酶工程生物技术..75页PPT
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第六章酶工程ppt课件
交联法 通过双功能试剂，将酶和酶联结成网状 结构的方法。交联法使用的交联剂是戊 二醛等水溶性化合物。 包埋法
将酶包裹在多孔的载体中
一、吸附法
1. 物理吸附法
• 静止法 • 电沉积法 • 反应器上直接吸附法 • 混合浴或振荡浴吸附法
优点： 固定化时酶分子的构象很少
或基本不发生变化。
缺点： 结合力弱，易解吸附。 载体： 纤维素、琼脂糖、活性炭、
二、抗体酶的催化特征
1. 与天然酶相比抗体酶的特点 能催化一些天然酶不能催化的反应 有更强的专一性和稳定性 催化作用机制不同 2. 抗体酶和非催化性抗体作用的比较 更高的反应特异性 反应的可逆性 反应的量效性 反应过程
为底物提供良好的微环境 催化基团必须相对于结合点尽可能同底物的 功能团相接近 应具有足够的水溶性，并在接近生理条件下 保持其催化活性
设计中：
三、模拟酶的分类
分类依据 Kirby分类法 按照模拟酶的属性 Kirby分类法 单纯酶模型 机理酶模型 单纯合成的酶样化合物
1. Kirby分类法
液体干燥法
将一种聚合物溶于一种沸点低于水且与水不溶的有机溶剂中， 加入酶的水溶液，以油溶性表面活化剂，制成第一乳液。把它 分散于含有保护性胶质、聚丙烯醇和表面活性剂，形成第二乳 液。在不断搅拌、低温和真空条件下蒸出有机溶剂，得到含酶 微胶囊。
其他方法 脂质体包埋法、纤维包埋法等
三、共价交联法
双功能试剂：常用的是戊二醛
包埋法—微胶囊法
常用材料： 聚酰胺膜 火棉胶 硝化纤维 聚苯乙烯 壳聚糖等
微胶囊固定化酶制备方法
界面聚合法
将酶水溶液和亲水单体用一种与水不溶的有机溶剂制成乳化液， 再将溶于同一种有机溶剂的疏水单体溶液边搅拌边加入到上述 乳化液中，在乳化液中的水相和有机相之间的界面发生聚合作 用，酶即被包埋于聚合体膜中。
《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。
酶工程总结PPT课件
酶固定化技术包括固定化载体、固定化方法、固定化酶的分离和回收等关键技术 ，这些技术的应用能够为酶工程提供高效、连续化的生产方式。
酶的分子改造技术
酶的分子改造技术是通过化学或生物 方法对酶的分子结构进行修饰和改造， 从而改变酶的催化性质和功能的技术。
酶的分子改造技术包括化学修饰、定 向进化、点突变等关键技术，这些技 术的应用能够优化酶的催化性能和稳 定性，提高酶的生产效率和降低成本。
THANKS
生物能源开发
酶工程技术可用于生物能源开发，如生物柴油、生物 酒精等。
06
酶工程的前景与挑战
酶工程的发展前景
酶工程在工业生产中的应用前景广阔，特别是在生物制药、生物燃料、环保等领域。
随着酶工程技术的不断进步，酶的产量、活性和稳定性将得到进一步提高，为工业 生产提供更高效、环保的解决方案。
酶工程在医疗领域的应用前景也十分看好，例如用于药物设计和开发、疾病诊断和 治疗等。
环保领域的应用
有毒有害物质降解
01
酶工程技术可用于降解有毒有害物质，如重金属、有机污染物
等。
废水处理
02
酶工程技术可以用于废水处理，通过酶促反应将废水中的有机
物转化为无害物质。
生物修复
03
酶工程技术可用于生物修复，通过酶促反应降解污染物，恢复
生态环境。
食品工业领域的应用
食品添加剂生产
酶工程技术在食品添加剂生产中发挥着重要作用，如生产甜味剂、 防腐剂等。
专一性
一种酶通常只能催化一种或一类化学反应，具有明显的专一性。
不稳定性
大多数酶是蛋白质，容易受温度、pH、重金属离子等环境因素的影响，表现出不稳定性。
酶的活性调节
1 2
共价修饰
酶的分子改造技术
酶的分子改造技术是通过化学或生物 方法对酶的分子结构进行修饰和改造， 从而改变酶的催化性质和功能的技术。
酶的分子改造技术包括化学修饰、定 向进化、点突变等关键技术，这些技 术的应用能够优化酶的催化性能和稳 定性，提高酶的生产效率和降低成本。
THANKS
生物能源开发
酶工程技术可用于生物能源开发，如生物柴油、生物 酒精等。
06
酶工程的前景与挑战
