《酶与酶工程绪论》PPT课件

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酶是一类特殊的催化剂
酶是高效催化剂。
典型的表观二级速率常数(kcat/Km)为 106~108L/(mols)
能在温和条件下有效地催化很难、甚至不可能的化 学转化(kcat/kuncat)可达1017。
酶是有高度选择性的催化剂。
酶对映体的选择性日益强劲地用于手性药物生产。 酶促反应副产物少、条件温和。
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天然酶往往不完全具备应用所要求的所 有特性（如操作稳定性、非水相催化、 更高的立体选择性和专一性、对非天然 底物的催化活性等）
分子酶工程为天然酶的改造提供了可行 性
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Antibiotic resistant marker
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天然酶在工业上应用受到限制的主要 原因有：
①大多数酶脱离其生理环境后极不稳定， 而酶在生产和应用过程中的条件往往与 其生理环境相去甚远；
②酶的分离纯化工艺复杂；
③酶制剂成本较高。
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根据研究和解决上述问题的手段不同把酶 工程分为化学酶工程和生物酶工程。
化学酶工程：天然酶、化学修饰酶、固定 化酶及化学人工酶的研究和应用；
基因工程技术进一步解决了稀有酶的 来源问题
目前已鉴定的酶有3000多种。
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Temperature classes
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Industrial application of thermophily
Industrial enzymes
Higher speed Lower cost
它是从应用的目的出发研究酶在一定生物反 应装置中利用酶的催化性质，将相应原料转 化成有用物质的技术，是生物工程的重要组 成部分。
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酶是生物体内进行自我复制新陈代谢所 不可缺少的生物催化剂。
由于酶能在常温、常压、中性pH等温和 条件下高度专一有效地催化底物发生反 应，所以酶的开发和利用是当代生物技 术革命中的重要课题。
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酶有两大类别：
主要由蛋白质组成称为蛋白类 酶（P酶）；
主要由RNA或DNA组成，称为 核酸酶（R酶）。
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1.2 关于酶工程Enzyme Engineering
酶工程是生物工程的主要内容之一。
是随着酶学研究的迅速发展特别是酶的应用 推广使酶学和工程学相互渗透，结合而发展 成的一门新的科学技术，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 叉学科。
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分子酶学工程的概念
分子酶学工程可以看做是蛋白质工程 （包括分子进化）和酶工程相融合所产 生的一门科学技术。
分子酶学工程包括在分子水平认识酶的 基础上改进酶、模拟酶和全新设计酶。
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改进，模拟，设计
结构分析
工程 酶
功能分析
纯化
天然酶
分子酶学工程基本流程图
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源自文库 分子酶学工程的概念
酶是具有生物催化功能的生物大分 子。
1982年Cech小组发现RNA本身可以是一 个生物催化剂，称之为核酶Ribozyme。
事先设计好的过渡态类似物为半抗原，按 一般单克隆抗体制备程序获得具有催化活 性的抗体。称之为抗体酶Abzyme。
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分子酶与酶工程
绪论
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课程介绍
教材：
《酶与酶工程》袁勤生、赵健主编，华东理工大学 出版社
主要参考教材：
《分子酶学工程导论》张今、曹淑桂、罗贵民等主 编，科学出版社
《现代酶工程》梅乐和、岑沛霖主编，化学工业出 版社
《生物催化—基础与应用》，Andreas S.Bommarius, Bettina R. riebel,孙志浩、许建和译， 化学工业出 版社
Taq DNA polymerase and PCR
DNA amplification Repetitive melting and annealing （退火）
95oC-52oC-72oC
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Human insulin produced by engineered bacteria.
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微生物是地球上重要的可再生资源，有着重要的应用价值。
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1.1 关于酶Enzyme
酶是由活细胞产生的具有催化功能的生物分子 /蛋白质。
研究酶的结构与功能、酶的性质及作用机理对 于阐明生命现象的本质具有十分重要的意义。
从酶的水平去探讨生命活动的关系，探讨酶与 代谢调节、疾病、生长发育等的关系，具有重 要的科学意义和实践意义。
分子酶学工程的出现表明人们已经按照
是酶工程在分子水平上的体现。 分子酶学工程包括在分子水平认识酶的基础
上改进、模拟酶和全新设计酶。 分子酶学工程的内涵是以天然酶的结构与功
能为基础，以酶分子工程为核心，研究工程 酶的理论、策略和方法，研究工程酶的催化 效率和机制，开发酶的新功能、新性质，发 现和创造经济实用的新型生物催化剂。
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分子酶学工程的内涵:是以天然酶的结构 与功能为基础，以酶分子工程为核心，研 究工程酶的理论、策略和方法，工程酶的 催化效率和机制，开发酶的新功能、新性 质，发现和创造经济实用的新型生物催化 剂。
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•在了解催化机制的基础上人为地提 高酶的催化效率是分子酶学工程的主 要目标，
•并由此创造出高催化效率、经济实 用的酶。
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酶具有高度的底物识别能力和产物的定向能力
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酶的催化反应由于极大地简化了化学反应 的条件，因而使化学试剂的应用和副产物 大量减少，从而在很大程度上减少了对环 境的污染。
由于日益增加的环境和经济压力，生物催 化剂得到了迅速发展。
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微生物为酶提供了丰富的、可再生的 资源
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生物酶工程则是以酶学和以基因重组 技术为主的现代分子生物学技术相结 合的产物，
主要包括：
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，合成自然界不曾有 的新酶。
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1.3 分子酶学工程（Molecular Engineering）