酶工程-第七章
酶工程第七章 酶非水相催化
有机介质中的酶催化
指酶在含有一定量水的有机溶剂中进行的催化反应。 适用范围:底物、产物两者或其中之一为疏水性物质的 酶催化作用。 原因:酶在有机介质中由于能够基本保持其完整的结构 和活性中心的空间构象，所以能够发挥其催化功能。 特性:酶的底物特异性、立体选择性、区域选择性、键 选择性、热稳定性等有所改变。 应用：多肽、酯类、甾体转化、功能高分子合成、手 性药物拆分的研究。
二、水对有机介质中酶催化的影响
有机溶剂中酶的催化活力与反应系统的 含水量密切相关。 系统含水量:与酶分子紧密结合的结合水、 溶解在有机溶剂中的游离水。 与酶结合的水量是影响酶的活力、稳定 性以及专一性的决定因素
1、水对酶分子空间构象的影响
无水下酶空间构象被破坏,故需一层水化层; 必需水:维持酶分子完整空间构象所必需的最 低水量; 不同的酶所需求的必需水的量差别较大; 每分子凝乳蛋白酶只需50分子的水，每分子多 酚氧化酶却需3.5×102个水分子 原因:必需水是维持酶分子结构中氢键、盐键 等副键所必需的。
的结合部位和底物性质都会产生一定的影响，从而
显示出与水相介质中不同的催化特性。
一、底物专一性
酶在有机溶剂中对底物的化学结构和 立体结构均有严格的选择性。
例如：青霉脂肪酶 在正己烷中催化2-辛醇与不同链长的 脂肪酸进行酯化反应时，该酶对短链脂肪 酸具有较强的特异性。
(1)有机介质中酶活性中心结合部位与底物的结 合状态发生改变,致使酶的底物特异性发生改 变:
2-芳基丙酸的酶法拆分示意图
二、手性高分子聚合物的制备
酶催化合成可生物降解高分子
可生物降解高分子是指在一定条件下能被生 物体侵蚀或代谢而降解的材料，应用广泛：
酶工程课后题答案.doc
第一章1.简述酶与一般催化剂的共性以及作为生物催化剂的特点共同点：只能催化热力学所允许的的化学反应，缩短达到化学平衡的时间，而不改变平衡点：反应前后酶本身没有质和量的改变：很少量就能发挥较大的催化作用：其作用机理都在于降低了反应的活化能。
酶作为生物催化剂的特点：1.极高的催化率；2.高度专一性；3.酶活的可调节性；酶的不稳定性。
5.酶失活的因素和机理。
酶失活的因素主要包括物理因素，化学因素和生物因素物理因素1热失活：热失活是由于热伸展作用使酶的反应基团和疏水区域暴露，促使蛋白质聚合。
2冷冻和脱水：很多变构酶在温度降低是会产生构象变化。
在冷冻过程中，溶质（酶和盐）随着水分子的结晶而被浓缩，引起酶微环境中的pH和离子强度的剧烈改变，很容易引起蛋白质的酸变性。
3.辐射作用：电离辐射和非电离辐射都会导致多肽链的断裂和酶活性丧失。
4.机械力作用：化学因素1.极端pH：极端pH远离蛋白质的等电点，酶蛋白相同电荷间的静电斥力会导致蛋白肽链伸展，埋藏在酶蛋白内部非电离残基发生电离，启动改变。
交联或破坏氨基酸的化学反应，结果引起不可逆失活。
极端pH也容易导致蛋白质水解。
2.氧化作用：酶分子中所含的带芳香族侧链的氨基酸以及Met, Cys等，与活性氧有极高的反应性，极易受到氧化攻击。
3.聚合作用：加热或高浓度电介质课破坏蛋白质胶体溶液的稳定性，促使蛋白质结构发生改变，分子间聚合并沉淀。
4.表面活性剂和变性剂：表面活性剂主要改变酶分子正常的折叠，暴露酶分子疏水内核的疏水基团，使之变性；变性剂与酶分子结合，改变其稳定性，使之发生变性。
生物因素微生物或蛋白水解酶的作用使酶分子被水解。
6.简述酶活力测定方法的原理直接测定法：有些酶促反应进行一段时间后，酶底物或产物的变量可直接检测。
间接测定法：有些酶促反应的底物或产物不易直接检测，一次必须与特定的化学试剂反应，形成稳定的可检测物。
酶偶联测定法：与间接测定法相类似，只是使用一指示酶，使第一酶的产物在指示酶的作用下转变成可测定的新产物。
第七章 治疗用酶和酶工程
二. 葡激酶
葡激酶是由金黄色葡萄球菌分泌的葡萄球菌激 酶，简称葡激酶 葡激酶是一种对纤维蛋白高度专一的纤溶蛋白 酶原激活剂，它与纤溶酶原以1：1等分子结合 葡激酶主要应用于急性心肌梗死和栓塞性疾病 葡激酶不是人体来源的酶，有潜在的抗原性 为来消除其抗原性，可以改造其免疫原性明显 的区域，保留纤溶活性的方法，获得更好效果 的突变体
四、玻璃酸酶
能水解透明质酸 广泛地存在于哺乳动物睾丸、蛇毒、蜂
毒以及细胞的溶酶体中，也存在于精子、 颌下腺、细菌中 可以应用于眼科、骨关节炎、心肌梗死、 皮肤护理中等，也可以促进皮下给药的 吸收 在使用中，个别情况下可致过敏反应， 如瘙痒、荨麻疹等
