酶工程重点

酶工程

第一章：绪论

1、基因工程（genetic engineering ）

以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因(DNA分子)，按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。

2、细胞工程(Cell engineering)

应用现代细胞生物学、发育生物学、遗传学和分子生物学的理论与方法，按照人们的需要和设计，在细胞水平上的遗传操作，重组细胞的结构和内含物，以改变生物的结构和功能，即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等方法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的生物工程技术。

3、发酵工程(Fermentation Engineering)

指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。

4、酶工程（Enzyme Engineering）

将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备,酶的固定化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。

5、基因工程：DNA 细胞工程：细胞水平酶工程：蛋白质

发酵工程：微生物工业

6、1777年，意大利物理学家斯巴兰沙尼（Spallanzani）的山鹰实验。

1822年，美国外科医生博蒙特（Beaumont）研究食物在胃里的消化。

19世纪30年代，德国科学家施旺获得胃蛋白酶。

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。

1890年，Fisher——锁钥学说。

1902年，Henri——中间产物学说。

1913年，Michaelis 和Menten——米氏学说。

1958年，Koshland——诱导契合学说。

1960年，Jacob 和Monod——操纵子学说。

1982年，Thomas R.Cech等人发现四膜虫细胞的26S rRNA前体具有自我剪接功能，将这种具有催化活性的天然RNA称为核酶—Ribozyme。

1983年，Altman等人发现核糖核酸酶P的RNA组分具有加工tRNA前体的催化功能。而RNase P中的蛋白组分没有催化功能，只是起稳定构象的作用。

1894年，日本的高峰让吉用米曲霉制备得到淀粉酶，开创了酶技术走向商业化的先例。

1908年，德国的Rohm用动物胰脏制得胰蛋白酶，用于皮革的软化及洗涤。

1908年，法国的Boidin制备得到细菌淀粉酶，用于纺织品的褪浆。

1911年，Wallerstein从木瓜中获得木瓜蛋白酶，用于啤酒的澄清。

1949年，用微生物液体深层培养法进行－淀粉酶的发酵生产，揭开了近代酶工业的序幕。

1960年，法国科学家Jacob和Monod提出的操纵子学说，阐明了酶生物合成的调节机制，通过酶的诱导和解除阻遏，可显著提高酶的产量。

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：发酵与细胞的存活无关，但是活细胞产生的。

1969年，日本，千畑一郎，固定化氨基酰化酶，从DL-氨基酸连续生产L-氨基酸，首次工业规模应用固定化酶，促使酶工程作为一个独立的学科从发酵工程中脱离出来;

7、酶（enzyme）：活细胞产生的，能在细胞内外起作用的（催化）生理活性物质。

8、单体酶：只有单一的三级结构蛋白质构成。

寡聚酶：由多个（两个以上）具有三级结构的亚基聚合而成。

多酶复合体：由几个功能相关的酶嵌合而成的复合体。

9、酶的分类：氧化还原酶，转移酶，水解酶，裂解酶，异构酶，合成酶，核酶

10、酶活力：又称为酶活性，酶催化一定化学反应的能力，通常以在一定条件下酶所催化的化学反应速度来表示。

11、酶的比活力是每单位（一般是mg）蛋白质中的酶活力单位数（如：酶单位/mg蛋白），实际应用中也用每单位制剂中含有的酶活力数表示（如：酶单位/mL（液体制剂），酶单位/g（固体制剂）），对同一种酶来讲，比活力愈高则表示酶的纯度越高（含杂质越少），所以比活力是评价酶纯度高低的一个指标。

第二章：酶的生物合成与发酵生产

1、酶生物合成的调节：通过调节酶合成的量来控制微生物代谢速度的调节机制，是在基因转录水平上进行的。

2、调节基因(regulator gene)：可产生一种组成型调节蛋白(regulatory protein)，通过与效应物(effector)的特异结合而发生变构作用，从而改变它与操纵基因的结合力。调节基因常位于调控区的上游。

3、启动基因（promotor gene）（启动子）：有两个位点：

（1）RNA聚合酶的结合位点

（2）cAMP-CAP的结合位点。

4、操纵基因（Operator gene）:位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序，能特异性地与调节基因产生的变构蛋白结合，操纵酶合成的时机与速度。

