酶工程第一章-绪论
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1878年,Kuhne才给酶一个统一的名词,叫 Enzyme, 希腊文意思是“在酵母中” 。
1903年，Henri提出了酶与底物作用的 中间复合物学说。
1913年Michaelis和Menten导出了米氏 方程，酶由定性到定量, 奠定了酶学发展的 里程碑 。
1926年Sumner从刀豆提取出脲酶并获得 结晶,证明其为蛋白质，并提出酶的本质 就是蛋白质的观点。奠定了现代酶学、蛋白
Boyer和walker阐明了ATP合成酶(ATP synthase)合成与分解ATP的分子机制,于 1997年获得诺贝尔化学奖。
ATP合成酶的结构
现已鉴定出4000多种酶,数百种酶已得 到结晶，而且每年都有新酶被发现。
这些问题的提出和解决，都与酶学知识 和理论的掌握有直接的关系。
2、酶工程（应用研究）
近20年来，酶分子修饰技术、酶的化学合 成以及酶的人工合成等方面的研究，也在积极 开展中，使酶工程更加显示出广阔而诱人的前 景。
酶工程的研究不是孤立的,而是与各个学科 相互关联、相互渗透、相互促进的。
(3) 酶工程的研究内容
酶工程主要指酶制剂在工业上的大规模应 用及其相应的研究，由以下部分组成:
① 酶的生产； ② 酶的分离纯化； ③ 酶的固定化； ④ 酶分子的改造和修饰 ⑤ 酶抑制剂的研究 ⑥ 生物反应器。
酶工程
Enzyme Engineering
1
教材
2
参考书
Enzyme engineering3
第一章 绪 论
4
生物技术的四大支柱
生物技术 （生物工程）
基因工程 细胞工程
酶工程
发酵工程
5
中关村标志
6
北大后湖附近一个双螺旋雕塑。
7
1. 成功的饲料用酶 植酸酶可减少向环境中排放磷。
2. 可持续发展的辛烷值 可使清洁燃料的梦想变为现实。
1959年，葡萄糖淀粉酶催化淀粉生产葡萄糖新工艺 研究成功, 大大地促进了酶在工业上应用的前景。
1953年，德国科学家首先将聚氨基苯乙烯树 脂重氮化，然后将淀粉酶等与这种载体结 合，制成了固定化淀粉酶。
1971年，第一次国际酶工程学术会议在美国 召开，会议的主题就是固定化酶的研制和 应用。
20世纪70年代大规模开展了固定化细胞、 辅酶共固定、增殖细胞固定、动植物细胞固定 等研究。建立多种类型的酶反应器，酶工程蓬 勃发展。
分为：化学酶工程与生物酶工程。
1. 化学酶工程（初级酶工程）
2. 酶化学与化学工程技术相结合的产物。 3. 主要研究内容：酶的制备、酶的分离纯化、
酶与细胞的固定化技术、酶分子修饰、酶反应器 和酶的应用。
4. 2. 生物酶工程（高级酶工程）
5. 在化学酶工程基础上发展起来的、酶学与现 代分子生物学技术相结合的产物。
切赫T.R.Cech（1947－） 奥尔特曼S.Altman(1939-)
1986年Schultz与Lerner等人研制成功抗体 酶(abzyme),这一研究成果对酶学研究具 有重要的理论意义和广泛的应用前景。
它集生物学、免疫学、化学于一身，采用 单克隆、多克隆、基因工程、蛋白质工 程等高新技术，开创了催化剂研究和生 产的崭新领域。
（1）酶工程的产生 （2）酶工程的历史 （3）酶工程研究内容
（1）酶工程的产生
生物工程学(biotechnology) 是20世纪70年代 初在分子生物学和细胞生物学基础上发展起来的 一个新兴技术领域。
酶工程(enzyme engineering)是生物工程的主 要内容之一 。
酶工程是由酶学与化学工程技术、基因工程 技术、微生物学技术相结合而产生的一门新的技 术科学。它从应用目的出发，研究酶的产生、酶 的制备与改造、酶反应器以及酶的各方面应用。
3. 提供新型环保产品，包括促进草皮生长的产品
8
4. 保护环境 用于纸品漂白的酶可以减少氯的排放
5. 纺织精炼用酶
6. 软饮料 酶可以将谷物中的淀粉转化为软饮 料中的糖。
9
7. 洗涤剂源自文库酶
8. 食品用酶
9. 使用酶 酶增强牙膏的洁净能力
10
11
12
具体学习方法
