第三章_生物催化剂与酶工程应用
第三章_生物催化剂与酶工程应用.ppt
酰基转化酶 盘尼西林的半合成
（四） 酶催化的发展
催化剂市场地域分布
美国 西欧 日本 其它
酶催化的发展
➢ 有机相酶催化 溶剂工程和蛋白质工程
➢ 极端酶
① 从生活在非常规条件下的微生物（细胞）中分 离得到的。
② 某些来源于常规微生物（细胞）中但也能在极 端条件下起催化作用的酶
③ 通过人工改良方法或借助人工全合成技术制造 出的具有新型催化活力的酶以及由新型材料构 成的酶：抗体酶
1 发酵：用活细胞将原材料(如糖、淀粉)转化成 更复杂的目标产物。 2 生物转化：是指外源化学物在机体内经多种酶 催化的代谢转化。 3 酶催化：提取粗酶或部分纯化的酶，将底物转 化成目标产物。
（1）生物转化是微生物将一种化合物转化为结构上
相关产物的过程。1864年，Pasteur发现醋酸杆菌
（Acetobacter）可氧化乙醇成为醋酸，首次以微生
用麦曲含有的淀粉酶
是细胞内酶作用的结果 将淀粉降解为麦芽糖
在霉菌蛋白酶作用下,豆类蛋白质水解 得豆酱和豆鼓,压榨后制得酱油
• 1878年,Kuhne第一次提出“酶”(Enzyme)的概 念,意为“在酵母中”(in yeast);
• 1894年,Emil Fischer发现了酶对底物(酶作用的物 质)的专一性现象,提出了“锁和钥匙”模型;
第三章 生物催化剂与 酶工程应用
3.1 概述 3.2 酶制剂 3.3 酶在食品和饲料工业中的应用 3.4 酶在轻化工领域中的应用 3.5 酶在医药工业中的应用
一 概述
（一）生物催化的基本概念
定义：是利用生物催化剂(主要是酶或微生物) 来改变(通常是加快)化学反应速度的作用。
生物催化转化的分类：
习惯名
酶工程应用.ppt
5 与 酶-生物催化 相关会议
❖ Gordon Research Conferences--enzyme ❖ Harden - Enzymes: Nature's molecular machines ❖ Southeast Enzyme Conference ❖ Texas Enzyme Mechanism Conference ❖ Midwest Enzyme Chemistry Conference ❖ Enzyme Engineering Conference ❖ Novel Enzymes ❖ New England Membrane Enzyme Group (NUTMEG) Conference ❖ Taiwan enzyme mechanism conference ❖ Biotechnology & Enzyme Catalysis ❖ European Symposium on Enzymes in Grain Processing
2.3 当前酶工程的研究热点：
• 研制分解纤维素和木质素的酶、低分子有机物聚合酶、 检测用酶、能分解有毒物质的酶及废物综合利用酶。
•利用基因工程技术开发新酶品种和提高酶产量。 •固定化酶和细胞、固定化多酶体系及辅因子再生体系，特定
生物反应的研究和应用。 •用微生物和动植物组织研究生物传感器。 •非水系统的反应技术，酶分子的修饰与改造以及酶型高效催
其中固定化酶技术是酶工程的核心。实际上有了 酶的固定化技术，酶在工业生产中的利用价值才真正 得以体现。
实例 1
酶工程产品益 生源，用于饲 料添加剂
实例 2
酶工程产品万寿胶囊 用于补充人体营养物质
实例 3 生态复合酶制剂，用于改善环境
生物学中的生物催化与酶工程
生物学中的生物催化与酶工程生物学是关于生命的科学，而生物催化和酶工程则是生物学中非常重要的分支领域。
本文将介绍生物催化和酶工程的基本概念、应用以及未来的发展方向。
一、生物催化的概念与应用生物催化是指利用活体催化剂（生物催化剂）提高化学反应速率的过程。
生物催化剂主要包括酶和酵母等，它们能够在温和的温度和压力条件下催化特定的化学反应。
生物催化在工业上有重要的应用，如在食品工业中用于酿造酒精、制作乳制品；在制药工业中用于合成医药中间体或活性成分；在能源领域中用于生物燃料电池等。
二、酶工程的概念与应用酶工程是利用化学、生物学和工程学相结合的方法对酶进行研究和改造的过程。
通过酶工程，可以改变酶的特性，使其适应不同的工业生产需求。
常见的酶工程方法包括基因工程、蛋白质工程以及进化工程等。
酶工程在制药、食品、能源等方面有广泛的应用，例如通过改造酶的催化活性和稳定性，提高工业反应的效率和产率。
三、生物催化与酶工程的发展随着分子生物学和蛋白质研究的进步，生物催化和酶工程正处于快速发展的阶段。
近年来，大规模测序技术的发展为发现和筛选新的生物催化剂提供了更多的可能性。
同时，酶的催化机制和结构也得到了更深入的研究，为酶的改造和优化提供了更多的理论基础。
未来，生物催化与酶工程有望在以下几个方面取得突破和进展：1. 多功能酶的设计与合成：通过理性设计和合成，开发具有多种催化能力的酶，实现复合反应的高效催化。
2. 酶的固定化与稳定性提升：提高酶的稳定性和抗脱活性，降低生物催化反应的成本和能耗。
3. 酶的高效发酵与生产过程优化：通过工程菌株优化、发酵工艺改进等手段，提高生物催化反应的产率和效率。