5、结构基因（Structural gene）:决定某一多肽的DNA模板，与酶有各自的对应关系，其中的遗传信息可转录为mRNA，再翻译为蛋白质。

6、酶的诱导：乳糖操控子是大肠杆菌中控制β半乳糖苷酶诱导合成的操纵子。包括调控元件P(启动子)和O(操纵基因)，以及结构基因lacZ(编码半乳糖苷酶)、lacY(编码通透酶)和lacA(编码硫代半乳糖苷转乙酰基酶)。

（1）、无乳糖时，调节基因lacI 编码阻遏蛋白，与操纵基因O 结合后抑制结构基因转录,不产生代谢乳糖的酶。（2）、只有乳糖存在时,乳糖可与lac阻遏蛋白结合，而使阻遏蛋白不与操纵基因结合，诱导结构基因转录，代谢乳糖的酶产生以代谢乳糖。

（3）、葡萄糖和乳糖同时存在时，葡萄糖的降解产物能降低cAMP含量，影响CAP（cAMP受体蛋白）与启动基因结合，抑制结构基因转录，抑制代谢乳糖的酶产生。

7、色氨酸操纵子——酶的阻遏：无色氨酸存在时，调节基因编码阻遏蛋白（无活性），阻遏蛋白不能与操纵基因结合，结构基因表达；有色氨酸存在时，结构基因编码阻遏蛋白（无活性），阻遏蛋白与色氨酸结合使其构型改变与操纵基因结合，结构基因不能表达。

8、分解代谢阻遏：在含有葡萄糖和乳糖的培养基上生长，优先利用葡萄糖。待葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖，产生了两个对数生长期中间隔开一个生长延滞期的“二次生长现象”(diauxie或biphasic growth）又称葡萄糖效应。

葡萄糖的分解代谢产物能能抑制腺苷酸环化酶的活性使cAMP不能形成，并激活磷酸二酯酶使cAMP转化为5’-AMP，降低胞内的cAMP水平，使CAP呈失活状态，RNA聚合酶不能与启动子结合。当葡萄糖分解完以后，cAMP与CPA 结合成cAMP-CAP，CAP激活，并结合在cAMP-CAP的结合位点，RNA与启动子结合，结构基因进行表达。

9、在分批培养(batch culture)过程中，细胞生长一般要经历延迟期、指数生长期、减速期、静止期和衰亡期5个阶段。（填空）

10、根据酶的合成与细胞生长之间的关系，可将酶的生物合成分为3种模式：生长偶联型（同步合成型、中期合成型），部分生长偶联型（延续合成型），非生长偶联型（滞后合成型）

11、生长偶联型（又称同步合成型）：酶的生物合成与细胞生长同步。

特点：酶的合成可以诱导，但不受分解代谢物阻遏和反应产物阻遏。

当去除诱导物、细胞进入平衡期后，酶的合成立即停止，表明这类酶所对应的mRNA很不稳定。

12、生长偶联型中的特殊形式——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。

特点：酶的合成受产物的反馈阻遏或分解代谢物阻遏。所对应的mRNA是不稳定的。

13、部分生长偶联型（又称延续合成型）

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。

14、非生长偶联型（又称滞后合成型）

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。

特点：受分解代谢物的阻遏作用。所对应的mRNA稳定性高。

15、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。

对于：

同步合成型：提高对应的mRNA的稳定性，如降低发酵温度。

滞后合成型：尽量减少甚至解除分解代谢物阻遏，使酶的合成提早开始。

中期合成型：要在提高mRNA稳定性以及解除阻遏两方面努力。

16、固定化细胞：又称固定化活细胞、固定化增殖细胞，用各种方法固定在载体上又能进行生长、繁殖和新陈代谢的细胞。

17、固定化细胞发酵产酶的特点：

（1）提高产酶率：细胞密度增大使生化反应加速导致产酶率提高

（2）可在高稀释度下连续发酵：不影响固定化细胞;

