酶工程与抗生素工业
酶工程技术的研究及其在医药领域的应用
酶工程技术的研究及其在医药领域的应用一、本文概述随着生物技术的飞速发展，酶工程技术作为其中的重要组成部分，已经在医药领域展现出广阔的应用前景。
酶，作为生物体内的一类特殊蛋白质，具有高效、专一和温和的催化特性，因此被广泛用于医药、化工、食品等多个领域。
本文旨在探讨酶工程技术的最新研究进展，并重点分析其在医药领域的应用现状和发展趋势。
本文将对酶工程技术的基本原理和方法进行简要介绍，包括酶的来源、分离纯化、固定化以及酶反应器的设计等。
在此基础上，文章将重点论述酶工程技术在医药领域的多个应用方面，如药物合成、药物转化、药物分析和疾病诊断等。
通过具体案例和数据分析，展示酶工程技术在提高药物生产效率、降低药物成本、改善药物质量和提高疾病诊疗准确性等方面的积极作用。
本文还将对酶工程技术在医药领域面临的挑战和未来发展方向进行深入探讨。
随着生物技术的不断进步，酶工程技术的研究和应用将更加深入和广泛。
例如，新型酶的发现与改造、酶固定化技术的创新、酶反应器的优化以及酶工程技术在基因治疗和细胞治疗等新兴领域的应用等，都将成为未来研究的热点和方向。
酶工程技术在医药领域的应用已经取得了显著成果，并展现出广阔的发展前景。
本文将从多个角度全面分析酶工程技术在医药领域的应用现状和发展趋势，以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考和借鉴。
二、酶工程技术的基础理论酶工程技术，作为一门应用生物技术的分支，其基础理论主要涵盖酶学基本原理、酶反应动力学、酶分子设计和改造以及酶固定化技术等方面。
酶学基本原理是酶工程技术的基石。
酶是生物体内具有催化功能的蛋白质，具有高度专一性和高效性。
酶通过降低反应的活化能来加速生物化学反应，使得原本难以进行的反应在温和条件下也能迅速进行。
了解酶的结构、催化机制以及影响因素，对于酶工程技术的应用至关重要。
酶反应动力学是研究酶催化反应速率与反应物浓度关系的科学。
通过对酶反应动力学的研究，可以了解酶催化反应的速度控制步骤、反应速率常数以及反应机制等，为酶工程技术的优化提供理论依据。
酶工程技术在制药工业中的应用
酶工程技术在制药工业中的应用酶在制药工业中的作用主要是催化前体物质转化为药物，另外固定化酶膜或者酶管也广泛应用于制药过程的参数检测与测量，特别是生物制药过程。
下面以几个典型的应用为例进行叙述。
一、青霉素酰化酶在新型抗生素生产中的应用青霉素酰化酶能以青霉素或头孢霉素为原料，可以分别在青霉素的6位或者头孢霉素的7位催化酰氨键的形成与断裂。
典型的应用顺序为首先催化青霉素或头孢霉素酰氨键的断裂，获得半合成抗生素的直接底物6-氨基青霉烷酸(6-APA)或7-氨基头孢霉烷酸(7-ACA)；然后在其他酰基供体存在的条件下催化形成新的酰氨键，从而获得具有全新侧链的新型抗生素。
天然发酵生成的青霉素有两种，一为青霉素G，另一为青霉素V。
通过青霉素酰化酶催化下进行酰基置换反应，用新的酰基供体置换苯乙酰基，则可以获得许多新型的半合成青霉素。
比如用α氨基苯乙酰置换原来的苯乙酰基，可以获得氨苄西林。
羟氨苄西林、羧苄西林和磺氨苄西林等也都是采用酶催化半合成的方法通过青霉素的酰基置换反应获得的。
