酶工程绪论
1第一章 酶绪论
一般认为， 一般认为，酶工程的发展历史应从第二次世 界大战后算起。 界大战后算起 。 从 20 世纪50 年代开始， 由 20世纪 50年代开始 ， 微生物发酵液中分离出一些酶，制成酶制剂。 微生物发酵液中分离出一些酶，制成酶制剂。 60年代后，由于固定化酶、固定化细胞崛起， 60年代后，由于固定化酶、固定化细胞崛起， 使酶制剂的应用技术面 貌一新 。 70 年代后 貌一新。 70年代后 期以来，由于微生物学。 期以来，由于微生物学。遗传工程及细胞工 程的发展为酶工程进一步向纵深发展带来勃 勃生机，从酶的制备方法、 勃生机，从酶的制备方法、酶的应用范围到 后处理工艺都受到巨大冲击。 后处理工艺都受到巨大冲击。尽管目前业已 发现和鉴定的酶约有 8 000多种，但大规模 000多种， 生产和应用的商品酶只有数十种。 生产和应用的商品酶只有数十种。
（3）1878年，Kuhno给酶起了一个统一名称，叫 1878年，Kuhno给酶起了一个统一名称，叫 Enzyme。 Enzyme。 （4）世界上第一个商品酶制剂产品。1894年高峰让吉 世界上第一个商品酶制剂产品。1894年高峰让吉 用米曲霉固体培养法生产 “ 他卡 ” 淀粉酶， 用米曲 霉固体培养法生产“ 他卡” 淀粉酶 ， 用作消化 剂。 （ 5 ） 锁钥学说 。 1894 年 E． Fisher 提出了酶与底物作 锁钥学说。 1894年 Fisher提出了酶与底物作 用的锁钥学说，用以解释酶的作用的专一性。 用的锁钥学说，用以解释酶的作用的专一性。 （ 6 ） 中间络合物学说 。 1903 年 Henri 提出酶与废物的 中间络合物学说。 1903年 Henri提出酶与废物的 作用是通过酶与底物生成络合物而进行的。 1913年 作用是通过酶与底物生成络合物而进行的 。 1913 年 Michaelis和Menten根据中间络合物学说， Michaelis和Menten根据中间络合物学说，导出了著名 的 Michaelis － Menten 方程， 简称米氏方程 。 1925 年 Michaelis－ Menten方程 ， 简称米氏方程。 1925年 Briggs和 Handane对米氏方程作了一项重要修正 ， Briggs 和 Handane 对米氏方程作了一项重要修正， 提 出了稳态学说。 出了稳态学说。 （7）酶的本质是蛋白质。1926年Sumer从刀豆中提取 酶的本质是蛋白质。1926年Sumer从刀豆中提取 豚酶结晶获得成人， 证明了酶本质是蛋白质， 豚酶结晶获得成人 ， 证明了酶本质是蛋白质 ， 为酶化 学奠定了基础。1956年以来九后阐明了十多种酶的一 学奠定了基础 。1956年以来九后阐明了十多种酶的一 级结构和若，厂酶的高级结构， 清了酶的功能。 级结构和若，厂酶的高级结构，搞清了酶的功能。
酶工程绪论()资料文档
对酶基因进行修饰，产生遗传修饰酶（突变酶)
通过定点诱变技术，能产生被改造的新酶； 可改变酶的催化活性、底物专一性、最适PH;改变含
金属酶的氧化还原能力；改变酶的别构调节功能； 改变酶对辅酶的要求；提高酶的稳定性 例如将枯草杆菌蛋白酶的第99位门冬氨酸及156位谷 氨酸替换为赖氨酸后，使这个酶在pH7时的活力提高 了1倍，在pH6时活力提高了10倍。 例如,将T4溶菌酶的第51位苏氨酸转变成脯氨酸,使 酶活力提高了25倍。
4、 酶与细胞固定化
一般酶催化反应是在水溶液中进行的，而固定化酶是 将水溶性酶用物理或化学方法处理，使之成为不溶于 水的，但仍具有酶活性的状态。
其中固定化酶技术是酶工程的核心。实际上有了酶
的固定化技术，酶在工业生产中的利用价值才真正得 以体现。
酶固定化之后，不仅具有高的催化效率和高度专一 性，而且提高了对酸碱和温度的稳定性，增加了酶 的使用寿命；反应后易于反应产物分离，减少了产 物分离纯化的困难，从而提高产量和质量。因此固 定化酶已成为酶应用的主要形式。
SOD - blood Papain-Papaya Chymotrypsin-Pancrea …… organ/tissue/cell
Amylase from Bacillus Protease from Bacillus Phosphatase from Bacillus Glucoamylase from Aspergillus …… Plant cell culture Animal cell culture