（3）基因工程菌的质粒稳定，不易丢失；

（4）发酵稳定性好：细胞受载体保护，pH和T适应性宽；

（5）缩短发酵周期，提高设备利用率；

（6）产品容易分离纯化；

（7）适于胞外酶等胞外产物的生产。

18、在无菌条件下，将植物器官或组织（如芽、茎尖、根尖或花药）的一部分切下来，放在适当的人工培养基上进行培养，这些器官或组织就会进行细胞分裂，形成新的组织。不过这种组织没有发生分化，只是一团薄壁细胞，叫做愈伤组织。再适合的光照、温度和一定的营养物质与激素等条件下，愈伤组织便开始分化，产生出植物的各种器官和组织，进而发育成一棵完整的植株

第三章：酶的提取与分离纯化

1、酶的提取：把酶从生物组织或细胞中以溶解状态释放出来的过程，即将尽可能多的酶，尽量少的杂质从原料中引入溶液。

提取目标：a. 将目的酶最大限度地溶解出来。b. 保持生物活性。

提取原则：a. 相似相溶。b. 远离等电点的pH值，溶解度增加。

提取方法：

（一）盐溶液提取

常用稀盐（常用NaCl）溶液（盐溶），对酶稳定性好、溶解度大，最常用。

（二）酸、碱溶液提取（有些酶在酸或碱溶液中溶解度比较大且比较稳定）

（三）有机溶剂提取（提取难溶于水的蛋白）

2、沉降系数（sedimentation constant）：指单位离心力下颗粒的沉降速度（sedimentation velocity）,用S表示。

3、差速离心（differential centrifugation）：采用不同的离心速度和离心时间，使沉降速度不同的颗粒分批分离的方法。

4、密度梯度离心（density gradient centrifugation）：样品在密度梯度介质中进行离心，使沉降系数比较接近的组分得以分离的一种区带分离方法。常用的密度梯度溶液是蔗糖溶液。

5、等密度梯度离心（sedimentation equilibrium centrifugation）：根据颗粒的密度不同而进行分离。离心时，在离心介质的密度梯度范围内，不同密度的物质颗粒或向下沉降，或向上漂浮，达到与其相同的密度时不再移动，形成区带。

6、等电点沉淀(isoelectric precipitation) 原理：蛋白质在等电点时溶解度最低，不同的蛋白质具有不同的等电点。优点：1）大多数蛋白质的pI都在偏酸性范围内

2）无机酸（如磷酸、盐酸、硫酸）价格较低

3）无需除掉多余酸即可进行下一步纯化

缺点：酸化时，容易引起蛋白质失活

7、膜分离：借助一定孔径的高分子薄膜，将不同大小、形状、性质的颗粒或分子进行分离的技术。

8、吸附层析：利用吸附剂表面对不同组分吸附性能的差异。

离子交换层析：利用不同组分对离子交换剂亲和力的不同。

凝胶层析：利用某些凝胶对于不同分子大小的组分阻滞作用的不同。

9、按操作形式不同分类：柱层析，纸层析，薄层层析

10、层析装置：梯度洗脱器，蠕动泵，层析柱，监测仪，记录仪，收集器

11、离子交换层析（ion exchange chromatography，IEC）原理:根据待分离物质带电性质不同的分离纯化方法。

阴离子交换剂：可吸附带负电的蛋白质；阳离子交换剂：可吸附带正电的蛋白质

12、离子交换剂的选择

a. 强、弱离子交换剂的选择：

强型：适用的pH范围广，制备无离子水

弱型：适用的pH范围窄，分离生物大分子物质

b. 阴、阳离子交换剂的选择：酶的稳定性

若

若>pI稳定，蛋白质带负电荷，用阴离子交换剂

13、疏水层析（Hydrophobic Interaction Chromatography, HIC）：

从分离纯化的机制看，属吸附层析类。利用疏水层析介质和蛋白质分子都具有一定的疏水性质，根据被分离成分与固定相之间疏水力大小的不同而进行分离。

14、电泳（electrophoresis, EP）：指带电粒子在电场中向着与其所带电荷性质相反的电极方向移动的过程。

33、琼脂糖凝胶电泳：一般用于核酸的分离分析。琼脂糖凝胶孔径度较大，对大部分蛋白质只有很小的分子筛效应。聚丙烯酰胺凝胶电泳：可用于核酸和蛋白质的分离、纯化及检测。分辨率较高。

