酶工程概念
生物技术 酶工程
四、沉淀分离
• 沉淀分离是通过改变某些条件或添加某些 物质，使酶的溶解度降低，从溶液中沉淀 析出而与其他溶质分离的技术过程。方法 有： • 1、盐析沉淀法 • 2、等电点沉淀法 • 3、有机溶剂沉淀法 • 4、复合沉淀法 • 方法及原理详见表5-3
五、离心分离
• 离心分离是借助于离心机旋转所产生的 离心力，使大小不同、密度不同的物质 分离的技术过程。方法有： • 1、低速离心(<8000r/min)，离心酶的 结晶等较大颗粒的分离 • 2、高速离心(1-2.5)*104r/min，主要 用于细胞碎片和细胞器的分离 • 3、超速离心(2.5-4) *104r/min，主要 用于DNA、RNA、蛋白质等生物大分子 及细胞器等
十、结晶
• 结晶是溶质以晶体形式从溶液中析出的过程。 方法有： • 1、盐析结晶法 • 2、有机溶剂结晶法 • 3、透析平衡结晶法 • 4、等电点结晶法，原理与沉淀分离的原理类 似
十一、干燥
• 干燥是将固体、半固体或浓缩液中的水分或 其他溶剂除去一部分，以获得含水分较少的 固体物质的过程。酶经干燥以后，可以提高 酶的稳定性、利于产品保存、运输和使用。 方法有： • 1、真空干燥 • 2、冷冻干燥 • 3、喷雾干燥 • 4、气流干燥 • 5、吸附干燥
利用酶催化的作用，在一定的生物反应器中， 将相应的原料转化成所需要的产品，它是酶学 理论与化工技术相结合而形成的一种新技术 ， 也是利用酶或者微生物细胞、动植物细胞、细 胞器的特定功能，借助于工程学手段来为我们 提供产品的一门科学。 优点：快速；高效；产品回收和提纯工艺简便。
二、酶工程发展概况
四个过程 1.自然酶的开发和应用
酶 底物 用途
氨基酰化酶 A-淀粉酶 葡聚糖酶 葡萄糖氧化酶 木瓜蛋白酶 果胶酶 青霉素酰胺酶 蛋白酶
5酶工程
粉酶。
1969年，日本科学家首先在工业上应用固定化氨基 酰化酶生产出 L-氨基酸。同年，开始使用“酶工程” 这代表生产和使用酶制剂这一新兴的科技领域。
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年代后期，酶工程领域又出现了固定 化细胞技术。 1978年，日本科学家用固定化 细胞成功地生产出α -淀粉酶。 1986年，我国科学家利用固定化原生质体发酵 生产 碱性磷酸酶 和 葡萄糖氧化酶 等获得成 功，为酶工程的进一步发展开辟了新的途径。
（二）发酵法
发酵法主要通过微生物发酵来获得人们所需要 的酶。
1、微生物酶发酵生产概念：
微生物酶的发酵生产：是指在人工控制的条件 下，有目的地利用微生物培养来生产所需的酶， 其技术包括培养基和发酵方式的选择及发酵条 件的控制管理等方面的内容。
2、生产流程：
1）优良产酶菌种的筛选
优良的产酶菌种是提高酶产量的关键，筛选符合生 产需要的菌种是发酵产酶的首要环节,优良的产酶 菌种应具备：
2、细胞固定化的主要方法
（1）包埋法 将细胞包埋在多微孔载体内 部制备固定化细胞的方法，可分为凝胶 包埋法、纤维包埋法和微胶囊包埋法。 其中凝胶包埋法是应用最广泛的细 胞固定化方法，适用于各种微生物、动 植物细胞的固定化。 优点：能较好地保持细胞内的多酶 反应系统的活力，可以像游离细胞那样 进行发酵生产。
心、过滤、浓缩、干燥这几个步骤，对某些纯
度要求很高的酶则需经几种方法乃至多次反复 处理。 难度大、成本高（占50-80%）
(1)破碎细胞
除了胞外酶的提取以外，所有
胞内酶均需将细胞壁破碎后方可进一步抽提。
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。
名词解释酶工程
酶工程名词解释第一章：绪论1、酶的概念：酶是由生物体产生的具有催化功能的生物大分子。
按照其化学组成，可以分为蛋白类酶（P酶）和核酸类酶（R酶）两大类别。
2、酶的生产、改性与应用的技术过程成为酶工程。
3、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。
4、酶的改性是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。
5、酶的专一性是指在一定的条件下，一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进行某种类型反应的特性。
