酶工程
第一章绪论酶工程：酶的生产、改性和应用的技术过程。
酶的生产(enzyme production):通过各种方法获得人们所需的酶的技术过程，主要包括微生物发酵产酶、动植物培养产酶和酶的提取与分离纯化等。
酶的改性(enzyme improving ):通过各种方法改进酶的催化特性的技术过程，主要包括酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化和酶定向进化等。
酶的应用(enzyme application):通过酶的催化作用获得人们所需的物质或者除去不良物质的技术过程，主要包括酶反应器的选择与设计以及酶在各个领域的应用等。
酶工程的主要内容包括微生物细胞发酵产酶，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等。
酶工程的主要任务是经过预先设计，通过人工操作，获得人们所需的酶；并通过各种方法使酶充分发挥其催化功能。
酶是一类具有催化功能的生物大分子，亦称生物催化剂。
酶的分类：1、氧化还原酶（oxidoreductase）2、转移酶（transferase）3、水解酶（hydrolase）4、裂解酶（或裂合酶lyase）5、异构酶（isomerase）6、合成酶（synthease）或连接酶（ligase）酶的催化特性：高效性、高度专一性、反应条件温和且活力可调节影响酶催化反应速率的因素：底物浓度的影响，酶浓度的影响，pH、温度的影响，抑制剂的影响，激活剂的影响米氏方程式：[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应速度V max：最大反应速度(maximum velocity)Ｋm：米氏常数(Michaelis constant)米氏常数Km的意义：☐重要特征物理常数，与酶浓度无关。
不同的酶具有不同K m值☐物理意义：Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。
☐Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的Km值。
☐K m值近似等于[ES]的解离常数，可表示酶与底物之间的亲和力：K m值大表示亲和程度小，酶的催化活性低; K m值小表示亲和程度大,酶的催化活性高☐从k m可判断酶的专一性和天然底物。
K m最小的底物，通常就是该酶的最适底物，也就是天然底物。
☐km还可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径。
酶浓度对反应速度的影响：应用：控制[S]足够大，测酶活力酶的抑制剂：能够使酶的催化活性降低或者丧失的物质。
激活剂: 凡能使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。
酶的抑制剂与酶变性的区别：抑制剂对酶有一定的选择性，而变性剂对酶没有选择性酶活力（enzyme activity)：酶催化某一反应的能力。
用在一定条件下，酶催化某一反应的反应速度表示。
反应速度快，活力就越高。
酶活力是酶量的量度指标酶活力单位：习惯单位（U）:底物(或产物)变化量/单位时间国际单位(IU)：在特定的条件下，每分钟催化1μmol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位（1μmoL变化量/分钟）催量单位(katal)：１催量(kat)是指在特定条件下，每秒钟使１mol底物转化为产物所需的酶量。
（1moL变化量/秒）kat与IU的换算：1Kat =6 107 IU 1 IU=16.67×10-9 kat酶的比活力是酶纯度的量度指标，是指在特定条件下，单位重量（mg）的酶所具有的酶活力单位数。
酶的转化数（turnover number) K cat，又称为摩尔催化活性，是指每个酶分子每分钟催化底物的分子数，即酶摩尔酶每分钟转化为产物的摩尔数。
是酶催化效率的量度指标酶活力的测定：连续监测法: 连续测定反应过程中产物、底物或辅酶的变化量，直接测定出酶反应的初速度。