15、电荷效应: 分离胶中，蛋白质表面净电荷不同，迁移率不同。

分子筛效应：大小和形状不同的样品分子通过一定孔径的分离胶时，受阻滞的程度不同而表现出不同的迁移率。浓缩效应：使样品在浓缩胶中被浓缩成一条窄带，然后再进入分离胶进行分离。

16、SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳：测定蛋白质亚基相对分子量

17、冷冻干燥法：将酶溶液在较低温度下（-10℃~-50℃）冻结成固态，然后在高度真空条件下，将其中固态水分直接升华为气态而除去，也称酶的升华干燥。

18、酶的浓缩：

（1）蒸发浓缩：通过降低液面压力使液体沸点降低，减压的真空度愈高，液体沸点降得愈低，蒸发愈快，此法适用于一些不耐热的生物大分子的浓缩。

（2）超滤浓缩：以压力差为动力，将待浓缩溶液通过超滤膜，酶分子较大被滞留，水分子和小分子选择性透过，达到浓缩目的。

（3）胶过滤浓缩：利用葡聚糖凝胶Sephadex G-25或G-50等的吸水特性。将干胶直接加入样品溶液，吸水膨润后，再过滤或离心分出浓缩的酶液。

（4）聚乙二醇浓缩：利用PEG的吸水特性。将PEG涂于装有酶溶液的透析袋上，置于4℃下，干PEG粉末吸收水和盐类，酶溶液即被浓缩。

（5）反复冻融浓缩：利用酶溶液相对于纯水冰点较低的原理使酶分子与小分子物质分离。

19、纯化方案的设计

（一）纯化方法的选择依据

根据有效成分和杂质之间理化性质的差异

（1）调节溶解度：沉淀法

（2）根据分子大小、形状的不同：离心分离，膜分离，凝胶过滤,电泳

（3）根据分子电荷性质的不同：离子交换层析，电泳

（4）根据专一性结合的方法：亲和层析

（5）其它：吸附层析，疏水层析

（二）纯化方法的排序

先选用粗放、快速、有利于缩小样品体积的方法。精确、费时、需样品少的方法，宜后选用。

20、纯化方案的评价

（一）酶活力测定：

酶活力(enzyme activity)又称酶活性，是指酶催化某一化学反应的能力。其大小可用在一定的条件下，酶催化某一化学反应的反应速率来表示。

一般用单位时间内产物生成的量来表示酶催化的反应速率。

（二）提纯倍数与回收率:

酶的比活力(纯度)=活力单位数/毫克蛋白；比活力越高，酶纯度也越好。表示酶制剂纯度的一个指标。

纯化倍数=提纯后比活力/提纯前比活力

表示提纯过程中纯度提高的倍数。提纯倍数越大，表示该方法纯化效果越好。

总活力＝酶活力单位数*酶液总体积——即样品中全部酶活力。

回收率＝提纯后酶总活力/提纯前酶总活力×100％

表示提纯过程中酶损失程度的大小。回收率越高，损失越小。

判断一个分离纯化方法的优劣，常用总活力的回收率和比活力的提纯倍数两个指标。

回收率：反映酶的损失情况。

提纯倍数：表示方法的有效程度。

第四章：生物酶工程

1、克隆(Clone)是指通过无性繁殖过程所产生的与亲代完全相同的子代群体。

2、酶基因的克隆：是在体外将酶基因和载体分子按照既定目的和方案进行人工重组，将重组分子导入合适细胞，使其在细胞中扩增和繁殖，以获得该酶基因的大量拷贝。

3、克隆中常用的工具酶：限制性核酸内切酶，DNA连接酶，DNA聚合酶，末端转移酶，逆转录酶，碱性磷酸酶，核酸外切酶

4、基因克隆的基本程序：

（1）外源基因或目的基因的获得；

a.体外扩增基因法(PCR and RT-PCR)

