第五章 酶工程
动物来源的工业用酶
来源 肝 胰腺 胰腺 皱胃 胰腺 酶 过氧化氢酶 胰凝乳蛋白酶 脂肪酶 凝乳酶 胰蛋白酶 工业用途 食品 制革 食品 制酪 皮革
微生物来源的工业用酶
Enzyme Bacterial enzymes a-Amylase b-Amylase Asparaginase Glucose isomerase Penicillin amidase Protease Pullulanase Fungal enzymes a-Amylase Aminoacylase Glucoamylase Catalase Cellulase Dextranase Glucose oxidase Lactase Lipase Rennet Pectinase Pectin lyase Protease Raffinase Yeast enzymes Invertase 3.2.1.26 Saccharomyces I/E Confectionery 3.2.1.1 3.5.1.14 3.2.1.3 1.11.1.6 3.2.1.4 3.2.1.11 1.1.3.4 3.2.1.23 3.1.1.3 3.4.23.6 3.2.1.15 4.2.2.10 3.4.23.6 3.2.1.22 Aspergillus Aspergillus Aspergillus Aspergillus Trichoderma Penicillium Aspergillus Aspergillus Rhizopus Mucor miehei Aspergillus Aspergillus Aspergillus Mortierella E I E I E E I E E E E E E I ++ +++ ++ ++ + Baking Pharmaceutical Starch Food Waste Food Food Dairy Food Cheese Drinks Drinks Baking Food 3.2.1.1 3.2.1.2 3.5.1.1 5.3.1.5 3.5.1.11 3.4.21.14 3.2.1.41 Bacillus Bacillus Escherichia coli Bacillus Bacillus Bacillus Klebsiella E E I I I E E +++ + ++ +++ Starch Starch Health Fructose syrup Pharmaceutical Detergent Starch EC number Source Intra/extra-cellular Scale of production Industrial use
固定化酶
操纵子学说酶生物合成机制
19 53
19 60 19 69 固定化氨基酰化酶生产L-氨基酸 19 73 基因工程技术
19 78 定点突变技术
19 84 TyrRS的蛋白质工程 19 86 重组酶生产 19 93 定向进化 19 94 DNA shuffling
酶的生产
植物来源
来源 刀豆 木瓜 无花果 菠萝 辣根 柠檬 小麦 大麦 大豆 酶 脲酶 木瓜蛋白酶 无花果蛋白酶 菠萝蛋白酶 辣根过氧化物酶 β-糖苷酶 酯酶 β-淀粉酶 β-淀粉酶 应用 诊断 烘焙，制酪，制革， 嫩肉粉，啤酒澄清 嫩肉粉 烘焙 诊断 科研 酯水解与合成 烘焙，麦芽糖浆 烘焙，麦芽糖浆
固定化酶优点
便于从反应体系中分离
从而易于控制反应时间，减少酶失活
可反复使用
降低用酶成本
提高酶稳定性
缺点
传质限制 动力学性质发生变化 固定化增加额外成本
酶的固定化方法
a. 吸附 b. 共价连接 c. 包埋 d. 膜限制
多点作用使酶稳定化
固定化载体
Eupergit C®
Sepabeads® series
Well-buried state
氨基酸残基分布差异
完全暴露
ALA VAL ILE 高
暴露
低 极显著 低
部分包埋/部分暴露
包埋
完全包埋
高 极显著
ARG
GLU LYS TRP TYR 低
高
高
高
高 极显著
高 高
ASN
SER MET PRO
（低）
低
低
低
（低）
低 极显著 低 高
对于热稳定性改造的具体指导
微生物酶生产率提高的手段
菌种选育 －－诱变育种 发酵工艺优化－－发酵工程 重组表达 －－基因工程
酶制剂
使用添加剂
共价修饰
固定化
小结
酶的来源很多，但主要来源于微生物发酵 酶的工业化应用取决于他们的效果，成本和 安全性 离心一般用于收集含酶固体 过滤更多用于液体酶回收 双水相体系将会在酶回收操作中得到更多应 用 制备工业用酶需尽量压缩分离提取步骤 酶制剂必须稳定，使用安全
酶的固定化技术
酶反应器
酶的历史
在麦芽中发现淀粉酶
在胃中发现消化酶--胃蛋白酶 Enzyme定名--意为"在酵母中" 钥匙-锁理论提出 中间产物学说米氏方程 获得脲酶结晶酶是蛋白质
酶工程的历史
18 33
18 36 18 73 从小牛胃提取凝乳酶用于制酪 18 78 18 94 以米曲霉生产淀粉酶作为消化酶 19 13 19 26 19 49 液体深层发酵生产细菌α-淀粉酶
•化学 •物理 - 转化天然底物 - 耐受差 •环境不同 •要求不同
•生物