现已鉴定出4000多种酶，数百种酶已得到结晶，而 且每年都有新酶被发现。
西大酶工程绪论知识点
1.酶是具有生物催化功能的生物大分子，按其化学组成，可分为蛋白类酶（P酶）和核酸类酶（R酶），P酶主要由蛋白质组成，R酶主要由核糖核酸（RNA）组成。
2.酶的生产与应用的技术过程称为酶工程。
3.酶工程内容包括：微生物细胞发酵产酶、动植物细胞培养产酶，酶的提取与分离纯化，酶分子修饰，酶、细胞和原生质体固定化、酶的非水相催化、酶反应器和酶的应用。
4.酶的催化作用具有催化效率高，专一性强和作用条件温和等显著特点。
5.酶的专一性按其严格程度不同，分为绝对专一性（乳酸脱氢酶、天冬氨酸裂合酶、核酸类酶）和相对专一性（可分为键专一性和基团专一性）。
6.酶催化的转换数一般为103min-1左右，碳酸酐酶的转换数最高，为3.6×107 min-1。
7.酶的催化反应速度比非酶催化的反应速度高107~1013倍，酶催化反应可使反应所需活化能显著降低。
8.酶的催化作用一般都在常温、常压、pH值近乎中性条件下进行。
究其原因，一是酶催化作用所需的活化能较低，二是酶是具有生物催化功能的生物大分子。
9.酶的催化作用受到底物浓度、酶浓度、温度、pH值、激活剂浓度、抑制剂浓度影响。
10.在底物浓度足够高的条件下，酶催化反应速度与酶浓度成正比。
11.在最适温度条件下，酶催化反应速度达到最大。
添加酶的作用底物或者某些稳定剂可适当提高酶的热稳定性。
12.在最适pH值条件下，酶催化反应速度达到最大。
在不同pH值条件下，酶分子和底物分子中基团的解离状态发生改变，从而影响酶分子的构象以及酶与底物的结合能力和催化能力。
在极端pH下，酶分子空间结构发生改变，从而引起酶的变性失活。
13.酶的抑制剂：能够使酶的催化活性降低或者丧失的物质。
外源抑制剂有各种无机离子、小分子有机物和蛋白质等。
有可逆性抑制剂和不可逆性抑制剂之分。
14.可逆性抑制作用分为竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制。
15.竞争性抑制的效果强弱与竞争性抑制剂的浓度、底物浓度以及抑制剂和底物与酶的亲和力大小有关，随底物浓度增加，酶抑制作用减弱。
酶工程
酶工程华东师范大学微生物与食品技术实验室金明飞第一章绪论1.什么叫酶？2.什么是酶工程？3.酶的发现及研究历史4.酶的化学性质与催化特性5.酶的分类命名6.应用*酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。
*酶具有一般催化剂的特征：*1.只能进行热力学上允许进行的反应；*2.可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点；*3.通过降低活化能加快化学反应速度。
定义：酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。
生物技术的四大支柱*19世纪末期-20世纪中期起步阶段酶的提取分离；酶的应用1894高峰让吉之辈高峰淀粉酶；Rohm 胰酶；Boidin细菌淀粉酶。
*20世纪40年代至60年代初步发展微生物发酵、发酵优化控制1949年液体培养细菌α-淀粉酶；1960年，Jacob和Monod提出操纵子学说，诱导发酵*20世纪70年代以来全面发展固化酶；动植物细胞培养；酶分子修饰；酶非水相催化和酶定向进化*酶工程是酶的生产与应用的技术过程。
*内容酶的生产：微生物发酵、动植物培养、酶的分离纯化酶的应用：酶反应器选择设计、各个领域的应用酶的改性：酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化、酶定向进化*人们对酶的认识起源于生产与生活实践。
*夏禹时代，人们掌握了酿酒技术。
*公元前12世纪周朝，人们酿酒，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。
*西方国家19世纪对酿酒发酵过程进行了大量研究。
直到1897年，德国巴克纳Buchner兄弟用石英砂磨碎酵母细胞，制备了不含酵母细胞的抽提液，并证明此不含细胞的酵母提取液也能使糖发酵，说明发酵与细胞的活动无关。
从而说明了发酵是酶作用的化学本质，为此Buchner获得了1911年诺贝尔化学奖。
