生物酶工程—融合讲义酶创新

酶工程第一节酶的生物学功能PPT课件

酶与其他技术的结合
总结词
酶工程与其他技术的结合，如纳米技术、生物信息技术等，将为酶工程的发展带来新的机遇和挑战。
详细描述
随着科技的不断发展，酶工程与其他技术的结合已经成为一种趋势。例如，将酶与纳米技术结合，可以制备出具有优异性能的纳米酶；将酶与生物信息技术结合，可以实现酶促反应的实时监测和数据分析。这些新的技术手段将为酶工程的发展带来更多的可能性。
代谢调控
总结词
酶在生物体内发挥着重要的代谢调控作用，通过影响代谢途径中关键酶的活性来调节物质代谢和能量代谢。
详细描述
酶可以调控代谢途径的起始、分支和终止，从而调节生物体的能量转换、生长发育和应激反应等生理过程。酶的合成和降解也受到严格调控，以维持机体代谢的平衡。
免疫调节
总结词
酶在免疫调节中发挥重要作用，参与免疫细胞的激活、增殖和分化，以及免疫分子和免疫应答的调节。
03 酶的应用
生物工程领域
生物制药
酶在生物制药过程中用于合成药物、生产抗生素、疫苗等生物制品。
生物能源
酶可用于生物燃料的发酵生产，如乙醇、丁醇等，提高能源利用效率。
生物环保
酶可用于降解污染物，如废水处理、有机废弃物资源化利用等。
医学领域
01
02
03
诊断试剂
酶作为生物催化剂，可用于医学诊断试剂的生产，如酶联免疫试剂盒等。
食品添加剂
酶可用于生产食品添加剂，如甜味剂、防腐剂等，满足消费者对食品多样化的需求。
04
酶的未来发展
酶的改造与优化
总结词
通过基因工程技术对酶进行改造和优化，提高酶的活性、稳定性和特异性，以满足不同工业和生物技术的需求。
详细描述

第七章酶工程ppt课件

介质特性
蛋白质纯化过程常用的几种离子交换剂
名称种类阴离子交换剂 DEAE-纤维素弱碱性氨乙基纤维素弱碱性 DEAE-纤维素碱性稍强 DEAE-Sephacel DEAE-Sephadex 弱碱性 QAE-Sephadex 阳离子交换剂 CM-纤维素 CM-Sephadex 弱酸性弱酸性解离基团二乙氨基乙基氨乙基三乙氨基二乙氨基乙基二乙氨基乙基二乙氨基乙基 -2-羧丙基羧甲基羧甲基交换当量 0.1～1.1 － 0.5～1.0 1.3～1.5 3.0～4.0 2.6～3.4 － 4～4.5
5、
微生物酶的发酵生产
（1）培养基
碳源氮源无机盐类生长因子 pH值
（2）酶的发酵生产方式

固体发酵法
液体深层发酵法温度
通气和搅拌
pH值
固体发酵车间
（3 ）提高酶产量的措施添加诱导物
酶的作用底物
酶的反应产物酶的底物类似物

降低阻遏物浓度
表面活性剂添加产酶促进剂
与合适的载体重组、重组子筛选与鉴定转入工业生产用的宿主（工程菌或工程细胞），如米曲霉
酶的工业化生产
克隆酶基因的宿主-载体系统应具备的特性
所希望的酶占细胞总蛋白量的比例要高; 菌体容易大规模培养，生长无特殊要求；载体与宿主相容，且能在宿主中稳定维持；宿主的蛋白酶尽可能少；宿主菌对人安全，不分泌毒素。超速冷冻离心机Fra bibliotek凝胶过滤原理
介质的特性
类型葡聚糖凝胶 Sephadex G-10 G-15 G-25 G-50 G-75 G-100 G-150 G-200 葡聚糖/双丙烯胺凝胶 Sephacryl S-200 S-300 S-400 工作范围（相对分子质量） <200 <150 1 000～6 000 1500～30 000 30 000～70 000 4 000～150 000 5 000～400 000 5 000～800 000 5 000～250 000 10 000～1 500 000 20 000～8 000 000 床体积/（ml/g干胶） 2～3 2.5～3.5 4～6 9～11 12～15 15～30 20～30 30～40

