《酶学基础》PPT课件

1969年日本千烟一朗首先在工业上应用固定化氨基酰化
酶拆分DL-医氨学P基PT酸获得成功
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三、酶工程简介
1.酶工程的概念及研究领域
酶工程（enzyme engineering) 是生物工程的主要内容 之一，是酶学和工程学相互渗透结合发展而成的一门新技术学 科，是酶学、 微生物学的基本原理与化学工程有机结合而产 生的交叉科学技术。它是从应用的目的出发研究酶，是在一定 生物反应装置中利用酶的催化性质将相应原料转化为有用物质 的技术。
❖ 1833年 淀粉酶
佩恩（ Payen）和帕索兹（ Persoz）从麦芽的水抽提物中用酒精沉淀 得到一种可使淀粉水解生成可溶性糖的物质—淀粉酶制剂(diastase)
❖ 1878年 ENZYME-in yeast
库尼（ Kunne）首次将酵母中进行酒精发酵的物质称为酶Enzyme ， 这个词来自希腊文，其意思是“在酵母中”( In Yeast )
❖ 1983年第7届国际酶工程会议提出了酶分子的修饰和改造
❖ 酶生物反应器的研究，出现酶膜反应器、免疫传感器、多酶 反应器等
❖ 酶抑制剂的研究，在代谢控制、生物农药、生物除草剂等方 面发挥作用
❖ 基因工程表达的酶、经分子改造和修饰的酶；模拟酶、抗体
酶、杂交酶、非水相酶反应技术等是今后研究的热点
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§1.2 酶的组成与结构特点
一、蛋白酶的结构特点
一级结构
蛋白质的肽链的 化学结构，即通过 肽键连接起来的氨 基酸残基的数量、 种类和顺序
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wk.baidu.com 二级结构
一级结构中相近的氨基酸残基键由氢键相互作用形成的带 有α-螺旋、β-折叠、 β-转角、无规则卷曲等细微结构。
※α-螺旋：由蛋白质的肽链环绕中心轴有规则的一圈一圈盘 旋而成的螺旋状构象。典型的α-螺旋螺距5.4A0，平均含 有3.6个氨基酸残基。
※β-折叠：由两条或多条肽链充分伸展成锯齿状的折叠结构， 通过侧向聚集形成与肽链长轴方向平行的折扇状构象，其 稳定性靠氢键维持。
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二、酶学研究简史
1.酶的定义
酶是具有生物催化功能的生物大分子
2.发展历史
国内：
（1）4000多年前的夏禹时代酿酒盛行 （2）公元十世纪左右，我国已利用豆类作酱 （3）约3000年前，人们利用麦曲淀粉酶将淀粉降解为
麦芽糖制造饴糖
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切克(Thomas Cech)等人发现四膜虫（Tetrahynena）细胞的 26S rRNA前体在完全没有蛋白质存在的情况下自我加工，催化得到 成 熟 的 rRNA ， 说 明 RNA 本 身 是 生 物 催 化 剂 ， 称 其 为 “Ribozyme”,对酶的传统概念提出了严峻的挑战
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基础篇
第一章 酶学与酶工程
❖ 学习目的 了解酶与酶工程的意义 掌握酶的分类、催化调节特性及作用机制 明确酶工程的概念 熟悉大规模纯化酶技术的原理及应用
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❖ §1.1 概述 ❖ §1.2 酶的组成与结构特点 ❖ §1.3 酶的作用机制 ❖ §1.4 酶的催化作用动力学 ❖ §1.5 pH和温度对酶催化反应速度的影响 ❖ §1.6 酶的分离纯化
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§1.1 概述
一、酶与酶工程研究的意义
研究酶的理化性质与作用机理对于阐明生命现象的本质 具有重要意义；
分子生物学研究的重要工具 酶工程作为生物技术的一个重要分支，在食品、 饲料、
纺织、洗涤剂、医药和环保等行业发挥重要作用
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2.酶工程的发展史
❖ 二战后，20世纪50年代开始，由微生物发酵液中分离出一 些酶，制成酶制剂。
❖ 60年代后，固定化酶、固定化细胞技术发展，使酶制剂的 应用呈现新的面貌。1969年，日本千烟一郎首先用固定化 酶技术成功拆分DL-aa
❖ 1971年，第一次国际酶工程会议在Hennileer召开，肯定 了固定化酶技术的应用
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理论研究进展
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应用研究进展
促进酶工程的发展
❖ 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
❖ 1959年，日本应用葡萄糖淀粉酶催化淀粉生产葡萄 糖，使糖得率80%增加到100%
❖ 70年代后，固定化酶技术发展
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*1960年 操纵子学说
雅各（Jacob）和莫诺德（Monod）提出操纵子学说，阐明了酶生物合成的调 节机制。
* 1963年 酶的一级结构； * 1965年 酶的空间结构； * 1969年 酶的人工合成； * 1982年 核酸酶的发现 * 1983年 核酸酶的确认
目前已经在自然界发现并鉴定的酶大约有8000种，广泛应用 到工农业生产和科学研究种的只有800种，使用受到限制的原 因：a不稳定；b分离纯化工艺复杂；c酶制剂成本高。
根据研究和解决上述问题的手段，将酶工程分为：
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❖ 化学酶工程：由酶学与化学工程技术相结合而成，
主要通过化学修饰、固定化处理、甚至化学合成等 手段改变酶的性质以提高催化效率和降低成本。一 般包括：天然酶、化学修饰酶、 固定化酶和化学人 工酶的研究应用。
❖ 生物酶工程：是以酶学和基因重组技术为主旨与现
代分子生物技术相结合的产物，主要包括：a 用基因 工程技术大量生产酶（克隆酶）；b修饰酶基因产生 遗传修饰酶（突变酶）c 设计新的酶基因合成自然界 不曾有的新酶。
❖ 1896年，德国Buchner兄弟发现酶的理化性质，开始了酶学的研究。
❖ 1902年中间产物学说；1913年，米氏方程
❖ 1926年 酶的化学本质为蛋白质
萨姆纳（Sumner）首次从刀豆提取液中分离纯化得到脲酶结晶，并
证明它具有蛋白质的性质，提出酶的化学本质是蛋白质的观点。获1947
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