- 代谢调控和高转换数
生物催化剂应用依赖于天然酶改造或重新设计方法
改造目的
•高专一性
只催化所需反应 减少甚至没有副产物
•高活性
高生产率 不易受抑制
•高稳定性
存放时间长 操作稳定性高
酶的改造
化学修饰 固定化
基因工程，结构生物学和生物信息学
固定化酶小结
酶的固定化使得他们能高效和连续使用 酶的固定化形式有4种
酶的固定化影响动力学性质
酶的固定化一般可提高其使用的经济性
酶的固定化新技术－－无载体固定化
酶反应器图解
小结
重组微生物是酶的最重要来源 工业用酶的分离提取对成本敏感 固定化酶是工业用酶制剂的重要形式 酶反应器对于发挥酶的催化作用也很重要
“酶工程”的定义 运用酶学知识结合数学和/或其他系统性知识 设计有实用价值的新酶 (生物催化剂，固定化生物催化剂，生物催化 反应体系, 生物催化反应器。。。)
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一门研究如何发挥酶的催化功能的技术科学
酶学知识
酶是什么？
融合蛋白质－－广义的有理设计
•组氨酸标签(Histidine-tag, his-tag) •谷胱甘肽合成酶 (glutathione synthetase, GST) •麦芽糖结合蛋白质 (maltose binding protein, MBP) •内含肽(Intein) •各种信号肽
改善重组蛋白可溶性，便于亲和层析纯化。。。
极端微生物的特殊生长环境及代谢产物，使
酶在“恶劣”环境下能够发挥高效催化作用。
目前已经有158种微生物的基因组被全测序
Distribution for penicillin G acylase
PGA precursor structure
S
α
I
β
天然酶
自然进化中 天然酶的结构功能对应于其活细 胞的生理功能而进化的 天然酶往往不适用于生物技术应用
O C C O
O C C O
O C C O
O C C O
O C C O
0<OSP<0.15 Fully exposed state
0.15<OSP<0.30
0.30<OSP<0.45
0.45<OSP<0.60
0.60<OSP<0.75
Exposed state
Boundary state
Buried state
第五章 酶工程
酶工程定义
定义: 将酶所具有的生物催化功能,借助工程手段应用于社会生活 的一门科学技术； 利用酶催化的作用,在一定的生物反应器中,将相应的原料 转化为所需要的产品； 利用酶、细胞器或细胞的特异催化功能，通过适当的反应 器工业化生产人类所需产品或达到某种特殊目的的一门技 术科学。(大唐搜索) 领域:酶学理论与工程技术相结合而形成的新技术
新型固定化方法—无载体固定化
The different approaches to the production of carrier-free immobilised enzymes: (a) crystallization; (b) aggregation; (c) spray-drying; (d) direct cross-linking. AGG, aggregates; CRY, crystals; SDE, spray-dried enzyme.
酶的改造
获得新酶的途径
自然界中获取 有理设计新酶 随机方法筛选新酶
生物多样性与新酶的发现
嗜热菌（Thermophiles)
嗜冷菌（Phyphophiles) 嗜酸菌（Acidophiles)
嗜碱菌（Alkaliphiles)
嗜盐菌（Halophiles) 嗜压菌（Barophiles)
引入二硫键和/或盐桥
提高热稳定性的重要全局性因素
•环区长度减少以及随之而来的二级结构增加 •表面电荷相互作用 •敏感氨基酸残基减少 (如半胱氨酸，天冬酰胺和谷氨酰胺) •芳香环堆积增加 •疏水作用增加 •金属离子结合能力提高 •寡聚增加
5第五章——酶工程
（二）固定床型（也称填充床，Packed Bed Reactor, PBR ） 把颗粒状或片状等固定化酶填充于固定床内，底物按 一定方向以恒定速度通过反应床。 在其横截面上液体流动速度完全相同，沿流动方向底 物及产物的浓度逐渐变化，但同一横切面上浓度一致。又 称活塞流反应器(Plug Flow Reactor, PFR) 适用于：固定化酶。
（三）流化床型(Fludized Bed Reactor, FBR) 装有较小颗粒的垂直塔式反应器(形状可为柱形、锥形等)。 底物以一定速度由下向上流过，使固定化酶颗粒在浮动状 态下进行反应。流体的混合程度介于CSTR和PFR之间。 适用于：固定化酶。
（四）膜式反应器(Membrane Reactor) 将酶催化反应与半透膜的分离作用组合在一起的反应器。 适用于：游离酶、固定化酶。 1. 游离酶膜反应器
溶解性物质 ——任何类型反
应器
底物
颗粒物质
胶体物质
CSTR、PBR和RCR
（三）反应操作要求
1.若酶受高浓度底物抑制
需要不断调整pH 拌罐型反应器。 ——搅
2.若反应耗氧 ——鼓泡塔型反应器。
（四）酶的稳定性
固定化酶在反应器中催化活性的 损失可能有如下三种原因： 酶本身失效； 酶从载体上脱落；
载体肢解。
1. 2. 3.