b.人工合成基因法（重叠延伸法）

c.限制性内切酶直接分离法获得

d.基因文库筛选法

e.从cDNA文库中筛选

（2）载体的构建或选择；

载体是指能够携带外源基因转入受体细胞内进行扩增或诱导外源基因在受体细胞内表达的工具。

载体应具备的条件：带有复制子；多克隆酶切位点；筛选标志；分子量尽量小；完整的转录单位（表达型载体）（3）连接；

利用DNA连接酶把载体DNA和要克隆的目的DNA片段连接在一起，成为一个完整的重组分子，被称为连接反应。（4）重组子导入受体细胞

外源DNA分子与载体组成重组分子后，需要导入受体细胞才能进行繁殖和表达，受体细胞系指被导入重组分子的细胞，又称宿主细胞。根据导入受体细胞的方式不同，可分为：

转化（transformation）：将重组DNA分子导入原核细胞的过程

转染（transfection）：将重组DNA分子导入真核细胞的过程

感染（infection）：噬菌体进入宿主细菌，病毒进入宿主细胞中繁殖的过程

（5）阳性重组体的筛选与鉴定

5、PCR：聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction），是指利用耐热DNA聚合酶的反复作用，通过变性-复性-延伸的循环操作，在体外迅速将DNA模板扩增数百万倍的一种操作技术。

PCR体系基本组成成分：模板DNA，特异性引物，耐热DNA聚合酶，dNTPs，Mg2+

PCR主要用途：目的基因的克隆，基因的体外突变，DNA和RNA的微量分析，DNA序列测定，基因突变分析

6、定点突变（site-directed mutagenesis, SDM）指在基因的特定位点引入突变，即通过取代、插入或删除抑制DNA 序列中特定的核苷酸序列来改变酶蛋白结构中某个或某些特定的氨基酸，一次来改善酶的性质。

7、1985年加拿大的Michael Smith建立，于1993年获得了诺贝尔化学奖。

（1）聚核苷酸介导的用单链模板定点突变；

（2）双引物法定点突变；

8、重组蛋白质表达的基本程序包括：

（1）目标基因克隆入表达载体，获得表达质粒。

（2）表达质粒导入宿主细胞。

（3）目标基因在宿主中的表达。

（4）目标蛋白的分离、纯化。

第五章：固定化酶与固定化细胞：

1、固定化酶: 用物理或化学的手段定位在限定的空间区域，并保持其催化活性，在一定空间内呈闭锁状态存在的酶，能连续进行反应，反应后的酶可回收重复使用

2、酶的固定化: 将酶和菌体与不溶性载体结合的过程

3、影响固定化酶性质的因素：

（1）酶本身的变化，主要是由于活性中心的氨基酸残基、高级结构和电荷状态等发生了变化

（2）载体的影响：分配效应，空间障碍效应，扩散限制效应

（3）固定化方法的影响

4、固定化后酶性质的变化：

（1）固定化对酶活性的影响：酶活性下降，反应速度下降

原因：（1）构象变化（2）残基参与载体接合（3）位阻效应

（2）固定化对酶稳定性的影响:

a.操作稳定性提高

b.贮存稳定性比游离酶大多数提高。

c.对热稳定性，大多数升高，有些反而降低。

d.对分解酶的稳定性提高。

e.对变性剂的耐受力升高

原因：a. 固定化后酶分子与载体多点连接。b. 酶活力的释放是缓慢的。c. 抑制自降解，提高了酶稳定性。（3）最适pH的变化：催化反应的产物为酸性时，固定化酶的最适pH值比游离酶的pH值高；反之则低

