酶工程生物技术
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高度专一性 反应条件温和 酶催化是可调控的
三 酶的化学本质
Enzyme Proteins Ribozyme RNAs
四 酶的组成
简单酶 酶
结合酶
辅因子
辅酶 Coenzyme 辅基 Prosthetic group (Table 2)
Holoenzyme Apoenzyme Cofactor
酶工程
酶工程
酶工程即利用酶的催化作用，在一定的生 物反应器中，将相应的原料转化成所需的 产品。酶工程是现代酶学理论与化工技术 的交叉技术，它的应用主要集中于食品工 业、轻工业和医药工业等领域。
酶工程的应用范围
（1）对生物宝库中存在天然酶的开发和生产； （2）自然酶的分离纯化及鉴定技术； （3）酶的固定化技术（酶和细胞固定化）； （4）酶反应器的研制和应用； （5）与其他生物技术领域的交叉和渗透。
放线菌
1987年以后，Bucher 发现酶的细胞外作用 现象，从而导致了酶 的商品化生产。
霉菌
最初的商品酶制剂主要以动 植物为原料提取，如从牛胃中提 取凝乳酶、从胰脏中提取胰酶、 从血液中提取凝血酶、从植物材 料中提取淀粉酶等。
之后，Takamine利用霉菌 来生产淀粉酶使得酶制剂工业取 得突破，其方法至今仍被采用
“基因工程＋发酵工艺＋先 进的发酵设备”可以算是酶 工业的第三次飞跃。
霉菌
微生物酶的开发
一、应用微生物来开发酶的优点：
(1)微生物生长繁殖快，生活周期短。因此，用微生物来 生产酶产品，生产能力（发酵）几乎可以不受限制地扩大 ，能够满足迅速扩张的市场需求。
(2)微生物种类繁多，它们散布于整个地球的各个角落， 而且在不同的环境下生存的微生物都有其完全不同的代谢 方式，能分解利用不同的底物。
第二次世界大战以后，
随着微生物培养技术、发酵 工业和设备的渐渐完善，利 用微生物来获得商品化酶制 剂已形成规模化产业，并开 辟了广阔的市场。
Pilot Biostat UD50
20世纪90年代，随着基 因工程的广泛介入，一些
原来只能由动物或植物生
产的酶，经过酶基因重组
，可以在微生物上表达。
由于在发酵过程中很容易 对微生物进行控制，因此
采样的目的、采样地点、采样方法及采样的数 量。
微生物酶开发的一般程序
(二) 菌种的分离 培养基的确定、培养条件的确定。
微生物酶开发的一般程序
(三) 菌种的初筛
(1)用简单的定性反应进行初筛； (2)在最初分离阶段就给予特殊的培养基或培养条件
，进而让目的菌株得以繁殖，尽可能地把只成为 目的菌的菌株或只将其最适菌株的一株纯化分离 。
微生物酶开发的一般程序
(四) 菌种的复筛 初筛之后，还要进行复筛。复筛的目的是在初
筛的基础上，筛选产酶量高、性能更符合生产要 求的菌种。复筛。
酶活的测定方法的建立尤其重要。
微生物酶开发的一般程序
(五) 对复筛获得菌株的要求 (1)不是致病菌； (2)菌株不易变易和退化； (3)不易感染噬菌体； (4)微生物产酶量高； (5)酶的性质符合应用的需要，而且最好是胞外
酶； (6)产生的酶便于分离和提取，得率高； (7)微生物培养营养要求低。
微生物酶开发的一般程序
(六) 最佳产酶条件的初步确定
(1)培养方式的确定； (2)最佳培养条件组合； (3)微生物产酶的特性(胞内酶、胞外酶)； (4)微生物酶收集的时间顺序；
微生物酶开发的一般程序
(七) 微生物产酶性能的进一步提高 (1)获得高产菌种的突变体；
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。
尽管人类19世纪前后才建立起酶的概念，但酶的 催化作用却很早就为人们的生活所利用。比如：
(1)在人类游牧生活时期，就已会利用动物的胃液来凝固 牛乳 ；
(2)人类在4000多年前就已掌握的酿酒和制酱技术其实也 是酶作用的结果。
五 酶的命名与分类 原则：
1. 根据酶所用的底物来命名
1.