天然发酵生成的头孢霉素是头孢霉素C，头孢霉素C在青霉素酰化酶催化下，首先水解生成7-ACA，再与侧链羧酸衍生物反应形成各种新型头孢霉素。
例如：头孢利定、头孢噻吩、头孢氨苄等。
虽然青霉素酰化酶既可以催化酰氨键的形成，也可以催化其水解，具有催化正逆两个反应的能力。
但催化水解反应和催化合成反应时所要求的条件存在较大差异，特别是最优催化pH相差较大。
常用的催化水解反应的pH为7.0～8.0，而催化合成反应的pH应降低到5.0～7.0。
因此应采用两个连续但独立的反应器顺序进行水解和合成反应。
二、酶应用于生物大分子由于中草药多来源于植物，即药源植物。
但只有这些植物中的一些特定小分子成分，才是其中的药效成分。
中草药制剂提取就是将这些有效成分从植物整体或者器官中提取出来，并结合辅料，制备成适合保存、运输和服用的药物。
这个过程的第1步就是中草药药材的粉碎提取，由于植物中纤维素的存在，使得药材的粉碎难度加大。
酶工程应用,附图片
3
微生物发酵药品：如人胰岛素、干扰素等
• 1、应用酶工程生产抗生素
• 应用酶工程可以制备青霉素酞化酶、头抱菌素酞 化酶、头抱菌素、头抱菌素酞化酶、青霉素酞化 酶、脱乙酸头抱菌素、头抱菌素乙酸醋酶,近年来 还进行固定化产黄青霉青霉素合成酶系细胞生产 青霉素的研究,合成青霉 索和头抱菌素前体物的 最新工艺也采用酶工程 的方法。
前言
• 早在几千年我们的祖先就曾有酿酒、制醋 、做酱的记载,所有这些,实际上都是酶知识 的应用。
• 现在，酶工程已在医药、食品、工业、农 业、饲料、环保、能源、科研等领域广泛 应用。
一、酶工程技术在医药工业中的应用
1 种类繁多的药品，如抗生素、维生素等
2
基因工程药品：如人生长素、乙肝疫苗、单抗等
2
酶工程在用农产品开发生物活性肽方面的应用
3
酶工程在饲料工业中的应用
1、酶工程应用于农产品的深加工
利用α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖异构 酶的催化功能，以玉米淀粉等为原料生产高果糖 浆等。乳制品加工则需要用凝乳酶和乳糖酶。农 副产品的加工和综合利用需要用纤维素酶、果胶 酶和木质素酶。
• 2、酶工程在用农产品开发生物活性肽方面 的应用
• 2、酶工程在调味剂生产中的应用
• 在日本和美国利用酶水解蛋白制取的营养型调味 剂和氨基酸复配调味品占调味剂市场很大的比重 。其销售量已超过传统调味剂的数倍。用酶法提 取的米糠蛋白的溶解性、起泡性、乳化特性和营 养性等蛋白功能特性 上表现出良好性能,不 仅可以作为食品中的 营养强化剂,还可以作 为食品中的风味增强 剂。
三、酶工程技术在食品工程的应用
1
酶工程在甜味剂生产中的应用
2
酶工程在调味剂生产中的应用
生物酶工程技术的研究及应用
生物酶工程技术的研究及应用近年来，随着生物科技的不断发展，生物酶工程技术的研究和应用也越来越广泛。
生物酶工程技术是将生物化学、分子生物学、微生物学等科学原理和技术应用于酶工程领域，以开发、改良、生产和利用各种酶类为核心的一种技术。
在制药、食品工业、环保等领域都有着广泛的应用。
本文将从酶的应用、酶的类型、酶工程技术和酶的市场前景四个方面对生物酶工程技术进行探讨。
一、酶的应用酶是一种天然的催化剂，具有高效、选择性和温和的反应条件等优势，因此在生物学、化学、医药、食品和环保等领域均有着广泛的应用。
以医药领域为例，酶的应用涉及到检测、治疗和预防等多个方面。