4.
5.
6.
氧化还原酶类 转移酶类 水解酶类 裂合酶类 异构酶类 合成酶类
Oxidoreductases Transgerases Hydrolases Lyases Isomerases Synthetases Synthases
酶工程
酶工程: 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。 酶工程是现代酶学理论与化工 技术的交叉技术，它的应用主要集 中于食品工业、轻工业和医药工业 等领域。
酶工程 第五章
第—节 金属离子置换修饰
用于酶分子修饰的金属离子，往往是二价金属离子。例如 Ca 2 , Mg 2 , Mn2 , Zn2 , Co 2 , Cu 2 , Fe2 等等。金属离子置换修饰法只适用于本来 在结构中含有金属离子的酶。 在离子置换修饰的过程中，首先要加入一定量的乙二胺四乙酸 (EDTA)等金属螯合物到酶液中，使酶分子中的金属离子与EDTA形成螯 合物，此时酶成为无活性状态。通过透析或超滤、分于筛层析等方法， 可将EDTA-金属螯合物从酶液中分离除去。然后用不同的金属离子加到 酶液中，酶蛋白与金属离子结合。根据离子种类的不同，经离子置换 后的酶将会出现不同的特性。有些修饰酶活性比原来酶的活性降低， 甚至完全无活性；有些修饰酶的活性比原酶活性提高；有些修饰酶的 稳定性比原酶增加等。所以只要选择到适宜的金属离子作修饰剂，去 置换原来的金属离子，就有可能提高酶活力，增加酶稳定性。
第二节
大分子结合修饰
一、通过修饰提高酶活力
酶的催化能力受诸多因素的影响。本质上是由其特定 的空间结构，特别是由其活性中心的特定构象所决定的。 水溶性大分子通过共价键与酶分子结合后，可使酶的 空间结构发生某些改变，使酶的活性中心更有利于和底物 结合，并形成准确的催化部位，从而使酶活力得以提高。 例如：每分子核糖核酸酶与6.5分子的右旋糖酐结合，可 使该酶的活力提高到原有的活力的2.25倍；用右旋糖酐修 饰胰凝乳蛋白酶，当每分子酶与11分子右旋糖酐结合时， 修饰酶的活力达到原有的活力的5.1倍；每分子胰蛋白酶 用11分子的右旋糖肝修饰后，酶活力可提高30％等。
第二节 大分子结合修饰
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。简称为大分子结合法。 通常使用的水溶性大分子修饰剂有：有旋糖酐、聚乙 二醇、肝素、蔗糖聚合物(Ficoll)、聚氨基酸等。这些大 分子在使用前一般需经过活化，然后在一定条件下与酶分 子以共价键结合。对酶分子进行修饰。例如：右旋糖酐先 经高碘酸(HIO4)活化，然后与酶分于的氨基共价结合。
酶工程 第五章酶分子修饰 第四节酶蛋白侧链基团修饰
一、氨基修饰剂
凡能使酶蛋白侧链上的氨基发生改变的化台物，称为 氨基修饰剂。主要的有：二硝基氟苯、醋酸酐、琥珀酸酐、 二硫化碳、亚硝酸、乙亚腔甲酯、O-甲基异脲、顺丁烯二 酸酐等。这些修饰剂作用于酶蛋白侧键上的氨基或产生脱 氨基作用，或与氨是共价结合将氨基屏蔽起来，使氨基原 有的副链改变，从而改变酶蛋白的构象。
酶蛋白侧链基团的修饰可以使用各种小分子物质，也 可使用各种大分子物质。其中使用水溶性大分子与侧链基 团结合的属大分子结合修饰，已在本章第二节阐述。使用 不溶性大分子与酶侧链基团结合的属于结合固定化方法， 将在下一章介绍。本节主要介绍各种小分子化合物与酶蛋 白侧极基团相互作用的修饰方法。
第四节 酶蛋白侧链基团修饰
第四节 酶蛋白侧链基团修饰