中止法: 酶反应进行到一定时间后终止其反应，再用化学或物理方法测定产物或反应物量的变化。
酶活力测定的步骤：1、酶与底物反应（1）确定底物及最佳反应条件（2）底物溶液及酶液的准备（缓冲液、新鲜、预热）（3）酶与底物反应（恒温、及时终止）2、测底物或产物变化量第二节酶工程酶的生产方法：提取分离法、生物合成法、化学合成法第三节酶的应用酶在医药方面的应用：1、在疾病诊断方面：葡萄糖氧化酶2、在疾病预防与治疗方面：消化酶3、药物制造方面：青霉素酰化酶第二章微生物发酵产酶微生物发酵产酶特点：微生物种类多代谢类型多酶种类多易培养代谢能力强酶产量高第一节酶的生产菌优良的产酶菌种应该具备的条件：酶的产量高、容易培养和管理、产酶的稳定性好、利于酶的分离纯化、安全可靠常用的产酶微生物：细菌、霉菌、放线菌、酵母第二节酶的发酵技术酶的发酵方式：固体发酵、液体深层发酵、固定化细胞发酵、固定化原生质体发酵培养基的配制原则：选择适宜的营养物质营养物的浓度及配比合适物理、化学条件适宜经济节约精心设计、试验比较培养基的五大要素----水、碳源、氮源、无机盐和生长因子发酵条件对产酶的影响：温度的控制、pH的控制、溶解氧的控制、搅拌的作用、泡沫的控制、湿度的控制温度的控制：（1）细胞产酶最适温度往往低于最适生长温度（2）不同阶段控制不同的温度（3）温度调节方法：热水升温、冷水降温pH值的控制：调节培养基的原始pH缓冲液稳定pH值保持一定的C/N值调节通气量，使发酵液中的氧化还原电位差能维持在一定水平流加适宜的酸、碱溶液补料的方式溶解氧的控制：调节通气量：通气量，K d调节氧分压：氧分压，K d调节气液接触面积：面积，K d使空气分散成小气泡调节气液接触时间：t ，K d增加挡板等改变培养液特性：降低粘度第三节酶的生物合成及调节酶生物合成的调节：转录水平的调节转录产物的加工调节翻译水平的调节翻译产物的加工调节和酶降解的调节等转录水平的调节对酶的生物合成是最重要的调节!操纵子的结构元件：结构基因、操纵基因、启动子、调节基因分解代谢物阻遏：指某些物质（主要是葡萄糖和其他容易利用的碳源等）经过分解代谢产生的物质阻遏某些酶（主要是诱导酶）生物合成的现象。
第四节提高酶产率的措施一、使用优良的产酶细胞：通过筛选、诱变、原生质体融合、基因重组、定向进化等手段，获得生长快、产率高、稳定性好的产酶细胞。
二、使用优良的发酵生产设备：通过精心设计或者选择使用高产、低耗的发酵罐等发酵生产设备。
三、采用先进的分离纯化技术和设备：采用操作简便、收得率高的分离纯化技术和设备，以达到高产丰收的效果。
四、控制好工艺条件：在发酵过程中，要根据菌种特性，确定培养基和发酵工艺条件，进行工艺优化，并根据需要和变化的情况及时加以调节控制。
五、采取某些行之有效的措施，诸如添加诱导物、控制阻遏物浓度、添加表面活性剂等。
第五节酶的发酵动力学发酵动力学是研究发酵过程中细胞生长速率、产物生成速率、基质消耗速率及其影响因素的学科。
莫诺德（Monod）方程：µ：比生长速率µm：最大比生长速率S：限制性基质的浓度Ks：莫诺德常数，µ=0.5 µm时的限制性基质浓度酶生物合成的模式：通过分析比较细胞生长和酶产生的关系，可将酶的生物合成分为以下四种模式：同步合成型酶的生物合成速度与细胞生长速度紧密联系酶的合成可诱导，但不受分解代谢物阻遏和反应产物阻遏。
对应的mRNA很不稳定大部分组成酶和部分诱导酶的合成属于此种模式。
如：米曲霉在含有胆宁或者没食子酸的中生长，合成胆宁酶延续合成型酶的合成在细胞的生长阶段开始，在细胞生长进入平衡期后，酶还可以延续合成较长一段时间可受诱导，一般不受分解代谢物和产物阻遏对应的mRNA相当稳定属于该类型的酶可以是组成酶，也可以是诱导酶中期合成型酶的合成在细胞生长一段时间后才开始，而在细胞生长进入平衡期以后，酶的合成也随着停止。
酶的合成受产物的反馈阻遏或分解代谢物阻遏。
对应的mRNA不稳定滞后合成型只有当细胞生长进入平衡期以后，酶才开始合成并大量积累。
