酶学与酶工程PPT课件
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我国酶制剂工业诞生于1965年。现有100多 家生产厂，最大的是无锡酶制剂厂。万吨以 上企业有10家。品种有20多种，应用在食品、 饲料、制革、洗涤剂、纺织、酿造、造纸、 医药等许多行业。
Biblioteka Baidu
使用的酶制剂类型:
一类是水解酶类
淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶、 果胶酶、乳糖酶等,占有市场销售额的 75%以上。
是酶学和工程学相互渗透结合、发展而成的 一门新的技术科学 。
是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有 机结合而产生的边缘科学技术。
（2）酶工程的历史
1894年，日本科学家首次从米曲霉中提炼出淀粉酶， 治疗消化不良，开创人类有目的地生产和应用酶 制剂的先例。
1908年,德国科学家罗门等利用胰酶 (胰蛋白酶、胰 淀粉酶和胰脂肪酶的混合物)，用于皮革的鞣制。
萨姆纳,J.B. 美国生物化学家 1946年诺贝尔化学奖
1958年，Koshland提出了“诱导契合”理 论，以解释酶的催化理论和专一性。
1965年Phillips首次用X射线晶体衍射技术 阐明了鸡蛋清溶菌酶的三维结构。
80年代初Cech和Altman分别发现了核酶 (ribozyme), 开辟了酶学研究的新领域, 1989年共同获得诺贝尔化学奖。
（1）酶工程的产生 （2）酶工程的历史
(3) 酶工程研究内容
（1）酶工程的产生
生物工程学(biotechnology)也叫生物技术或 生物工艺学,是20世纪70年代初在分子生物学和 细胞生物学基础上发展起来的一个新兴技术领 域。
酶工程(enzyme engineering)是生物工程的 主要内容之一 。
1878年,Kuhne才给酶一个统一的名词,叫 Enzyme, 希腊文意思是“在酵母中” 。
1903年，Herlri提出了酶与底物作用的中 间复合物学说。
1913年Michaelis和Mentern导出了米氏方 程,酶由定性到定量, 奠定了酶学发展的 里程碑 。
1926年美国科学家Sumner从刀豆提取出 了脲酶并获得结晶,证明脲酶具有蛋白质 性质 。奠定了现代酶学、蛋白质化学的基础。
Boyer和walker阐明了ATP合酶(ATP synthase)合成与分解ATP的分子机制,于 1997年获得诺贝尔化学奖。
ATP合酶的结构（引自Lodish等1999）
现已鉴定出4000多种酶,数百种酶已得到结 晶。
这些问题的提出和解决，都与酶学知识和理 论的掌握有直接的关系。
2、酶工程简介
24
（二）国际系统命名
➢ 基本原则：明确标明酶的底物及催化反应的性质（底物为 水时可略去不写）。
➢ 举例：
谷丙转氨酶的系统名 称 ： 丙 氨 酸 :- 酮 戊 二酸 氨基转移酶
丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶
25
（三）国际系统分类法及编号（EC编号）
（1）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、 6表示：氧、转、水、裂、异、合；
1917年,法国人用枯草杆菌产生的淀粉酶作纺织工业 上的退浆剂。
1949年,日本采用深层培养法生产α-淀粉酶获得成 功,使酶制剂生产应用进入工业化阶段。
1959年, 葡萄糖淀粉酶催化淀粉生产葡萄糖新工艺 研究成功, 大大地促进了酶在工业上应用的前景。
1953年，德国科学家首先将聚氨基苯乙烯树 脂重氮化，然后将淀粉酶等与这种载体结 合，制成了固定化淀粉酶。
约有60%以上的酶制剂已用基因改良 菌株生产,
ＮＯＶＯ公司使用的菌种有80%是基因 重组菌株。
二类是非水解酶
主要是分析试剂用酶、医药工业用酶、 淀粉加工用酶、乳制品工业用酶
第二节 酶的分类、组成、结构特 点和作用机制
23
一、酶的分类 （一）酶的命名法 1、习惯命名法 (1) 依据底物来命名（绝大多数酶）：蛋白酶、淀粉酶； (2) 依据催化反应的性质命名：水解酶、转氨酶； (3) 结合底物和催化反应的性质命名：琥珀酸脱氢酶； (4) 有时加上酶的来源：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶。
