酶工程第一章绪论-4PPT课件

James Batcheller Sumner
1/2 of the prize Cornell University Ithaca, NY, USA
1887-1955
John Howard Northrop
Wendell Meredith Stanley
1/4 of the prize
1/4 of the prize
酶工程 ENZYME ENGINEERING
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2
基因工程：用“剪刀+糨糊”创造新物种的工程。 细胞工程：微观水平的嫁接技术。 酶工程：让工厂高效、安静、美丽如画的工程。
发酵工程：把微生物或细胞造就成无数微型工厂， 将神话变为现实的桥梁。
第一章 绪论
第一节 酶的基本概念 第二节 酶的分类与命名 第三节 酶的活力测定 第四节 酶工程发展概况与前景
酶的生产
微生物、动物细胞、植物细胞
生物反应器
酶的改性
酶结构的改变
提高酶活力，增加稳定性，降低抗原性，改变选择性
酶的应用
医药 食品 工业 农业 环保
酶工程（enzyme engineering）：酶的生产与应用的 技术过程。
酶的生产和大规模的工业应用。 以酶学、微生物学理论为基础，以化学化工原理和技术、生
19世纪50年代，巴斯德（Pasteur） 利用酵母进行酒精发酵 酵母中有一种物质：将糖发酵成酒精
1878年，德国科学家Wilhelm Kühne (1837–1900) 创 造enzyme： enzyme—从活生物体中分离得到的酶，意思是“在酵 母中”（希腊文）。
Anselme Payen (1795 - 1871)
生物酶工程（高级酶工程）
酶学与现代分子生物学技术相结合的产物。
用基因工程技术大量生产酶
（克隆酶）
用蛋白质工程技术定点改变酶结构基因
（突变酶）
设计新的酶结构基因，生产自然界从未有过的性能稳定、活
性更高的新酶
（设计酶）
第一节 酶的基本概念
一、我国古代对酶的利用 几千年前，人们不自觉地利用酶来制造食品和治疗疾病：
酶的化学本质？
*
三、酶的本质及催化机理研究
1926年，美国康乃尔大学的“独臂学者” Sumner（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（pepsin）、胰蛋白酶（trypsin）、胰凝乳蛋白酶 （chymotrypsin）结晶，确立了酶的化学本质。
Wilhelm Kühne (1837–1900
19世纪，Pasteur和Liebig学术长期争论: 法国化学家和微生物学家Pasteur认为没有生物则没有 发酵。 德国化学家Liebig认为发酵是由化学物质引起的。
此争议由德国学者Buchner兄弟于1896年解决。 Buchner兄弟的试验： 用细砂研磨酵母细胞，压取汁液，汁液不含活细胞，但 仍能使糖发酵生成酒精和二氧化碳。 证明：发酵与细胞的活动无关。
4000多年Fra Baidu bibliotek的夏禹时代，人们掌握了酿酒技术。
《尚书·说命下》中的“若作酒醴，尔惟曲糵；若作和羹，尔
惟盐梅。”其中曲蘖指的是酒曲，“梅”指的是醋。 3000多年前的周朝，制作饴糖和酱。 春秋战国时期已知用麴(曲)治疗消化不良的疾病。 “酶者，酒母也”
二、酶的发现
1833年，法国化学家Anselme Payen和 JeanFrancois Persoz: 用酒精处理麦芽抽提液，得到淀粉酶（diastase）。
cell-free fermentation”
酶——活细胞产生的，能在细胞内外起作用的（催化）生 理活性物质。
Enzyme — organic chemical substance (a catalyst) formed in living cells, able to cause changes in other substance without being changed itself.
物工程技术为主要手段，进行酶制剂的生产、酶性能优化、 新型酶催化剂研制，以及酶反应器的设计和酶催化剂应用的 技术科学。 酶学和工程学的结合的技术科学。
酶工程内容：
酶的生产（enzyme production）：获得酶
微生物发酵产酶 动植物培养产酶 酶的提取、分离纯化
酶工程内容
酶的改性（enzyme improving）：改进酶
酶：具有生物催化功能的生物大分子(生物催化剂： biocatalyst) 。
Enzyme = En zyme
In Yeast
蛋白类酶 （Proteozyme，protein enzyme，P酶）：蛋白 质（Protein）组成
Protease
peptidase or proteinase
核酸类酶 （ Ribozyme，RNA enzyme， R酶）：主要由核 酸（RNA）组成
酶的应用（enzyme application）：应用酶
酶分子修饰 酶固定化 酶非水相催化 酶定向进化
酶反应器的选择与设计
酶在各领域的应用
酶工程分为两大类：
化学酶工程（初级酶工程）
酶化学与化学工程技术相结合的产物。
酶的制备、酶的分离纯化、酶与细胞的固定化技术、酶分子 修饰、酶反应器和酶的应用。
Rockefeller Institute for Medical Rockefeller Institute for Medical
The Nobel Prize in Chemistry 1946
“ for his discovery that enzymes can be crystallized"
"for their preparation of enzymes and virus proteins in a pure form"
Louis Pasteur 1822－1895
Justus von Liebig (1803–1873)
Eduard Buchner 1860 - 1917
The Nobel Prize in Chemistry 1907
"for his biochemical researches and his discovery of