Ribonuclease
2.
Protease
2. 根据所催化的反应来命名
2.
Dehydrogenase
3.
Phosphotransferase
4.
Aminotransferase
3. 上述两个原则结合
4. 上述原则再加上酶的来源
牛胰核糖核酸酶
1. ATP: 肌酸
Biblioteka Baidu
磷酰基转移酶
2. Glutamate: Pyruvate aminotransferase
1.
谷氨酸： 丙酮酸 (GPT) 氨基转移酶
3. 单体酶
Monomeric enzymes
4. 寡聚酶
Oligomericenzymes
5. 多酶体系 Multienzyme systems
酶工程生物技术
2020/9/10
生物技术的四大支柱
酶的基础知识
一 什么是酶？
1. Enzyme proteins 酶是由生物体产生的具有催化 剂活性的蛋白质 。
2. Ribozyme RNAs 本身就是一段RNA，不需要额外的 蛋白酶就可以对自身进行剪切 。
二 酶催化特性
高效率 比非催化高108－1020倍 比非酶催化高107－1013倍
（一）国际系统分类法
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. 合成酶类
7.
Oxidoreductases Transgerases Hydrolases Lyases Isomerases Synthetases
Synthases
（二）系统命名法
1. ATP: Creatine Phosphotransferase
(3)这一特征就为微生物酶品种的多样性提供了物质基础 。
微生物酶的开发
一、应用微生物来开发酶的优点：
(4)特别是当基因工程介入时，动植物细胞中存在地酶 ，几乎都能够利用微生物细胞获得。 因此，有计划和仔细地筛选微生物菌种，通常可以 获得能够生产几乎任何一种酶的适当细胞。
微生物酶开发的一般程序
(一) 样品的采集
微生物酶开发的一般程序
(七) 微生物产酶性能的进一步提高
(2)利用代谢工程和代谢调节机理来提高微生物 的酶产量；
微生物酶开发的一般程序
(七) 微生物产酶性能的进一步提高
(3)运用遗传工程、基因工程的手段将原有菌株 中的目的基因转移到另外一些对生产环境更适应 性的微生物细胞之内，使其高效表达；
三 酶的化学本质
Enzyme Proteins Ribozyme RNAs
四 酶的组成
简单酶 酶
结合酶
辅因子
辅酶 Coenzyme 辅基 Prosthetic group (Table 2)
Holoenzyme Apoenzyme Cofactor
酶工程
酶工程
酶工程即利用酶的催化作用，在一定的生 物反应器中，将相应的原料转化成所需的 产品。酶工程是现代酶学理论与化工技术 的交叉技术，它的应用主要集中于食品工 业、轻工业和医药工业等领域。
酶工程的应用范围
（1）对生物宝库中存在天然酶的开发和生产； （2）自然酶的分离纯化及鉴定技术； （3）酶的固定化技术（酶和细胞固定化）； （4）酶反应器的研制和应用； （5）与其他生物技术领域的交叉和渗透。
放线菌
1987年以后，Bucher 发现酶的细胞外作用 现象，从而导致了酶 的商品化生产。
霉菌
最初的商品酶制剂主要以动 植物为原料提取，如从牛胃中提 取凝乳酶、从胰脏中提取胰酶、 从血液中提取凝血酶、从植物材 料中提取淀粉酶等。
之后，Takamine利用霉菌 来生产淀粉酶使得酶制剂工业取 得突破，其方法至今仍被采用
“基因工程＋发酵工艺＋先 进的发酵设备”可以算是酶 工业的第三次飞跃。
霉菌
微生物酶的开发
一、应用微生物来开发酶的优点：
(1)微生物生长繁殖快，生活周期短。因此，用微生物来 生产酶产品，生产能力（发酵）几乎可以不受限制地扩大 ，能够满足迅速扩张的市场需求。
(2)微生物种类繁多，它们散布于整个地球的各个角落， 而且在不同的环境下生存的微生物都有其完全不同的代谢 方式，能分解利用不同的底物。
第二次世界大战以后，
随着微生物培养技术、发酵 工业和设备的渐渐完善，利 用微生物来获得商品化酶制 剂已形成规模化产业，并开 辟了广阔的市场。
Pilot Biostat UD50
20世纪90年代，随着基 因工程的广泛介入，一些