化学酶工程指自然酶、化学修饰酶、固定化 酶及化学人工酶的研究和应用
生物酶工程是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 3个方面:
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没有的新酶
全世界著名的酶制剂企业有： 丹麦Novozymes公司、美国杰能科国际公司 （Genencor)。
➢ 1：氧化还原酶 2：转移酶 ➢ 4：裂合酶 5：异构酶
第一章 酶学与酶工程
第一节 酶工程概述
1、酶学发展历史
新陈代谢是生命活动的基础,是生命活动 最重要的特征。
约公元前21世纪夏禹时代,人们就会酿酒。 公元前12世纪周代已能制作饴糖和用豆类做 酱。
1810年Jaseph Gaylussac发现酵母可将糖转 化为酒精 。
1833年Payen和Persoz从麦芽得到淀粉酶制 剂(diastase),其意思是“分离” 。首先发 现了酶。
1971年，第一次国际酶工程学术会议在美国 召开，会议的主题就是固定化酶的研制和 应用。
20世纪70年代大规模开展了固定化细胞、辅 酶共固定、增殖细胞固定、动植物细胞固定等 研究。建立多种类型的酶反应器, 酶工程蓬勃 发展。 近20年来，酶分子修饰技术、酶的化学合成以 及酶的人工合成等方面的研究，也在积极地开 展中，从而使酶工程更加显示出广阔而诱人的 前景。
当然酶工程的研究不是孤立的,而是与各个 学科相互关联、相互渗透、相互促进的。
(3)酶工程的内容
酶工程主要指酶制剂在工业上的大规模应用 及其相应的研究，由以下部分组成: ① 酶的生产； ② 酶的分离纯化； ③ 酶的固定化； ④ 酶分子的改造和修饰 ⑤ 酶抑制剂的研究 ⑥ 生物反应器。
化学酶工程和生物酶工程
切赫T.R.Cech（1947－） 奥尔特曼S.Altman(1939-)
1986年Schultz与Lerner等人研制成功抗体 酶(abzyme),这一研究成果对酶学研究具 有重要的理论意义和广泛的应用前景。
它集生物学、免疫学、化学于一身，采用 单克隆、多克隆、基因工程、蛋白质工 程等高新技术，开创了催化剂研究和生 产的崭新领域。
Biblioteka Baidu
使用的酶制剂类型:
一类是水解酶类
淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶、 果胶酶、乳糖酶等,占有市场销售额的 75%以上。
是酶学和工程学相互渗透结合、发展而成的 一门新的技术科学 。
是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有 机结合而产生的边缘科学技术。
（2）酶工程的历史
1894年，日本科学家首次从米曲霉中提炼出淀粉酶， 治疗消化不良，开创人类有目的地生产和应用酶 制剂的先例。
1908年,德国科学家罗门等利用胰酶 (胰蛋白酶、胰 淀粉酶和胰脂肪酶的混合物)，用于皮革的鞣制。
萨姆纳,J.B. 美国生物化学家 1946年诺贝尔化学奖
1958年，Koshland提出了“诱导契合”理 论，以解释酶的催化理论和专一性。
1965年Phillips首次用X射线晶体衍射技术 阐明了鸡蛋清溶菌酶的三维结构。
80年代初Cech和Altman分别发现了核酶 (ribozyme), 开辟了酶学研究的新领域, 1989年共同获得诺贝尔化学奖。
（1）酶工程的产生 （2）酶工程的历史
(3) 酶工程研究内容
（1）酶工程的产生
生物工程学(biotechnology)也叫生物技术或 生物工艺学,是20世纪70年代初在分子生物学和 细胞生物学基础上发展起来的一个新兴技术领 域。
酶工程(enzyme engineering)是生物工程的 主要内容之一 。
1878年,Kuhne才给酶一个统一的名词,叫 Enzyme, 希腊文意思是“在酵母中” 。
1903年，Herlri提出了酶与底物作用的中 间复合物学说。
1913年Michaelis和Mentern导出了米氏方 程,酶由定性到定量, 奠定了酶学发展的 里程碑 。
1926年美国科学家Sumner从刀豆提取出 了脲酶并获得结晶,证明脲酶具有蛋白质 性质 。奠定了现代酶学、蛋白质化学的基础。