要舍得花时间，要长期投入。 扎扎实实学好每一章节，课后及时复习。 动手：上课记笔记。注意：抄一遍比看10遍心里更踏实。 善于总结所学知识，前后联系，真正学会！
13
第一节 酶的基本概念与发展历史
1、酶学发展历史 （理论研究）
新陈代谢是生命活动的基础,是生命活动 最重要的特征。
约公元前21世纪夏禹时代,人们就会酿酒。 公元前12世纪周朝已能制作饴糖和用豆类做 酱。
1810年Jaseph Gaylussac发现酵母可将糖转 化为酒精 。
1833年Payen和Persoz从麦芽得到淀粉酶制 剂(diastase),其意思是“分离” 。首先发现 了酶。
（2）酶工程的研究简史
1894年，日本首次从米曲霉中提炼出淀粉酶，治疗 消化不良，开创人类有目的地生产和应用酶制剂 的先例。
1908年，德国的罗门等用动物胰脏制得胰蛋白酶， 用于皮革的软化及洗涤。
1917年，法国用枯草杆菌产生的细菌淀粉酶作纺织 工业上的褪浆剂。
1949年，日本采用深层培养法发酵生产α-淀粉酶获 得成功，使酶制剂生产应用进入工业化阶段。
质化学的基础。
萨姆纳,J.B. 美国生物化学家, 1946年获诺贝尔化学奖
1958年，Koshland提出了“诱导契合”理 论，以解释酶的催化理论和专一性。
1965年Phillips首次用X射线晶体衍射 技术阐明了鸡蛋清溶菌酶的三维结构。
80年代初Cech和Altman分别发现了核酶 (ribozyme), 开辟了酶学研究的新领域, 1989年共同获得诺贝尔化学奖。
6.
31
生物酶工程主要研究内容
（1） 用基因工程技术大量生产酶（克隆酶） 如：尿激酶原和尿激酶是治疗血栓病的有效药物。用 DNA重组技术将人尿激酶原的结构基因转移到大肠杆菌 中，可使大肠杆菌细胞生产人尿激酶原，从而取代从大 量的人尿中提取尿激酶。 （2）用蛋白质工程技术定点改变酶结构基因（突变酶） 如：酪氨酰－tRNA合成酶，用Ala5（第5位的丙氨酸） 取代Thr51（第51位的丝氨酸），使该酶对底物ATP的 亲和力提高了100倍。 （3）设计新的酶结构基因，生产自然界从未有过的性能 稳定、活性更高的新酶。
1903年，Henri提出了酶与底物作用的 中间复合物学说。
1913年Michaelis和Menten导出了米氏 方程，酶由定性到定量, 奠定了酶学发展的 里程碑 。
1926年Sumner从刀豆提取出脲酶并获得 结晶,证明其为蛋白质，并提出酶的本质 就是蛋白质的观点。奠定了现代酶学、蛋白
Boyer和walker阐明了ATP合成酶(ATP synthase)合成与分解ATP的分子机制,于 1997年获得诺贝尔化学奖。
ATP合成酶的结构
现已鉴定出4000多种酶,数百种酶已得 到结晶，而且每年都有新酶被发现。
这些问题的提出和解决，都与酶学知识 和理论的掌握有直接的关系。
2、酶工程（应用研究）
近20年来，酶分子修饰技术、酶的化学合 成以及酶的人工合成等方面的研究，也在积极 开展中，使酶工程更加显示出广阔而诱人的前 景。
酶工程的研究不是孤立的,而是与各个学科 相互关联、相互渗透、相互促进的。
(3) 酶工程的研究内容
酶工程主要指酶制剂在工业上的大规模应 用及其相应的研究，由以下部分组成:
① 酶的生产； ② 酶的分离纯化； ③ 酶的固定化； ④ 酶分子的改造和修饰 ⑤ 酶抑制剂的研究 ⑥ 生物反应器。
酶工程
Enzyme Engineering
1
教材
2
参考书
Enzyme engineering3
第一章 绪 论
4
生物技术的四大支柱
生物技术 （生物工程）
基因工程 细胞工程
酶工程
发酵工程
5
中关村标志
6
北大后湖附近一个双螺旋雕塑。
7
1. 成功的饲料用酶 植酸酶可减少向环境中排放磷。
2. 可持续发展的辛烷值 可使清洁燃料的梦想变为现实。
1959年，葡萄糖淀粉酶催化淀粉生产葡萄糖新工艺 研究成功, 大大地促进了酶在工业上应用的前景。
1953年，德国科学家首先将聚氨基苯乙烯树 脂重氮化，然后将淀粉酶等与这种载体结 合，制成了固定化淀粉酶。
1971年，第一次国际酶工程学术会议在美国 召开，会议的主题就是固定化酶的研制和 应用。