分为绝对专一性和相对专一性。
6、竞争性抑制是指抑制剂和底物竞争与酶分子结合而引起抑制作用。
7、非竞争性抑制是指抑制剂与底物分别与酶分子上的不同位点结合而引起酶活性降低的抑制作用8、反竞争性抑制：在底物与酶分子结合生成中间复合物后，抑制剂再与中间复合物结合而引起的抑制作用称为反竞争性抑制。
9、酶活力是指在一定条件下，酶所催化的反应初速度。
在外界条件相同的情况下，反应速度越大，意味着酶活力越高。
10、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。
即每摩尔酶每分钟催化底物转化为产物的摩尔数。
第二章：微生物发酵产酶★1、酶的发酵生产：经过预先设计，通过人工操作，利用微生物的生命活动获需酶的技术过程称为酶的发酵生产。
2、转录是以DNA为模版，以核苷三磷酸为底物，在依赖DNA的RNA聚合酶（转录酶）的作用下，生成RNA的过程。
3、以mRNA为模版，以各种氨基酸为底物，在核糖核蛋白体上通过各种tRNA、酶和辅助因子的作用，合成多肽链的过程称为翻译。
4、分解代谢物阻遏作用：是指有些物质（主要是指葡萄糖和其他容易利用的碳源等）分解代谢的产物阻遏某些酶（主要是诱导酶）生物合成的现象。
5、酶生物合成的诱导作用：加进某些物质，使酶的生物合成开始或加速进行的现象，称为酶生物合成的诱导作用，简称诱导作用。
酶工程
名解：酶工程：又叫酶技术，是酶制剂的大规模生产和应用的技术。
也是酶的生产、改性与应用的技术过程。
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。
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，这样的酶叫诱导酶修饰酶：在体外用一定的化学方法将酶和一些试剂进行共价连接后而形成的酶模拟酶：利用有机化学合成的方法合成的比酶结构简单的具有催化作用的非蛋白质分子叫模拟酶。
抗体酶：是一种具有催化作用的免疫球蛋白，属于化学人工酶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离子交换层析：利用离子交换剂作为载体这些载体在一定条件下带有一定的电荷，当带相反电荷的分子通过时，由于静电引力就会被载体吸附，这种分离方法叫离子交换层析。
固定化酶：通过物理的或化学的方法，将酶束缚于水不溶的载体上，或将酶束缚于一定的空间内，限制酶分子的自由流动，但能使酶发挥催化作用的酶酶反应器：是利用生物化学原理使酶完成催化作用的装置，他为酶促反应提供合适的场所和最佳的反应条件，使底物最大限度的转化为物。
底物抑制：在酶促反应中，高底物浓度使反应速度降低的现象。
稳定pH：酶在一定的pH范围之内是稳定的，超过这个限度易变性失活，这样的pH范围为此酶的稳定pH产酶动力学：主要研究细胞产酶速率及各种因素对产酶速率的影响，包括宏观产酶动力学和微观产酶动力学。
凝胶过滤：又叫分子排阻层析，分子筛层析，在层析柱中填充分子筛，加入待纯化样品再用适当缓冲液淋洗，样品中的分子经过一定距离的层析柱后，按分子大小先后顺序流出的，彼此分开的层析方法。
非水酶学：通常酶发挥催化作用都是在水相中进行的，研究酶在有机相中的催化机理的学科即为非水酶学液体发酵法：以液体培养基为原料进行微生物的繁殖和产酶的方法，根据通风方法不同又分为液体表层发酵法和液体深层发酵法。
酶工程名词解释
酶工程：由酶学与化学工程技术、基因工程技术、微生物学技术相结合而产生的一门新的技术科学.它利用酶的催化作用，在一定的生物反应器中,将相应的原料转化成所需的产品。
锁钥学说（酶的专一性）：酶与底物分子或底物分子的一部分之间，在结构上有严格的互补关系诱导契合学说:酶分子的构象与底物原来并非恰当吻合，只有当底物分子与酶分子相互碰撞时，可诱导底物的构象发生变化，使其与底物配合,然后才结合形成中间络合物，进而引起底物分子发生相应的化学变化。
酶：由生物体细胞合成的具有选择性催化功能的生物大分子( 包括蛋白质和核酸）单纯酶（simple enzyme）:仅由氨基酸残基构成的酶。
结合酶(全酶)(conjugated enzyme):由蛋白部分（酶蛋白apoenzyme)和非蛋白部分(辅助因子cofactor)组成辅酶（coenzyme）：与酶蛋白结合疏松,可用透析或超滤的方法除去。