在检测方面，酶可以用于制造试剂盒和诊断试剂盒。
在治疗方面，酶可以用于制造抑癌剂、抗生素和疫苗等药物。
在预防方面，酶可以用于生物反应器的生产和酶活性控制等方面。
二、酶的类型酶的种类繁多，可分为生物酶和工业酶两类。
其中，生物酶主要分为氧化酶、水解酶、转移酶和异构酶等。
这些酶在代谢、运动和调节等过程中起到重要作用。
而工业酶主要包括纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶和活性炭酶等。
这些酶在生物质转化、食品加工、纺织和制浆等工业领域中发挥着至关重要的作用。
三、酶工程技术酶工程技术是将基因工程、分子生物学和生物化学等科学原理和技术应用于生物化工领域，采用生物反应器、分离纯化和酶代谢等技术，以改良、开发和生产各种酶类为主要的技术。
因此，酶工程技术在生物质转化、食品、医药、环保等领域具有广泛的应用。
在酶工程技术的研究中，也有着一些热门研究方向，如：酶的结构和功能的研究，酶的遗传调控和表达调节等。
这些研究方向为酶工程技术的进一步发展提供了宝贵的思路和方法。
四、酶的市场前景随着生物科技的不断发展，酶作为一种天然的催化剂，在生物化工、医药、食品、纺织和环保等领域均有着广泛的应用。
根据MarketsandMarkets的研究显示，全球酶市场的规模将在2022年达到105.89亿美元，其中亚太地区的市场规模最大。
酶工程技术在生物制药中的应用
酶工程技术在生物制药中的应用酶工程技术在生物制药领域中起着非常重要的作用。
通过利用生物学和化学的知识，对酶进行研究和改造，可以提高酶的稳定性、活性和选择性，从而实现对生物药物的高效生产。
本文将探讨酶工程技术在生物制药中的应用，包括酶的筛选、优化、产物合成以及生产过程监控等方面。
首先，酶工程技术在生物制药中的第一个应用是酶的筛选。
酶的筛选是指从大量的天然资源中寻找具有所需活性和特性的酶。
传统的方法涉及到对大量的样本进行筛选和检测，但这种方法非常耗时、费力且效果不稳定。
而酶工程技术则通过构建酶库，将大量的酶候选体转化到不同的表达宿主中进行高通量的筛选。
通过高通量的筛选技术，可以筛选出拥有所需活性和稳定性的酶。
其次，酶工程技术在生物制药中的另一个应用是酶的优化。
酶的优化是指对酶进行改造，以提高其特定功能。
通过酶的定点突变、DNA重组技术和蛋白质工程等手段，可以改变酶的结构和性质。
例如，可以通过改变酶的底物结合位点、催化活性位点等来优化酶的催化效率和选择性。
此外，酶的改造还可以增加酶的稳定性，使其能够在高温、高压、酸碱等恶劣条件下工作。
通过酶的优化，可以提高生物制药中的产率和纯度。
另外，酶工程技术还在生物制药中发挥着关键的作用，例如酶的产物合成。
酶可以被利用来合成各种高价值的生物活性分子，如药物、抗生素、酶制剂等。
酶可以选择性地催化特定化学反应，从而在合成过程中减少无用副产物的生成，提高产物纯度和产率。
此外，酶还可以在困难的反应条件下催化反应，如不对称合成、催化剂的选择性还原等。
因此，酶工程技术在药物合成中具有广阔的应用前景。
最后，酶工程技术还可用于生产过程监控。
生物制药过程的监控是确保产品质量和一致性的重要手段。
酶工程技术可以通过构建报告基因来实现对酶的表达量、活性和稳定性进行监测。
