少固定化过程中酶活力的损失， 反应条件要温和。此外，在固定化 反应体系中加入抑制剂、底物或产 物，可以保护酶的活性中心。
可采用固定化细胞技术。
第一节 酶工程与固定化细胞技术
一、概述 1.酶的特性与酶工程 酶是由细胞产生的具有催化活性的蛋白质，又称为生物催化剂，酶的化学本质是蛋白质，酶的生理作 用在于其具有的高效催化特性。与非酶催化剂相比，酶的催化特性表现为： • 效率更高 • 反应专一性更强 • 反应条件十分温和 • 催化活性可以受到调节和控制