五、超氧化物歧化酶
SOD是金属蛋白有Cu－Zn－SOD，Mn-SOD， Fe－SOD SOD具有热稳定性和pH稳定性 SOD可清除体内的氧自由基，氧自由基可以破 坏细胞，活化致癌物质、致炎和引起自身免疫 疾病 SOD在临床上用于治疗缺血再灌流综合征、治 疗氧中毒、抗辐射损伤、防治糖尿病、皮肤老 化和皮肤肿瘤等 副反应是少数可见局部疼痛、荨麻疹和尿蛋白 等
二、治疗用酶的来源
基因工程 利用基因工程，不仅可以大量生产 自然界中存在的酶类，而且可以生 产出结构改造的治疗用酶，甚至是 天然并不存在的酶类 目前通过基因工程生产的治疗用酶 主要有尿激酶、链激酶、天冬酰胺 酶、葡激酶、超氧化物歧化酶等
4.
三、治疗用酶的种类
在已发现的3000多种酶中，酶制剂已达
酶 寻找一种特殊用途的酶，如同大海捞针 不能培养的微生物超过99％ 可采用分子生物学技术在DNA水平上筛 选功能相似的基因
3. 现有酶的改造
自然界中的酶不能满足现代制药工业的
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
名词解释酶工程
酶工程名词解释第一章：绪论1、酶的概念：酶是由生物体产生的具有催化功能的生物大分子。
按照其化学组成，可以分为蛋白类酶（P酶）和核酸类酶（R酶）两大类别。
2、酶的生产、改性与应用的技术过程成为酶工程。
3、酶的生产是指通过各种方法获得人们所需的酶的技术过程，主要包括微生物发酵产酶、动植物培养产酶和酶的提取与分离纯化等。
4、酶的改性是通过各种方法改进酶的催化特性的技术过程，主要包括酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化和酶定向进化等。
5、酶的专一性是指在一定的条件下，一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进行某种类型反应的特性。
分为绝对专一性和相对专一性。
6、竞争性抑制是指抑制剂和底物竞争与酶分子结合而引起抑制作用。
7、非竞争性抑制是指抑制剂与底物分别与酶分子上的不同位点结合而引起酶活性降低的抑制作用8、反竞争性抑制：在底物与酶分子结合生成中间复合物后，抑制剂再与中间复合物结合而引起的抑制作用称为反竞争性抑制。
9、酶活力是指在一定条件下，酶所催化的反应初速度。
在外界条件相同的情况下，反应速度越大，意味着酶活力越高。
10、酶的转换数Kp，又称为摩尔催化活性，是指每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数。
即每摩尔酶每分钟催化底物转化为产物的摩尔数。
第二章：微生物发酵产酶★1、酶的发酵生产：经过预先设计，通过人工操作，利用微生物的生命活动获需酶的技术过程称为酶的发酵生产。
2、转录是以DNA为模版，以核苷三磷酸为底物，在依赖DNA的RNA聚合酶（转录酶）的作用下，生成RNA的过程。
3、以mRNA为模版，以各种氨基酸为底物，在核糖核蛋白体上通过各种tRNA、酶和辅助因子的作用，合成多肽链的过程称为翻译。
4、分解代谢物阻遏作用：是指有些物质（主要是指葡萄糖和其他容易利用的碳源等）分解代谢的产物阻遏某些酶（主要是诱导酶）生物合成的现象。
5、酶生物合成的诱导作用：加进某些物质，使酶的生物合成开始或加速进行的现象，称为酶生物合成的诱导作用，简称诱导作用。
《酶工程》 课后习题答案
① 酶工程：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技术，是工业上有目的地设计一定的反应器和反应条件，利用酶的催化功能，在常温常压下催化化学反应，生产人类所需产品或者服务于其它目的地一门应用技术。
② 比活力：指在特定条件下，单位质量的蛋白质或者 RNA 所拥有的酶活力单位数。
③ 酶活力：也称为酶活性，是指酶催化某一化学反应的能力。
其大小可用在一定条件下，酶催化某一化学反应的速度来表示，酶催化反应速度愈大，酶活力愈高。
④ 酶活国际单位 : 1961 年国际酶学会议规定：在特定条件(25℃，其它为最适条件 )下，每分钟内能转化1 μmol 底物或者催化1 μmol 产物形成所需要的酶量为 1 个酶活力单位，即为国际单位(IU)。
⑤ 酶反应动力学:指主要研究酶反应速度规律及各种因素对酶反应速度影响的科学。
酶的研究简史如下：(1)不清晰的应用：酿酒、造酱、制饴、治病等。
