第六章酶工程制药
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最好是产胞外酶的菌； （2）不是病原菌，也不产生有毒物质； （3）产酶性能稳定，不易变异退化，不易感染噬菌
体； （4）能利用廉价的原料，发酵周期短，易于培养。
2.生产菌的来源（了解）
生产菌种可从有关保藏机构获得，但大部分是从 自然界中分离筛选得来的。
筛选的主要步骤：
菌样采集
菌种的分离初筛
（3）包埋法 将酶包埋在凝胶的微小空格内或埋于半透膜的微
型胶束内，但底物仍能渗入到里面与酶接触。
①微胶囊包埋法
将酶包埋在半透性聚合体膜内，形成的直径为 1~100um。例如，天门冬酰胺酶（asparaginase)就是 用这种方法作成微胶囊。
②胶格包埋法
首先被采用的胶格包埋法是：
• 固定化胰蛋白酶 • 木瓜蛋白酶 • －淀粉酶 Enzyme+N, N-甲叉双 丙稀酰胺, 丙稀酰胺 引发剂－－inactiation
第一节 概述
一、酶工程简介 酶工程是酶学和工程学相互渗透结合发展而形成
一门新的技术学科。它是从应用的目的出发研究 酶、应用酶的特异性催化功能，并通过工程化将 相应原料转化成有用物质的技术。
※二、酶的来源 目前工业生产酶制剂一般都以微生物为主要来源，
原因：
1.微生物种类多，酶的品种齐全
2.微生物生长繁殖快，生产周期短，产量高
优点：此法制得的固定化酶，酶分子和载体间的 共价键较牢固，在介质组成发生改变和进行反应 时，都不会造成酶的脱落，因而可以反复使用。 缺点：制取固定酶较复杂，反应条件比较剧烈， 所以要制得酶活力很高的固定化酶较为困难。 制作方法：有重氮化法、烷基化和芳基化法、肽 法和戊二醛法等。
（2）交联法
依靠双功能基团的试剂，使酶蛋白分子之间发生交 联，凝集成网状结构而成为固定化酶，最常用的双 功能试剂有戊二醛、顺丁稀二酸酐和乙烯共聚物等。 那么酶蛋白中的游离氨基、酚基、咪唑基及巯基均 可参与交连反应。
3.培养方法简单，原料来源丰富，价格低廉，经 济效益高，可通过控制控制培养基来提高酶的产 量。
4.微生物具有较强的适应性和应变能力。可通过 各种遗传变异的手段，培育出新的高产菌株。
故目前工业上应用的酶大多采用微生物发酵法来 生产。
三、酶的生产菌种
※1.对菌种的要求
一个优良的菌种应具备以下几点要求： （1）繁殖快、产酶量高、酶的性质应符合使用要求，
固定化酶：是被固定在某一有限空间内不再能自 由流动而仍有催化活性的酶。
优点： • 不溶于水，易于与产物分离； • 可反复使用，反应易于控制； • 可连续化生产； • 稳定性好。
缺点： 固定化过程中往往会引起酶的失活。 增加了生产的成本 只能用于水溶性底物，而且较适用于小分子底物 胞内酶必须经过酶的分离纯化过程 不适宜用于多酶反应
第六章 酶工程制药
本章重点: 产酶菌的要求； 酶和细胞的固定化；
本章难点：酶的人工模拟； 酶的化学修饰； 有机相的酶反应。
“绿色健康，“酶”力无限
医药、洗涤剂、纺织、淀粉制糖、发酵、酒精、食品 （包括果蔬汁、啤酒酿造、谷物食品、蛋白水解、和功 能食品以及食用油脂）、饲料、皮革、造纸和化工等工 业领域
复筛 生产性能鉴定
纯化
通过遗传学原理改良菌种的基本途径有：基因突 变、基因转移和基因克隆。
3.目前常用的产酶微生物
工业上应用最广泛的产酶菌有： 大肠杆菌、枯草芽孢杆菌。
四、酶在医药领域的应用（了解）
1.在疾病诊断方面的应用
包括两个方面：①根据体内酶活力的变化来诊断 疾病；②用酶测定体液中某些物质的量诊断疾病。
第一个离子结合法固定化酶： DEAE — Cellulose 固定化过氧化氢酶
第一个工业化的固定化酶： DEAE-Sephadex A-50 固定化氨基酰化酶
③共价结合法 酶蛋白的非必需基团通过共价键和载体形成不可逆
的连接。一般在温和条件下能参与偶联的蛋白质基 团包括：游离羧基（包括肽链C-末端的α-羧基等）、 游离氨基（如肽链N-末端的α-氨基）等。
②离子结合法