4. 酶与纳米技术的结合：利用纳米材料的特殊性质，对酶进行修饰和包覆，提高酶的稳定性和催化活性。
综上所述，生物催化与酶工程是生物学中一门重要的分支领域。
随着科学技术的不断进步，生物催化和酶工程在工业应用和基础研究领域将发挥更为重要的作用，为人类带来更多的福祉和发展。
生物催化与酶工程
生物催化与酶工程生物催化，即利用生物催化剂（酶）对底物进行特异性催化转化的过程，是一种绿色环保、高效可持续的化学合成方法。
酶工程作为生物催化的关键领域，研究了酶的选择和设计，以提高催化效率和底物特异性。
本文将重点讨论生物催化与酶工程的原理、应用和发展前景。
一、生物催化的原理生物催化是利用酶的特异性催化底物的化学反应。
酶是一种生物大分子，由氨基酸组成，具有复杂的三维结构。
其活性位点与底物结构互补配对，通过形成酶底物复合物，使底物发生催化反应，生成产物。
生物催化具有高效选择性、温和条件、可逆性和不产生污染等优点。
二、酶工程的应用1. 医药工业：酶工程在药物的合成、转化和纯化过程中发挥着重要作用。
通过对酶的改造和优化，可以生产出具有更好活性和稳定性的药物。
例如，利用酶催化合成酶抑制剂，可以有效治疗多种疾病。
2. 食品工业：酶工程在食品加工中广泛应用。
例如，利用改造的淀粉酶可以提高面包的质量和口感，利用改造的蛋白酶可以提高奶酪的风味和质量。
3. 生物燃料工业：酶工程在生物质转化为生物燃料的过程中发挥着重要作用。
通过改造酶的底物特异性和催化活性，可以提高生物质的转化率和产物选择性。
4. 环境保护工业：酶工程在废水处理、废弃物降解等环保领域有广泛应用。
通过利用酶的催化特性，可以高效降解废水中的有机污染物，实现废水的净化和资源化利用。
三、酶工程的发展前景酶工程作为一门新兴的交叉学科，具有广阔的发展前景。
随着基因工程和蛋白工程等技术的不断进步，酶工程的研究和应用将会得到进一步的提升和拓展。
未来，可以通过对酶的高通量筛选和智能设计，开发出更高效、更稳定的酶催化剂。
同时，酶工程还可以与其他领域相结合，如纳米技术、材料科学等，开创出更多新的研究和应用领域。
总结：生物催化与酶工程作为一种绿色可持续的催化方法，在医药工业、食品工业、能源工业和环境保护等领域有广泛的应用前景。
随着酶工程技术的不断发展和创新，我们可以更好地利用酶的催化特性，解决许多现实中面临的难题，并推动工业生产和科学研究的发展。
酶工程技术在化学工业中的应用
酶工程技术在化学工业中的应用随着全球经济的发展和人们对于健康和环保的重视，化学工业对于高效、绿色、可持续的生产技术有着越来越高的要求。
在这样的背景下，酶工程技术作为一种高效、可控制的生产工艺逐渐受到关注，被广泛应用在化学工业中。
本文将探讨酶工程技术在化学工业中的应用，以及它的优势和发展前景。
一、酶工程技术概述酶是一种生物催化剂，是生物体内重要的功能蛋白质之一。
酶能够将化学反应的能垒降低，从而提高反应速率。
酶工程技术是利用遗传工程和生物化学原理对酶进行改良和优化，以适应特定的生产需求。
酶工程技术的主要应用领域包括制药、食品、化工等，并逐渐扩展到纺织、环保等领域。
酶能够在低温、低压、水溶液条件下发挥作用，因此能够实现绿色、清洁的生产。
二、酶在化学工业中的应用1. 活性炭生产活性炭是一种广泛应用于工业和生活中的吸附材料。
传统的活性炭生产工艺需要高温、高压、耗能大，而且会产生有害气体。
利用酶工程技术可以生产出新型的天然活性炭材料，具有高效、低能耗、环保等特点。
2. 生物医药制品生产利用酶工程技术可以制备出高质量、高纯度、低成本的生物医药制品。
比如，酶可以用于生产人类重组生长激素、肝素等药物。
这些药物能够提高生产效率，缩短生产周期，同时减少废弃物的生成，降低环境污染。
3. 生物燃料生产生物燃料是一种可再生能源，有着广泛的应用前景。
目前生物燃料的生产主要采用微生物发酵技术，但微生物的生长和代谢速率较慢，生产效率低。
采用酶工程技术可以加快生物燃料的生产速率，提高生产效率。
4. 化学合成反应酶可以代替传统的催化剂，参与化学反应，形成新型的化学反应体系。
比如，酶可以用于合成异戊酚、己烷二酸酯等有机物，这些有机物在生产粘合剂、塑料、药品等方面有着广泛的应用。
三、酶技术的优势酶工程技术相比传统生产工艺具有以下优势：1. 生产过程绿色环保：酶工程生产过程中不需要使用有害化学物质和重金属，不会产生大量有害污染物，符合可持续发展的要求。
生物酶的催化反应和应用
生物酶的催化反应和应用生物酶是天然催化剂，能够加速生物学反应而不改变反应本身。
酶分子本身不与化学反应中参加的物质结合，而且不会改变生化反应的热力学平衡，它们仅仅加速反应速率，使反应在较低的温度下和较短的时间内完成。
酶这种高效、低成本的催化剂，被广泛应用于各个生化过程和其他工业领域。
在生物过程中，酶能快速、准确地催化生物学反应。
例如，细胞内DNA聚合酶能够将单链DNA复制成双链DNA，维生素C合成酶催化将葡萄糖转化为抗坏血酸，并与肿瘤相关基因相互作用的酶等，都给我们展示了这种催化剂的显著优势。
此外，酶也可以在其他领域中发挥作用，例如制药和食品工业等。
制药行业中，酶被广泛用于生产药物。
通过利用微生物和细胞进行变异和重组，可以制造出新型酶，这些酶能够生产出一些我们之前无法获得的特殊化学品。