(2)酶学的产生： 1777 年，意大利物理学家 Spallanzani 的山鹰实验； 1822 年，美国外科医生 Beaumont 研究食物在胃里的消化； 19 世纪 30 年代，德国科学家施旺获得胃蛋白酶。
1684 年，比利时医生Helment 提出 ferment—引起酿酒过程中物质变化的因素(酵素)；1833 年，法国化学家 Payen 和Person 用酒精处理麦芽抽提液，得到淀粉酶； 1878 年，德国科学家 K hne 提出 enzyme—从活生物体中分离得到的酶，意思是“在酵母中”(希腊文)。
(3)酶学的迅速发展(理论研究)： 1926 年,美国康乃尔大学的”独臂学者”萨姆纳博士从刀豆中提取出脲酶结晶，并证明具有蛋白质的性质;1930 年，美国的生物化学家 Northrop 分离得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶结晶，确立了酶的化学本质。
I.酶工程发展如下：①1894 年，日本的高峰让吉用米曲霉制备淀粉酶，酶技术走向商业化：②1908 年，德国的Rohm 用动物胰脏制得胰蛋白酶，皮革软化及洗涤；③1911 年， Wallerstein 从木瓜中获得木瓜蛋白酶，用于啤酒的澄清；④1949 年，用微生物液体深层培养法进行－淀粉酶的发酵生产，揭开了近代酶工业的序幕；⑤1960 年，法国科学家 Jacob 和 Monod 提出的控制子学说，阐明了酶生物合成的调节机制，通过酶的诱导和解除阻遏，可显著提高酶的产量；⑥1971 年各国科学家开始使用“酶工程”这一位词。
湖工酶工程第七章
湖北工业大学
酶工程
第
七
章
核
酶
（二）II 型内含子的自我剪接
主要存在线粒体中，在真菌、原核生物、植物的rRNA、
tRNA、mRNA中均有发现。 II型内含子与I型内含子的剪接机制相类似，也是通过
两次转酯反应，但不需要鸟苷的辅助。
湖北工业大学
酶工程
第
七
章
核
酶
① 内含子中一个保守的
腺嘌呤残基的2/ -OH 亲核攻击
双金属离子催化：A位点的金属离子接受2/氧的电子，
使2/ -OH去质子更容易。B位点的金属离子接受5/氧的电子， 使O-P键极化并使键合力减弱，从而使氧原子更容易游离出
来。
湖北工业大学
酶工程
第
七
章
核
酶
2. 发夹状核酶
三种植物RNA病毒的卫星RNA 。
3.肝炎δ病毒核酶
是一种缺陷型单链环状RNA病毒。在细胞内的复制过 程中不产生DNA片段，而是以反义基因组RNA为模板，在 宿主细胞的RNA聚合酶I作用下，通过滚环复制进行RNA复 制，复制产生的多聚体，通过自身核酶活性区催化的自身裂 解反应，形成若干单体，再在核酶活性区催化分子内连接， 形成环状结构。
酶工程
第
七
章
核酶第七章源自核酶具有生物催化功能的核酸，称为核酶，其化学本质是 核酸，但具有酶的特异性催化作用。 具有生物催化功能的DNA分子，称为脱氧核酶。 核酶及脱氧核酶的发现，推翻了酶的化学本质只是蛋 白质的传统观念。
湖北工业大学
酶工程
第
七
章
核
酶
第一节 核 酶 第二节 脱 氧 核 酶 第三节 核酶的应用
具有DNA戴帽活性。
酶工程罗贵民第三版电子版
酶工程罗贵民第三版电子版简介《酶工程罗贵民第三版电子版》是一本关于酶工程的教材，由罗贵民教授撰写。
本书是罗贵民教授多年从事酶工程研究和教学的经验总结，结合了许多最新的研究成果和实践经验。
该书旨在介绍酶工程的基本概念、原理和应用，帮助读者深入了解酶工程领域的知识和技术。
内容本书分为八个章节，主要内容包括：第一章：酶工程导论本章介绍了酶工程的定义、发展历程、研究方法和应用领域。
读者可以了解到酶工程的背景和意义，以及研究酶工程所应用的一些实验和计算方法。
第二章：酶与底物的结合本章重点介绍了酶与底物的结合机制和影响因素。
读者可以了解到酶和底物之间的相互作用，以及如何通过改变底物结构或酶的活性位点来调控酶催化反应。
第三章：酶的分离与纯化本章介绍了酶的分离和纯化方法。
读者可以学习到如何通过离心、层析、电泳等技术手段将酶从复杂的混合物中分离出来，并得到纯度较高的酶。
第四章：酶的性质与功能本章讨论了酶的性质和功能，包括酶的催化机理、酶的稳定性、酶的底物特异性等方面。
读者可以了解到酶在生物催化中的关键作用，以及如何利用酶的特性来实现特定的催化反应。
第五章：酶反应工程本章重点介绍了酶反应工程的基本原理和技术。
读者可以了解到酶反应的动力学模型、反应条件的优化以及酶的固定化技术等方面的知识。
第六章：酶分子工程本章讨论了酶分子工程的基本原理和方法。
读者可以学习到如何通过改变酶的基因序列、构建突变体酶来改变酶的催化性质和稳定性。