（4）最适温度变化：一般与游离酶差不多，但有些会有较明显的变化；热稳定性提高，最适温度会相应提高（5）底物特异性与游离酶不同：（原因：载体空间位阻）

作用于低分子底物的酶：特异性没有明显变化

既可作用于低分子底物又可作用于大分子低物的酶：特异性往往会变化

（6）米氏常数Km的变化：Km值随载体性质变化

5、酶的固定化方法：

（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，如范德华力、氢键、疏水作用

（2）离子键结合法：通过离子效应，将酶分子固定到含有离子交换基团的固相载体上的固定化方法

（3）共价键结合法：酶分子与载体之间以共价键作用而实现结合的固定化方法

（4）交联法：借助双功能试剂使酶分子之间、酶分子与惰性蛋白间或酶分子与载体间发生交联作用，制成网状结构的固定化酶的方法

（5）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

6、载体活化的方法：A．重氮法（载体具有芳香族氨基）B．叠氮法C．硅烷化法D．溴化氰法

7、细胞固定化方法：

（1）吸附法：主要通过载体与细胞间的静电引力，即细胞表面与载体之间范德华作用力，离子键和氢键作用力，才使细胞固定在载体上的

（2）交联法：利用双功能试剂，使载体与细胞之间交联起来。

（3）包埋法：包理法是在细胞自身并不与凝胶基体发生化学键合的情况下将其包埋在半透性聚合物颗粒（或膜）内的一种固定化方法。

第六章：酶的化学修饰

1、凡通过化学基团的引入或除去，而使酶蛋白

共价结构发生改变，称为酶的化学修饰

2、见右图

3、重要的修饰反应：酰化及其相关反应；烷基

化反应；氧化和还原反应；芳香环取代反应

4、特定氨基酸残基侧链基团的化学修饰：巯基

的化学修饰，氨基的化学修饰，羧基的化学修饰，

咪唑基的化学修饰，胍基的化学修饰，二硫基的

化学修饰

5、酶修饰方法：酶分子侧链基团的化学修饰，酶分子表面化学修饰，蛋白质类及其他。

6、利用水溶性大分子与酶结合，使酶的空间结构发生某些精细的改变，从而改变酶的特性与功能的方法称为大分子结合修饰法

7、模拟酶(mimic enzyme)：吸收酶中起主导作用的因素，利用有机化学，生物化学等方法设计合成一些较天然酶简单的非蛋白质分子或蛋白质分子，以这些分子作为模型来模拟酶对其作用底物的结合和催化过程

8、抗体酶：具有催化活性的单克隆抗体

抗体酶的特点：催化反应多样性，更高专一性和稳定性，催化机制不同

9、酶化学修饰的原理：酶分子表面外形的不规则、各原子间极性和电荷的不同、各氨基酸残基间相互作用等使酶分子空间结构的局部形成一个包含了活性部位的微环境，不论这个微环境是极性的还是非极性的，都直接影响到酶活性部位氨基酸残基的解离状态，并为活性部位发挥催化作用提供合适的条件。天然酶分子中的这种微环境可以通过人为的方法进行合适的改造，对酶分子的侧链基团、酶分子的功能基团进行化学修饰或改造，就可以获得结构更合理、功能更完善的修饰酶。

10、分子印记：制备对某一化合物具有选择性的聚合物过程

第七章：

1、酶在有机介质中的催化特性：底物特异性、立体选择性、区域选择性、键选择性、热稳定性

2、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。

3、有机介质中酶催化反应主要控制的条件有：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、离子强度

4、反应体系中有机溶剂对酶催化反应的影响：

（1）常用的有机溶剂有辛烷，正己烷，苯，吡啶，叔丁醇，丙醇，乙腈，已酯，二氯甲烷等。

（2）在水溶液中，酶分子均一地溶解于水溶液中，可以较好地保持其完整的空间结构。在有机溶剂中，酶分子不能直接溶解，而是悬浮在溶剂中进行催化反应。根据酶分子的特性和有机溶剂的特性的不同，保持其空间结构完整性的情况也有所差别。

（3）极性较强的有机溶剂，如甲醇，乙醇等，

会夺取酶分子的结合水，影响酶分子微环境

的水化层，从而降低酶的催化活性,甚至引起

酶的变性失活。因此应选择好所使用的溶剂，

控制好介质中的含水量，或者经过酶分子修

饰提高酶分子的亲水性，避免酶在有机介质

中因脱水作用而影响其催化活性。

（4）有机溶剂与水之间的极性不同，在反应

过程中会影响底物和产物的分配，从而影响

酶的催化反应。

5、见右图

第八章：酶反应器与酶传感器

1、用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器。

2、在应用游离酶进行催化反应时，酶与底物均溶解在反应溶液中，通过互相作用，进行催化反应。可以选用搅拌罐式反应器、膜反应器、鼓泡式反应器、喷射式反应器等。

通常颗粒状、片状、膜状或纤维状固定化酶均可采用填充床反应器（PBR），而颗粒状、粉末状及片状固定化酶均可使用于连续式搅拌罐（CSTR），膜状固定化酶要用螺旋卷膜式反应器。