《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。

酶工程医学知识专题讲座培训课件

酶工程医学知识专题讲座
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网格型：包埋在高分子凝胶细微网格中。
将块状聚合形成的凝胶切成小块，或直接包埋在珠状聚合物中，后者可以使固定化酶机械强度提高 10倍，并改进酶的脱落的情况。
常用的材料：
聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和光敏树脂等合成高分子物质
淀粉、明胶、胶原、海藻酸和角叉胶等天然高分子物质。
酶工程医学知识专题讲座
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五、酶促动力学六、酶的分离纯化与酶的活力测定
1 酶的分离纯化
细胞外酶和细胞内酶在生物细胞内除了目标酶还有很多其他的酶，因
此需要分离和纯化的步骤。基本步骤： ① 破碎细胞膜 ② 抽提 ③ 纯化
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比活力：纯度的量度，指每毫克质量的蛋白质中所含的某种酶的催化活力，一般用单位/毫克蛋白（U/mg蛋白质表示）。酶的比活力越高，酶的纯度也就越高。
20世纪60年代，以色列科学家发现酶的固定化现象。 1969年，千畑一郎等将固定化氨基酰化酶应用于生产L-氨基酸，开创了固定化酶应用于工业生产的先例； 1971年召开的第一届国际酶工程会议上，建议采用统一的英文名称Immobilized Enzyme； 1973年，固定化大肠杆菌菌体中的天冬氨酸酶连续生产L天冬氨酸。 1986年，利用固定化原生质体发酵生产碱性磷酸酶和葡萄糖氧化酶等相继获得成功。
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酶活性中心的特点：
a) 活性中心在酶分子总体积中只占相当小的部分（1-2%），相当于2-3个氨基酸。
b) 都是酶分子表面的一个凹穴，有一定的大小和形状，但不是刚性的，而具有一定的柔性。
c) 活性中心为非极性的微环境，有利于与底物结合。
d) 底物与酶通过形成较弱键力的次级相互作用并结合到酶的活性中心。

《酶工程的应用》课件

酶工程的主要应用领域
药物代谢：酶催化药物代谢，提高药物的生物利用度
药物合成：酶催化药物合成，提高效率和选择性
药物分析：酶催化药物分析，提高检测灵敏度和准确性
药物靶向：酶催化药物靶向，提高药物的疗效和安全性
污水处理：酶工程在污水处理中的应用，如生物酶降解
有机物
废气处理：酶工程在废气处理中的应用，如生物酶降解
酶在农业生产中的应用：酶在农业生产中主要用于提高作物产量和质量，如酶在植物生长调节、植物病虫害防治等方面的应用。
酶在食品加工中的应用：酶在食品加工中主要用于提高食品品质和营养价值，如酶在食品发酵、食品保鲜、食品加工等方面的应用。
酶在环境保护中的应用：酶在环境保护中主要用于降解污染物、净化环境，如酶在污水处理、土壤修复、空气净化等方面的应用。
酶的活性：酶的活性受到多种因素的影响，如温度、pH 值等
酶的纯化：酶的纯化过程复杂，需要耗费大量时间和成本
酶的筛选：筛选出适合特定反应的酶需要大量的实验和数据分析
生物医药领域：开发新型药物，提高药物疗效
食品工业领域：提高食品品质，降低生产成本
环保领域：生物降解污染物，减少环境污染
酶在药物代谢中的应用：酶催化药物代谢，提高药物的生物利用度和安全性
酶在药物靶向治疗中的应用：酶催化药物靶向治疗，提高药物的疗效和降低副作用
污水处理：酶可以降解污水中的有机物，提高污水处理效率生物降解：酶可以降解塑料、橡胶等难以降解的物质，减少环境污染土壤修复：酶可以修复被污染的土壤，提高土壤肥力生物能源：酶可以促进生物质能源的转化，减少化石能源的使用，降低温室气体排放
添加标题
添加标题添加标题添来自标题酶工程包括酶的筛选、改造、固定化、反应器设计、过程控制和产物分离等环节。

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

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。

新工科背景下“酶工程”课程的教学模式改革与实践

人才培育论点ARGUMENT121基金课题：2021年度吉林省高等教育学会高教科研课题“酶工程线上线下混合式教学模式的探索与实践”（课题编号：JGJX2021D140）；2020年度吉林省教育科学“十三五”规划课题“视讯教学质量保障研究——以酶工程精品课为例”（课题编号：GH20132）。

新工科背景下“酶工程”课程的教学模式改革与实践文/陈欢吴卓夫孙旸朱学军陈光“新工科”理念的提出，标志着我国对工科人才培养的要求进一步提高，即要求高校培养具备创新素养、专业能力卓越的复合型工科人才。

“酶工程”是生物工程、生物技术专业人才培养的核心课程。

在“酶工程”课程教学过程中，以教室、教材和教师为中心的传统教学模式，已不再适用于“新工科”理念下的人才培养目标，而 “以学生为中心、成果为导向”的新教学理念，则更有助于激发学生的研究热情，提升学生自主学习能力。