第七章：酶的应用本章介绍了酶在各个应用领域的具体应用，包括食品工业、制药工业、生物燃料工业等。
读者可以了解到酶在这些领域中的作用和应用情况。
第八章：酶工程的前景与挑战本章讨论了酶工程领域的前景和挑战。
读者可以了解到酶工程在未来的发展趋势和可能面临的困难，以及如何克服这些困难。
总结《酶工程罗贵民第三版电子版》是一本全面介绍酶工程的教材，涵盖了酶工程的基本概念、原理和应用。
通过学习这本教材，读者可以全面了解酶工程的知识和技术，并掌握酶工程研究和应用的方法和技巧。
酶工程重点专业资料
第二部分考核内容与考核目的第一章酶工程基础一、学习目的与规定规定学生识记酶工程的定义、研究内容及学科的发展历程。
了解酶工程的发展方向和趋势。
二、考核知识点与考核目的1、重点酶工程的定义（识记）酶工程:酶的生产.改性与应用技术过程酶工程（Enzyme Engineering）即运用酶的催化作用，在一定的生物反映器中，将相应的原料转化成所需的产品酶工程的应用范围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酶反映器的研制和应用5与其他生物技术领域的交叉和渗透.其中固定化酶技术是酶工程的核心.事实上有了酶的固定化技术,酶在工业生产中的运用价值才真正得以体现酶工程的研究内容（识记）。
酶工程是现代酶学理论与化工技术的交叉技术，它的应用重要集中于食品工业、轻工业和医药工业等领域。
➢对生物宝库中存在天然酶的开发和生产；➢自然酶的分离纯化及鉴定技术；➢酶的固定化技术（酶和细胞固定化）；➢酶反映器的研制和应用；➢与其他生物技术领域的交叉和渗透；2、次重点酶工程的发展方向和趋势（理解）酶在生物技术领域的用途:用酶除去细胞壁,如用溶菌酶除去细菌细胞壁;酶在大分子切割方面应用,如限制性内切核酸酶.DNA外切核酸酶;酶在分子拼接方面的应用，如DNA连接酶、DNA聚合酶第二章酶的发酵工程一、学习的目的与规定规定学生掌握酶生物合成的诱导作用、酶生物合成的反馈阻遏作用。
掌握酶发酵工艺条件及其控制，理解酶发酵动力学。
酶的发酵生产:通过预先设计,通过人工操作,运用微生物的生命活动获得所需的酶的技术过程,称为酶的发酵生产液体深层发酵:采用液体培养基,置于生物反映器中,通过灭菌,冷却后,接种产酶细胞,在一定的条件下,进行发酵,生产得到所需的酶,液体深层发酵不仅适合于微生物细胞的发酵生产,也可用于植物细胞和动物细胞的培养,液体深层发酵的机械化限度高,技术管理较严格,酶的产率较高,质量较稳定,产品回收率高,是目前酶发酵生产的重要方式酶的发酵生产根据微生物的培养方式可分为:固体培养发酵.液体深层发酵.固定化微生物细胞发酵和固定化微生物原生质体发酵提高酶产量的措施有哪些一方面要选育或选择使用优良的产酶细胞,打破酶合成调节限制的方法:1通过条件控制提高酶产量:添加诱导物.减少阻遏物浓度2通过基因突变提高酶产量:使诱导型变为组成型,使阻遏型变为去阻遏型3其它提高酶产量的方法:添加表面活性剂.添加产酶促进剂二、考核知识点与考核目的共阻遏物:酶催化作用的产物或代谢物途径的末端产物使该酶的生物合成受阻.引起反馈阻遏的物质,称为共阻遏物1、重点（1）分解代谢物的阻遏作用（应用）是由分解代谢物（葡萄糖和其他容易运用的碳源等物质通过度解代谢而产生的物质）引起的阻遏作用。
酶工程 第七章酶的应用 第三节酶在轻工、化工方面的应用
第三节 酶在轻工、化工方面的应用
饲料用酶的作用 酶制剂在饲料养殖业中的应用是基于如下因素考虑 的： （1）补充同源酶的不足，促进动物的消化吸收，提 高饲料的利用率； 动物饲料是以淀粉、蛋白质等大分子化合物作为营 养源的，由于动物生理上的差异，不同动物消化道中的 酶系不同，数量也很有限，再加上饲料在消化道中停留 的时间一般都很短，如鸡、鱼、虾仅3～4h，在这样短 的时间内，酶的催化作用远远没有发挥出来，饲料未被 充分消化吸收而随粪便排出体外，造成部分浪费。据研 究，不少动物对饲料的消化吸收率仅为50%左右。在饲 料中添加酶制剂就可以与动物内源酶发挥协同作用，将 难消化吸收的蛋白质、淀粉等大分子化合物降解为氨基 酸、肽、胨、单糖、寡糖等小分子物质，增加饲料中的有效
第三节 酶在轻工、化工方面的应用
（3）消除抗营养因素，释放矿物元素和其他微量元素 来提高饲料利用率，促进动物健康生长；