酶工程的发展前景
酶工程在工业生产中的应用前景广阔，特别是在生物制药、生物燃料、环保等领域。
随着酶工程技术的不断进步，酶的产量、活性和稳定性将得到进一步提高，为工业 生产提供更高效、环保的解决方案。
酶工程在医疗领域的应用前景也十分看好，例如用于药物设计和开发、疾病诊断和 治疗等。
环保领域的应用
有毒有害物质降解
01
酶工程技术可用于降解有毒有害物质，如重金属、有机污染物
等。
废水处理
02
酶工程技术可以用于废水处理，通过酶促反应将废水中的有机
物转化为无害物质。
生物修复
03
酶工程技术可用于生物修复，通过酶促反应降解污染物，恢复
生态环境。
食品工业领域的应用
食品添加剂生产
酶工程技术在食品添加剂生产中发挥着重要作用，如生产甜味剂、 防腐剂等。
专一性
一种酶通常只能催化一种或一类化学反应，具有明显的专一性。
不稳定性
大多数酶是蛋白质，容易受温度、pH、重金属离子等环境因素的影响，表现出不稳定性。
酶的活性调节
1 2
共价修饰
食品生物技术基础-酶工程新.ppt
除了以上3种酶的纯化方法以外，还有利用分子大小不同以纯化酶 的凝胶过滤法和超离心法、利用不同蛋白质分子在某一pH环境中荷 电性质不同而建立的离子交换法、以及利用酶具有和底物或竞争性 抑制剂结合的功能而建立的亲和层析法等。以上这些方法在酶的分 离纯化上已逐渐得到广泛的应用。
从生物体的细胞或组织中提取出来的酶，能不能直接用于催化化学 反应呢？
现代酶工程范围大致包括酶的生产（包括微生物酶的发酵和提取以及 从动植物中提取酶的技术）、酶的固定化技术、酶的化学修饰、酶动力学 研究、酶反应器的设计和应用、酶在医学、工业、农业、食品等方面的应 用等内容。
1、 酶工程的概念：
“酶工程”是指酶制剂在工业上的大规模生产及应用。将酶所具有 的生物催化功能，借助工程手段应用于社会生活的一门科学技术。
(3)固定化酶，是将酶分子通过吸附、交联、包埋及共价键结合束缚于某 种特定支持物上而发挥酶的作用，具有能反复使用、产物易纯化、可用 微电脑控制，实行自动化连续化生产等优点。
(4)人工合成酶，是根据酶的催化原理，模拟酶的催化功能，用化学方法 合成具有专一性的催化剂。
生物酶工程：
生物酶工程是在化学酶工程基础上发展起来的，是以 酶学和DNA重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的 产物。因此它亦可称为高级酶工程(advanced enzyme engineering)。
例：利用酶相对分子质量的大小进行分离纯化的过程
首先，通过透析的方法，使提取液中的酶和其他蛋白质分子与提 取液中的各种小分子物质分离开来；
其次，通过高速离心使酶和其他蛋白质分子沉降。在高速离心的情 况下，酶和其他蛋白质分子虽然都会发生沉降，但是沉降的速度因 各自相对分子质量的不同而不同。利用这一原理就可以达到分离纯 化酶的目的。具体做法是，取一只离心试管，管内注入具有连续浓 度梯度的蔗糖溶液(试管上部溶液的浓度低，下部溶液的浓度高)。在 蔗糖溶液的表层，小心地滴上含有酶和其他蛋白质的待分离纯化的 液体通过高速离心后，酶和其他蛋白质就会沿着浓度梯度形成各自 的区带，每个区带中只含有一种酶或一种蛋白质； 将离心试管的底部钻一个小孔，使管内的溶液分段流出；这样就可 以将各区带的溶液分开，通过结晶和干燥等方法获得所需要的那种 酶； 也可以将整个离心试管进行冷冻，然后通过切割获得含有所需酶的 那个区带，进而通过结晶和干燥等方法获得那种酶。
现代生物技术酶工程PPT课件
人类原始应用酶的催化作用可谓源远流长。我国劳动人 民在四千年前已掌握了酿酒技术，商朝的酿酒业已相当 发达，秦汉前已将麦芽用于制造饴糖等等。但是直到十 九世纪人们才逐渐建立起“酶”的概念。1908年罗门 等利用胰酶鞣制皮革，1917年法国人博伊丁和埃芬特 用枯草杆菌产生的淀粉酶用作纺织工业上的退浆剂。此 后酶在工业上应用的研究逐渐深入到很多工业部门。到 了1949年，由于日本采用深层培养法生产细菌α—淀 粉酶获得成功，才使酶制剂的生产和应用进入工业化的 阶段。
相互促进，它们在生物工程的研究、开发和产业化过程中要靠彼此合作来实现。