已知大肠杆菌的苹果酸酶可催化下列4种生化反应：
该酶的巯基用乙基马来酰亚胺修饰后，其催化 主反应A的功能消失，同时也失去催化反应B的能力， 然而催化反应C和D的酶活性却提高10倍以上。
第四节 酶蛋白侧链基团修饰
酶经侧链基团修饰后，对于酶的活性、稳定性或抗原 性都有显著影响，往往可提高其使用价值。例如：用O-甲 基异脲修饰溶菌酶，使赖氨酸残基的ε-氨基与之结合， 修饰后酶活力保持不变，但稳定性提高，且很容易结晶析 出；用亚硝酸修饰天门冬酰胺酶，使其氨基末端的亮氨酸 和肽链中的赖氨酸的氨基脱去变成羟基，经修饰后，该酶 的稳定性大大提高，在体内的半衰期可延长2倍，显著提 高治疗效果；枯草杆菌蛋白酶的第l 04位酪氨酸可特异地 被碘化、硝化和琥珀酰化，经修饰后的酶，由于负电荷能 引入，而增加了对带正电荷底物的结合力；葡萄糖异构酶 经琥珀酰化修饰后，其最适pH值下降0.5单位，并增加酶 的稳定性，这对果葡糖的生产有利。
第五章 酶工程
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
2、吸附法
第四节 酶工程在食品中的应用
一、在淀粉和糖工业中的应用
• 各种淀粉酶用于淀粉的水解 • 利用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆、 果葡糖浆或异构糖浆 • 利用蔗糖酶生产转化糖 • 利用半乳糖苷酶水解甜菜糖废液糖蜜中的 棉籽糖 • 用固定化酶生产功能性低聚糖
除去细胞碎片或抽提过程中生成的沉淀物
4、浓缩
工业上常用真空薄膜浓缩法以保证酶在浓缩过 程中不失活
5、干燥
常用的干燥方法有真空干燥、冷冻干燥、喷雾干燥等
（二）酶的纯化与精制
1、根据酶分子大小和形状的分离方法
（1）离心分离：通过离心得到某一特定的亚细胞成 分，如细胞核、线粒体、溶酶体等，然后再对某一特 定的酶进行纯化 （2）凝胶过滤：利用酶蛋白分子大小不同，进入或不 进入凝胶，导致路径不同而得到分离 （3）透析与超滤：透析可除去酶液中的盐类、有机溶 剂、低分子质量的抑制剂等；超滤是在一定压力下， 将料液强制通过一定孔径的滤膜以达到分离纯化或酶 液的浓缩及脱色等目的
三、酶分子的改造
酶分子改造的必要性
1、酶离开细胞，离开其特定的作用环境条件，会不稳 定，不适合大量生产的需要 2、酶作用最适pH条件一般在中性，但在工业应用中， pH常偏离中性范围，使酶难于发挥作用 3、临床应用上，绝大多数的酶对人体而言都是外源蛋 白质，具有抗原性，直接注入会引起人体的过敏反应
酶工程 第五章酶分子修饰 第三节肽链有限水解修饰
第三节 肽链有限水解修饰
有些酶原来具有抗原性，这除了酶的结构特点以外，还由于酶是 大分子。蛋白质的抗原性与其分子大小有关，大分子的外源蛋白往往 出现较强的抗原性；而小分子的蛋白质或肽段，其抗原住较低或者无 抗原性。所以，若将酶分子经肽链有限水解，其分子量减小，就会在 保持其酶活力的前提下，使酶的抗原性显著降低，甚至消失。例如： 将木瓜蛋白酶用亮氨酸氨肽酶进行有限水解，使其全部肽链的三分之 二被水解除去，该酶的酶活力保持不变，而其抗原性大大降低。又如： 酵母的烯醇化酶经有限水解除去由150个氨基酸组成的肽段后，酶活 力仍可保持，抗原性却显著降低。
利用肽链的有限水解，使酶的空间结构发生某些精细 的改变，从而改变酶的特性和功能的方法，称为肽链有限 水解修饰。
第三节 肽链有限水解修饰