通过监测这些参数，可以实时了解酶的工作状态和产物的合成过程，从而及时调整工艺参数，确保产品质量的稳定和一致性。
此外，酶工程技术还可以应用于注射剂的制备过程监控，如温度、pH值、搅拌速度等参数的监测和调节。
酶在工业中的应用(大全)
酶的特性
高效性
酶的催化效率比非生物催化剂高出很多个数量级，能够显著加速 生物体内的化学反应。
专一性
酶对底物具有选择性，一种酶通常只作用于一种或一类特定的底物， 生成特定的产物。
作用条件温和
酶的作用需要适宜的温度、酸碱度和离子强度等条件，通常在温和 的条件下就能发挥最佳的催化效果。
酶在纺织物整理中的应用
纤维素酶
01
用于去除纺织物上的杂质和浆料，提高纺织物的柔软性和透气
性。
蛋白酶
02
用于去除纺织物上的蛋白质污渍，如血渍、奶渍等，同时具有
抗菌和防臭效果。
漆酶
03
用于纺织物的催化氧化处理，赋予纺织物防紫外线、抗菌、防
臭等功能。
酶在染料降解中的应用
偶氮还原酶
能够还原偶氮染料中的硝基，将其降 解为低毒或无毒物质，降低环境污染 。
酶在工业中的应用(大全)
contents
目录
• 酶的介绍 • 酶在食品工业中的应用 • 酶在纺织工业中的应用 • 酶在制药工业中的应用 • 酶在环保领域的应用 • 酶在其他领域的应用
酶的介绍
01
酶的定义
酶是由生物体产生的高效生物催化剂，能加速生 物体内的化学反应。
酶是蛋白质，具有高效性、专一性和作用条件温 和的特性。
氧化还原酶
能够催化染料中的有机物进行氧化或 还原反应，改变染料的颜色和性质， 实现染料的降解和回收。
酶在纺织物印染中的应用
淀粉酶
用于去除纺织物上的淀粉浆料，提高印染效果和均匀性。
漆酶
用于催化氧化反应，赋予纺织物特殊颜色和光泽，同时具有 抗菌、防臭等功能。
现代生物化工中酶工程技术研究与应用
现代生物化工中酶工程技术研究与应用【摘要】现代生物化工中酶工程技术是一门重要的研究领域，具有广泛的应用前景。
本文首先介绍了酶工程技术的背景和研究意义，阐明了其在现代生物化工中的重要性。
然后详细介绍了酶的优势和特点，以及酶工程技术的研究现状。
接着探讨了酶工程技术在现代生物化工中的应用，包括酶在医药、食品、能源等领域的作用。
展望了酶工程技术的未来发展方向，指出其在生物化工领域的广阔应用前景。
现代生物化工中酶工程技术不仅具有重要意义，而且有着巨大的发展潜力，为推动生物化工领域的进步和创新提供了新的可能性。
【关键词】酶工程技术、现代生物化工、研究、应用、优势、特点、研究现状、未来发展、重要性、应用前景、总结、展望1. 引言1.1 背景介绍酶工程技术的发展起源于上世纪70年代，随着基因工程技术的不断进步，人们可以通过改造酶的基因序列来提高其催化活性和稳定性。
通过对酶的结构和功能进行深入研究，人们可以设计出更具有特定功能的酶，满足不同工业生产的需求。
在生物医药、农业、食品加工等领域，酶工程技术已经得到广泛应用。
某些药物的合成可以通过酶催化来实现，不仅提高了合成效率，还降低了原料和能源消耗。
酶在食品加工中也发挥着重要作用，如面包的发酵、酒的酿造等。
随着生物技术的不断创新和进步，酶工程技术将继续发挥重要作用，在现代生物化工领域中展现出巨大的潜力和应用前景。
1.2 研究意义现代生物化工中酶工程技术研究的意义主要表现在以下几个方面：1. 提高生产效率：利用酶工程技术可以设计出高效、特异性强的酶，能够加速生物反应速度，降低生产成本，提高生产效率。