工业酶也被应用于制造抗生素、酒精、果汁和啤酒等，因为它们的催化机能非常强大，生产出来的产物质量很高。
酶还能够作为一种生物传感器，在环境监测和检测血糖等方面发挥作用。
在糖尿病诊治中，可以利用酶的催化反应建立血糖检测系统。
这种系统能够检测血液中的葡萄糖含量，并根据结果来治疗糖尿病。
在环境监测方面，酶能够检测污染物，并测定环境污染程度，因为部分酶具有对环境特定物质高度选择性的催化活性，可以将环境中的污染物转换为化学成分。
在生物酶工程中，可以使用人工合成和人工扩增等方法制造出定制的酶。
例如，工业合成的酶可以通过改变氨基酸序列和结构，获得更高的催化效率和选择性。
我们还可以通过插入特定的氨基酸序列，来赋予酶新的功能和可控性。
由于这种方法可以有效地控制生化反应过程，因此在制药和化学工业中使用率越来越高。
总体而言，生物酶的催化反应和应用范围相当广泛，并具有潜在的巨大价值。
随着生物技术的不断发展和深入研究，相信会有更多的生物酶将被开发出来，并应用于更广泛的领域。
生物化学I 第三章 酶学
根据国际生化协会酶命名委员会的规定，每一个酶都用 四个打点隔开的数字编号，编号前冠以EC（酶学委员会缩 写），四个数字依次表示该酶应属的大类、亚类、亚亚类 及酶的顺序号，这种编码一种酶的四个数字即是酶的标码。
例如：EC1.1.1.27（乳酸脱氢酶） 酶
乳酸：NAD＋氧化还原
u u u u
第一大类 氧化还原酶 第一亚类 —CHOH被氧化 第一亚亚类 氢受体为NAD+ 排序 顺序号为27
4. 1878年， Kü hne赋予酶统一的名称 “Enzyme”， 其意思为“在酵母中”。
Enzyme 酶
德国生物化学家
5. 1930~1936年，Northrop和Kunitz先后得到了胃蛋 白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶结晶，并用相应方法 证ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ酶是蛋白质。
为此， Northrop和Kunitz于1949年共同 获得诺贝尔奖。
（1）旋光异构专一性：
（2）顺反异构专一性：
例如：不同的酶有不同的活性中心，故对底物有严格的特异性。例如乳 酸脱氢酶是具有立体异构特异性的酶，它能催化乳酸脱氢生成丙酮酸 的可逆反应：
A、B、C分别为LDH活性中心的三个功能基团
消化道内几种蛋白酶的专一性
氨肽酶
（芳香） （硷性）
羧肽酶 羧肽酶
（丙）
Ser
His 活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser195
Asp
（4）酶的活性中心与底物形状不是正好互补的。
（5）酶的活性中心是位于酶分子表面的一个裂 缝（Crevice)内。
（6）底物通过次级键较弱的作用力与酶分子结 合，这些次级键为：氢键、离子键（盐键）、 范德华力和疏水相互作用。 （7）酶的活性中心具有柔性或可运动性。
简述酶工程的主要应用
简述酶工程的主要应用
酶工程是利用生物技术和分子生物学的手段对酶进行基因工程和蛋白工程的研究，目的是改良酶的性质和功能，以满足特定的工业生产需求。
酶工程的主要应用如下：
1. 生物催化剂：酶工程可以通过改变酶的结构和活性，将其应用于各种化学反应中，提高反应的速度和选择性，减少副产物的生成，从而降低生产成本。
2. 食品工业：酶工程可以应用于食品加工中，比如利用蛋白酶降解蛋白质以改善食品质量，或者利用淀粉酶和糖化酶来提高糖化效率和改善食品口感。
3. 制药工业：酶工程可以用于制药行业的药物合成、分解和修饰等方面。
通过改变酶的特性，可以提高药物的生物利用度和活性，改变药物代谢途径和降低不良反应的发生。
4. 生物燃料工业：酶工程可以用于生物质能源的转化和生物燃料的合成，通过改变酶的特性和效率，提高生物质能源的利用效率和生物燃料的产量。
5. 环境工程：酶工程可以用于环境治理和资源回收方面。
比如利用酶降解有机废弃物、去除水污染物，或者利用酶提取珍贵金属和重要化合物等。
综上所述，酶工程的主要应用领域包括生物催化剂、食品工业、制药工业、生物燃料工业和环境工程等。
通过改变酶的性质和
功能，可以提高生产效率、降低成本、改善产品质量，同时也能为环境保护和可持续发展做出贡献。
酶工程与生物催化
酶工程与生物催化酶工程是一门利用生物催化技术对酶进行研究、应用和开发的科学。
生物催化是利用酶作为催化剂来促进和加速化学反应的过程。
在现代生物技术的推动下，酶工程和生物催化已经成为生物制药、食品加工、环境保护等领域中重要的研究和应用方向。
一、酶工程的基本概念与原理酶是生物催化过程中起关键作用的大分子催化剂，能够在温和的条件下加速化学反应的速率，提高反应的选择性和效率。
酶工程的基本概念是指通过改变酶的结构和性质，使其在特定条件下具有更高的催化活性和稳定性。
酶工程主要包括两个方面的内容：一是通过基因工程技术改变酶的基因序列，使其具有更好的性能；二是对酶进行物理化学性质的调控，提高酶的稳定性和催化效率。
酶工程的原理是通过对酶进行定向进化和有针对性的改造，提高酶的催化活性和选择性。