第2页/共106页
基因工程
基因工程菌
转基因动物 转基因植物
细胞工程
发酵工程
酶 菌体细胞 固定化菌体细胞
酶工程
酶
细胞
酶工程与发酵工程、基因工程、细胞工程的关系
第3页/共106页
一、酶工程的内容
1.酶工程的分类： • （1）化学酶工程：自然酶、化学修饰酶、固定化酶、化学人工酶的研究和应用。 • （2）生物工程酶：
第五章 酶工程
1
酶工程概述
2
酶的生产与分离纯化
3 化学修饰酶与化学人工酶
4
固定化酶
5
酶反应器和酶传感器
第1页/共106页
第一节 酶工程的概述
• 酶工程（enzyme engineering) • 又称酶技术，是指利用酶催化的作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化
成所需要的产品的过程，它是酶学理论与化学技术相结合而形成的一门新技术。 • 酶工程是生物工程的重要组成部分，它与基因工程、细胞工程、发酵工程相互依存、
①用基因工程技术大量生产酶（克隆酶）； ②修饰酶基因产生遗传修饰酶（突变酶）； ③设计新酶基因，合成自然界不曾有的酶（新酶）。
相互促进，它们在生物工程的研究、开发和产业化过程中要靠彼此合作来实现。
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基因工程
基因工程菌
转基因动物 转基因植物
细胞工程
发酵工程
酶 菌体细胞 固定化菌体细胞
酶工程
酶
细胞
酶工程与发酵工程、基因工程、细胞工程的关系
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一、酶工程的内容
1.酶工程的分类： • （1）化学酶工程：自然酶、化学修饰酶、固定化酶、化学人工酶的研究和应用。 • （2）生物工程酶：
第五章 酶工程
1
酶工程概述
2
酶的生产与分离纯化
3 化学修饰酶与化学人工酶
4
固定化酶
5
酶反应器和酶传感器
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第一节 酶工程的概述
• 酶工程（enzyme engineering) • 又称酶技术，是指利用酶催化的作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化
成所需要的产品的过程，它是酶学理论与化学技术相结合而形成的一门新技术。 • 酶工程是生物工程的重要组成部分，它与基因工程、细胞工程、发酵工程相互依存、
①用基因工程技术大量生产酶（克隆酶）； ②修饰酶基因产生遗传修饰酶（突变酶）； ③设计新酶基因，合成自然界不曾有的酶（新酶）。
酶工程说精品PPT课件
3.4解决办法:
基于以上重点及难点，我们从教学模式、策略、手段和 方法等多方面着手寻求解决方法，在减少课内学时的同时 ，仍然能保证良好的教学效果。例如：对于 “ 各种酶分 离纯化技术及组合 ” 的难点问题，可以采用分组收集资 料、讨论等形式，按照分离纯化技术的特点分成若干专题 小组，各小组从课内外收集相关原理、规律进行主题研究 。让学生学会发现问题、提出问题和解决问题。然后在专 题研讨和交流的基础上，教师通过启发式教学，帮助学生 总结提炼共性方面的知识，通过知识的再加工使学生对抽 象原理的领悟更为透彻；
1.酶的分子修饰 (4 学时 ) ； 2.固定化技术 (3-4 学时 ) ； 3.酶的非水相催化 (2-3 学时 ) ； 4.酶反应器 (2 学时 ) ； 5.酶与现代食品工业 (2-3 学时 ) ； 6.酶与医药工业 (2-3 学时 ) ； 7.酶与绿色化工制造工业 (2-3 学时 ) ； 8.酶与环境保护 (2 学时 ) 。
教学考核
10%
平时成绩：
到课率，课堂表 现，学生遵守纪律 以及上课积极参与 情况。
30%
过程性考核：
操作熟练程度、 团队协作能力、吃 苦耐劳精神等。
60%
期末考试：
理论加技能综合 水平的考核。（理 论：技能=1：1）
6.教学条件