许多水解酶的生物合成都属于这一类型受分解代谢物的阻遏作用所对应的mRNA稳定性高影响酶生物合成模式的主要因素：高：可在细胞停止生长后继续合成酶1）mRNA的稳定性差：随着细胞停止生长而终止酶的合成2）培养基中阻遏物的存在不受阻遏：随着细胞的生长而开始酶的合成。
受阻遏：细胞生长一段时间或平衡期后，酶才开始合成。
酶生产中最理想的合成模式延续合成型：发酵过程中没有生长期和产酶期的明显差别。
细胞开始生长就有酶的产生，直至细胞生长进入平衡期后，酶还可以继续生成一段时间。
固定化细胞的特点：提高产酶率可以反复使用或连续使用较长时间基因工程菌的质粒稳定，不易丢失发酵稳定性好缩短生产周期，提高设备利用率产品容易分离纯化适用于胞外酶等胞外产物的生产固定化细胞发酵产酶的工艺条件控制：1、固定化细胞的预培养，利于固定化细胞生长繁殖2、溶解氧的供给（1）不能剧烈搅拌（2）加大通气量（3）改变固定化方法3、温度的控制：连续培养时，培养液需预先调温4、培养基成分的控制：需注意载体的稳定性、溶氧固定化原生质体的特点：1、稳定性较好2、利于胞内物质的分泌3、利于氧气和营养物质的传递吸收，提高产酶率固定化原生质体发酵产酶的工艺条件及控制：1、发酵液中需加渗透压稳定剂2、防止细胞壁再生3、固定化原生质体时，保证原生质体浓度第三章动、植物细胞培养产酶第四章酶的分离纯化酶的提取和分离纯化——是指将酶从细胞或培养基中取出，再与杂质分开，而获得与使用目的要求相适应的有一定纯度的酶产品的过程，是酶工程的主要内容之一。
医药98％、99.9％遵循的原则：1、原料易得，成本低，含酶量高2、各过程条件温和3、尽可能使用缓冲液4、操作中，注意保护酶活力:如加EDTA、半胱氨酸、蛋白酶抑制剂等5、跟踪酶分离每一步的总活力和比活力，判别每步方法的可行性6、注意分离方法的使用顺序（1）先用低分辨率的方法:离心、沉淀、过滤等（2）后用高分辨率方法:结晶、膜分离、离子层析（3）昂贵、分离规模小的放最后:凝胶层析、亲和层析、HPLC(高压液相色谱）等第二节细胞的破碎与提取细胞破碎：通过各种方法使细胞外层结构破坏的技术过程。
目的：使胞内酶释放细胞破碎的方酶分子修饰天然酶的局限：稳定性较差活性不够高可能具有抗原性酶分子修饰：通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的技术过程。
酶分子修饰的作用：提高酶的活力activity增强酶的稳定性stability降低或消除酶的抗原性immunological property研究和了解酶分子中主链、侧链、组成单位、金属离子和各种物理因素对酶分子空间构象影响structure酶分子修饰的方法：金属离子置换修饰(metal ion replacement modification)大分子结合修饰(macromolecules combine modification)侧链基团修饰(side-chain group modification)肽链有限水解修饰(peptide chain limited hydrolysis modification)氨基酸置换修饰(amino acid replacement modification)物理修饰(physical modification)大分子结合修饰：采用水溶性大分子与酶的侧链基团共价结合，使酶分子的空间构象发生改变，从而改变酶的催化特性的修饰。
酶工程的应用
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酶的固定化技术
研究新型的酶固定化技术，提高酶的稳定性和可重复使用性，降低生产成本。
酶工程与其他生物技术的结合应用
酶工程与代谢工程
将酶工程与代谢工程技术相结合，优化微生物细胞工厂的生产过程，提高目标产物的产量和效率。
酶工程与合成生物学
利用合成生物学技术构建人工酶系统，实现新酶类的设计和合成，拓展酶的应用领域。
04 酶工程的未来展望
新酶的发现与开发
发现新酶
通过基因组学和蛋白质组学技术，发现新的酶类，探索其在不同生物体内的功能 和应用潜力。
酶的定向进化
利用进化工程和基因工程技术，对已知酶进行定向进化，提高其催化效率和特异 性，以满足工业生产的需求。
酶的生产与应用技术的改进