定向进化是利用自然选择的原理，在实验室中对酶进行多次重复的遗传突变和筛选过程，筛选出表现出更高活性和稳定性的突变酶。
有针对性改造是通过改变酶的结构和特性，使其适应特定反应条件，提高催化效率和产物选择性。
二、酶工程在生物制药中的应用1. 酶在药物合成中的应用酶催化合成药物的方法相对传统化学合成方法更加温和、高效和环保。
通过酶工程技术可以改变酶的催化性能，使其适应特定反应条件，提高反应产物的选择性和纯度。
同时，酶工程还可以提高酶的稳定性和催化活性，延长酶的使用寿命，降低生产成本。
2. 酶在生物催化合成药物中的应用利用酶催化合成药物可以降低合成工艺的复杂性和成本，提高产物的纯度和选择性。
在生物催化合成药物中，酶通过催化底物的转化，生成所需的目标产物。
酶工程技术可以有效提高酶的催化效率和选择性，降低反应副产物的生成，从而提高合成药物的产量和质量。
三、酶工程在食品加工中的应用1. 酶在食品加工过程中的应用酶在食品加工过程中有广泛的应用，例如面包、啤酒、乳制品、果汁等的生产中都涉及到酶的应用。
酶可以促进面团发酵、提高啤酒的醇味、改善乳质口感和提高果汁的澄清度。
生物工程中的工业酶和生物催化剂的应用
生物工程中的工业酶和生物催化剂的应用生物工程作为新兴的交叉学科，主要通过生物技术手段将生物体内的物质代谢途径和基因工程技术融合，实现对生物体内有用物质的高效利用和生产。
在这其中，工业酶和生物催化剂成为了不可或缺的两个重要组成部分。
它们可广泛应用于食品、制药、化学、环境、农业等许多领域中。
酶的简介酶是一种生物催化剂，其可以在低温、常温、常压，甚至在水溶液中快速反应化学反应，加速反应速率。
相较于化学催化剂，酶具有更广泛的反应范围和更高的效率。
并且，酶具有天然可再生的优点，在反应后可以从废料中回收和再生使用。
这些独特的优势使其在许多应用中都得到了广泛的应用。
工业酶和生物催化剂的应用工业酶的应用工业酶是一种大量工业生产中所使用的酶类，其可广泛应用于各种规模的生产中。
在食品行业中，工业酶可用于奶制品、酿造、面粉以及肉类加工等领域。
例如，就奶制品而言，采用牛乳凝集酶和蛋白酶可使牛乳凝结成奶酪、黄油或炼乳。
在酿酒业中，酿酒师可通过添加α-淀粉酶来将小麦和大麦「酶解」成糖，同时增加果汁中麦芽糖的含量，从而使其发酵成葡萄酒。
此外，在造纸工业中，淀粉酶可用于帮助水解淀粉并将其转化为糖，以提高木浆的质量和效率。
在纺织业中，脱色的过程中可以使用氧化酶，有助于在无氯的环境下去除染料。
总之，工业酶在人们生活的各个方面都有着广泛应用。
然而，酶催化反应只在有利的温度和pH范围内有效，温度变化会影响它们的活性，而极端的pH下它们可能会失去催化活性。
生物催化剂的应用与工业酶相比，生物催化剂使用范围更广泛。
在一般的生物催化反应中，生物催化剂能够促进化学反应，其可避免副产物问题，并能节约大量的能源。
生物催化剂的一大优点是其活性和选择性，它们对于特定的反应底物具有高选择性。
例如，一些醇-酮转移酶可以转移天然产物或人工合成的化合物中的一段醇基或酮基，以生产具有生物活性的化合物。
生物催化剂应用在制药业中反应底物大多为高价值的化合物。
另外，在化学工业中，生物催化剂也可以非常成功地应用于废弃物转化和环境保护上。
现代生物化工中酶工程技术研究与应用
现代生物化工中酶工程技术研究与应用【摘要】现代生物化工中酶工程技术是一门重要的研究领域，具有广泛的应用前景。
本文首先介绍了酶工程技术的背景和研究意义，阐明了其在现代生物化工中的重要性。
然后详细介绍了酶的优势和特点，以及酶工程技术的研究现状。
接着探讨了酶工程技术在现代生物化工中的应用，包括酶在医药、食品、能源等领域的作用。
展望了酶工程技术的未来发展方向，指出其在生物化工领域的广阔应用前景。
现代生物化工中酶工程技术不仅具有重要意义，而且有着巨大的发展潜力，为推动生物化工领域的进步和创新提供了新的可能性。
【关键词】酶工程技术、现代生物化工、研究、应用、优势、特点、研究现状、未来发展、重要性、应用前景、总结、展望1. 引言1.1 背景介绍酶工程技术的发展起源于上世纪70年代，随着基因工程技术的不断进步，人们可以通过改造酶的基因序列来提高其催化活性和稳定性。
通过对酶的结构和功能进行深入研究，人们可以设计出更具有特定功能的酶，满足不同工业生产的需求。
在生物医药、农业、食品加工等领域，酶工程技术已经得到广泛应用。
某些药物的合成可以通过酶催化来实现，不仅提高了合成效率，还降低了原料和能源消耗。
酶在食品加工中也发挥着重要作用，如面包的发酵、酒的酿造等。
随着生物技术的不断创新和进步，酶工程技术将继续发挥重要作用，在现代生物化工领域中展现出巨大的潜力和应用前景。
1.2 研究意义现代生物化工中酶工程技术研究的意义主要表现在以下几个方面：1. 提高生产效率：利用酶工程技术可以设计出高效、特异性强的酶，能够加速生物反应速度，降低生产成本，提高生产效率。
在很多生物化工过程中，酶催化反应具有高效、温和、选择性好等优点，能够大幅度提高产品的产量和质量。
2. 减少环境污染：相比传统化学工艺，酶工程技术可以在较低温度、常压下进行生产，减少了对环境的污染。
而且酶反应一般是以水为溶剂，减少了有机溶剂使用和废弃物排放。