*1896年,日本的高峰让吉首先从米曲霉中制得高峰淀粉酶,用作消化剂,开创了有目的的进行酶生产和应用的先例。
*1878年, 给酶一个统一的名词，叫Enzyme，这个字来自希腊文，其意思“在酵母中”。
酶工程第一章绪论
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酶工程 第1章 绪论
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4.2 酶工程的发展趋势
从新生物资源中，特别是极端环境中 或宏基因组挖掘新酶 通过定向进化、理性设计、分子重排 等手段对已有酶进行改性，提高酶的 催化活性、稳定性等，或改变酶的催 化作用
酶工程 第1章 绪论
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酵素
酵素是否真有那么多神奇的功效！？ 视频链接： /us/267246343/825 47919.shtml
酶基因的异源表达
酶的改造及分子修饰 核酶、抗体酶、模拟酶及分子印迹酶的开发和应用 手性化合物的不对称合成及酶法拆分 非水相催化
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2.4 现代酶工程
a.酶的开发
• 开发工程酶 • 利用极端微生物发掘新酶 • 拓展酶反应的新介质
b. 酶和细胞的固定化
高效性：酶促反应速率比非酶促反应高 108~1020倍，比化学催化剂高106~1013倍。
高度专一性：酶对底物有严格选择性
酶易失活，需要温和的反应条件
酶的活性可以被调节和控制
酶催化常需要辅助因子
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1.3 酶催化作用的特点
二、酶的特性
酶的分布广泛，存在于所有的细胞和组织中， 相对隔离，各自发挥作用。
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酶工程 第1章 绪论
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1.3 酶催化作用的特点
一、酶与化学催化剂的共性
能降低反应活化能 只催化本来就能进行的反应，即热力学允许的 反应 能缩短反应时间，但不改变反应平衡
反应前后本身质量不变
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酶工程 第1章 绪论
酶工程第一章绪论
第一节 酶的基本概念与发展历史
酶的存在及作用的认识： 1833年：发现淀粉酶 19世纪中叶：糖发酵产酒与活酵母有关 1878年：给酶一个统一的名词，叫Enzyme，这个
字来自希腊文，其意思是“在酵母中”。 1897年，德国巴克纳Buchner兄弟发现不含细胞的
酵母提取液也能使糖发酵，说明发酵与细胞的活 动无关，从而说明了发酵是酶作用的化学本质， 为此Buchner获得了1907年诺贝尔化学奖。
体异构专一性。如：蔗糖酶、麦芽糖酶。 立体异构专一性： 当作用的底物含有不对称碳原子时，酶只能作用
于异构体的一种。如：乳酸脱氢酶。 核酸类酶也具有绝对专一性。
酶工程第一章绪论
1、绝对专一性
酶工程第一章绪论
2、相对专一性
相对专一性概念： 一种酶能够催化一类结构相似物质进行某种相同
类型的反应。 （1）基团专一性 要求底物含有某一相同的基团。
命名。 两类酶的命名差别： 蛋白类酶只能催化其他分子进行反应，而核酸类
酶既可以催化酶分子本身也可以催化其他分子进 行反应。
酶工程第一章绪论
第四节 酶的分类与命名 注意：顺序
蛋白类酶的种类：
不要搞错！
氧化还原酶类 Oxidoreductases
转移酶类
Transgerases
水解酶类
Hydrolases
五、抑制剂的影响 可逆抑制剂 不可逆抑制剂
竞争性抑制剂 非竞争性抑制剂 反竞争性抑制剂
六、激活剂的影响 激活剂：金属离子、无机负离子、蛋白酶等。
酶工程第一章绪论
第四节 酶的分类与命名
按照分子中起催化作用的主要组分的不同，酶可 以分为蛋白类酶（P酶）和核酸类酶（R酶）。
命名总原则： 根据酶作用的底物和催化反应的类型进行分类和
酶工程绪论
Menten、Jacob和Monod、Cech和Altmam对
酶学的主要贡献是什么？