有些酶蛋白原来不显示酶活性或酶活力不高，利用某 些具有高度专一性的蛋白酶对它进行肽链有限水解修饰， 除去一部分肽段或若干个氨基酸残基，就可使其空间构象 发生某些精细的改变有利于活性中心与底物结合并形成准 确的催化部位，从而显示出酶的催化活性或提高酶活力。 例如：胰蛋白酶原不显示酶活性，用蛋白酶进行修饰，使 该酶原水解除去一个六肽，即可显示出胰蛋白酶的催化活 性；天门冬氨酸酶通过胰蛋白酶进行修饰，从其羧基末端 水解切除10多个氨基酸残基的肽段，可使天门冬氨酸酶的 活力提高4～5倍以上。
酶工程
第五章 酶分子修饰
第三节 肽链有限水解修饰
酶的催化功能主要决定于酶的活性中心的构象，活性 中心部位的肽段对酶的催化作用是必不可少的，而活性中 心以外的肽段起到维持酶的空间构象的作用。
酶蛋白的肽链被水解以后，将可能出现以下3种情况 中的一种。若肽链水解后引起酶活性中心的破坏，则酶将 失去其催化功能；若将肽链的一部分水解后，仍可维持其 活性中心的完整构象，则酶的活力仍可保持或损失不多； 若肽链的一部分水解除去以后，有利于活性中心与底物的 结合并且形成准确的催化部位的话，则酶可显示出其催化 功能或使酶活力提高。在后两种情况下，肽链的水解在限 定的肽键上进行，称为肽链有限水解。
生物化学第五章酶
第二节 酶的命名和分类
1、习惯命名 2、国际系统命名法 3、国际系统分类法及酶的编号
1、习惯命名：
根据酶的底物命名：如：淀粉酶、蛋白酶； 根据酶所催化的反应性质命名：如：转氨酶； 综合上述两原则命名：如：乳酸脱氢酶； 上述命名加酶来源或酶的其它特点：胃蛋白酶、胰蛋白酶。
2、国际系统命名法
以酶所催化的整体反应为基础，规定每种酶的名称应当明 确标明酶的底物及催化反应的性质。如果一种酶催化两个底物 起反应，应在他们的系统名称中包括两种底物的名称，并以 “:”将他们隔开，若底物中有水可以略去不写。
（3）X-衍射直接探明活性中心。
1、活性中心的实质
活性中心即酶分子中在三维结构上相互靠近的 几个aa残基或其上的某些基团。 实例：胰凝乳蛋白酶
实验：酶蛋白经水解切去部分肽链后，残留部分仍有活性。 说明：参与催化反应的只是其中一小部分，即活性中心。
胰 凝 乳 蛋 白 酶 的 活 性 中 心
Ser
His 活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser195
第五章 酶 (Enzyme)
主要内容：介绍酶的概念、作用特点 和分类、命名，讨论酶的结构特征和催化
功能以及酶专一性及高效催化的策略，进
而讨论影响酶作用的主要因素 。 对酶工程 和酶的应用作一般介绍。
思考题？
目
录
第一节 酶的概念及作用特点 第二节 酶的命名和分类 第三节 酶活力测定和分离纯化 第四节 酶催化作用的结构基础和高效催化的策略 第五节 酶促反应的动力学 第六节 重要的酶类及酶活性的调控 第七节 酶工程简介
习惯单位（U）:一定时间内将一定量的底物转化为产物所需 的酶量
国际单位（IU）：最适反应条件下（25℃），在1分钟内把
第五章 酶工程
第五章酶工程技术【典型案例】图1 啤酒生产线图2 石油泄漏污染海湾案例1：酶制剂在啤酒生产中的应用酶制剂在啤酒生产中的应用较为广泛，酶制剂的使用，能降低啤酒生产成本，在液化、糖化、啤酒澄清、防腐以及防止老化过程中应用效果明显。
辅料淀粉的液化一般选用a-淀粉酶，a-淀粉酶可将淀粉液化成可溶于水的糊精、低聚糖、麦芽糖以及葡萄糖。
糖化过程中，辅料的糊化醪（液化）和麦芽中淀粉受到麦芽中水解酶及外加酶制剂作用，形成以麦芽糖为主的可发酵性糖。
这一过程添加的酶有：β-淀粉酶、糖化酶、支链淀粉酶、半纤维素酶等。