利用含有离子交换基团的固相载体（如 具有交换基团的葡聚糖凝胶或纤维素）与 酶蛋白分子的带电基团互相吸引（靠离子 链）而形成络合物。
优点：制作简单，处理条件缓和，酶蛋白的活性 中心和高级结构破坏较少，可以制得活力较高的 固定化酶。 缺点：离子键结合较松散，如在高离子强度下进 行反应时，酶与载体易分开。
双功能试剂：
常用的是戊二醛
O
O
H — C — CH2 — CH2 — CH2 — C — H
使用戊二醛的酶固定化的交联方式：
酶分子之间共价交联和与水不溶性载体共价结合酶分子；
(a）酶分子之间用双功能基团的化学交联试剂相互交联成水不溶性的固定化酶； （b）酶分子被结合到水不溶性载体上形成水不溶性的固定化酶
⒊酶和细胞固定化方法
酶和细胞固定化方法
载体结合法
交联法
包埋法
网格型 微囊型
物理吸附法 离子结合法 共价结合法 热处理（细胞）
酶和细胞固定化模式
（1）载体结合法
酶被吸附于惰性的固相载体或离子交换剂。根据 酶分子与载体吸附的性质有物理吸附、离子吸附 和共价结合三种。
①物理吸附法
使用对酶蛋白有高度吸附能力的硅胶、
优点：利用此法制得的固定化酶，由于酶分子仅 仅是被包埋起来，而未受到化学作用。酶蛋白几 乎不起变化，可适用与多种不溶酶的制备。
缺点：酶被包埋在内部，对大分子底物很难发生 催化作用。所以用包埋法制备的酶，一般只适用 与小分子底物。
活性炭，氧化铝、高岭土、石英沙、火棉
胶、多孔玻璃等在一定条件下与水溶酶作
用制得。
这些具有吸附能力的物质就叫做载体。
优点：操作简单，反应条件温和，酶活力损失少， 载体可反复使用。
缺点：易引起蛋白质表面变性，且由于结合力 弱，当反应液的pH值、离子强度、温度、底物 浓度等发生变化时，会导致酶易从载体上部分 或全部脱落。
2.在疾病治疗方面：酶作为药物作用于人体具有 种类多、用量少、纯度高的特点。
3.在药物生产方面的应用：利用酶的催化作用将 前体物质转化为药物。
4.在分析检测方面的应用：是以酶的专一性为基 础、以酶作用后物质的变化为依据来进行的。
第二节 酶的固定化
一Fra Baidu bibliotek什么是固定化酶？
水溶性酶
水不溶性载体
固定化技术 水不溶性酶 （固定化酶）
体； （4）能利用廉价的原料，发酵周期短，易于培养。
2.生产菌的来源（了解）
生产菌种可从有关保藏机构获得，但大部分是从 自然界中分离筛选得来的。
筛选的主要步骤：
菌样采集
菌种的分离初筛
（3）包埋法 将酶包埋在凝胶的微小空格内或埋于半透膜的微
型胶束内，但底物仍能渗入到里面与酶接触。
①微胶囊包埋法
将酶包埋在半透性聚合体膜内，形成的直径为 1~100um。例如，天门冬酰胺酶（asparaginase)就是 用这种方法作成微胶囊。
②胶格包埋法
首先被采用的胶格包埋法是：
• 固定化胰蛋白酶 • 木瓜蛋白酶 • －淀粉酶 Enzyme+N, N-甲叉双 丙稀酰胺, 丙稀酰胺 引发剂－－inactiation
第一节 概述
一、酶工程简介 酶工程是酶学和工程学相互渗透结合发展而形成
一门新的技术学科。它是从应用的目的出发研究 酶、应用酶的特异性催化功能，并通过工程化将 相应原料转化成有用物质的技术。
※二、酶的来源 目前工业生产酶制剂一般都以微生物为主要来源，
原因：
1.微生物种类多，酶的品种齐全
2.微生物生长繁殖快，生产周期短，产量高
优点：此法制得的固定化酶，酶分子和载体间的 共价键较牢固，在介质组成发生改变和进行反应 时，都不会造成酶的脱落，因而可以反复使用。 缺点：制取固定酶较复杂，反应条件比较剧烈， 所以要制得酶活力很高的固定化酶较为困难。 制作方法：有重氮化法、烷基化和芳基化法、肽 法和戊二醛法等。
（2）交联法
依靠双功能基团的试剂，使酶蛋白分子之间发生交 联，凝集成网状结构而成为固定化酶，最常用的双 功能试剂有戊二醛、顺丁稀二酸酐和乙烯共聚物等。 那么酶蛋白中的游离氨基、酚基、咪唑基及巯基均 可参与交连反应。
3.培养方法简单，原料来源丰富，价格低廉，经 济效益高，可通过控制控制培养基来提高酶的产 量。
4.微生物具有较强的适应性和应变能力。可通过 各种遗传变异的手段，培育出新的高产菌株。