3. 拓展产品范围：通过酶工程技术，可以生产更多种类的化合物，拓展了产品的范围。
生物催化技术与酶工程
生物催化技术与酶工程近年来，随着科技的飞速发展，生物催化技术和酶工程成为了工业生产、医药研究等领域重要的研究方向。
生物催化技术和酶工程的研究，旨在开发出一种更加环保、高效、精确且经济实用的生产方式。
一、生物催化技术生物催化技术指利用微生物、酵母、真菌、植物等生命体来进行化学反应的技术。
它和传统催化技术相比，其最大的优点在于其绿色环保、高效能、纯度高、产物质量稳定，用途广泛。
其中，酶催化是生物催化技术的重要组成部分。
酶是生命体内的一种催化剂，可以加速化学反应，对于工业生产、医药研究、食品加工等领域都起到着重要的作用。
酶催化可以用来制备药物、化妆品、食品等，而且锁定选择性好，过程简便，节约成本，逐渐成为发展方向。
此外，随着基因组学、蛋白质组学的快速发展，生物细胞催化技术也呈现出了蓬勃发展的态势。
二、酶工程酶工程是利用基因重组技术，通过改变酶的结构和性能，将其用于工业生产、医药研究、环保等领域。
酶工程可以通过改变酶的结构，增加其催化功能，提高其稳定性，从而更好地满足生产需求。
酶工程的发展史可以追溯到上世纪50年代，但直到20世纪90年代才进入快速发展期。
目前，酶工程已经走过了半个世纪的发展历程，成为了生物化学、生物技术领域的一个重要研究领域。
同时，随着人们对生命体系认识的不断深入，酶工程领域也面临着巨大的发展机遇。
三、生物催化技术与酶工程的应用1. 生物催化技术生物催化技术是化学合成的一种新模式，可在生物基质气液界面上实现无机催化剂不能实现的催化反应，可以构建简单、高效的实验系统，具有很广泛的应用领域，如生产化学品、医药、精细化学品等。
2. 酶工程酶工程是通过研究酶的结构，并调整其结构和性能，最终实现酶的高效生产和应用。
酶工程的应用涵盖医药、食品、环保、生物能源等领域，最重要的是可以为生产过程带来很大的环保效益，减少了废水、废气的排放和废弃资源的浪费。
四、生物催化技术与酶工程的未来作为环保、可持续发展的产业，生物催化技术和酶工程具有广阔的发展前景。
酶工程与生物催化技术的发展与应用
酶工程与生物催化技术的发展与应用随着科学技术的不断进步和应用领域的不断扩展，酶工程与生物催化技术作为一种高效、环保、可持续发展的技术，越来越受到人们的重视和广泛应用。
本文将从酶工程和生物催化技术的基本概念、发展历程及应用前景等方面进行探讨。
一、酶工程的基本概念酶工程是利用生物催化技术对酶的性质进行改良、改造或利用，以满足工业生产中对酶的高峰需求。
酶是一种生物催化剂，具有高效、高选择性和环境友好等特点。
酶工程通过对酶的基因重组、蛋白质工程、突变和筛选等手段，可以提高酶的催化活性、稳定性和特异性，从而实现对特定反应的控制和优化。
二、酶工程的发展历程酶工程起源于20世纪50年代，起初主要是通过随机突变和筛选等方法来改良酶的性质。
随着基因工程和蛋白质工程的发展，酶的性质改良逐渐实现了精确控制。
20世纪70年代，基因工程的诞生使酶工程进入了一个全新的发展阶段。
通过基因工程技术，可以将酶的基因导入到高效表达系统中，大量制备目标酶。
在80年代，蛋白质工程的提出进一步推动了酶工程的进展，通过改变酶的氨基酸序列和结构，进一步提高了酶的性能。
21世纪初以来，合成生物学的兴起又为酶工程带来了新的机遇和挑战，开启了酶工程的新时代。
三、酶工程的应用前景1. 酶在生物药物合成中的应用目前，许多生物药物的合成都离不开酶的参与。
例如，利用酶工程技术，可以大规模生产抗体类药物，提高其纯度和产量。
通过改造酶的特异性和活性，可以实现对生物药物的精确修饰和调控，进一步提高其治疗效果。
2. 酶在食品加工中的应用酶作为一种天然的催化剂，广泛应用于食品加工中。
例如，利用酶工程技术可以生产天然酶降解的高果胶饮料，提高果胶的溶解性和稳定性。
同时，酶也可以用于面包的发酵、乳制品的加工和葡萄酒的酿造等。
3. 酶在环境保护中的应用酶对环境的适应性和选择性较强，可以在较宽的温度、pH条件下催化反应。
利用酶工程技术，可以开发出高效的环境修复和废水处理酶。
《生物催化剂——酶》 知识清单
《生物催化剂——酶》知识清单一、酶的定义和基本性质酶是一种生物催化剂，它们由活细胞产生，能够加速生物体内的化学反应。
酶具有高效性、专一性和温和性等特点。
高效性是指酶能够极大地加速化学反应的速率，通常比无机催化剂的效率高成千上万倍。
这使得生物体内的各种代谢过程能够迅速进行，以满足生命活动的需求。
专一性意味着一种酶通常只能催化一种或一类特定的化学反应。
例如，淀粉酶只能催化淀粉的水解，而蛋白酶则专门作用于蛋白质的分解。
这种专一性保证了化学反应的准确性和有序性。
温和性指的是酶在常温、常压和接近中性的条件下就能发挥作用。
与工业上的化学催化剂常常需要高温、高压和极端的 pH 条件相比，酶的作用条件要温和得多，这也符合生物体内的生理环境。
二、酶的化学本质大多数酶是蛋白质，具有特定的三维结构。
其结构决定了酶的功能。
少数酶是 RNA，被称为核酶。
这些 RNA 分子通过自身的结构和碱基配对来催化化学反应。
无论是蛋白质酶还是核酶，它们的催化活性都依赖于其特定的分子结构。