6.1教学团队—软件条件 近5年来，全系教师获地厅级以上科研成果奖 30余项，其中省级一等奖5项，二等奖10项，三 等奖25项，获省教育厅教改教学成果奖7项；通 过省级科研成果鉴定20项，省级教学成果鉴定10 项。全系教师在全国CN刊物上发表论文120余篇 ，其中核心期刊50余篇，英文期刊1篇，SCI1篇 ；参编出版论著、教材50余部。
4.教学实施
4.1教学模式
《酶工程概述》PPT课件
类蛋白质(少数为RNA)或其复合体，是生物催化剂。
例如：由胰腺分泌的胰蛋白酶（肽链内切酶），它能把多肽链中赖氨
酸和精氨酸残基中的羧基侧切断。
O
NH2
…－(CH2)4－CH－C－NH－(CH2)4－CH－COOH
赖氨酸残基
O －C－OH H－NH－
- H2OOLeabharlann NHONH
O
－C－NH－
…N H
HN
N H
CH2OP (CHOH)4
CHO
医学PPT
7
⑶水解酶类
水解酶类用于催化底物发生水解反应，水解酶在生物体内担负降解的 作用。水解酶类是当前应用最广泛的一种重要酶。
例如：淀粉的水解 (C6H10O5)n + nH2O 淀粉酶
淀粉
nC6H12O6
葡萄糖
又如：蛋白质在蛋白酶的催化下水解
蛋白酶
蛋白质
水解
蛋白酶
COOH C＝O CH2 -COOH
医学PPT
11
2.酶的命名
酶的命名方法有系统命名法和习惯命名法两种。系统命名法是根据 国际生物化学联合会酶学委员会的命名规则进行的命名；习惯命名法常 根据底物名称和反应类型进行命名。
⑴系统命名 国际酶学委员会规定，酶的名称包括两部分。即： 酶的系统名称 分类编号（4个数字） 酶的系统名称应包括底物名称、反应类型；若有两种底物，将其名
COOH 谷丙转氨酶 (CH2)2 +
HCNH2
COOH
C＝O
COOH
COOH
谷氨酸 丙酮酸
α-酮戊二酸
CH3 HCNH2
COOH
丙氨酸
又如：葡萄糖在己糖激酶的催化下，被活化为6-磷酸葡萄糖，使底物 分子上的高能磷酸基团转移到 ADP 分子上。
《酶工程》课件-微生物发酵产酶
05
微生物发酵产酶存在问题与挑战
产量问题
微生物发酵产酶产量低
由于微生物发酵过程中受到多种因素 的影响，如营养物质的供应、发酵条 件、微生物菌种等，导致酶的产量较 低。
发酵周期长
微生物发酵产酶通常需要较长的发酵 周期，这增加了生产成本和时间成本。
稳定性问题
酶稳定性差
许多酶在发酵过程中容易受到温度、pH值、金属离子等因素的影响，导致酶的稳定性降低。
04
微生物发酵产酶应用实例
工业应用
洗涤剂制造
微生物发酵产生的酶可用于制造 洗涤剂，如蛋白酶用于去除蛋白 质污渍，淀粉酶用于去除淀粉污
渍。
纺织工业
利用微生物发酵产生的酶处理纺织 品，可以改善其质地、手感和外观， 如纤维素酶用于棉织物的生物抛光。
造纸工业
通过微生物发酵产酶技术，可以改 进造纸工艺，提高纸张质量和降低 环境污染，如木聚糖酶用于纸浆漂 白。
过程优化与控制
通过人工智能技术，对微生物发酵产酶过程进行建模和优化，提高 目标酶的产量和质量。
个性化定制酶
结合人工智能和基因工程技术，实现个性化定制酶的合成，满足不 同领域的需求。
THANKS
感谢观看
《酶工程》课件-微生物发酵 产酶
• 微生物发酵产酶概述 • 微生物发酵产酶原理与过程 • 微生物发酵产酶技术与方法
• 微生物发酵产酶应用实例 • 微生物发酵产酶存在问题与挑战 • 未来发展趋势与展望
01
微生物发酵产酶概述
酶工程简介
酶工程定义
酶工程是生物工程的重要组成部分，是利用酶或者微生物细胞、动植物细胞、 细胞器等具有的生物催化功能，借助工程手段来生产有用物质、设计改造酶或 者生产细胞、器官乃至整个生物体的一门科学技术。
酶工程精品PPT课件
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
酶工程在生物技术上的应用PPT文档共76页
Thank you
酶工程在生物技术上的应用
Hale Waihona Puke •26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
酶工程在生物技术上的应用
Hale Waihona Puke •26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