在很多生物化工过程中，酶催化反应具有高效、温和、选择性好等优点，能够大幅度提高产品的产量和质量。
2. 减少环境污染：相比传统化学工艺，酶工程技术可以在较低温度、常压下进行生产，减少了对环境的污染。
而且酶反应一般是以水为溶剂，减少了有机溶剂使用和废弃物排放。
3. 拓展产品范围：通过酶工程技术，可以生产更多种类的化合物，拓展了产品的范围。
现代生物技术在抗生素生产中的具体应用
现代生物技术在抗生素生产中的具体应用作者：黄国霞来源：《科学与财富》2016年第13期摘要：现代生物技术应用在抗生素生产环节中，能够提升产生效率，在成本控制方面也更方便进行。
文章从不同角度对现代生物技术技术应用展开探讨，总结了发酵工程技术、细胞工程技术、基因工程与系统生物学技术的具体应用方法，为抗生素生产技术研究打下基础。
关键词：现代生物技术；抗生素生产；技术应用一、发酵工程在抗生素生产中的应用1、菌种筛选与改造是提高抗生素产量的主要途径现代生物技术中，对药物生产流程质量控制更严谨。
抗生素在形成过程中，也会出现一些其他的霉菌类物质，通过筛选才能够完成生产任务，保障最终得到的产品纯度。
生产工艺是通过将产生菌在放射环境下来实现的，初期生产中筛选是重要环节，通过筛选能够提升质量，后期的定向培育也能更精准的进行，并不会出现影响使用安全的其他物质。
通过培育霉菌能够自然的衍生，营造有利的培育环境后，变化也在掌控范围内。
2、优化发酵过程控制是提高抗生素产量的重要途径发酵是生产环节中需要特别控制的，在培养过程中，为提升发酵速率，可以向其中添加一些催化物质。
其中以糖类最为常见，在繁殖过程中糖可以起到提供能源的作用，促进生产发酵过程连续进行。
糖添加的浓度是需要计算的，如果添加过量，反应任务完成后，会生成其他物质，影响到抗生素的纯度，添加量不足也会阻碍催化作用的发挥，不能提供充足的能源，发酵反应也十分缓慢。
并且不同类型的抗生素原料对能源需求量也存在很大差异，要掌握好这一特征，生产环节质量才能够得到保障。
二、酶工程在抗生素生产中的应用现代生物技术中，酶工程在各类物质生产中都起到了很明显的作用，能够节省生产所用时间，并且不会产生对环境带有污染的物质。
与传统生产技术相比较，酶工程应用后，抗生素制作成本投入更小，并且方便调节控制。
整个生产流程可以通过自动化手段来控制，系统将检验得到的结果传递到总控制中心中，根据结果反馈能够准确判断物质类型，并且不容易发生质量问题。
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收稿日期:2005-05-16作者简介:陈红霞,女,生于1962年,副教授,主要从事酶工程及应用的研究。
文章编号:1001-8751(2005)06-0248-04酶工程与抗生素工业陈红霞(山东济宁职业技术学院生物化学工程系, 济宁272037)摘要: 酶工程是现代生物技术的重要组成部分,它作为一项高新技术将为各工业的发展起重要推动作用。
介绍了酶固定化、基因工程菌(细胞)的固定化、植物细胞培养产酶、酶的化学修饰、核酸酶、抗体酶、酶标药物的理论和技术研究的最新进展以及酶工程在医药工业中的应用,对酶工程的发展前景进行了探讨。
