《酶学与酶工程》PPT课件
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当然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。
化学酶工程和生物酶工程
（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)也叫生物技术或 生物工艺学,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 。
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：氧化还原酶 2：转移酶 ➢ 4：裂合酶 5：异构酶
萨姆纳,J.B. 美国生物化学家 1946年诺贝尔化学奖
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。
是酶学和工程学相互渗透结合、发展而成的 一门新的技术科学 。
是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有 机结合而产生的边缘科学技术。
（2）酶工程的历史
1894年，日本科学家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,德国科学家罗门等利用胰酶 (胰蛋白酶、胰 淀粉酶和胰脂肪酶的混合物)，用于皮革的鞣制。
约有60%以上的酶制剂已用基因改良 菌株生产,
ＮＯＶＯ公司使用的菌种有80%是基因 重组菌株。
二类是非水解酶
主要是分析试剂用酶、医药工业用酶、 淀粉加工用酶、乳制品工业用酶
第二节 酶的分类、组成、结构特 点和作用机制
精品医学
23
一、酶的分类 （一）酶的命名法 1、习惯命名法 (1) 依据底物来命名（绝大多数酶）：蛋白酶、淀粉酶； (2) 依据催化反应的性质命名：水解酶、转氨酶； (3) 结合底物和催化反应的性质命名：琥珀酸脱氢酶； (4) 有时加上酶的来源：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶。
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，Herlri提出了酶与底物作用的中 间复合物学说。
1913年Michaelis和Mentern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年美国科学家Sumner从刀豆提取出 了脲酶并获得结晶,证明脲酶具有蛋白质 性质 。奠定了现代酶学、蛋白质化学的基础。
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。 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，也在积极地开 展中，从而使酶工程更加显示出广阔而诱人的 前景。
精品医学
24
（二）国际系统命名
➢ 基本原则：明确标明酶的底物及催化反应的性质（底物为 水时可略去不写）。
➢ 举例：
谷丙转氨酶的系统名 称 ： 丙 氨 酸 :- 酮 戊 二酸 氨基转移酶
丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶
精品医学
25
（三）国际系统分类法及编号（EC编号）
（1）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、 6表示：氧、转、水、裂、异、合；
第一章 酶学与酶工程
第一节 酶工程概述
1、酶学发展历史
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世纪周代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。
化学酶工程指自然酶、化学修饰酶、固定化 酶及化学人工酶的研究和应用
生物酶工程是酶学和以基因重组技术为主的 现代分子生物学技术相结合的产物,主要包括 3个方面:
① 用基因工程技术大量生产酶(克隆酶) ② 修饰酶基因产生遗传修饰酶(突变酶) ③ 设计新的酶基因合成自然界没有的新酶
全世界著名的酶制剂企业有： 丹麦Novozymes公司、美国杰能科国际公司 （Genencor)。
1917年,法国人用枯草杆菌产生的淀粉酶作纺织工业 上的退浆剂。
1949年,日本采用深层培养法生产α-淀粉酶获得成 功,使酶制剂生产应用进入工业化阶段。
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。
Boyer和walker阐明了ATP合酶(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合酶的结构（引自Lodish等1999）
现已鉴定出4000多种Fra Baidu bibliotek,数百种酶已得到结 晶。
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、酶工程简介
我国酶制剂工业诞生于1965年。现有100多 家生产厂，最大的是无锡酶制剂厂。万吨以 上企业有10家。品种有20多种，应用在食品、 饲料、制革、洗涤剂、纺织、酿造、造纸、 医药等许多行业。
使用的酶制剂类型:
一类是水解酶类
淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶、 果胶酶、乳糖酶等,占有市场销售额的 75%以上。
(3)酶工程的内容
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。
化学酶工程和生物酶工程
（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)也叫生物技术或 生物工艺学,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 。
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：氧化还原酶 2：转移酶 ➢ 4：裂合酶 5：异构酶
萨姆纳,J.B. 美国生物化学家 1946年诺贝尔化学奖
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。
是酶学和工程学相互渗透结合、发展而成的 一门新的技术科学 。
是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有 机结合而产生的边缘科学技术。
（2）酶工程的历史
1894年，日本科学家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,德国科学家罗门等利用胰酶 (胰蛋白酶、胰 淀粉酶和胰脂肪酶的混合物)，用于皮革的鞣制。
约有60%以上的酶制剂已用基因改良 菌株生产,
ＮＯＶＯ公司使用的菌种有80%是基因 重组菌株。
二类是非水解酶
主要是分析试剂用酶、医药工业用酶、 淀粉加工用酶、乳制品工业用酶
第二节 酶的分类、组成、结构特 点和作用机制
精品医学
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一、酶的分类 （一）酶的命名法 1、习惯命名法 (1) 依据底物来命名（绝大多数酶）：蛋白酶、淀粉酶； (2) 依据催化反应的性质命名：水解酶、转氨酶； (3) 结合底物和催化反应的性质命名：琥珀酸脱氢酶； (4) 有时加上酶的来源：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶。
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，Herlri提出了酶与底物作用的中 间复合物学说。
1913年Michaelis和Mentern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年美国科学家Sumner从刀豆提取出 了脲酶并获得结晶,证明脲酶具有蛋白质 性质 。奠定了现代酶学、蛋白质化学的基础。
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。 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，也在积极地开 展中，从而使酶工程更加显示出广阔而诱人的 前景。
精品医学
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（二）国际系统命名
➢ 基本原则：明确标明酶的底物及催化反应的性质（底物为 水时可略去不写）。
➢ 举例：
谷丙转氨酶的系统名 称 ： 丙 氨 酸 :- 酮 戊 二酸 氨基转移酶
丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶
精品医学
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（三）国际系统分类法及编号（EC编号）
（1）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、 6表示：氧、转、水、裂、异、合；
第一章 酶学与酶工程
第一节 酶工程概述
1、酶学发展历史
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世纪周代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。
化学酶工程指自然酶、化学修饰酶、固定化 酶及化学人工酶的研究和应用
生物酶工程是酶学和以基因重组技术为主的 现代分子生物学技术相结合的产物,主要包括 3个方面:
① 用基因工程技术大量生产酶(克隆酶) ② 修饰酶基因产生遗传修饰酶(突变酶) ③ 设计新的酶基因合成自然界没有的新酶
全世界著名的酶制剂企业有： 丹麦Novozymes公司、美国杰能科国际公司 （Genencor)。
1917年,法国人用枯草杆菌产生的淀粉酶作纺织工业 上的退浆剂。
1949年,日本采用深层培养法生产α-淀粉酶获得成 功,使酶制剂生产应用进入工业化阶段。
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。
Boyer和walker阐明了ATP合酶(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合酶的结构（引自Lodish等1999）
现已鉴定出4000多种Fra Baidu bibliotek,数百种酶已得到结 晶。
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、酶工程简介
我国酶制剂工业诞生于1965年。现有100多 家生产厂，最大的是无锡酶制剂厂。万吨以 上企业有10家。品种有20多种，应用在食品、 饲料、制革、洗涤剂、纺织、酿造、造纸、 医药等许多行业。
使用的酶制剂类型:
一类是水解酶类
淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶、 果胶酶、乳糖酶等,占有市场销售额的 75%以上。