三、酶的作用机制酶通过降低反应的活化能来加速化学反应。
活化能是指化学反应中反应物分子从常态转变为容易发生反应的活跃状态所需要的能量。
酶与底物结合形成酶底物复合物。
酶的活性部位与底物分子在形状和化学性质上互补，能够特异性地结合底物，并对底物分子进行化学修饰和转化。
在反应完成后，产物从酶上释放，酶恢复到原来的状态，可以再次与底物结合进行催化反应。
四、影响酶活性的因素1、温度在一定范围内，随着温度的升高，酶的活性增加。
但超过一定温度，酶的结构会被破坏，导致活性丧失。
2、 pH 值每种酶都有其最适 pH 值，在这个 pH 值下酶的活性最高。
偏离最适 pH 值，酶的活性都会下降，甚至失活。
3、底物浓度在底物浓度较低时，酶促反应速率随底物浓度的增加而增加。
当底物浓度达到一定程度时，反应速率不再增加，因为酶的活性位点已经被饱和。
4、酶浓度在其他条件不变的情况下，酶浓度越高，反应速率越快。
酶工程的应用
酶是生物催化剂。
生物体内的各种化学反应都是在酶的催化下进行的，所以没有酶生物体就无法进行新陈代谢，生命也就停止了。
酶工程酶工程是生物工程(生物技术) 的内容之一。
它利用生物酶催化效率高、专一性强的特点，将生物酶置于适当的反应器中，使之生产人类所需产品或达到其它目的，如处理污染等。
酶工程的应用范围包括工业、农业、环保、医学诊断等诸多领域。
固定化酶。
由于生物酶在体外条件下稳定性不好，体外环境中的许多因素都可能使它失活，因此为了克服酶的这些缺点，发展了酶的固定化技术。
即将酶固定在适当的载体上，做成固定化酶后，使产品回收提纯的工艺大大简化，而且酶也可以反复利用。
现在固定化酶已成为酶工程产业化中的一个关键环节。
酶工程的广泛应用。
利用固定化酶技术可以在常温常压下将乙烯或丙烯氧化为环氧乙烷和环氧丙烷等化工产品。
在食品工业上，在转化糖、麦芽糖、乳酪等的生产上酶工程发挥了重要的作用。
在环保领域，固定化酶生物反应器用来监测和处理含苯、酚、氰化物等有毒物质的污水和废水。
在医药领域，可将青霉素酰胺酶固定化，将青霉素分解为6-氨基青霉烷酸，此项工艺可以替代传统的化学合成方法，消除有机溶剂对人健康的危害。
食品工业生产中酶的应用就是酶工程。
酶的特点使工业生产能在常温常压下进行，酶的高效催化率加快了生产过程，酶的专一性保证了产物只含一种异构体。
进行酶工程要考虑的主要问题，一是酶的性质和来源。
从工业角度来讲，酶最好使用微生物来生产，因酶被分泌到培养液中，酶量大，且易分离;二是将酶以什么方式进行最大程度的利用。
目前最好的方法是使反应液通过装有固定化酶颗粒的柱子，流出的即是生成物，这可省去从生成物中除去酶的步骤，且酶便于反复使用。
工业上生产果葡糖就是利用酶工程来完成的，首先利用从细菌或真菌中生产出来的酶使淀粉分解成葡萄糖，再把葡萄糖溶液流过装有葡萄糖异构酶的酶颗粒柱，调节流出速度，即可得到所要求葡萄糖和果糖比例的果葡糖浆。
其葡萄糖异构酶颗粒能反复使用，它的半衰期为800小时。
酶催化和生物催化的应用和研究
酶催化和生物催化的应用和研究酶是一种催化剂，具有高度的特异性和高催化效率，因此在工业、医疗和环境保护等领域得到了广泛的应用。
生物催化是指利用酶或微生物催化剂进行化学反应的过程，具有高效、环保、可控和可重复性等优点。
本文将探讨酶催化和生物催化的应用和研究。
一、酶催化在工业中的应用酶催化已经广泛应用于细胞生产、饲料生产、食品加工、医药制造、化学合成、能源生产和环境工程等工业中。
其中，食品加工和医药制造是应用最为广泛的领域。
在食品加工中，酶催化被用来改善食品品质，增加营养价值，加速发酵和提高产量。
例如，葡萄糖淀粉酶被用来分解淀粉为葡萄糖，提高酿造啤酒和醋的产量。
蛋白酶被用来降解蛋白质为肽脂和氨基酸，增加面筋的弹性和拉力。
乳酸菌酶被用来发酵牛奶和酸奶，增加其口感和营养价值。
在医药制造中，酶催化被用来制造药品的活性成分和催化药物代谢。
例如，胰岛素酶被用来合成胰岛素，治疗糖尿病。
蛋白酶被用来制造抗病毒药物，如帕卡利汀。
丙氨酸氨基转移酶被用来催化药物代谢，例如氨甲环酸转化为天门冬氨酸，研究其毒性和药代动力学。
二、生物催化在生物工程中的应用生物催化是生物工程中的核心技术之一，可实现多样化、精细化和高效化的生物转化。
其中，微生物催化是最为常见的一种方式。
微生物催化利用微生物对废水、废气、废固体等废弃物进行处理和回收。
例如，革兰氏阳性菌可以利用废水中有机物进行生长和繁殖，达到净化废水的目的。
另外，通过对微生物菌株的观察和分离，可以发现许多具有重要代谢功能的微生物，如产酒精、发酵剂和抗生素等。
这些微生物可以用来生产各种化学物质，如清洗剂、杀虫剂和生物燃料等。
另外，生物催化也被广泛应用于生物传感器制造。
生物传感器是一种检测设备，可以测量生物、化学和物理参数。
这些传感器通常包含一个生物反应器，可催化葡萄糖、荷尔蒙、蛋白质等生物分子，并将它们转化为电信号或光信号。
这些信息可发送到计算机、显示器或警报系统。
三、酶工程和生物催化的研究现状酶工程是酶催化和生物催化研究的重要分支之一，通过改变酶结构和性质，提高酶催化效率、特异性和稳定性。
生物催化反应和酶在生命科学中的应用
生物催化反应和酶在生命科学中的应用生命科学是一个涵盖广泛的领域，其中一个重要的分支是生物催化反应。