20世纪70年代大规模开展了固定化细胞、 辅酶共固定、增殖细胞固定、动植物细胞固定 等研究。建立多种类型的酶反应器，酶工程蓬 勃发展。
分为：化学酶工程与生物酶工程。
1. 化学酶工程（初级酶工程）
2. 酶化学与化学工程技术相结合的产物。 3. 主要研究内容：酶的制备、酶的分离纯化、
酶与细胞的固定化技术、酶分子修饰、酶反应器 和酶的应用。
4. 2. 生物酶工程（高级酶工程）
5. 在化学酶工程基础上发展起来的、酶学与现 代分子生物学技术相结合的产物。
切赫T.R.Cech（1947－） 奥尔特曼S.Altman(1939-)
1986年Schultz与Lerner等人研制成功抗体 酶(abzyme),这一研究成果对酶学研究具 有重要的理论意义和广泛的应用前景。
它集生物学、免疫学、化学于一身，采用 单克隆、多克隆、基因工程、蛋白质工 程等高新技术，开创了催化剂研究和生 产的崭新领域。
（1）酶工程的产生 （2）酶工程的历史 （3）酶工程研究内容
（1）酶工程的产生
生物工程学(biotechnology) 是20世纪70年代 初在分子生物学和细胞生物学基础上发展起来的 一个新兴技术领域。
酶工程(enzyme engineering)是生物工程的主 要内容之一 。
酶工程是由酶学与化学工程技术、基因工程 技术、微生物学技术相结合而产生的一门新的技 术科学。它从应用目的出发，研究酶的产生、酶 的制备与改造、酶反应器以及酶的各方面应用。
3. 提供新型环保产品，包括促进草皮生长的产品
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4. 保护环境 用于纸品漂白的酶可以减少氯的排放
5. 纺织精炼用酶
6. 软饮料 酶可以将谷物中的淀粉转化为软饮 料中的糖。
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7. 洗涤剂源自文库酶
8. 食品用酶
9. 使用酶 酶增强牙膏的洁净能力
10
11
12
具体学习方法
要舍得花时间，要长期投入。 扎扎实实学好每一章节，课后及时复习。 动手：上课记笔记。注意：抄一遍比看10遍心里更踏实。 善于总结所学知识，前后联系，真正学会！
13
第一节 酶的基本概念与发展历史
1、酶学发展历史 （理论研究）
新陈代谢是生命活动的基础,是生命活动 最重要的特征。
约公元前21世纪夏禹时代,人们就会酿酒。 公元前12世纪周朝已能制作饴糖和用豆类做 酱。
1810年Jaseph Gaylussac发现酵母可将糖转 化为酒精 。
1833年Payen和Persoz从麦芽得到淀粉酶制 剂(diastase),其意思是“分离” 。首先发现 了酶。
（2）酶工程的研究简史
1894年，日本首次从米曲霉中提炼出淀粉酶，治疗 消化不良，开创人类有目的地生产和应用酶制剂 的先例。
1908年，德国的罗门等用动物胰脏制得胰蛋白酶， 用于皮革的软化及洗涤。
1917年，法国用枯草杆菌产生的细菌淀粉酶作纺织 工业上的褪浆剂。
1949年，日本采用深层培养法发酵生产α-淀粉酶获 得成功，使酶制剂生产应用进入工业化阶段。
质化学的基础。
萨姆纳,J.B. 美国生物化学家, 1946年获诺贝尔化学奖
1958年，Koshland提出了“诱导契合”理 论，以解释酶的催化理论和专一性。
1965年Phillips首次用X射线晶体衍射 技术阐明了鸡蛋清溶菌酶的三维结构。
80年代初Cech和Altman分别发现了核酶 (ribozyme), 开辟了酶学研究的新领域, 1989年共同获得诺贝尔化学奖。
6.
31
生物酶工程主要研究内容
（1） 用基因工程技术大量生产酶（克隆酶） 如：尿激酶原和尿激酶是治疗血栓病的有效药物。用 DNA重组技术将人尿激酶原的结构基因转移到大肠杆菌 中，可使大肠杆菌细胞生产人尿激酶原，从而取代从大 量的人尿中提取尿激酶。 （2）用蛋白质工程技术定点改变酶结构基因（突变酶） 如：酪氨酰－tRNA合成酶，用Ala5（第5位的丙氨酸） 取代Thr51（第51位的丝氨酸），使该酶对底物ATP的 亲和力提高了100倍。 （3）设计新的酶结构基因，生产自然界从未有过的性能 稳定、活性更高的新酶。