Northrop, J. H. (1930) “Crystallin pepsin, 1: Isolation and tests of purity” J. Gen . Phys Nobel Prize in Chemistry 1946
“ for his discovery "for their preparation of enzymes and that enzymes virus proteins in a pure form" can be crystallized"
1894年，日本的高峰让吉首先从米曲霉中制得高峰淀粉酶 （ taka-diastase) 用作消化剂，开创了有目的地进行酶的生产和应 用的先例。 1908 年，德国的 Rolam 制得胰酶，用于皮革的软化；法国 的Boidin制备细菌淀粉酶，用于纺织品的退浆。 1911年，美国的Walletstein制得木瓜蛋白酶，用于除去啤酒 中的蛋白质浑浊（澄清剂）。
饰，高分子化合物修饰蛋白侧链，增加稳定性。
（2）生物酶工程 ： 亦称为高级酶工程 / Advanced enzyme
engineering 。
在化学酶工程基础上发展起来的，以酶学和
DNA重组技术为主的现代分子生物学技术相结合
的产物。
70年代初DNA重组技术的问世把酶学推进到
一个十分重要的发展时期，使它的基础研究和应用
第三阶段:固定化酶阶段 固定化酶是用物理或化学方法处理水溶性的酶使之变成 不溶于水或固定于固相载体，但仍具有酶活性的酶衍生 物。
1916年, 美国的Nelson和Griffin发现将转化酶吸附在骨碳上仍显示出酶的催化 活性。 1953 年，德国 Grubhofer 和 Schleith 首先将聚氯基苯乙烯树脂重氮化，然后将 淀粉酶、胃蛋白酶、羧肽酶和核糖核酸酶等与上述载体结合，制成固定化酶。
08级酶工程复习大纲
各章重点第一章绪论1. 酶工程的概念、分类及其研究内容。
2. 酶的分类与命名第二章酶的生物合成与发酵生产1.用操纵子模型解释酶的诱导与阻遏机制（末端产物、分解代谢产物）2.根据酶生物合成的调节类型及机制说明如何提高酶的产量。
3.酶生物合成的模式及影响因素。
4.比较动物植物和微生物在细胞结构、培养基和培养方式上的不同。
5.一些概念的区别：操纵子与操纵基因、诱导酶与组成酶、胞内酶与胞外酶、外植体与愈伤组织第三章酶的提取与分离纯化1.细胞破碎的目的、方法及原理。
2.酶抽提的目标及方法。
3.常用沉淀法的种类及原理。
4.常用沉淀法的种类及原理。
盐析法分离蛋白质的原理、种类及盐析常数的含义。
5.双水相萃取、超临界流体萃取、反胶团萃取的原理。
6.膜分离的种类、原理及应用。
7.比较吸附层析、疏水层析、离子交换层析、凝胶过滤、亲和层析等方法在原理、层析介质、操作及应用方面的异同点。
8.比活力、提纯倍数、回收率的含义及用途。
9.亲和层析的原理是什么？如何根据目的产物的性质选择洗脱方式？10.电泳的基本原理是什么？电泳的种类有哪些？11.SDS-PAGE和等电聚焦电泳的原理和操作的不同之处是什么？12.影响凝胶过滤分辨率的因素有哪些？分配系数的含义及作用。
第四章酶分子的化学修饰1.酶活性中心的特点及主要化学基团。
2.研究酶活性中心的方法及差别标记与亲和标记的区别与特点。
3.酶化学修饰的目的是什么？常用的大分子修饰剂有哪些，修饰后的用途及原理。
4.那些蛋白质侧链基团可以被修饰？主要的修饰剂及修饰反应类型。
5.酶的蛋白质工程、酶分子化学修饰、酶的固定化在目的方法上的异同点。
6.分析说明修饰酶的性质。
7.维持酶分子空间结构稳定的主要作用力是什么？8.酶的蛋白质工程的含义是什么？为什么要进行酶的蛋白质工程？什么是蛋白质的定向进化？第五章酶与细胞的固定化1. 固定化酶、细胞、原生质体产生的背景。
2. 固定化方法有哪几种？各自的优缺点及适用范围。
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发酵工业 化学工业 材料
轻工业 食品 环境
酶工程
采矿 能源 生物安全 医药
1.2 1.2 酶工程的研究内容
用于治疗疾病 制成酶制剂后 直接利用 酶的生产、提 酶的生产、 取和分离纯化 制成固定化酶 后利用 用于加工和生 产一些产品 用于化验和水 质监测 用于生物工程 其他分支领域 酶的改性 酶的应用 酶的生产
乳制品用酶 纺织用酶
国际市场酶制剂销售额比例（ 国际市场酶制剂销售额比例（2001年） 年
