关于酶工程制药课件

二、酶工程简介
酶工程是酶学和工程学相互渗透结合、发展而形成 的一门新的技术科学。它是从应用的目的出发研究 酶、应用酶的特异性催化功能，并通过工程化将相 应原料转化成有用物质的技术。
20世纪20年代初：酶工程名称出现于自然酶制剂在 工业上的大规模应用；
1953年，羧肽酶、淀粉糖化酶、胃蛋白酶和核糖核 酸酶等用重氮化聚氨基聚苯乙烯树脂进行固定。
3、目前常用的产酶微生物：大肠杆菌、枯草杆 菌、啤酒酵母、青霉菌、木霉菌、根霉菌链霉 菌等。
工业用部分主要酶的生产菌种
微菌
大肠杆菌
异型乳酸杆菌 短小芽孢杆菌 产气气杆菌 解脂假丝酵母 啤酒酵母、假 丝酵母 点青酶
转化微白色放 线菌
产生的酶
用途
淀粉酶 蛋白酶 L-天冬氨酸酶
酶的一次性使用：酶一般都是在溶液中与底物反应，这样 酶在反应系统中，与底物和产物混在一起，反应结束后， 即使酶仍有很高的活力，也难于回收利用。这种一次性使 用酶的方式，不仅使生产成本提高，而且难于连续化生产。
产物的分离纯化较困难：酶反应后成为杂质与产物混在一 起，无疑给产物的进一步的分离纯化带来一定的困难。
固定化技术
固定化酶的定义
是指限制或固定于特定空间位置的酶，具体来 说，是指经物理或化学方法处理，使酶变成不 易随水流失即运动受到限制，而又能发挥催化 作用的酶制剂。制备固定化酶的过程叫做酶的 固定化。
固定化所采用的酶，可以是经提取分离后得到 的有一定纯度的酶，也可以是结合在菌体（死 细胞）或细胞碎片上的酶或酶系。
葡萄糖氧化酶 食品加工中食品去氧、除葡萄糖，作试剂测定 葡萄糖
蛋白酶
皮革脱毛
第三节 酶和细胞的固定化
酶应用过程中的一些不足
酶的稳定性较差：除了某些耐高温的酶，如α-淀粉酶等； 和胃蛋白酶等可以耐受较低的pH条件以外，大多数的酶在 高温、强酸、强碱和重金属离子等外界因素影响下，都容 易变性失活。
1969年，固定化酶技术拆分DL-氨基酸 1971年，1st国际酶工程会议：酶的生产、分离纯化、
酶的固定化、酶及固定化酶的反应器、酶及固定化 酶的应用等。
二、酶工程简介
从现代观点来看，酶工程主要有以下几个方面 的研究内容：①酶的分离、提纯、大批量生产 及新酶和酶的应用开发；②酶和细胞的固定化 及酶反应器的研究（包括酶传感器、反应检测 等）；③酶生产中基因工程技术的应用及遗传 修饰酶（突变酶）的研究；④酶的分子改造与 化学修饰、以及酶的结构与功能之间关系的研 究；⑤有机相中酶反应的研究；⑥酶的抑制剂、 激活剂的开发及应用研究；⑦抗体酶、核酸酶 的研究；⑧模拟酶、合成酶及酶分子的人工设 计、合成的研究。
第二章 酶的来源和生产
一、酶的来源
酶的来源主要是动植物和微生物，动植物 细胞培养的方法可用于酶生产，目前工业 化生产一般以微生物为主要来源。
利用微生物生产酶的优点是：①微生物种 类繁多，动植物体内存在的酶，几乎都可 从微生物中得到；②微生物繁殖快、生产 周期短、培养简便，并可以通过控制培养 条件来提高酶的产量；③微生物具有较强 的适应性，通过各种遗传变异的手段，能 培育出新的高产菌株。
二、酶的生产菌
1、对菌种的要求： （1）产酶量、酶的性质、 最好是胞外酶；（2）不是致病菌；（3）稳定， 不易产生变异退化，不易感染噬菌体；（4）能 利用廉价的原料，发酵周期短，易于培养。
2、生产菌的来源：菌种保藏机构和有关研究部 门，但大量的工作应是从自然界中分离筛选— —菌样采集、菌种分离初筛、纯化、复筛和生 产性能鉴定等。还应包括改良（如基因突变、 基因转移和基因克隆）。
关于酶工程制药
第一节 概述
一、酶的特性
酶、酶促反应的定义
酶除具有一般催化剂的共性外，还有其特有 的特点：①催化效率高；②专一性强；③反 应条件温和；④酶的催化活性受到调节和控 制。
1961年按酶所催化的反应类型将酶分成6大 类：①氧化还原酶类； ②转移酶类； ③ 水 解酶类；④裂合酶类； ⑤异构酶类；⑥合成 酶（或称连接酶）类。
酶和细胞的固定化方法
载体结合法 交联法 包埋法
网格型 微囊型
物理吸附法 离子结合法 共价结合法
热处理（细胞）
（1）载体结合法
载体结合法是将酶结合于不溶性载体上的 一种固定化方法。
①物理吸附法：是用物理方法将酶吸附于 不溶性载体上的一种固定化方法，此类载 体有无机载体、天然高分子、大孔型合成 树脂、疏水型的载体。物理吸附法的缺点 在于最适吸附酶量无规律可循，不同载体 和不同酶其吸附条件也不同，吸附量与酶 活力不一定呈平行关系，同时酶与载体之 间的结合力不强，酶易于脱落，导致酶活 力下降并污染产物。此法也可固定细胞；
酒精与啤酒工业、洗涤剂、糊精加工、纺织品脱浆等
生丝脱胶、皮革脱毛、胶卷回收、酱油酿造 生产L-天冬氨酸：治疗白血病
青霉素酰化酶 制备新青霉素的母核6-氨基青霉素烷酸
葡萄糖异构酶 由葡萄糖制果糖 碱性蛋白酶 皮革脱毛
异淀粉酶 脂肪酶 转化酶
分解淀粉的α-1,6-糖苷键 绢丝原料脱脂、洗涤剂、医药、乳品增香 制造转化糖
由于酶的空间结构、活性位点等物理化学特性不同， 因此并不是一种固定化技术就能普遍适用于每一种酶， 所以要根据酶的应用目的和特性，来选择其固定化方 法。
目前已建立的各种各样的固定化方法，按所用的载体 和操作方法的差异，一般可分为载体结合法、包埋法 及交联法3类，细胞固定化还有选择性热变性（热处理） 方法。
反应后，酶与底物和产物易于分开，产物中无 残留酶，易于纯化，产品质量高；
反应条件易于控制，可实现转化反应的连续化 和自动控制；
酶的利用效率高，单位酶催化的底物量增加， 用酶量减少；
比水溶性酶更适合于多酶反应。
酶和细胞的固定化方法
酶的固定化就是通过载体将酶限制或固定于特定的空 间位置，使酶变成不易随水流失即运动受到限制，而 又能发挥催化作用的酶制剂。
固定化酶的特点
酶类可粗分为天然酶和修饰酶，固定化酶属于 修饰酶，修饰酶类还包括经过化学修饰的酶和 用分子生物学方法在分子水平上进行改良的酶 等。
固定化酶最大特点是既具有生物催化剂的功能， 又具有固相催化剂的特性。
固相酶还具有以下优点
可多次使用，而且在多数情况下，酶的稳定性 提高。如固定化的葡萄糖异构酶可以在 60~65℃条件下连续使用超过1000h；