高效表达系统
开发高效表达酶的微生物或细胞培养系统，提高酶的生产效率和产量。
基因治疗
酶工程在基因治疗中发挥 关键作用，如用于基因编 辑的酶。
农业领域
生物农药
利用酶工程生产具有生物 活性的酶，可以开发出新 型生物农药，减少化学农 药的使用。
转基因作物
通过酶工程手段改良作物 的遗传性状，提高作物的 抗逆性、产量和品质。
有机肥料
利用酶工程促进有机物料 的分解，提高肥料的利用 率和土壤的可持续性。
酶工程的发展历程
酶的发现与分离提取
酶的固定化技术
自1833年以来，人们开始从动植物组织中 分离提取酶，开启了酶工程的历史。
1960年代，人们开始研究酶的固定化技术 ，使酶能够重复使用，大大提高了酶的工 业化应用价值。
酶的分子改造
酶工程的应用拓展
随着基因工程的不断发展，人们开始对酶 进行分子改造，以改变酶的催化性质和适 应特定反应条件。
酶工程
名词解释1. 酶工程:又叫酶技术,是酶制剂的大规模生产和应用的技术。
2.自杀性底物:底物经过酶的催化后其潜在的反应基团暴露,再作用于酶而成为酶的不可逆抑制剂,这种底物叫自杀性底物??3.别构酶;调节物与酶分子的调节中心结合后,引起酶分子的构象发生变化,从而改变催化中心对底物的亲和力,这种影响被称为别构效应,具有别构效应的酶叫别构酶4.诱导酶:有些酶在通常的情况下不合成或很少合成,当加入诱导物后就会大量合成,这样的酶叫诱导酶5.Mol 催化活性:表示在单位时间内,酶分子中每个活性中心转换的分子数目6. 离子交换层析9比活力11葡萄糖效应13产酶动力学15双向凝胶电泳20固定化细胞21酶化学修饰1．酶的转换数：酶的转换数Kp。
又称为摩尔催化活性，是指每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数。
2．酶的催化周期：酶进行一次催化所用的时间。
3．固定化酶的比活力：指每克干固定化酶所具有的6活力单位数，它是酶制剂纯度的一个指标。
4．抗体酶：又称催化行抗体。
是一类具有生物催化功能的抗体分子。
抗体是由抗原诱导产生的抗原特异结构免疫球蛋白，要使机体具有生物催化功能，只要在抗体的可变区赋予酶的催化特性，以及酶的高效催化能力。
是通过人工设计采用现代生物技术而获得的一类新的生物催化剂，有些是自然界原本不存在的。
5．端粒酶：是一种核酸核蛋白，包含蛋白质和RNA两种基本成分。
其RNA组分包含有构建端粒的重复序列的核苷酸摸板序列，在合成端粒的过程中，端粒酶以其本身的RNA组分为摸板把端粒的重复序列加到染色体DNA的末端上，使端粒延长。
6．核酶：核酸类酶。
为一类具有生物催化功能的核糖核酸分子。
它可以催化本身RNA剪切或剪接作用，还可以催化其他RNA，DNA多糖，酯类等分子进行反应。
7．KS分段盐析：指在一定温度和PH值条件下，通过改变离子强度使不同的酶和蛋白质分离的方法。
8．B分段盐析：指在盐和离子强度条件下，通过改变温度和PH使不同的酶或蛋白质分离的方法。
酶工程
酶比活力：指在特定条件下每1mg酶蛋白所具有 的酶活力单位。用于比较酶制剂的纯度和活力高 低。
酶活测定基本步骤： 酶活测定基本步骤：
在一定条件下将酶与作用底物混合均匀，反应一段时间 后，测定反应液中底物或产物变化的量。 要点： 1、选择适宜的底物和底物浓度。要求底物均匀，且浓度足 够大。至少为Km的10倍。 2、确定酶反应的pH、温度等条件。保持pH恒定通常用缓 冲液，有些酶还需加激活剂。 3、产物测定或底物含量测定可采用连续方式或间歇方式， 要求快速、简便。如不能立即测出需中止反应。
2.酶的优化生产 酶的优化生产
酶的优化生产是通过各种调控技术使酶的生产在最优化 的条件下进行，以获得更多更好的酶，这是酶工程研究 成果产业化的重要条件.常用的方法是对培养基、培养条 件和分离纯化条件等进行优化.然而在生物工程高速发展 的今天，用于生产酶的细胞大多数都是经过基因转移或 基因改造的细胞，传统的方法已不能适应酶工程发展的 要求，必须在代谢调控理论的指导下，采用先进的调控 技术对酶的生物合成进行全面的调节控制，并采用先进 的生化分离技术，才能达到优化生产的目的.