关键词: 酶工程; 酶的固定化; 核酸酶; 抗体酶; 抗生素中图分类号: Q814 文献标识码: A1 酶工程技术1.1 固定化酶和固定化细胞固定化酶是指将可溶的自然酶束缚在特定的支持物上或固定在局限的空间,并能发挥催化作用,而固定含酶的细胞则形成固定化细胞。
我国研制过的固定化酶或细胞已有50种左右,可以分为下述3种类型:固定化单酶或含特定酶的细胞;固定化双酶,将2种酶共固定在一种载体上或分别固定后串联在一起使用;固定化各类激酶构成ATP再生系统。
目前已有多种固定化生物催化剂用于医药工业化生产。
与天然酶相比,固定化酶和固定化细胞有酶稳定性高,可长期反复使用,利用效率高;反应后酶与产物易分离,可装柱进行反应,实现连续化操作及自动控制,设备小型化,节约能源和人力;转化液中产物浓度高,副产物少,产品易纯化,产品收率和质量高,成本低;绿化生产,无三废污染;可与溶菌酶共固定化或向反应液中加入抑菌剂,抗微生物污染能力强等优点。
固定化的方法主要有吸附、共价结合、包埋和选择性热变性等。
固定化过程必须使用水不溶性固体支持物(载体)。
载体要有良好的稳定性,对酸碱和温度有一定耐受性及亲水性,有一定的疏松网状结构和机械强度,颗粒均匀,能耐受酶和微生物作用,共价结合时可活化基团,并廉价易得。
吸附法是利用吸附剂、表面作用力或离子交换剂电性作用将酶(细胞)定位于载体表面的技术,当底物或产物为大分子或水溶性较差的小分子物质时,常采用此法制备固定化生物催化剂。
常用载体有活性炭、氧化铝、皂土、白土、高岭土、多孔玻璃、硅胶、石英砂、Amber2 lite I RA、Amberlite I R、DEAEΟ纤维素、C MC、DEAEΟSephadex等,如硅皂土或膨润土吸附青霉素酰化酶和DEAEΟSephadex A25吸附氨基酰化酶等[1]。
共价结合法是将酶(细胞)与载体之间通过共价键结合而固定的技术,酶(细胞)与载体结合牢固,不易脱落。
常用的载体有纤维素、琼脂、对氨基苯磺酰(ABSE)Ο纤维素、聚丙烯酰胺凝胶、对氨基苯纤维素及苯胺多孔玻璃等,如ABSEΟ纤维素与5′Ο磷酸二酯酶或多核苷酸磷酸化酶的共价结合物、纤维素与葡萄糖氧化酶的共价结合物等。
包埋法是将酶(细胞)限制于凝胶网格内或微囊中的技术,如底物及产物为易溶于水的小分子时,可采用此法制备固定化生物催化剂。
载体有聚乙烯醇、卡拉胶、海藻胶、琼脂、血纤维、胶原蛋白、聚丙烯酰胺凝胶、丙烯酸高聚物等,如聚丙烯酰胺凝胶包埋DΟ果糖二磷酸醛缩酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和卡拉胶包埋黄色短杆菌、大肠埃希菌等。
选择性热变性技术是将酶限制于细胞内,但细胞内酶不变性的技术,如将白色链球菌于60℃加热10m in即成为具有葡萄糖异构酶活性的固定化白色链球菌。
在制药工业中包埋法应用较多,其次是吸附法。
由于底物和产物性质、酶的性能反应特点及所有反应器类型的差异,要采用不同物理形状的生物催化剂。
目前已用的生物催化剂有酶膜、酶片、酶块、酶纤维、酶珠、酶管和酶微囊等形状。
固定化细胞包括微生物细胞、动物细胞和植物细胞,目前更多地注重活细胞和增殖细胞的固定化。
利用固定化细胞可进行单酶催化反应、多酶催化反应,还可以进行细胞的生长与繁殖,从而制造各种复杂的生化物质。
植物细胞固定化大多采用包埋法,处于稳定生长期的植物细胞用琼脂、琼脂糖、海藻酸钙或角叉菜胶固定,可获得较高活力的酶制剂。