啤酒在贮存过程中，由于环境条件的作用，如光照、氧气、震动等，会产生浑浊、沉淀等现象。
此类浑浊的形成，和啤酒中残留的蛋白质关系密切，严重影响啤酒的质量和在市场上的竞争力。
添加蛋白酶可分解啤酒中的大分子蛋白质，有效去除啤酒中的沉淀物，澄清过程中主要用到的酶有木瓜蛋白酶、、生姜蛋白酶和中性蛋白酶。
超氧化物歧化酶和葡萄糖氧化酶可防止啤酒中风味老化物质的前提被氧自由基氧化而造成啤酒老化。
同时，为了啤酒防腐保鲜，可在啤酒生产的发酵期、包装过程中添加少量溶菌酶，溶菌酶可作用于革兰氏阳性菌细胞胞壁的N-乙酰胞壁酸与N-脱氢基葡萄糖之间β-1,4糖苷键，从而破坏细菌细胞壁，使细菌溶解死死亡，但对啤酒酵母不起作用。
案例2：酶制剂在石油废水处理中的应用石油是含有多种烃类（正烷烃、支链烷烃、芳烃、环烃）及少量其他有机物（硫化物、氮化物、酸类）的复杂混合物。
2013年底发生的黄岛石油管道爆炸事件导致胶州湾近1万平方米海域受到石油污染，每年因油轮失事、油田漏油、喷井等事故流入海洋的石油污染物约有1千万吨。
目前针对石油生物降解主要集中于具有较强降解能力的菌株的筛选上，然而这些微生物在海水中的繁殖受各种环境条件的影响，繁殖率很低。
石油烃降解酶的分离纯化不仅是石油降解工程菌构建的基础，还可直接用于石油的生物降解，提高石油生物降解的效率。
目前常用的石油烃降解酶包括甲烷单加氧酶、环羟基化双加氧酶、邻苯二酚双加氧酶、萘双加氧酶等。
第五章 酶工程非水介质中的酶催化作用_提纲_2016
第五章 非水介质中的酶催化作用5.1 非水介质中的酶促反应概述5.1.1 非水介质酶反应的历史1966年，普莱斯（Price）等发现胰凝乳蛋白酶与黄嘌呤氧化酶可在有机溶剂中保持催化活性1977年，克立巴诺夫（Kilbanov）等利用胰凝乳蛋白酶在有机溶剂中催化乙醇与N-乙酰基-L-色氨酸反应合成N-乙酰基-L-色氨酸乙酯 1984年，克立巴诺夫在Science上发表了关于非水介质脂肪酶催化行为和热稳定性的研究报告——非水介质酶催化研究的里程碑非水介质的组成：有机介质超临界流体气相介质离子液介质热点：介质工程、溶剂工程改变反应介质来改变酶催化反应的选择性，从而达到人为改变和控制酶的立体专一性。
5.1.2 非水介质酶反应的优点1、有利于疏水性底物的反应2、可提高酶的热稳定性和储存稳定性3、可改变反应平衡移动方向4、可控制底物的特异性、区域选择性和立体选择性5、可防止由水引起的副反应6、酶易于回收和重复利用7、可避免微生物污染5.1.3 非水介质酶反应具备条件1、保证必需水含量。
2、选择合适的酶及酶形式。
3、选择合适的溶剂及反应体系。
4、选择合适pH值和离子强度5.1.4 非水介质酶反应的研究进展1、超临界流体中的酶反应（1）超临界流体的概念：指温度和压力均在本身的临界点以上的高密度流体，具有和液体同样的凝聚力、溶解力，而其扩散系数又接近于气体，是通常液体的近百倍。
（2）超临界流体的有关性质： 超临界流体的P-V-T 性质超临界CO 2：是指纯净的CO 2被加热或压缩到高于其临界点（临界温度31.1℃，临界压力7.28Mpa)时的状态。
其密度和液体相近，粘度和气体相近，自扩散系数比液体大100倍左右。
（3）超临界流体中的酶反应超临界流体对多数酶都能适用: 酯化、转酯、醇解、水解、羟化、脱氢 Tsitsimpikon C. 研究了在超临界CO 2中酶催化葡萄糖的酰化，结果表明反应速率与酶的浓度成线性关系。
第五章第四节酶工程简介.doc