纤维素是一种纤维二糖的高聚体，是单胃动物不能利 用的，这种大分子物质较难溶解并对单胃动物的消化有阻 碍作用。半纤维素和果胶部分溶于水后，会产生粘性溶液， 增加消化物的粘度，因而使营养物质和内源酶难以扩散， 同时还缩短了饲料在肠道内的停留时间，降低了营养物质 的同化作用，从而影响了动物的消化吸收。利用酶制剂可 以将纤维素、半纤维素、果胶以及糖、蛋白质等降解为单 糖或寡糖，减少了此类物质对动物消化、吸收和利用的障 碍作用。与此同时，结合着的矿物元素和一些微量元素在 酶的作用下被水接出来，为动物所吸收，提高了动物的健 康水平。
第三节 酶在轻工、化工方面的应用
干酶是最抗热的，能耐90℃高温达30min之久而不失 活，但在同样的温度下，供给蒸汽热，就会迅速失活。一 般在制粒前65℃的调制温度中，吸附到载体上的酶是十分 稳定的。随着调制温度升高到75℃时，酶开始失活，活力 约为开始水平的30%。
第七章 酶工程基本原理
第七章酶工程基本原理7－1 什么是酶？什么是酶工程？根据酶所催化的反应类型，可将酶分为几大类？答：1.酶(enzyme)是生物体内活细胞所产生的一种具有特殊生物催化功能的蛋白质。
由于酶来源于生物体，所以又称之为生物催化剂。
2.酶工程就是通过酶或微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的特殊生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的工程技术科学。
它包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。
3.国际生物化学联合会酶学委员会(enzyme commission)根据酶所催化的反应类型，将酶分为氧化还原酶类(oxido-reductases)、转移酶类(transferases)、水解酶类(hydrolases)、裂解酶类(lyases)、异构酶类(isomerases)和合成酶类(synthetases)等6大类。
7－2 酶催化作用的特点是什么？答：酶作为一种特殊的催化剂，除了与一般催化剂共同具有“反应前后其量化学性质不发生改变”、“改变反应速度”、“不改变化学反应平衡点”外，还具有如下几个方面的特性。
1.极高的催化效率——酶的催化效率非常高，往往是其它无机催化剂（或有机催化剂）的106-1013倍。
2.高度的专一性——酶的专一性是指酶对其作用的底物有严格的选择性，一种酶只能催化某一类，甚至某一种物质起化学变化。
3.要求反应条件温和——酶是由生物体产生，本身又是蛋白质。
因此，酶的催化反应一般只能在常温、常压和接近中性的pH条件下进行。
4.活性调节机制复杂——酶的活力在生物体内受到多方面因素的调节与控制。
生物体内酶与酶之间、酶与其它蛋白质之间存在着若干相互作用，机体通过调节酶的活性和量，控制代谢速度，以满足生命的各种需要。
7－3 影响酶活性的主要因素有哪些？—71—答：酶促反应速度受酶浓度和底物浓度的影响，也受温度、pH、激活剂和抑制剂的影响。
《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。
(生物技术制药)酶工程制药-概述
乳酸脱氢酶 肝癌、急性肝炎、心肌梗塞，活力显著升高；肝硬化，活力 正常
端粒酶
癌细胞中含有端粒酶，正常体细胞内没有端粒酶活性
乳酸脱氢酶同工 心肌梗塞、恶性贫血，LDH1增高；白血病、肌肉萎缩，LDH2
酶 LDH
增高；白血病、淋巴肉瘤、肺癌，LDH3增高；转移性肝癌、
结肠癌，LDH4增高；肝炎、原发性肝癌、脂肪肝、心肌梗塞、
纤维蛋白,从而促使血液凝固，防止微血管出血。 纤维蛋白溶解酶的作用是溶解血块，为目前临床
上最新的一种酶制品,治疗血栓静脉炎、冠状动脉 栓塞等。 抑肽酶作为肽酶抑制剂，广泛应用于体外循环手 术，大剂量抑肽酶可明显减少心脏外科手术后的 渗血，消除因心脏外科手术后渗血而导致的死亡
16
凝血酶
17
栓溶酶类与心血管疾病
五、酶类药物的发展
1987年，第一种重组酶类药物Activase （Genentech公司，栓类药tPA）诞生，治疗由冠状 动脉阻塞引起的心脏病。
AdAgen(腺苷脱氨酶,阿达根)：腺苷脱氨酶缺乏症 患者,T淋巴细胞因代谢产物的累积而死亡,从而引 起免疫功能缺陷。PEG-ADA酵素，可以减少多余腺 苷, 1990年被批准用于治疗缺乏腺苷脱氨酶而造成 的重症联合免疫缺陷病(SCID)。
Activase和AdAgen的批准，标志着酶类药物新时 代的到来，可以补充其他药物的不足。
生物化学反应依赖于催化，酶类药物在血液病、
遗传病、灼伤清除,传染性疾病、癌症等治疗方面