1.2
酶的基本概念
必须用发展的观点来待酶的概念－－与时俱进 早期发现的酶都是蛋白质，82年发现RNA酶 Ribozyme. 模拟酶：利用有机化学的方法合成一些比酶简单 的非蛋白质分子模拟酶的络合与催化特性。特点 催化高效、结构稳定。85年Bender等人利用环 糊精等模拟出胰凝乳蛋白酶。（催化特性相当） 酶是生物催化剂。
一种酶能够催化一类结构相似的物质进行某种相 同类型的反应。 例如胰蛋白酶选择性地水解含有赖氨酸或精氨酸 的羰基的键。通常消化相关酶都是相对专一的。
二、酶的高效催化能力
酶加快反应速度通常为1014倍,通常在常温常压下反应。 底物 催化剂 温度K 335 294 295 295 反应速度 7.4×10-7 5.0×106 56 3.5×107
酶工程期末重点总结
酶工程期末重点总结一、酶工程概述酶工程是将酶应用于工业领域的一门科学，通过对酶的研究和改良，可以提高酶的稳定性、催化活力、选择性和产量，以满足工业生产的需求。
酶工程的应用范围广泛，涉及生物技术、医药化学、食品工程等多个领域。
二、酶的产生和分离纯化1. 酶的产生：酶可以通过天然微生物、重组DNA技术等方法进行生产。
天然微生物通过发酵过程产生酶，而重组DNA技术可以将特定基因导入到宿主微生物中，使其产生目标酶。
2. 酶的分离纯化：酶的分离纯化通常包括细胞破碎、组织液处理、沉淀和层析等步骤。
其中，层析是一种常用的分离纯化方法，包括凝胶过滤层析、离子交换层析、亲和层析等。
三、酶的性质和特点1. 酶的性质：酶是一种特殊的蛋白质，具有催化作用。
酶的催化作用是高度选择性的，可以加速化学反应的速率并降低反应的能量活化值。
2. 酶的特点：酶具有高效、低成本、环境友好等特点。
由于酶具有高度选择性，因此可以在温和的条件下催化反应，减少能耗和废弃物产生。
四、酶的改良和优化酶的改良和优化是酶工程的核心内容之一，旨在提高酶的催化活力、选择性和稳定性，以满足工业生产的需求。
1. 酶的改造：通过理性设计和随机突变等手段，改变酶的氨基酸序列，以改善其性质。
常用的改造方法包括点突变、插入突变和删除突变等。
2. 酶的固定化：将酶固定在材料表面或载体上，增加酶的稳定性和重复使用性。
常用的固定化方法包括包埋法、凝胶包覆法和共价固定法等。
3. 酶的进化：通过模拟自然界的进化过程，通过多代选择和酶库筛选等方法，获得具有改良性质的酶。
进化方法包括DNA重组技术、DNA重组酶库和聚合酶链式反应等。
五、酶工程在工业中的应用酶工程在工业中的应用广泛，涉及到生物能源、纺织印染、制药等多个领域。
1. 生物能源：酶可以催化生物质转化为生物能源，如酶解纤维素制备生物乙醇。
2. 纺织印染：酶可以代替传统的化学处理方法，实现更加环保和高效的染色和整理。
3. 制药：酶可以用于合成药物和研发新药，如利用酶合成青霉素等抗生素。
酶工程
用于加工和生 产一些产品
用于化验诊断和 水质临界测试
用于生物工程 其他分支领域
酶制剂的生产
酶制剂的利用
生物工程各分支领域之间的关系
上游处理技术：基因工程和细胞工程 下游处理技术：发酵工程和酶工程
酶制剂的生产过程
动植物组织细胞 酶的提取分离、纯化
微生物发酵产物
直接利用 酶制剂
固定化酶
谢谢
酶制剂的应用
1、酶制剂可用于治疗疾病。 例如： 从曲霉中提取的淀粉酶可用于治疗消化不良； 溶菌酶可用于抗菌、消炎； 尿激酶可用于治疗血栓病。
2、酶制剂可用于食品加工。
例如： 果胶酶可用于澄清果酒和果汁； 用木瓜蛋白酶制成的嫩肉粉，可以使肉丝、 肉片等烹调后吃起来嫩滑可口。
酶制剂的应用