第五章第四节酶工程简介教学目标1．知识方面（1）酶工程的概念以及酶制剂的生产和应用的基础知识（知道）。
（2）使学生了解酶工程发展的概况。
（3）一些酶工程与基因工程，细胞工程和发酵工程之间具有相互交叉渗透的关系（知道）。
2．态度观念方面（1）通过酶制剂在人们社会生活中的应用的学习，激发学生学习兴趣，培养学生理论联系实际的科学态度。
（2）通过了解生物工程在世界经济中的重要地位及未来发展前景，增强学生科技是第一生产力的认识。
3．能力方面通过收集有关酶制剂在社会生活中的应用情况的资料、信息，培养学生获取信息的能力。
重点、难点分析1．重点：（1）通过学习使学生了解酶制剂生产中，酶的产生、提取和分离纯化，加工等生产过程及其简单原理是本节教学的重点之一。
（2）通过讨论引导学生了解酶工程与基因工程、细胞工程、发酵工程之间，具有相互交叉渗透的关系也是本节的教学重点内容。
2．难点：（1）酶制剂生产中诸如酶的提取、固定化等原理，由于涉及到很多其他学科的知识，学生较难理解。
因此，生产酶制剂的原理是本节的教学难点。
（2）酶制剂的应用中诸如尿糖试纸、酶传感器等的原理比较抽象，学生也很难理解，因此，酶制剂的应用及其原理也是教学难点。
教学模式启发讲解与学生讨论相结合。
教学手段酶制剂的标本，投影片等。
课时安排一课时。
设计思路1．前期知识准备：（1）酶的概念及特性。
（2）酶的种类：胞内酶、胞外酶、组成酶、诱导酶。
2．通过对酶在生活中应用实例的讨论使学生了解酶工程的概念。
3．通过教师启发讲解使学生了解酶制剂的生产、提取和分离纯化以及固定化酶的相关知识。
4．通过事例分析总结出社会生活中酶制剂的用途。
5．通过讨论使学生了解生物工程各分支领域之间的关系。
6. 通过对生物工程未来的畅想使学生加深科学技术是第一生产力的认识。
重点提示1．有关酶工程的资料学生接触的不是很多，可以让学生通过网络下载一些有关酶生产、运用方面的资料，经筛选后印发给大家。
酶学与酶工程第五章酶分子修饰学生
十一次课
02
2
1
酶分子侧链基团修饰
酶侧链基团的修饰方法很多，主要有氨基修饰、羧基修饰、巯基修饰、酚基修饰、胍基修饰、咪唑基修饰、吲哚基修饰及分子内交联修饰等
功能基团主要有氨基、羧基、巯基．咪唑基、吲哚基、酚羟基、羟基、胍基、甲硫基
3
各种氨基酸侧链的修饰剂
氨基酸
侧链基团
修饰剂
Lys
氨基
三硝基苯磺酸，2，4－二硝基氟苯、碘乙酸、碘乙酰胺、丹磺酰氯、亚硝酸
02
分离
03
需要通过不同的方法进行分离，将具有不同修饰度的酶分子分开，从中获得具有较好修饰效果的修饰酶。
04
金属离子置换修饰 把酶分子中的金属离子换成另一种金属离子，使酶的特性和功能发生改变的修饰方法成为金属离子置换修饰。 金属离子置换修饰的方法：酶的纯化、去除原有的金属离子、加入置换离子 金属离子置换修饰的作用：
聚乙二醇是线性分子具有良好的生物相容性和水溶性，在体内无毒性、无残留、无免疫原性，并可消除酶的抗原性，使其末端活化后可以与酶产生交联，因而，它被广泛用于酶的修饰。
酶
半衰期
相对稳定性
天然SOD
6 min
1
右旋糖酐-SOD
7 h
70
Ficoll(低分子量)–SOD
14 h
140
Ficoll(高分子量)–SOD
2
引起酶活性中心的破坏，酶失去催化功能。
01
仍维持活性中心的完整构象，保持酶活力。
02
有利于活性中心与底物结合并形成准确的催化部位，酶活力提高。
03
酶蛋白的肽链被水解后，可能出现以下三种情况中的一种：
氨基酸置换修饰
将酶分子肽链上的某一个氨基酸换成另一个氨基酸的修饰方法，称为氨基酸置换修饰。