有广泛的前景。
29
1 酶类药物治疗遗传性疾病
AdAgen用于治疗SCID，成为第一种成功治疗遗传性 疾病的酶类药物。
30
目前至少治疗3种黏多糖储积病(MPS)的酶替代治 疗正在研究中及上市。黏多糖储积病是黏多糖代 谢的先天性缺陷，均由于缺乏特异性降解性溶菌 体酶所致，患者多以黏多糖尿、身材矮小及脂肪 软骨营养不良为特征。
酶工程智慧树知到答案章节测试2023年华南理工大学
第一章测试1.酶的国际命名采用四码编号法，如葡萄糖氧化酶的系统编号为［EC1.1.3.4］，下列说法正确的是（）。
A:第一个号码表示该酶属于６大类酶中的某一大类B:第三个号码表示属于亚类中的某一小类C:第四个号码表示这一具体的酶在该小类中的序号D:第二个号码表示该酶属于该大类中的某一亚类答案:ABCD2.催化反应通式A＋B＋ATP == AB＋ADP＋Pi（或AB＋AMP＋PPi）的酶属于（）。
A:异构酶B:氧化还原酶C:裂合酶D:合成酶答案:D3.核酸类酶是（）。
A:催化RNA进行剪接反应的一类酶B:由RNA组成的一类酶C:催化RNA进行水解反应的一类酶D:催化DNA进行水解反应的一类酶答案:B4.RNA剪切酶是（）。
A:催化其他RNA分子进行剪切反应的R酶B:催化本身RNA分子进行剪接反应的R酶C:催化其他RNA分子进行反应的酶D:催化本身RNA分子进行剪切反应的R酶答案:A5.酶的转换数是指（）。
A:每个酶分子每分钟催化底物转化为产物的分子数B:每个酶分子催化底物转化为产物的分子数C:每摩尔酶催化底物转化为产物的摩尔数D:酶催化底物转化成产物的数量答案:A6.催化两个化合物缩合成一个化合物的酶称为合成酶。
（）A:错B:对答案:A7.多糖剪接酶是催化多糖分子进行剪切和连接反应的核酸类酶。
（）A:对B:错答案:A8.酶活力的大小可以用一定条件下酶所催化的反应初速率表示。
（）A:错B:对答案:B9.酶的比活力是酶纯度的量度指标，是指在特定条件下，单位体积蛋白质或RNA所具有的酶活力单位数。
（）A:错B:对答案:A10.蛋白类酶只能催化其它分子进行反应，而核酸类酶却可以催化本身分子也可以催化其它分子进行反应。
（）A:对B:错答案:A第二章测试1.乳糖操纵子的主要调控方式（）A:CAP的正调控B:正、负调控机制不可能同时发挥作用C:以阻遏蛋白的负调控为主D:CAP拮抗阻遏蛋白的转录封闭作用答案:C2.原核细胞中识别基因转录起始点的是（）A:阻遏蛋白B:σ因子C:转录激活蛋白D:基础转录因子答案:B3.使乳糖操纵子实现高表达的条件是（）A:乳糖存在B:乳糖存在，葡萄糖缺乏C:乳糖缺乏，葡萄糖存在D:乳糖和葡萄糖均存答案:B4.下列哪项不属于真核生物基因的顺式作用元件（）A:启动子B:转录因子C:衰减子答案:B5.下面关于启动子的描述正确的是（）A:是DNA上的专一碱基顺序B:作为转录模板转录成RNAC:属于反式作用因子D:具有多聚U尾巴和回文结构答案:A6.基因调控可以发生在基因表达的连续步骤的任何一个步骤。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、细胞的选择
虽然所有的生物体细胞在一定条件下都能合成多种
多样的酶，但是在酶的生产中使用的细胞必须根据 需要进行严格的选择与培育。须具备以下条件：
⑴酶的产量高
⑵容易培养和管理
选择条件 ⑶产酶稳定性好 ⑷利于酶的分享纯化 ⑸安全可靠，无毒性
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
1、微生物 产酶的微生物包括细菌、放线菌、霉菌、酵母等。已 广泛运用于酶的发酵生产中。 常用的产酶微生物：大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、链霉 菌、黑曲霉、米曲霉、青霉菌、木霉、根霉、毛霉、 红曲霉、啤酒酵母 、假丝酵母等。 2、植物细胞 主要用于色素、药物、香精、酶等次级代谢物生产。 常用的产酶植物细胞有：见教材。 3、动物细胞 主要用于疫苗、抗体、激素、多肽、酶等功能蛋白质 的生产。
一、细胞活化与扩大培养 为了保持细胞的生长、繁殖和遗传特性，可
通过各种保藏方法进行细胞的贮藏。
1、细胞活化 在细胞应用过程中，保藏的细胞须先接种于
新鲜培养基上，在一定的条件下进行培养， 使细胞的生命活性得以恢复，此过程称为细 胞活化。
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