1.3 酶工程的发展历程及概况
国
发展概况
内 市 场 酶 （ 制 2001 年 ） 剂 销 售 额 比 例
洗涤剂用酶
淀粉、 淀粉 、 酒精用酶
其它
1.4 课程内容及学时安排
绪论 酶的生产 酶的提取与分离纯化 酶分子修饰 酶的固定化 酶非水相催化 酶定向进化 酶反应器 酶的应用 2学时 6学时 4学时 4学时 4学时 4学时 4学时 2学时 2学时
作业 酶的基础知识总结 溶菌酶作用位点 原生质体 参考文献 生物化学》 《生物化学》沈同 王镜岩 酶工程》 《酶工程》罗贵民 酶学》 《酶学》 邹国林 现代生化技术》 《现代生化技术》 郭勇
酶工程பைடு நூலகம்
发酵工程
既相互独立，又有错综复杂的联系。 既相互独立，又有错综复杂的联系。
1.1 酶工程的基本概念
生物工程各领域之间的关系
上游工程——基因工程、细胞工程 基因工程、 上游工程 基因工程 按照人的要求改造物种， 按照人的要求改造物种，获得工程菌 下游工程——发酵工程、酶工程 发酵工程、 下游工程 发酵工程 将基因工程、 将基因工程、细胞工程产业化 基因工程、细胞工程、 基因工程、细胞工程、发酵工程中需要的酶 多通过酶工程获得； 多通过酶工程获得； 酶工程中酶的生产一般通过微生物发酵的方 发酵工程）获得。 法（发酵工程）获得。
1.3 酶工程的发展历程及概况
发展史
1878 德国 Kuhne 1926 1970 1969 功 应 1986 国 义Enzyme 为
Sumner从 得到脲 国 Sumner从刀豆 得到脲 结 （19 国 Smith 发现 固 氨基酰 （1979年 1979年 将固
47年 47年诺贝 奖） 内 ， 诺贝 奖） 工业 工业 产。—— 工 诞 发现获得 发现获得诺贝 奖
用于生物工程其他分支领域 生物工程酶有： 生物工程酶有： 基因工程（限制酶、DNA连接酶） 基因工程（限制酶、DNA连接酶） 连接酶 细胞工程（纤维素酶和果胶酶、胰蛋白酶等 细胞工程（纤维素酶和果胶酶、胰蛋白酶等）
酶工程的研究内容
对已存在天然酶的开发和生产； （1）对已存在天然酶的开发和生产； 自然酶的分离纯化及鉴定技术； （2）自然酶的分离纯化及鉴定技术； 酶的固定化技术（酶和细胞固定化）； （3）酶的固定化技术（酶和细胞固定化）； 酶反应器的研制和应用； （4）酶反应器的研制和应用； 与其他生物技术领域的交叉和渗透。 （5）与其他生物技术领域的交叉和渗透。
青霉素······ 青霉素酰化酶······青霉素 氨苄青霉素 青霉素
溶菌酶
酶制剂的应用
用于化验诊断和水质监测
有葡萄糖氧化酶、 有葡萄糖氧化酶、 过氧化氢酶、 过氧化氢酶、 无色化合物
尿糖试纸和尿糖标准色标
酶制剂的应用
用于化验诊断和水质监测
酶传感器工作原理示意图 用血糖快速测 试仪化验血糖
酶制剂的应用
1.3 酶工程的发展历程及概况
发展历程
（1）酶 ）
固定化酶
固定化酶技术 固定化原生质体技术
固定化细胞技术
（2）酶 ）
酶分子修饰
有机介质中酶 的催化作用
1.3 酶工程的发展历程及概况
发展概况
其它行业用酶 焙烤食品用酶
洗涤剂用酶 饲料用酶
酿酒用酶
洗涤剂用酶 纺织用酶 乳制品用酶 酿酒用酶 饲料用酶 焙烤食品用酶 其它行业用酶
酶制剂的应用
用于治疗疾病 溶菌酶抗菌消炎； 溶菌酶抗菌消炎； 抗菌消炎 尿激酶······溶纤维蛋白酶原 溶纤维蛋白酶 溶纤维蛋白酶原······溶纤维蛋白酶 尿激酶 溶纤维蛋白酶原 ······治疗血栓病 治疗血栓病 用于加工和生产一些产品 用于加工和生产一些产品 果胶酶澄清果酒和果汁 澄清果酒和果汁； 果胶酶澄清果酒和果汁；
酶工程
Enzyme Engineering
Chapter 1 Introduction 绪论
Contents of chapter 1
1、酶工程的基本概念
2、酶工程的研究内容
3、酶工程的发展历程及概况
4、课程内容及学时安排
1.1 酶工程的基本概念
定义 生产、改性与应用的技术过程 酶的生产、改性与应用的技术过程 组成 酶的生产 酶的改性 酶的应用
1.1 酶工程的基本概念
分类 化学酶工程
自然酶的开发、酶的化学修饰、 自然酶的开发、酶的化学修饰、 酶的固定化、 酶的固定化、酶的人工合成
生物酶工程
酶基因的克隆表达、酶的遗传修饰、 酶基因的克隆表达、酶的遗传修饰、酶 的遗传设计
1.1 酶工程的基本概念
地位
生物技术 （ 生物工程）
基基基基
细胞工程