生物催化反应是指利用生物催化剂——酶来加速化学反应的过程。
而酶作为一种生物催化剂，在生命科学中有着广泛的应用。
一、生物催化反应生物催化反应是指利用生物催化剂加速化学反应的过程，其中催化剂就是酶。
酶是一种以蛋白质形式存在的催化剂，具有高效、特异和可逆等特点。
酶能够通过调整化学反应的过渡态能量，从而加速反应，并且在反应过程中不会被消耗，也不会影响反应的化学平衡。
因此，利用酶催化化学反应既可以提高反应速度，又可以减少废物生成，同时也有利于环境保护。
生物催化反应在生产实践中有许多应用，如酶法合成药物、酶法制备食品添加剂和酶法生产高附加值化合物等。
例如，对于生物制药工业来说，利用酶可以提高反应效率和选择性，从而降低生产成本，同时缩短反应时间，提高产品质量。
二、酶在生命科学中的应用1. 酶在基因工程和蛋白质工程中的应用酶在基因工程和蛋白质工程中有着广泛的应用。
基因工程和蛋白质工程是利用基因技术和生物化学技术，通过改变DNA序列和DNA表达方式，从而产生特定的蛋白质，以满足需要的各种生物学和医学需求。
酶在这个过程中通常被用作生产特定蛋白质的催化剂，例如利用酶法制备重组人胰岛素等药物。
2. 酶在生物传感和诊断领域中的应用酶在生物传感和诊断领域中也有广泛的应用。
生物传感技术是一种基于生物分子的灵敏检测技术，它可以利用酶来检测特定的物质，如葡萄糖、胆固醇和肿瘤标志物等。
利用酶可以实现高灵敏度和高选择性的检测，因此这种技术在医学诊断和生物化学研究中有着广泛的应用。
3. 酶在生物能源和环保领域中的应用酶在生物能源和环保领域中也有着广泛的应用。
在生物质转化和生物降解领域，酶可以加速生物质的降解，提高生物质转化的效率，在生物燃料、生物柴油和生物氢领域有着重要的应用。
同时，在环境保护领域，酶可以用于污水处理和土壤修复等技术中，起到去除有害物质和减少污染物排放的作用。
催化剂在生物医药领域中的应用
催化剂在生物医药领域中的应用催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质，它在生物医药领域中发挥着重要的作用。
通过催化剂的运用，许多生物医药过程得以高效地进行，从而提升了药物研发、疾病治疗等方面的效果。
本文将探讨催化剂在生物医药领域中的应用，并阐述其中的原理和效果。
一、催化剂在制药领域中的应用催化剂在制药领域中的应用广泛而深入。
它可以在合成药物的过程中加速关键步骤的进行，提高产率和纯度。
例如，金属催化剂在C-C 键形成反应中发挥着重要作用，用于合成许多重要的生物活性物质。
此外，酶催化也是制药领域中常用的催化方式，通过酶的作用，可以在温和的条件下实现特定官能团的转移和反应，从而高效地合成复杂的药物分子。
二、催化剂在生物催化疗法中的应用催化剂在生物催化疗法中的应用是一种新兴的疾病治疗方法。
生物催化疗法利用可选择性地催化药物分子转化为活性物质，实现针对性治疗。
例如，通过设计和合成金属催化剂，可以将无机草酸酯类化合物转化为抗癌活性物质，从而提高抗癌药物的效果。
催化剂可以选择性地催化特定组分的反应，减少对健康细胞的损伤，提高治疗的安全性和有效性。
三、催化剂在酶工程中的应用酶工程是一种将酶应用于工业生产的技术。
催化剂在酶工程中发挥着重要的作用，可以改善酶的活性、稳定性和选择性。
通过合理设计催化剂，可以改变酶的结构和环境，提高催化效率。
此外，催化剂还可以用于酶的固定化，提高酶的循环使用率和稳定性。
酶工程技术结合催化剂的运用，可以实现高产、高效的酶催化反应，从而降低生产成本，提高产物纯度。
四、催化剂在生物传感器中的应用生物传感技术是一种将生物材料和传感器结合起来，实现生物分子检测和分析的技术。
催化剂在生物传感器中的应用可以提高传感器的灵敏度和选择性。
例如，通过合成高效的催化剂，可以将生物分子的识别和信号转导过程与催化反应结合起来，实现高灵敏度的生物分子检测。
催化剂可以在生物传感器中起到放大和增强信号的作用，提高检测的准确性和可靠性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
生物催化技术的应用领域
石油馏分生物脱硫
• Poly(Butylene-Succinate) PBS 聚丁二酸丁二醇酯 Poly(butylene succinate-co-butylene adipate) PBSA丁 二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯共聚物 poly(butylene succinate-co-terephthalate)s PBST聚丁 二酸/对苯二甲酸丁二醇酯 Soft biodegradable material technology 软性生分解材 料技术
Photodegradable Plastics光降解性塑胶 Disintegradable Plastics 崩解性塑胶 Biodegradable Materials生物可分解材料 Bio-Polymer生物高分子聚合物 Green Plastics绿色塑胶 酯)
L-赖氨酸的生产