3、酶制剂用于生产一些药品。 例如：青霉素酰化酶可用于生产氨苄青霉素 4、酶制剂可用于化验诊断 举例：尿糖试纸检验糖尿病
酶工程拓展
享学课堂
目录
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ห้องสมุดไป่ตู้
酶的概念 酶工程
酶抑制剂
一、酶的概念
酶的概念
酶(Enzyme)是活细胞产生的一类具有 生物催化作用的有机物。
二、酶工程
酶工程
概念： 是指将酶所具有的生物催化功能， 借助工程学的手段，应用于生产、 生活、医疗诊断和环境保护等方面 的一门科学技术。 包括： 酶制剂的生产 酶制剂的应用
三、酶抑制剂
酶制剂的生产
包括： 酶的生产 提取 分离纯化
液体
固体
制成酶制剂
酶制剂的生产
包括： 酶的生产 提取 分离纯化
液体
固体
制成酶制剂
酶制剂： 分离纯化的酶加入适量的稳定剂、填充剂。 稳定剂： 为了保证在提取过程中不使酶被破坏而加 入的具有保持酶活性的物质。 填充剂： 那些能够改变酶的原有状态，若使浓度增 加，但不改变酶的性质所添加的一些物质。
酶工程
酶工程：又称酶工艺，是围绕酶所特有的催化性能使其在工业、农业医疗保健事业及其其它各方面发挥作用的应用技术，主要为酶制剂的生产和应用。
酶工程的主要内容：1酶的发酵和产2酶的分离纯化3酶和细胞的固定化4酶的分子修饰5酶的发应动力学和反应器6酶电板/酶传感器7酶的应用8有机介质中的酶反应9抗体酶，人工酶和模拟酶使用微生物进行酶生产时，利用微生物的优点：1微生物的种类多，酶种丰富，菌株易诱变2微生物生长繁殖快，易提取酶3培养基价格便宜，微生物培养不受季节，地理限制4发酵生产易自动控制5易获得工程菌，提高酶产率，开发新酶培养基营养成分：碳源，氮源，无机盐，微量元素，生长因子，产酶促进剂发酵条件对产酶的影响因素：温度，PH，通气量，搅拌，泡沫，湿度提高酶产量的方法：1选育优良的产酶细胞株系2添加诱导物3控制阻遏物浓度4添加表面活性剂5添加产酶促进剂提高植物细胞产物产量的途径：1选择高产出的细胞株2代谢途径的调节3控制细胞生长和分化程度4诱导物或加入前体5两相培养及次生产物的释放6毛状根（发根）培养技术酶发酵动力学：研究在发酵过程中细胞生长速度，产物生成以及环境因子对这些速度的影响。
酶的分离纯化:包括三个基本环节：一是抽提，即把酶从材料转入溶剂中来制成酶溶液；二是纯化，即把杂质从酶溶液中除掉或从酶溶液中把酶分离出来；三是制剂，即将酶制成各种剂型。
三个基本原则：1、注意防止酶的变性失活：（1）除少数情况外，所有操作必须在低温下进行，特别是有机溶剂存在时更要特别小心；（2）大多数酶在PH<4或PH>10的条件下不稳定,故不能过酸过碱（3）酶溶液常易形成泡沫而使酶变性,故应防止泡沫的形成（4）重金属能引起酶失活,有机溶剂能使酶变性,微生物污染,蛋白质使酶变性,都必须予以防止2、酶的分离纯化的目的是将酶以外的所有杂质尽可能除去，因此，在不破坏所需酶的条件下，可使用各种“激烈”手段。
此外，由于酶和它的底物，抑制剂等具有亲和性，当这些物质存在时，酶的理化性质和稳定性发生了一定变化，从而提供了更多条件和方法可供采用3、酶具有催化活性，检测酶活性，跟踪酶的来龙去脉，为选择适当的方法和条件提供了直接依据。
酶工程
酶电极具有测试Biblioteka 一、灵敏、快速、简便、准确的优点，并且稳定性较好，可以使用几十次到几百次
酶在有机介质中的催化特性: 底物专一性、对映体选择性、区域选择性、键选择性、热稳定性、PH特性
有机介质中酶催化反应的条件及其控制
酶的固定方法主要有五种：吸附法、包埋法、结合法、交联法。
