第八章 酶的应用

第八章酶的应用

◆酶的应用是酶工程的主要内容之一。

1、酶在医药方面的应用

酶在医药方面的应用多种多样，可归纳为下列3个方面：（1）用酶进行疾病的诊断

（2）用酶进行疾病的治疗

（3）用酶制造各种药物

1.1酶在疾病诊断方面的应用

(1)根据体内酶活力的变化诊断疾病：

1.2酶在疾病治疗方面的应用

(3)酶在药物制造方面的应用

2.酶在食品方面的应用

3.酶在轻工、化工方面的应用

◆酶在轻工业和化学工业方面有多种用途。概括起来主要有3个方面的用途。（1）用酶进行原料处理，（2）用酶生产各种轻工、化工产品，（3）用酶增强产品的使用效果。现简单介绍如下：3.1酶在原料处理方面的应用

许多轻工原料在应用或加工之前都需要经过原料处理。其中有不少原料可以用酶进行处理，以缩短原料处理时间，增强处理效果，提高产品质量，改善劳动条件，减轻劳动强度等，

(1)发酵原料的处理：

(2)纺织原料的处理：

(3)制浆、造纸原料的处理：

(4)生丝的脱胶处理：

(5)羊毛的除垢处理：

(6)皮革的脱毛处理：

(7)烟草原料的处理：

(8)甜菜糖蜜的处理：

3.2酶在轻工、化工产品制造方面的应用

利用酶的催化作用可将原料转变为所需的轻工、化工产品，也可利用酶的催化作用除去某些不需要的物质而得到所需的产品。

(1)酶法生产L–氨基酸：

利用酶或固定化酶的催化作用，可以将各种底物转化为L–氨基酸，或将DL-氨基酸拆分而生产L–氨基酸。

(2) 酶法生产有机酸：

各种有机酸是一类有重要应用价值的轻工、化工产品。通过酶的催化作用可以生产各种有机酸。

(3) 酶法制造化工原料：

化工原料的生产通常采用化学合成法，需要在高温高压的条件下进行反应。对设备的要求高，投资大，甚至造成环境污染。如果采用酶催化，则由于酶具有作用条件温和等显著特点，所以可以在常温常压的条件下生产许多化工原料，从而减少设备投资，降低生产成本。例如，腈水合酶可以催化腈类化合物加水，合成丙烯酰胺，烟酰胺，5-腈基苯戊胺等重要的化工原料。

3.3加酶增强产品的使用效果

在某些轻工产品中添加一定量的酶，可以显著地增强产品的使用效果。现举例如下：

(1)加酶洗涤剂：

(2)加酶牙膏、牙粉和漱口水：

(3)加酶饲料：

(4)加酶护肤用品：

4. 酶在环境保护方面的应用

4.1酶在环境监测方面的应用：

(1)利用胆碱酯酶检测有机磷农药污染：

(2)利用乳酸脱氢酶的同工酶监测重金属污染：

(3)通过β-葡聚糖苷酸酶监测大肠杆菌污染：

(4)利用亚硝酸还原酶检测水中亚硝酸盐浓度：

4.2酶在废水处理方面的应用：

◆不同的废水，含有各种不同的物质，要根据所含物质的不同，采用不同的酶进行处理。

◆有的废水中含有淀粉、蛋白质、脂肪等各种有机物质，可以在有氧和无氧的条件下用微生物处

理，也可以通过固定化淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等进行处理。

◆冶金工业产生的含酚废水，可以采用固定化酚氧化酶进行处理。

◆含有硝酸盐、亚硝酸盐的地下水或废水，可以采用固定化硝酸还原酶（nitrate reductase, EC1.7.99.4）、亚硝酸还原酶( nitrite reductase , EC1.7.99.3)和氧化一氮还原酶( nitric-oxide reductase, EC1.7.99.2)进行处理。使硝酸根、亚硝酸根逐步还原，最终成为氮气。其反应过程如下：

硝酸还原酶

HNO3+ 还原型受体============== HNO2+ 受体

亚硝酸还原酶

HNO2+ 还原型受体=============== NO + H2O + 受体

氧化一氮还原酶

2NO + 还原型受体=============== N2 + 受体

4.3酶在可生物降解材料开发方面的应用：

利用酶在有机介质中的催化作用合成的可生物降解材料主要有：利用脂肪酶的有机介质催化合成聚酯类物质、聚糖酯类物质；利用蛋白酶或脂肪酶合成多肽类或聚酰胺类物质等。

5. 酶在生物技术方面的应用

◆主要包括：酶在除去细胞壁方面的应用，酶在大分子切割方面的应用以及酶在大分子连接方面的应用。

5.1酶在除去细胞壁方面的应用

◆在生物工程方面，很多时候都需要除去细胞壁。

(1)胞内物质的提取

(2)原生质体的制备

5.2酶在大分子切割方面的应用

(1)限制性核酸内切酶

◆限制性核酸内切酶是一类在特定的位点上，催化双链DNA水解的磷酸二酯酶。

◆至今为止已发现的核酸内切酶有300多种，已成为基因工程中必不可缺的常用工具酶。

◆限制性核酸内切酶具有高度的专一性。表现在它能够识别双链DNA中的某段碱基的排列顺序，并且只能在某个特定位点上将DNA分子切开。

(2)DNA外切核酸酶:

这是一类从脱氧核糖核酸（DNA）分子末端开始逐个除去末端核苷酸的酶。这些酶中有些可以从DNA链的5’﹣末端开始作用，有些从3’﹣末端开始作用，有些则可同时作用于5’﹣末端和3’﹣末端。它们的作用方式如图9－1所示。

5’3’

3’5’

5’3’5’3’

3’5’3’5’

5’3’

3’5’

图9-1 DNA外切核酸酶的作用方式

(3)碱性磷酸酶

碱性磷酸酶可以除去DNA或RNA链中的5′﹣磷酸。在基因工程中主要用在为防止质粒DNA的自我环化而除去5′﹣磷酸，或在用32 P对DNA或RNA进行5′﹣末端标记之前除去5′﹣磷酸。

(4). 核酸酶S1

该酶作用于单链DNA或RNA。在基因工程中，用于从具有单链末端的DNA分子中除去单链部分的核苷酸，而变成平整末端的双链DNA。在以mRNA为模板，合成互补DNA（cDNA）时，往往会发生“发夹状”环，用核酸酶S1就可使这些“发夹状环”除去。

(5)自我剪切酶：

自我剪切酶（Self-cleavage ribozyme）是一类催化本身RNA分子进行剪切反应的核酸类酶。具有自我剪切功能的R酶RNA的前体。它可以在一定条件下催化本身RNA进行剪切反