第一章酶工程

有机化学创始人
是细胞中的某些物质
在起作用
微生物学的奠基人
第一章 酶 工 程
酶的研究简史
Payen
1833 帕耶恩和珀索兹从大麦芽中分离出淀粉酶
用酒精处理麦芽水抽提液，得到白色无定形粉 末，命名为diastase
1961 莫诺提出“变构模型”
“变构模型”，定量解释某些酶活性可以通过与 效应物结合进行调节，揭示了酶的调控作用
第一章 酶 工 程
酶及酶工程的研究意义
酶--是具有特殊作用的蛋白
质， 能够在生命体内（包括 动物、植物和微生物）催化 化学反应，维持生命特征。
第一章 酶 工 程
生物技术
ห้องสมุดไป่ตู้
基因工程 ：基因拼接技术和DNA重组技术 细胞工程 ：改变生物的结构和功能
发酵工程 ：把微生物应用于工业生产过程 酶工程 ：酶的生产和应用的技术过程
第一章 酶 工 程
酶的研究简史
最早6000年前——古巴比 伦人利用麦芽酿酒
磨粉、去糠、打碎 麦芽萌发、浸润 成酒发酵、装瓶
古埃及时代——酵母发酵面包
古巴比伦人
第一章 酶 工 程
巴斯德和李比希的论战
巴斯德
发酵是细胞中的某些物
质起作用，这些物质只
有在酵母细胞死亡裂解
释放之后才能发挥作用
李比希
发酵与活细胞有关， 发酵是整个细胞而不
酶 工酶工程程 Enzyme Engineering ENZYME ENGINEERING 主 编：陈 守 文
课程简介
v 教材和教学参考书
v 教材：《酶工程》（第二版） v 陈守文编著 v 科学出版社 v 2015
课程简介
v 教材和教学参考书
› 教学参考书
v 《酶工程》（第三版），郭勇， 科学出版社，2009
催化效率高
专一性强
反应条件温和
在食品、轻工、医药、化工、能源、环保、科研等领域 得到广泛的应用。
第一章 酶 工 程
酶及酶工程的研究意义
酶工程——利用酶或细胞的催化作用，在特定的生物反应器，将原料转 化成所需的产品并应用于社会生活的一门科学技术。
第一章 酶 工 程
酶的研究简史
中国古代
最早4000年前的夏禹时代——酿酒技术 公元前10世纪——豆酱的制作 2700年前的周代——利用麦芽制麦芽糖 2500年前——利用酒曲治疗消化疾病 春秋战国时期——漆酶制作油漆
1953年，用重氮化聚氨基苯乙烯树脂共价结合水解酶 化学法 1969年，固定化酶的工业应用 —— 氨基酰化酶拆分DL-氨基酸
生产L-氨基酸 1971年，第一届国际酶工程学术会议在美国召开 1973年，以E. coli 为载体固定天冬氨酸酶生产L-天冬氨酸
从刀豆种子里分离出一种纯结晶体,然后把结晶体 放进人尿中,这时人尿素便很快就分解成了二氧化 碳和氨.萨姆纳发现,它的作用和脲酶一样.经进一步 分析,证明这种结晶体就是脲酶.最后,萨姆纳证明脲 酶确实是一种蛋白质
第一章 酶 工 程
酶的研究简史
近代 —— 酶的本质和结构研究
1926年，J. Sumner
Monod
第一章 酶 工 程
酶的研究简史
近代 —— 酶作用学说的提出
1894年，Emil Fisher —— 锁钥学说
酶分子和底物在结构上需有严格的互补关系 底物须契合到酶活性中心，如钥匙插入锁中
Emil Fisher
第一章 酶 工 程
酶的研究简史
1913 米彻利斯和曼吞建立米氏方程。
1926 萨姆纳得到尿酶结晶，证实酶的蛋白质本质
理解和掌握酶工程的主要理论、概念，掌握酶工程的研 究方法，熟悉工程应用
了解相关的新进展
❖ 考核方式
期末笔试（闭卷）70分， 实验：20分，平时成绩：10分
酶工程
Enzyme Engineering
第一章酶工程
第一章 酶 工 程
第一章 酶工程
第一节：酶工程概述 第二节：酶的催化特点以及影响因素 第三节：酶的活力测定 第四节：酶反应动力学
1908年，胰酶 皮革的软化
1908年，细菌淀粉酶 纺织品褪浆
1911年，木瓜蛋白酶 啤酒的澄清
第一章 酶 工 程
Enzyme Engineering
酶工程发展概况
酶生产方法的突破加速了酶工程的发展
从天然生物提取 生物发酵生产 —— 质的飞跃
1949年，微生物液体深层发酵生产细菌-淀粉酶
❖ 固定化酶与固定化细胞（第四章） ❖ 化学酶工程（第五章） ❖ 生物酶工程（第六章） ❖ 非水相酶催化（第七章）
酶的应用
❖ 酶反应器和酶传感器（第八章） ❖ 酶及酶制剂的应用（第九章）
课程简介
❖ 教学目的和要求
以酶学的内容为基础，酶的工程应用为主，融入各章节 内容中
通过本课程的学习，要求系统地掌握酶的生产、改性与 应用的技术过程
v 《现代酶学》（第二版），袁勤 生，华东理工大学出版社，2001
v 《酶学原理与酶工程》，周晓云， 中国轻工业出版社，2007
v 《酶工程》（第二版），罗贵民， 化学工业出版社，2008
课程简介
❖ 课程主要内容
酶工程（第一章） 酶的生产
❖ 酶的发酵（第二章） ❖ 酶的分离工程（第三章）
酶的改性
第一章 酶 工 程
Enzyme Engineering
酶工程发展概况
酶工程开始于人类有意识地去生产酶和酶制剂，并进行 工业应用
1894年，Takamine Joichi（高峰让吉）
利用米霉菌固体培养法生产Taka淀粉酶（第一个商品酶制剂），并 用作消化剂，开创了酶生产和应用的先例，其方法至今仍被采用
从刀豆中提取脲酶（urease），首次获 得酶的结晶体 1937年又获得过氧化氢酶结晶 证实了酶是蛋白质 获得1946年诺贝尔化学奖
H2O O
H2N
NH2
2NH3 + CO2 Urease
第一章 酶 工 程
酶的研究简史
现代酶学 —— 快速发展时期
核酸类酶（Ribozyme）的发现
1982年，Cech发现四膜虫 （Tetrahymena）的26S rRNA前体在完 全没有蛋白质的情况下进行自我加工，催 化得成熟的rRNA
1960年，操纵子学说 酶生物合成的调控 揭示酶合成机制 1980s，动植物细胞培养技术 扩展了酶的来源
第一章 酶 工 程
Enzyme Engineering
酶工程发展概况
酶的改性和固定化技术是酶工程发展的里程碑
最早的固定化酶 —— 1916年，发现吸附在骨碳上的蔗糖酶仍显 示催化活力 物理法