各自概念和特点
1吸附法：利用各种固体吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面上，而使酶固定化的方法称为物理吸附法，简称吸附法。
物理吸附法制成的固定化酶，酶活力损失少，但酶易脱落，很少实用价值。
2包埋法：将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中，使酶固定化的方法称为包埋法。
1.酶在有机介质中可以催化多种反应，主要包括合成反应、转移反应、醇解反应、氨解反应、异构反应、氧化还原反应、裂合反应等。
酶在有机介质中的各种催化反应受到各种因素的影响，主要有酶的种类和浓度、底物的种类和浓度、有机溶剂的种类、水含量、温度、PH和离子强度等。必须控制好各种条件并根据情况变化加以必要的调节控制。
氨基酸置换修饰的作用
1. 通过修饰可以提高酶活力2通过修饰可以增强酶的稳定性3通过修饰可以使酶的专一性发生改变
酶分子的物理修饰：通过各种物理方法使酶分子的空间构象发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的方法称为酶分子的物理修饰。
固定化酶与一般的水解酶相比具有的优点：
1极易将固定化酶和底物、产物分开；2产物中没有酶的残留，简化了工业设备；3可以反复使用；4可以提高酶的稳定性；5酶反应过程可以加以严格控制；6可以增加产物的收得率，提高产物质量；7酶使用效率提高，成本降低。
第二章 酶工程
（四）发酵方法
1.温度的控制
– 枯草杆菌的最适生长温度为34～37℃，黑曲霉 的最适生长温度为28～32℃。
2.通气和搅拌 – 在发酵过程中必须不断供给氧，一般通过供给 无菌空气来实现；
3. pH值的控制
– 细菌和放线菌的生长最适pH值为6.5～8.0；霉 菌和酵母的生长最适pH值为4～6；植物细胞的 生长最适pH值为5～6。
（3）粘性末端（sticky
ends，cohensive ends）
含有几个核苷酸单链的末端。
分两种类型： ① 5’端凸出（如EcoR I切点）
② 3’端凸出（如Pst I切点）
（4）粘性末端的意义
①连接便利 i）不同的DNA双链：只要粘性末端碱基互补 就可以连接。这比连接两个平齐末端容易。
ii）同一个DNA分子内连接：通过两个相同的粘性末 端可以连接成环形分子。
2．酶的特性 （1）酶催化作用的专一性强 （2）酶催化作用的效率高
（3）酶催化作用的条件温和
3. 酶的分类：
氧化还原酶、转移酶、水解酶、 裂解酶、异构酶、合成酶
（二）酶工程
– 狭义：是指在一定的生物反应器中，利用酶的催 化作用，将相应的原料转化成有用物质的技术
– 广义：是指研究酶的生产和应用的一门技术性学 科，它包括酶的发酵生产、酶的固定化、酶的化 学修饰、酶反应器和酶的应用等方面内容。
(2)为提高酶稳定性，常加入下列稳定剂
①底物、抑制剂和辅酶，它们的作用可能是通过降低局部 的能级水平，使酶蛋白处于不稳定状态的扭曲部分转入稳 定状态。 ②对巯基酶．可加入SH—保护剂。如巯基乙醇、GSH(谷 胱甘肽)、DTT（二硫苏糖醇)等。
第四节 分子生物学技术常用的工具酶
核酸酶类是基因工程操作中必不可少的 工具酶，基因克隆的许多DNA分子的制备、 DNA片段的切割与连接、核酸探针的标记 cDNA的合成等，都需要用一系列的功能特 意核酸酶来完成。没有酶就没有基因工程。
酶工程
细胞呼吸强度Qo2：是指单位细胞量在单位时间内的耗氧量。
细胞浓度Cc:指的是单位体积培养液中细胞的量。 Ko2=Qo2?Cc