也可用聚氨酯、尼龙或聚丙烯酰胺在有细胞存在时聚合成胶。
通常细胞以低密度包埋在颗粒中,经培养可形成具有一定梯度的高密度和组织化的微环境。
如海藻钙包埋的常青花细胞(Catharauthus r oseus)不仅可从色胺和开环马钱子碱合成西萝芙木碱,还能从蔗糖经多步酶反应合成西萝芙木碱和蛇根碱;聚氨酯包埋的辣椒细胞合成的辣椒素比游离细胞多2～3个数量级,至今已报道了固定化南洋金花、烟草、胡萝卜等十多种细胞的研究。
固定化植物细胞生产生物碱和色素的应用研究尚处于初级阶段,但其将在中药有效成分的生产应用研究中具有很好的前景。
动物细胞较大,无细胞壁,增殖时间长,其细胞密度、产物的浓度和产率都远低于微生物。
因此,可通过细胞吸附和包埋法进行细胞增殖或提高细胞产物产量。
目前动物细胞微囊化法用得最多的是聚赖氨酸/海藻酸(P LL/ALG)法,细胞生长密度可达108～109。
微囊化细胞主要有两方面的应用:培养微囊化动物细胞生产一些药物;作为药物直接用于治疗或作为药物筛选之用。
如用来生产单克隆抗体、干扰素、组织纤溶酶原激活剂(TP A)、白细胞介素、胰岛素生长因子和乙肝病毒表面抗原等。
未来将有一大批具有生物活性的蛋白质可依赖固定化细胞在生物体外大规模的合成。
1.2 基因工程菌(细胞)的固定化生物细胞合成的酶量由于机体生命活动平衡调节的需要,一般不会表达出很高的浓度,从而限制了直接利用天然酶来解决更多化学反应的可能性,基因工程技术的进展和实用为此开辟了有效途径。
应用基因重组技术将生物细胞中存在的极少的催化某一生化反应的酶通过基因扩增和增强表达,建立高效表达特定酶制剂的基因工程菌或基因工程细胞,从而进一步构建成固定化工程菌或固定化工程细胞的新一代催化剂。
如德国BM公司应用蛋白质工程技术对表达青霉素酰化酶的基因进行点突变改造,重建了青霉素酰化酶工程菌,从而大大延长了固定化青霉素酰化酶的使用半衰期,其酶柱可连续使用700d以上[2]。
应用DAN重组技术建立了丝氨酸和色氨酸合成酶工程菌,这种工程菌组装的生物反应器可以用甘氨酸和甲醛为原料制造丝氨酸,再从丝氨酸与吲哚转化生成色氨酸,反应液中色氨酸浓度可达200g/L[3]。
应用PCR法从大肠埃希菌K12中克隆苯丙氨酸转氨酶基因,构建了生产苯丙氨酸转氨酶工程菌,并展开了固定化研究和应用。
1.3 植物细胞培养产酶植物细胞培养产酶是20世纪80年代发展起来的新技术。
首先选择适宜的植物外植体,经诱导、选育得到优良的植物细胞,再在人工控制条件的生物反应器中培养植物细胞,以生产色素、香精和药物等次级代谢物。
植物细胞培养不受地理环境和气候条件等的影响,具有生产周期短、产率高等显著特点,已经发展成为生物工程研究和开发的重要领域。
郭勇等[3]先后进行了植物细胞培养生产次级代谢物的研究,选育出了优良的木瓜细胞、大蒜细胞、鼠尾草细胞、玫瑰茄细胞、黄花蒿细胞、胡萝卜细胞、巴戟天细胞和银杏细胞等,分别用于生产木瓜蛋白酶、木瓜凝乳蛋白酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等药用酶以及色素、药物等次级代谢物。
超氧化物歧化酶(Super oxide D is mutase,EC1.15.1.1,简称S OD)是一种催化超氧负离子(O-2)进行氧化还原反应,生成氧和双氧水的氧化还原酶,具有抗氧化、抗辐射和抗衰老的功效,是一种颇受关注的药用酶。