辅基（prosthetic group）：与酶结合紧密,不能用透析或超滤的方法除去。
酶的活性中心：酶蛋白上只有少数氨基酸残基参与酶对底物的结合和催化，这些相关氨基酸残基在空间上比较靠近，形成一个与酶显示活性直接有关的区域，称为酶的活性中心。
必需基团：酶活性中心的一些化学基团为酶发挥催化作用所必须，这些基团若经化学修饰使其改变,则酶的活性丧失，称为必需基团。
接触残基（contact residues）：和底物直接接触，参与底物的化学转变，是活性中心的重要组成部分。
.辅助残基(auxiliary residues)：使酶与底物相互结合，辅助接触残基。
结构残基（structural residues）:维持蛋白酶形成一种有规则的空间构象非贡献残基（non-contributing residues）：不参与酶的催化功能，对酶活性的显示不起作用结合基团：与底物结合的部位，决定酶的专一性;催化基团：促使底物发生化学变化的部位，决定反应的性质。
结构域:蛋白质肽链中一段较独立的具有完整、致密立体结构的区域。
酶工程
（二）酶的活力测定
1.酶活力与酶的活力单位 酶活力 (Enzyme activity)：在最适条件下(25C,最 适底物浓度和最适pH），酶催化一定化学反应的 能力，以酶促反应速率表示。
一般采用高底物浓度测定反应初速度，以定量酶浓度
酶活力单位表示方法：
酶活国际单位（IU)：在25˚C最适条件下（最适pH，最适底 物浓度），每分钟转化1µmol 底物为产物的酶量。1 IU = 1 µmol/min. Katal （简称Kat ）：在25˚C最适条件下，每秒钟转化 1mol 底物为产物的酶量。1Kat = 1mol/s. IU与Kat的换算：1Kat＝6×107IU
HOOCCH=CHCOOH H2O HOOCCH2CHCOOH OH
(5)异构酶 Isomerase • 异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物 分子内基团或原子的重排过程。 例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。
(6)连接酶 Ligase or Synthetase
• 连接酶，又称为合成酶，能够催化C-C、C-O、 C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应必须与 ATP分解反应相互偶联。 A + B + ATP + H-O-H ===A B + ADP +Pi
3
纯化
抽提液中除含有所需酶外，还含有其它大分子和小
分子物质。
常用分离纯化的方法： ①盐析法 ②有机溶剂沉淀
法③等电点沉淀法 ④吸附分离法等。
• 根据大小和形状： 离心；凝胶柱过滤；透析与超滤。 • 根据溶解度不同： 盐析（硫酸氨法）；有机溶剂沉淀；等电点沉淀； 大分子聚合物共沉淀。 • 根据电荷性质： 离子交换层析；等电聚焦；聚焦层析。 • 根据专一性结合： 亲和层析；免疫吸附层析；染料配体亲和层析；共 价层析。 • 根据稳定性差异： 热变性；酸碱变性。 • 分配系数：双水相萃取。
酶工程的概念
酶工程的概念
酶工程是一种将生物技术和化学技术相结合的技术，其主要目的是利用酶的催化作用来改善工业生产过程。
酶是一种高效、选择性和可重复使用的生物催化剂，能够在较温和的条件下催化化学反应，降低反应能量，提高反应速率和选择性。
酶工程的主要应用领域包括食品工业、医药工业、生物燃料产业和环境保护等。
酶工程的基本原理是通过改变酶的结构和性质，使其更适合某些特定反应条件，并提高酶的稳定性和活性。
酶的改良方法包括基因工程、蛋白质工程、化学修饰和筛选酶库等。
在未来，酶工程将成为工业生产过程中不可或缺的技术之一。
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酶工程概念
酶活力: 酶催化某一化学反应的能力，一般用在一定条件下，酶催化某一反应的反应速
率来表示。
酶活力单位：表示酶量多少的单位。
酶活力单位：表示酶量多少的单位。
转换率：mol催化活性，分子活性，转换率（催化中心活性）：在单位时间内，酶分子活