溶氧速率Kd：是指单位体积的发酵液在单位时间内溶解氧的量。调节溶解氧的方法：1、调节通气量 2、调节氧的分压 3、调节气液接触时间 4、调节气液接触面积 5、改变培养基的性质
12、简述影响酶提取的主要因素？答：影响酶提取的主要因素：酶在所使用的溶剂中的溶解度以及酶向溶剂相中扩散的速度。①温度：对酶的提取效果有明显影响。适当提高温度，可提高酶的溶解度，也可增大酶分子的扩散速度，但温度过高，易引起变性失活。0-10℃。②pH：溶液的pH值对酶的溶解度和稳定性有显著影响，为提高酶的溶解度,提取时pH值应避开酶的等电点。③体积：增加提取液用量可提高酶的提取率。提取液的总量一般为原料体积的3-5倍。在酶的提取过程中，含酶原料的颗粒体积越小，则扩散面积越大，有利于提高扩散速度。适当的搅拌，可以使提取液中的酶分子迅速离开原料颗粒表面，从而增大两相界面浓度差，有利于提高扩散速率。适当延长提取时间，可以使更多的酶溶解出来，直至达到平衡。在提取过程中，为了提高酶的稳定性，免致在引起酶的变性失活，可适当加入某些保护剂。
名词解释
酶：具有生物催化功能的生物大分子。
酶工程：酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程。
酶活力：指在一定条件下，酶所催化的反应初速度。
酶比活：指在特定条件下，单位质量蛋白质或RNA所拥有的没活力单位数。常用来表示酶的纯度。
酶的生产：是指通过各种方法获得人们所需的酶的技术过程，主要包括微生物发酵产酶、动植物培养产酶和酶的提取与分离纯化等。酶的生产方法：提取分离法、生物合成法、化学合成法。
-酶工程简介
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生物酶工程示意图
酶工程原理和基本过程
菌种 → 扩大培养→ 发酵→ 发酵酶液 →酶的提取 → 酶成品
原料→ 前处理→ 杀菌→ 酶反应器 ← ↓ 反应液→ 产品提取→ 产品
酶的固定化
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酶工程研究热点
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新酶或已有酶的新功能的开发 根据已有底物开发新的酶反应 利用突变或定向进化技术改善生物催化剂性能 利用重组DNA技术大规模生产生物催化剂 利用有机溶剂或共溶剂开发新的反应体系 体内或体外合成的多酶体系 克服底物和产物抑制 精细化工品或医药合成技术的放大 辅因子再生 生物催化剂的修饰 生物催化剂的固定化
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The 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"
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The Nobel Prize in Chemistry 1907
"for his biochemical researches and his discovery of cell-free fermentation"
Eduard Buchner Germany Landwirtschaftliche Hochschule (Agricultural College) Berlin, Germany b. 1860 d. 1917
核心目标：大规模利用生物体系（如细胞 或酶）作为催化剂实现物质是生物技术的重要组成部分