氨基酸是食品、药物、化妆品的重要原料, 用化学方法合成的氨基酸皆为D，L -氨基酸的 消旋混合物。作为药用的氨基酸只有L 一异构 体具有生理活性, 为了得到纯的异构体, 就必 须对消旋的混合物进行光学拆分, 以前用化学 方法拆分成本高效率低, 现在可以用固定酶的 方法拆分, 将氨基酸混合通过固定化的酞化氨 基酸水解酶柱式反应器, 可将混合物转化为L异构体, 收率可达80 %
用麦曲含有的淀粉酶
是细胞内酶作用的结果 将淀粉降解为麦芽糖
在霉菌蛋白酶作用下,豆类蛋白质水解 得豆酱和豆鼓,压榨后制得酱油
• 1878年,Kuhne第一次提出“酶”(Enzyme)的概 念,意为“在酵母中”(in yeast);
• 1894年,l Fischer发现了酶对底物(酶作用的物 质)的专一性现象,提出了“锁和钥匙”模型;
成一些化学合成难以进行的反应。
基于绿色化学的十二条准则，生物催化成为当前 国际公认最绿色的化学转化技术之一。
• 生物催化材料有酶、微生物菌体、动植物的组织 及细胞。在手性合成中应用较多的是水解酶、氧 化-还原酶以及面包酵母等微生物。
• 生物催化的方式有添加前体发酵法、游离酶法、 静息细胞法、固定化酶法、固定化细胞法。可在 水相、有机相和水-有机溶剂双相等系统中进行。
生物催化几乎能应用于所有化学反应，例如氧 化反应、羟基化反应、脱氢反应、还原反应、水 解反应、酰基化反应等。
（3）生物催化的特点
A 专一性强，具有独特、高效的底物选择性； B 环境友好，通常用水作为反应媒介(水是最绿色的溶
剂)； C 通常在室温和常压下进行，减少了能源的使用，降
低了反应的不可控性； D 减少了保护、脱保护步骤，原子经济性好，并能完
精细化工、制药、食品等领域，正在开发 非水相介质中利用酶催化的生物催化方法
酶在有机相中进行催化反应，具有下列优点： ① 可进行酶水解的逆反应，如合成酯 R C O O C H 2 C H 3H 2 O R C O O HC H 3 C H 2 O H
② 可增加非极性底物的溶解度 ③ 有利于酶和产物的分离和酶的再利用 ④ 可减少反应的副产物(水解、消旋化，聚合、分解
第三章 生物催化剂与 酶工程应用
生物催化转化的分类：
1 发酵：用活细胞将原材料(如糖、淀粉)转化成 更复杂的目标产物。 2 生物转化：是指外源化学物在机体内经多种酶 催化的代谢转化。 3 酶催化：提取粗酶或部分纯化的酶，将底物转 化成目标产物。
（1）生物转化是微生物将一种化合物转化为结构上
相关产物的过程。1864年，Pasteur发现醋酸杆菌（
L-赖氨酸是一种生物体必须的氨基酸, 目前 利用固定酶, 已可以从合成的化工原料环已烷 开始生产L-赖氨酸方法是：首先将环已烷转化 成D.L-a 氨基-已内酞胺。将L-a 氨基-已内酞 胺水解酶和a -氨基-已内酞胺消旋酶以离子键 方式固定在纤维素上。将这两种固定酶同时作 用于D，L-a-氨基-已内酰胺。L-a-氨基-已内酞 胺水解成L -赖氨酸, 剩下的D -a -氨基-已内 酸胺又消旋为D , L 一消旋体, 再水解为赖氨 酸, 这种方法收率儿乎达100%
• 20世纪80年代以来，基因工程技术用于酶学 研究得到高度重视。应用DNA重组技术可以 生产出高效能、高质量的酶产品，用定点突变 法在指定位点突变，可以改变酶的催化活性与 专一性。
（三）酶催化剂的应用
• 应用领域：化工、饲料、皮革、造纸、纺 织、酿造。
• 酶催化剂具有手性结构，是不对称合成的 最佳催化剂组分，在药物合成领域有非常 广阔的应用前景。
• 酶晶体的获得,才认识到酶是蛋白质,是由酰胺键连 接的氨基酸组成;
• 1926年,Sumner从刀豆中得到脲酶结晶,催化尿素 水解,产生CO2和NH3.
1967年,丝氨酸蛋白酶,它专门用于洗涤剂.
1992年,用于生产酶的克隆技术
1982年 Cech小组发现，四膜虫的rRNA(核糖 体核糖核酸)前体能在完全没有蛋白质的情况 下进行自我加工，催化得到成熟的rRNA产物 。这就是说，RNA本身就是生物催化剂（生物 分子也具有催化活性）。
Acetobacter）可氧化乙醇成为醋酸，首次以微生物
转化进行有机反应 例如:
CH3CH20H
醋酸细菌
CH3COOH
（2）生物转化与发酵的区别
发酵的含义
利用微生物，在适宜的条件下，将原料经 过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的 过程
区别：
发酵过程常常是有多步反应过程构成。 生物转化仅仅由一个或少数几个酶促反应 组成。 生物转化的产物是微生物细胞对底物的特定 部位的化学反应。
） ⑤ 可减少底物或产物对酶的抑制 ⑥ 增加酶的热稳定性
生物催化一旦进入传统的化工领域，就给原 料来源、能源消耗、经济效益、环境保护等 方面带来了根本性的变化。 化学生产中酶的新用途的开发也是工业用酶 需求增长的一个重要因素。
手性农药中间体：S-生物丙烯菊酯（特异性脂肪酶 ）
2
S-生物丙烯菊酯生物活性是普通丙烯菊酯的245 倍，不仅用量3大大减少，而且残留极少，产品的质 量好于国外同类产品，已形成2亿元的年产值，取得 了很好的经济效益。
17
(二）生物催化的产生与发展
远古时代：酒的酿造,饴糖的制作,豆类做酱
酵母发酵的产物,