目前S OD主要从动物血液中分离纯化得到,由于血液中含大量的杂蛋白,分离纯化工艺复杂,难以达到药用要求。
从大蒜的外植体中诱导、选育得到优良的大蒜细胞,再通过大蒜细胞培养进行S OD生物合成及其调节控制的研究[4]。
结果表明大蒜细胞的培养周期为15d,培养得到的细胞中S OD的含量超过大蒜蒜瓣中S OD的含量,大蒜细胞中S OD的合成受水杨酸和甲基紫精等物质的诱导,低温胁迫作用也可促进S OD的生成,果胶酶等生物刺激剂可明显提高S OD的生成率。
这些结果从理论上阐明了大蒜细胞S OD生物合成的调控机制,为大蒜细胞S OD 的工业化生产打下了基础。
木瓜凝乳蛋白酶(Chy2 mopapain)是木瓜乳中含有的一种具有凝乳特性的蛋白酶,对腰椎间盘突出等骨质增生疾病有显著疗效,并可用于Rh血型的检测、肿瘤的辅助治疗和消炎等。
郭勇等[4]在国内外首次采用植物细胞培养技术,从木瓜的外植体中诱导、选育得到优良的木瓜细胞,经细胞培养生产木瓜凝乳蛋白酶。
结果表明:细胞培养周期为15～18d,细胞中木瓜凝乳蛋白酶的含量超过木瓜果实中的含量,这一成果为进一步的研究开发奠定了基础,该成果已申请中国发明专利。
1.4 酶的化学修饰酶的化学修饰是指利用化学手段将某些化学物质或基团结合到酶分子上,或将酶分子的某部分删除或置换,改变酶的理化性质,最终达到改变酶的催化性质的目的。
随着基因工程、分子生物学、蛋白质工程、有机合成等技术的发展,酶的大分子物质化学修饰也发展起来,并且在修饰剂的选用和修饰方法上有较大进展。
(1)修饰酶的功能基团如氨基、羟基、咪唑基等可离解基团;由此发展起来的酰化法、烷基化法、丹磺酰氯法等,如抗白血病药物天冬酰胺酶[5],经修饰后可使其在血浆中的稳定性提高数倍。
(2)进行酶分子内或分子间交联,应用某些双功能试剂分子两端的功能基团如醛基等可使酶分子内或分子间肽链的两个游离氨基分别发生交联,主要有右旋糖苷溴化氰法、羰二亚胺法、戊二醛法等。
例如交联后的人αΟ半糖苷酶A,其热稳定性和抗蛋白酶的性能都有明显增加[6]。
(3)酶与高分子化合物结合,主要有聚乙烯醇法、聚顺丁烯二酸酐法等。
酶与高分子化合物结合后,可以增加酶的稳定性和活力。
例如抗白血病药物天冬酰胺酶的游离氨作用、酰化反应进行修饰后,该酶在血浆中的稳定性有很大提高;胰凝乳蛋白酶与水溶性大分子化合物右旋糖酐结合后,其催化活力提高4倍[7]。
常用修饰剂主要有乙酸酐、氮芥类、磷氧酰氯、环氧丙烷、重氮盐类、羟胺等[8]。
1.5 核酸酶和抗体酶核酸类酶是一类由核糖核酸(RNA)组成的酶,进一步的研究发现核酸酶不仅可以作用于RNA和DNA,而且还可以作用于多糖、氨基酸酯等底物。
核酸酶还同时具有信使编码功能和催化功能,实现遗传信息的复制、转录和翻译;核酸酶具有核酸序列的高度特异性,从而使核酸酶具有很大的应用价值,只要知道某种核酸酶的核苷酸序列,就可以设计并合成出新的核酸酶,用于防治由病毒引起的人、畜和植物疾病,如流感、肝炎、艾滋病和烟草花叶病等。
核酸酶也可以治疗某些遗传病和癌症,还可以用作研究核酸图谱和基因表达的工具[7]。
抗体酶(Abzy me)又称为催化性抗体,一类具有生物催化功能的抗体分子。
抗体酶可以采用诱导法和修饰法获得。
修饰法是采用分子修饰技术,将抗体结合部位的结构改变成为酶分子的活性中心,从而产生有催化活性的抗体。