可溶性底物适用于所有的反应器。难溶底物或者底物溶液呈胶体状者，易堵塞柱床，可选用FBR。颗粒状底物溶液可适用于CSTR。当反应过程需要控制温度、调节pH时，选用CSTR更为方便。

在反应器操作过程中，由于搅拌或液流的剪切作用，常会使酶从载体上脱落下来，或者由于磨损而使粒度变细，从而影响了固定化酶的操作稳定性。

3、间歇式反应器：

又称为批量反应器（Batch Reactor BSTR）、间歇式搅拌罐、搅拌式反应罐。其特点是：底物与酶一次性投入反应器

内，产物一次性取出；反应完成之后，固定化酶（细胞）用过滤法或超滤法回收，再转入下一批反应。

优点是：装置较简单，造价较低，传质阻力很小，反应能很迅速达到稳态。

缺点是：操作麻烦，固定化酶经反复回收使用时，易失去活性，故在工业生产中，间歇式酶反应器很少用于固定化酶，但常用于游离酶。

4、连续式反应器：

又称为连续搅拌釜式反应器（Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR）、连续式搅拌罐。向反应器投入固定化酶和底物溶液，不断搅拌，反应达到平衡之后，再以恒定的流速连续流入底物溶液，同时，以相同流速输出反应液（含产物）。优点是：在理想状况下，混合良好，各部分组成相同，并与输出成分一致。

缺点是：搅拌浆剪切力大，易打碎磨损固定化酶颗粒

5、填充床反应器（Packed Reactor,PBR）：又称固定床反应器。将固定化酶填充于反应器内，制成稳定的柱床，然后，通入底物溶液，在一定的反应条件下实现酶催化反应，以一定的流速，收集输出的转化液（含产物）。

优点是：高效率、易操作、结构简单等，因而，PBR是目前工业生产及研究中应用最为普遍的反应器。它适用于各种形状的固定化酶和不含固体颗粒、黏度不大的底物溶液，以及有产物抑制的转化反应。

缺点是：传质系数和传热系数相对较低。当底物溶度含固体颗粒或黏度很大时，不宜采用PBR。

6、流化床反应器：特点是底物溶液以足够大的流速，从反应器底部向上通过固定化酶柱床时，便能使固定化酶颗粒始终处于流化状态。其流动方式使反应液的混合程度介于CSTR的全混型和PBR的平推流型之间。FBR可用于处理黏度较大和含有固体颗粒的底物溶度，同时，亦可用于需要供气体或排放气体的酶反应（即固、液、气三相反应）。但因FBR混合均匀，故不适用于有产物抑制的酶反应

7、鼓泡式反应器：

鼓泡式反应器(bubble column reactor, BCR)是利用从反应器底部通入的气体产生的大量气泡，在上升过程中起到提供反应底物和混合两种作用的一类反应器。也是一种无搅拌装置的反应器。

鼓泡式反应器可以用于游离酶和固定化酶的催化反应。在使用鼓泡式反应器进行固定化酶的催化反应时，反应系统中存在固、液、气三相，又称为三相流化床式反应器。

鼓泡式反应器的结构简单，操作容易, 剪切力小，物质与热量的传递效率高，是有气体参与的酶催化反应中常用的一种反应器。例如氧化酶催化反应需要供给氧气，羧化酶的催化反应需要供给二氧化碳等。

8、膜反应器：

膜反应器（membrane reactor, MR）是将酶催化反应与半透膜的分离作用组合在一起而成的反应器。可以用于游离酶的催化反应，也可以用于固定化酶的催化反应。

用于固定化酶催化反应的膜反应器是将酶固定在具有一定孔径的多孔薄膜中，而制成的一种生物反应器。

膜反应器可以制成平板型、螺旋型、管型、中空纤维型、转盘型等多种形状。常用的是中空纤维反应器。

9、生物传感器：以固定化的生物材料作为敏感元件，与适当的转换元件结合构成的一类传感器

10、酶传感器：以酶作为分子识别原件上的敏感材料，同各种不同的转换器结合所构成的一类生物传感器。