胞，然后在人工控制条件的生物反应器中培养，经 过细胞的生命活动合成酶，再经分离纯化得到所需 的酶。
三、特点 酶的产率较高，不受生物资源、地理环境和气候条 件的影响等显著特点。
生物合成法与提取分离法比较，具有生产周期较短，
生物合成法对发酵设备和工艺条件的要求较高，在 生产过程中必须进行严格的控制。
商洛学院 生物医药工程系
3、植物细胞培养基的配臵
酶工程
第七章 酶的发酵生产
五、动物细胞培养基
用于动物细胞培养和生产各种产物的培养基。
1、动物细胞的组分 ⑴氨基酸： 必须加入8种必须氨基酸（赖氨酸、色氨酸、苯丙 氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨 酸）以及半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺等。 ⑵维生素：
经过预先设计，通过人工操作，利用微生物细胞的生 命活动合成所需酶的生产方法称为酶的发酵法生产。
根据微生物细胞培养方式的不同，可分为液体深层培 养发酵、固体培养发酵、固定化细胞发酵、固定化原 生质体发酵等。
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
动、植物细胞培养产酶，也应先获得优良的产酶细
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
二、 pH的调节控制
培养基的pH值与细胞的生长繁殖以及产酶关系密 切。除在起始培养基应调节到适宜的pH，在产酶 过程中必须根据变化的情况进行必要的调节控制。
1、 生长最适pH： 不同的细胞，其生长繁殖的最适pH不同。 霉菌和酵母：偏酸性， pH=4~6
2、扩大培养
经活化的细胞在种子培养基中经过一级乃至数级的 扩大培养，以获得足够数量优质细胞的过程。 ⑴培养基的成分：种子扩大培养所使用的培养基一 般应含有较为丰富的氮源，碳源可相对少一点。 满足细胞生长和繁殖的需要。
⑵培养条件：温度、pH、溶解氧等条件，应尽量
培养时间一般以培养到细胞对数生长期为宜。 接种量一般为培养基总量的1%~10%。
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
1、培养基的基本组分
⑴碳源 ①符合细胞营养要求和代谢调节的需要。 大多数产酶微生物采用淀粉或其水解产物；植物细 胞通常以蔗糖为碳源；动物细胞则以谷氨酰胺或谷 氨酸为碳源。 易使酶分离纯化。
既是营养物质也是能源物质。选择要求：
②来源充分、价格低廉、有利于发酵工艺条件并容
商洛学院 生物医药工程系
1、植物细胞培养基的特点
酶工程Fra bibliotek第七章 酶的发酵生产
⑶氮源一般要求为无机氮源。
⑷碳源一般为蔗糖，浓度为2%~5%。 2、常见植物细胞培养基 MS培养基、B5培养基、White培养基、KM-8P培 养基。（见教材） 通常将各种组分分成大量元素液、微量元素液、维 生素溶液和植物激素溶液等几大类（10倍或100倍 母液，臵于冰箱保存）。使用时，将母液按配方比 例混合、稀释后加入培养基。
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
动物细胞模式图
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
植物细胞结构
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
植物、动物、微生物细胞的特性比较
细胞种类
细胞大小/um 倍增时间/h 营养要求 光照要求 对剪切力 主要产物
植物细胞
第七章 酶的发酵生产
第一节 酶的生产方式 第二节 产酶工艺条件及其调节控制 第三节 微生物发酵产酶 第四节 植物细胞物发酵产酶 第五节 动物细胞发酵产酶
酶工程
第七章 酶的发酵生产
酶的生产是指通过各种方法获得人们所需酶的技术
过程。
酶的生产是酶工程的首要任务，只有通过生产获得
酶以后，才有可能进一步进行各项酶学研究，也才 有可能进行酶的改性和酶的应用等。 酶 的 生 产 提取分离法：传统方法 生物合成法：20世纪50年代以来主要方法 化学合成法：实验室阶段
某些碳源物质对酶生物合成具有代谢调节的功能。
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
⑵氮源 子的主要组成元素。
氮源是细胞生长、繁殖的重要营养物质，也是酶分