故目前工业上应用的酶大多采用微生物发酵法来 生产。
三、酶的生产菌种
※1.对菌种的要求
一个优良的菌种应具备以下几点要求： （1）繁殖快、产酶量高、酶的性质应符合使用要求，
固定化酶：是被固定在某一有限空间内不再能自 由流动而仍有催化活性的酶。
优点： • 不溶于水，易于与产物分离； • 可反复使用，反应易于控制； • 可连续化生产； • 稳定性好。
缺点： 固定化过程中往往会引起酶的失活。 增加了生产的成本 只能用于水溶性底物，而且较适用于小分子底物 胞内酶必须经过酶的分离纯化过程 不适宜用于多酶反应
第六章 酶工程制药
本章重点: 产酶菌的要求； 酶和细胞的固定化；
本章难点：酶的人工模拟； 酶的化学修饰； 有机相的酶反应。
“绿色健康，“酶”力无限
医药、洗涤剂、纺织、淀粉制糖、发酵、酒精、食品 （包括果蔬汁、啤酒酿造、谷物食品、蛋白水解、和功 能食品以及食用油脂）、饲料、皮革、造纸和化工等工 业领域
复筛 生产性能鉴定
纯化
通过遗传学原理改良菌种的基本途径有：基因突 变、基因转移和基因克隆。
3.目前常用的产酶微生物
工业上应用最广泛的产酶菌有： 大肠杆菌、枯草芽孢杆菌。
四、酶在医药领域的应用（了解）
1.在疾病诊断方面的应用
包括两个方面：①根据体内酶活力的变化来诊断 疾病；②用酶测定体液中某些物质的量诊断疾病。
第一个离子结合法固定化酶： DEAE — Cellulose 固定化过氧化氢酶
第一个工业化的固定化酶： DEAE-Sephadex A-50 固定化氨基酰化酶
③共价结合法 酶蛋白的非必需基团通过共价键和载体形成不可逆
的连接。一般在温和条件下能参与偶联的蛋白质基 团包括：游离羧基（包括肽链C-末端的α-羧基等）、 游离氨基（如肽链N-末端的α-氨基）等。
②离子结合法
利用含有离子交换基团的固相载体（如 具有交换基团的葡聚糖凝胶或纤维素）与 酶蛋白分子的带电基团互相吸引（靠离子 链）而形成络合物。
优点：制作简单，处理条件缓和，酶蛋白的活性 中心和高级结构破坏较少，可以制得活力较高的 固定化酶。 缺点：离子键结合较松散，如在高离子强度下进 行反应时，酶与载体易分开。
双功能试剂：
常用的是戊二醛
O
O
H — C — CH2 — CH2 — CH2 — C — H
使用戊二醛的酶固定化的交联方式：
酶分子之间共价交联和与水不溶性载体共价结合酶分子；
(a）酶分子之间用双功能基团的化学交联试剂相互交联成水不溶性的固定化酶； （b）酶分子被结合到水不溶性载体上形成水不溶性的固定化酶
⒊酶和细胞固定化方法
酶和细胞固定化方法
载体结合法
交联法
包埋法
网格型 微囊型
物理吸附法 离子结合法 共价结合法 热处理（细胞）
酶和细胞固定化模式
（1）载体结合法
酶被吸附于惰性的固相载体或离子交换剂。根据 酶分子与载体吸附的性质有物理吸附、离子吸附 和共价结合三种。
①物理吸附法
使用对酶蛋白有高度吸附能力的硅胶、
优点：利用此法制得的固定化酶，由于酶分子仅 仅是被包埋起来，而未受到化学作用。酶蛋白几 乎不起变化，可适用与多种不溶酶的制备。
缺点：酶被包埋在内部，对大分子底物很难发生 催化作用。所以用包埋法制备的酶，一般只适用 与小分子底物。
活性炭，氧化铝、高岭土、石英沙、火棉
胶、多孔玻璃等在一定条件下与水溶酶作
用制得。
这些具有吸附能力的物质就叫做载体。
优点：操作简单，反应条件温和，酶活力损失少， 载体可反复使用。
缺点：易引起蛋白质表面变性，且由于结合力 弱，当反应液的pH值、离子强度、温度、底物 浓度等发生变化时，会导致酶易从载体上部分 或全部脱落。
2.在疾病治疗方面：酶作为药物作用于人体具有 种类多、用量少、纯度高的特点。
3.在药物生产方面的应用：利用酶的催化作用将 前体物质转化为药物。
4.在分析检测方面的应用：是以酶的专一性为基 础、以酶作用后物质的变化为依据来进行的。
第二节 酶的固定化
一Fra Baidu bibliotek什么是固定化酶？
水溶性酶
水不溶性载体
固定化技术 水不溶性酶 （固定化酶）