Boyer和walker阐明了ATP合酶(ATP synthase)合成与分解ATP的分子机制,于 1997年获得诺贝尔化学奖。
ATP合酶的结构（引自Lodish等1999）
现已鉴定出4000多种酶,数百种酶已得到结 晶。
这些问题的提出和解决，都与酶学知识和理 论的掌握有直接的关系。
2、酶工程简介
24
（二）国际系统命名
➢ 基本原则：明确标明酶的底物及催化反应的性质（底物为 水时可略去不写）。
➢ 举例：
谷丙转氨酶的系统名 称 ： 丙 氨 酸 :- 酮 戊 二酸 氨基转移酶
丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶
25
（三）国际系统分类法及编号（EC编号）
（1）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、 6表示：氧、转、水、裂、异、合；
1917年,法国人用枯草杆菌产生的淀粉酶作纺织工业 上的退浆剂。
1949年,日本采用深层培养法生产α-淀粉酶获得成 功,使酶制剂生产应用进入工业化阶段。
1959年, 葡萄糖淀粉酶催化淀粉生产葡萄糖新工艺 研究成功, 大大地促进了酶在工业上应用的前景。
1953年，德国科学家首先将聚氨基苯乙烯树 脂重氮化，然后将淀粉酶等与这种载体结 合，制成了固定化淀粉酶。
约有60%以上的酶制剂已用基因改良 菌株生产,
ＮＯＶＯ公司使用的菌种有80%是基因 重组菌株。
二类是非水解酶
主要是分析试剂用酶、医药工业用酶、 淀粉加工用酶、乳制品工业用酶
第二节 酶的分类、组成、结构特 点和作用机制
23
一、酶的分类 （一）酶的命名法 1、习惯命名法 (1) 依据底物来命名（绝大多数酶）：蛋白酶、淀粉酶； (2) 依据催化反应的性质命名：水解酶、转氨酶； (3) 结合底物和催化反应的性质命名：琥珀酸脱氢酶； (4) 有时加上酶的来源：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶。
化学酶工程指自然酶、化学修饰酶、固定化 酶及化学人工酶的研究和应用
生物酶工程是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 3个方面:
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没有的新酶
全世界著名的酶制剂企业有： 丹麦Novozymes公司、美国杰能科国际公司 （Genencor)。
➢ 1：氧化还原酶 2：转移酶 ➢ 4：裂合酶 5：异构酶
第一章 酶学与酶工程
第一节 酶工程概述
1、酶学发展历史
新陈代谢是生命活动的基础,是生命活动 最重要的特征。
约公元前21世纪夏禹时代,人们就会酿酒。 公元前12世纪周代已能制作饴糖和用豆类做 酱。
1810年Jaseph Gaylussac发现酵母可将糖转 化为酒精 。
1833年Payen和Persoz从麦芽得到淀粉酶制 剂(diastase),其意思是“分离” 。首先发 现了酶。
1971年，第一次国际酶工程学术会议在美国 召开，会议的主题就是固定化酶的研制和 应用。
20世纪70年代大规模开展了固定化细胞、辅 酶共固定、增殖细胞固定、动植物细胞固定等 研究。建立多种类型的酶反应器, 酶工程蓬勃 发展。 近20年来，酶分子修饰技术、酶的化学合成以 及酶的人工合成等方面的研究，也在积极地开 展中，从而使酶工程更加显示出广阔而诱人的 前景。
当然酶工程的研究不是孤立的,而是与各个 学科相互关联、相互渗透、相互促进的。
(3)酶工程的内容
酶工程主要指酶制剂在工业上的大规模应用 及其相应的研究，由以下部分组成: ① 酶的生产； ② 酶的分离纯化； ③ 酶的固定化； ④ 酶分子的改造和修饰 ⑤ 酶抑制剂的研究 ⑥ 生物反应器。
化学酶工程和生物酶工程
切赫T.R.Cech（1947－） 奥尔特曼S.Altman(1939-)
1986年Schultz与Lerner等人研制成功抗体 酶(abzyme),这一研究成果对酶学研究具 有重要的理论意义和广泛的应用前景。
它集生物学、免疫学、化学于一身，采用 单克隆、多克隆、基因工程、蛋白质工 程等高新技术，开创了催化剂研究和生 产的崭新领域。