为了应对新一轮科技革命和产业变革带来的机遇和挑战，2016年，教育部提出了“新工科理念”。

[1]“新工科”理念更加注重工科教育质量的保障，并依据理工科专业类人才培养质量标准制订了人才培养方案。

[2-3]而“酶工程”作为生物工程和生物技术两大专业的核心课程，对新工科人才的培养发挥着至关重要的作用。

“酶工程”是一门研究酶的生产和应用的技术性课程。

[4]历经半个世纪的发展后，酶工程与细胞工程、基因工程、蛋白质工程和发酵工程共同构成了我国完整的现代生物技术工程体系，酶工程已被广泛应用于医药、食品、工业、农业、环保、能源和生物技术等领域。

[5]本文以吉林农业大学本科阶段“酶工程”课程为例，系统分析了高校“酶工程”课程的教学改革内容、目标与具体实施途径。

一、“酶工程”课程教学存在的主要问题首先，在“酶工程”课堂教学中，学生的主体地位不够突出。

由于教师长期占主导地位，学生习惯于被动学习，学生自主学习的内驱力和积极性大大降低，团队合作能力也未得到有效提升，最终导致学习效果不够理想。

《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
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《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。

第九章生物酶工程

(1)克隆酶：用基因工程技术大量生产酶； (2)突变酶：修饰酶基因，产生遗传修饰酶； (3)新酶：设计新酶基因，合成自然世界不曾有的新酶。
一、克隆酶 ① 动植物产生的酶 ② 有害的、未经批准的微生物产生的酶 ③ 不可培养微生物产生的酶
酶基因的克隆及表达
二、突变酶酶基因的遗传修饰：人为地将酶基因中个别核苷酸加以修饰或更换，从而改变酶蛋白分子某个或几个氨基酸，使酶变得更有利于人类利用的目的。
在确定设计目标后，先根据一定规则产生初始序列，
经过结构预测和构建模型，对序列进行初步的修改，
然后进行基因表达或多肽合成，再经结构检测，确定是否与原定目标相符。
根据检测结果，指导进一步的设计。
四、酶分子的定向进化(directed evolution) 从一个或多个已经存在的亲本酶（天然的或人工改造的），经过基因的突变和重组，构建一个人工突变酶库，通过筛选获得预先期望的具有某些特性的进化酶。
1.寡核苷酸置换的定点突变法利用一段人工合成的具有突变序列的寡核昔酸片段，取代野生型基因中的相应序列
EcoRI
突变体序列 HindIII EcoRI DNA连接酶
突变DNA 野生型DNA HindIII EcoRI 野生型DNA
AGTACGA
单链的M13 重组分子
TCAGGCT
定向进化的应用
目标酶
卡那霉素核苷基转移酶枯草杆菌蛋白酶
所需功能
热稳定性作用于有机溶剂
方法
定位诱变+选择易错PCR+选择
结果
在60-50℃酶半衰期增加200倍在60％二甲基亚砜中活力增强170倍
实施菌种
耐热脂肪芽孢杆菌枯草杆菌

生物酶工程—融合酶

酶1
酶2
将两个蛋白的基因组合到一起，可能得到具有双功能的融合蛋白。通过一个连接肽编码序列将糖化酶（GA）基因的5’端融合到葡萄糖氧化酶（GOD）基因的3’端，构建了一个融合基因。将融合基因克隆表达后，得到一个分子量为430ku的大杂合酶（GLG）。
融合酶的应用
一、理论研究方面
1.确定蛋白质结构与功能的对应关系
二、功能域融合把功能域看作是构成酶的组件，若活性部位位于不同的结构域上，可以通过功能域的交换或程序化的的组合来构建催化特定反应的酶。
插入融合
功能域转移的三种不同方式
1.功能域转移至同系结构蛋白上
替换
果蝇的DNA 结合模块模块及锌指蛋白
融合
非特异性DNA 果蝇的DNA结合模块模块及锌指蛋白裂解结构与
融合酶出现是酶学发展的必然结果，蛋白质工程在杂合酶的构建中发挥关键作用。
其构建利用了自然界进化的各种各样的性质以及自然界用于进化酶的各种策略。
酶分子的构建途径
非合理突变法：通过随机突变，DNA改组，
易错PCR等方法以实现大规模突变现有酶个体，
并从中筛选出符合要求的进化酶的方法。但这
种方法盲目且耗时，即使出现噬菌体呈现技术
Bio enzyme engineering
融合酶
2011级生物工程69班
目录｜Contents
1 2 3 4
融合酶的概念研究意义基本原理融合酶的应用
学习目标
1.掌握融合酶的定义；
2.理解并掌握融合酶的构建策略；
3.了解融合酶在生产生活中的应用及其发展前景。
融合酶的定义
由二种或以上酶成分构成,将来自不同酶的结构单元(功能基、二级结构、三级结构、或功能域)或是整个酶分子进行组合或交换，产生具