氮源可分为有机氮源和无机氮源。有机氮源主要是 各种蛋白质及其水解产物；无机氮源是各种含氮的 无机化合物。 动物细胞要求氨基酸、蛋白胨等有机氮源；植物细 胞主要使用铵盐、硝酸盐等无机氮源；微生物细胞 中，异养型细胞要求有机氮源，自养型细胞可以采 用无机氮源，一般微生物采用混合氮源。
但个别酶在其催化反应的最适条件下，产酶细胞的
有些细胞可同时产生若干种酶，通过控制培养的 pH，可以控制各种酶之间的产量比例。
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
3、调节控制最适pH的方法
随着细胞的生长繁殖和新陈代谢产物的积累，培养 基的pH往往会发生变化。
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
经过预先设计，通过人工操作，利用微生物细胞、
植物细胞或动物细胞的生命活动而获得人们所需酶 的技术过程称为生物合成法。
一、生产流程： 首先要经过筛选、诱变、细胞融合、基因重组等方
法获得优良的产酶细胞，然后在人工控制条件的生 物反应器中进行细胞培养，通过细胞内物质的新陈 代谢作用，生成所需的酶和各种代谢产物，再经过 分离纯化得到所需的酶。
商洛学院 生物医药工程系
①选择要求：
酶工程
第七章 酶的发酵生产
②注意事项
A)使用无机氮源时，铵盐和硝酸盐的比例对细胞的 生长和新陈代谢有显著影响；
B)碳氮比（C/N）对酶的产量有显著影响。 ⑶矿物质 提供细胞生命活动所需的各种无机元素，并对细胞 内外的pH、氧化还原电位和渗透压起调节作用。 根据需要量可分为大量元素和微量元素。大量元素 主要指P、S、K、Na、Ca、Mg、Cl等；微量元素 主要指Cu、Mn、Zn、Mo、Co、Br、I等。
在血清含量低或无的培养基中须补充B族维生素， 有的还须补充Vc。
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
⑶矿物质： 必须添加含有大量元素的无机盐类，如Na+、K+、
Ca2+、Mg2+、PO33-、SO42-、Cl-、HCO3-等用于调 节培养基的渗透压。微量元素可由血清提供，在无 血清的培养基中，需要添加Fe、Cu、Zn、Se等。
酶细胞和配臵适宜的培养基以外，还必须进 行产酶工艺条件的优化控制，以满足细胞生 长、繁殖和产酶的需要。
商洛学院
生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
保藏细胞
酶生产 工艺流程
原生质体
细胞活化
细胞扩大培养
固定化细胞
固定化原生质体
培养基
产
酶
预培养 无菌空气
分离纯化
酶
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
⑷葡萄糖：
葡萄糖含量较高的培养基中容易产生乳酸。研究表
明，在动物细胞培养基中，细胞所需的能量和碳素
来自谷氨酰胺。
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
⑸激素：
培养过程中需要胰岛素、生长激素等。动物细胞所 需的激素一般在血清中已存在，在无血清或低血清 的培养基中须添加适量的激素。
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
微量元素的需要量应严格控制，过量反而会影响细
胞的生命活动。
矿物质通过在培养基中添加无机盐提供。一般采用 添加水溶性的硫酸盐、磷酸盐、盐酸盐或硝酸盐。 ⑷生长因子 包括氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素、生长激素等。
指细胞生长、繁殖所必须的微量有机化合物。主要
水解产物，氮源一般采用同时含有有机氮源 和无机氮源的混合氮源，矿物质和生长因子 则根据微生物生长的需要进行添加。
商洛学院 生物医药工程系
酶工程
第七章 酶的发酵生产
四、植物细胞培养基
用于植物细胞培养和生产各种产物的培养基。 ⑴生长和代谢需要大量矿物质。培养液中大量元素 的浓度一般为102~3×103mg/L（P41 B3-2），微量 元素的浓度一般为10-2×30mg/L（P42 B3-3） ⑵需要多种生长因子（维生素和生长激素）。如 VB1、VB6、烟酸、肌醇、生长素、分裂素等。培养 液中维生素的浓度一般为0.1~100mg/L（P42 B3-6 ），植物生长激素的浓度一般为0.1~10mg/L。