原来只能由动物或植物生
产的酶，经过酶基因重组
，可以在微生物上表达。
由于在发酵过程中很容易 对微生物进行控制，因此
采样的目的、采样地点、采样方法及采样的数 量。
微生物酶开发的一般程序
(二) 菌种的分离 培养基的确定、培养条件的确定。
微生物酶开发的一般程序
(三) 菌种的初筛
(1)用简单的定性反应进行初筛； (2)在最初分离阶段就给予特殊的培养基或培养条件
，进而让目的菌株得以繁殖，尽可能地把只成为 目的菌的菌株或只将其最适菌株的一株纯化分离 。
微生物酶开发的一般程序
(四) 菌种的复筛 初筛之后，还要进行复筛。复筛的目的是在初
筛的基础上，筛选产酶量高、性能更符合生产要 求的菌种。复筛。
酶活的测定方法的建立尤其重要。
微生物酶开发的一般程序
(五) 对复筛获得菌株的要求 (1)不是致病菌； (2)菌株不易变易和退化； (3)不易感染噬菌体； (4)微生物产酶量高； (5)酶的性质符合应用的需要，而且最好是胞外
酶； (6)产生的酶便于分离和提取，得率高； (7)微生物培养营养要求低。
微生物酶开发的一般程序
(六) 最佳产酶条件的初步确定
(1)培养方式的确定； (2)最佳培养条件组合； (3)微生物产酶的特性(胞内酶、胞外酶)； (4)微生物酶收集的时间顺序；
微生物酶开发的一般程序
(七) 微生物产酶性能的进一步提高 (1)获得高产菌种的突变体；
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。
尽管人类19世纪前后才建立起酶的概念，但酶的 催化作用却很早就为人们的生活所利用。比如：
(1)在人类游牧生活时期，就已会利用动物的胃液来凝固 牛乳 ；
(2)人类在4000多年前就已掌握的酿酒和制酱技术其实也 是酶作用的结果。
五 酶的命名与分类 原则：
1. 根据酶所用的底物来命名
1.
Ribonuclease
2.
Protease
2. 根据所催化的反应来命名
2.
Dehydrogenase
3.
Phosphotransferase
4.
Aminotransferase
3. 上述两个原则结合
4. 上述原则再加上酶的来源
牛胰核糖核酸酶
1. ATP: 肌酸
Biblioteka Baidu
磷酰基转移酶
2. Glutamate: Pyruvate aminotransferase
1.
谷氨酸： 丙酮酸 (GPT) 氨基转移酶
3. 单体酶
Monomeric enzymes
4. 寡聚酶
Oligomericenzymes
5. 多酶体系 Multienzyme systems
酶工程生物技术
2020/9/10
生物技术的四大支柱
酶的基础知识
一 什么是酶？
1. Enzyme proteins 酶是由生物体产生的具有催化 剂活性的蛋白质 。
2. Ribozyme RNAs 本身就是一段RNA，不需要额外的 蛋白酶就可以对自身进行剪切 。
二 酶催化特性
高效率 比非催化高108－1020倍 比非酶催化高107－1013倍
（一）国际系统分类法
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. 合成酶类
7.
Oxidoreductases Transgerases Hydrolases Lyases Isomerases Synthetases
Synthases
（二）系统命名法
1. ATP: Creatine Phosphotransferase
(3)这一特征就为微生物酶品种的多样性提供了物质基础 。
微生物酶的开发
一、应用微生物来开发酶的优点：
(4)特别是当基因工程介入时，动植物细胞中存在地酶 ，几乎都能够利用微生物细胞获得。 因此，有计划和仔细地筛选微生物菌种，通常可以 获得能够生产几乎任何一种酶的适当细胞。
微生物酶开发的一般程序
(一) 样品的采集
微生物酶开发的一般程序
(七) 微生物产酶性能的进一步提高
(2)利用代谢工程和代谢调节机理来提高微生物 的酶产量；
微生物酶开发的一般程序
(七) 微生物产酶性能的进一步提高
(3)运用遗传工程、基因工程的手段将原有菌株 中的目的基因转移到另外一些对生产环境更适应 性的微生物细胞之内，使其高效表达；