性中心转换的底物分子数目。
Kcat，单位1/s
盐溶现象：一般在低盐浓度的情况下，酶蛋白的溶解度随盐浓度的升高而增加的现象。
盐析现象：一般在一定盐浓度的情况下，酶蛋白的溶解度随盐浓度的升高而降低，并从
溶液中析出的现象。
盐析基本原理：由于盐的作用破坏了酶蛋白分子表面的水化膜，以及盐的反离子作用改
变了酶蛋白分子表面的电荷，导致酶蛋白从亲水胶体状态成为不带电荷的憎水胶体状态，从而使酶蛋白从水溶液中析出
疏水作用层析分离
靠疏水基团的疏水力，分离生物大分子的液相色谱法。
蛋白质分子表面含有一些疏水性基团，如酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、异亮氨酸、亮氨酸等疏水性氨基酸所含的疏水性基团较多。
疏水性吸附剂常以琼脂糖、聚乙烯醇、聚乙烯及其衍生物为载体，经溴化氰等物质活化，偶联上短链烷基、苯基、聚醚等疏水性基团。
固定化酶：凡限制在一定的空间范围内并能连续反复地使用的酶。
固定氨基酰化酶：第一个实现工业化生产的固定化酶
1）优点：稳定性提高，与底物产物分离容易，反应条件易于控制，节约劳动力
2）缺点：成本高，存在染杂菌，载体降解／酶的渗漏等问题，只适用于水溶性的小分子底物，局限于单级反应。
固定化细胞：凡限制在一定的空间范围内，并能连续反复地使用的具有一定生理功能的
细胞。
优点：增加酶的稳定性；
省去了酶的分离过程；
对于多酶反应体系，无需辅因子再生。
缺点：必须保持菌体的完整；必须防止细胞内蛋白酶对所需酶的分解，同时抑制其他酶的活性，以阻止副产物的生成。
细胞壁和膜阻碍底物和产物的渗透、扩散。
1. 游离酶的比活：每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数表示。
2. 固定化酶的比活：每（克）干固定化酶所具有的酶活力单位数表示或单位面积（cm2）
的酶活力单位表示（酶膜、酶管、酶板）。
酶：蛋白质组分和对热稳定的非蛋白小分子物质组成。
后者叫辅因子
辅因子：金属离子或小分子有机化合物（辅酶或辅基）
辅酶：与酶蛋白结合力比较弱
辅基：与酶蛋白结合力比较强。
1．空间效应
构象效应：（吸附法，共价结合）酶在固定化过程中，由于存在酶和载体的相互作
用，从而引起酶空间结构的改变，导致酶催化底物转化能力的改变。
位阻效应（空间障碍）：因载体的存在，给酶的活性部位或调节部位造成了空间障
碍，使酶的活性下降。
分配效应：由于固定化酶载体的亲水性、疏水性及静电作用等引起固定化酶内部底物、
其他各种效应物（H+, OH-, 离子，溶剂）以及产物在微环境和宏观体系之间的不等分配，从而影响酶反应速度的现象。
扩散效应：底物／产物和其他效应物在固定化酶载体内外之间的迁移扩散速度受到某种
限制，造成了不等分布，从而影响反应速度。
扩散效应与这些物质的分子量大小，载体的结构及酶反应性质有关。
外扩散：底物／产物和其他效应物在宏观体系与酶颗粒表面间的扩散。
内扩散：在多孔性固定化载体内，底物、产物和其他效应物在载体颗粒表面与载体内的酶活性部位间的扩散。
●微扰效应：由于载体的亲水，疏水作用和介电常数等性质，直接影响酶的催化能力或酶
对效应物作出反应的能力。
●抗体酶（Abzyme)：又称为催化性抗体，是一类具有生物催化功能的抗体分子。
以抗原
或半抗原制备的，并能催化其反应的抗体。
●半抗原：一类小分子化合物，本身不能诱导免疫应答，只有当它共价结合到具有免疫
性的蛋白质后，注射动物才能诱导小分子物质的抗体产生。
●水活度(Thermodynamic Water Activity，Aw)：
（确定酶结合水的多少的一个参数）在一定温度压力下，反应体系中的蒸汽压和同样条件下纯水体系的蒸汽压之比。
Aw=P/P0
式中：P—在一定条件下体系中水的蒸气压
P0—在相同条件下纯水的蒸气压
●pH记忆（pH—imprinting）
有机溶剂中的酶能够记忆它冷冻干燥或丙酮沉淀前所在缓冲液中的pH值，当酶分子从水溶液转到有机溶剂时，酶分子保留原有的pH印迹。
●分子印记
在有机介质中从含有竞争性抑制剂的水溶液中冻干制备的酶，在除去抑制剂后，酶分子记忆原来在水相中的一些特性的现象。
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