生物工程知识：酶工程——利用酶催化合成和分解反应
《酶工程》课后知识题目解析
《酶工程》课后知识题目解析第一章酶工程基础1.名词解释：酶工程、比活力、酶活力、酶活国际单位、酶反应动力学①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技术，是工业上有目的地设计一定的反应器和反应条件，利用酶的催化功能，在常温常压下催化化学反应，生产人类所需产品或服务于其它目的地一门应用技术。
②比活力：指在特定条件下，单位质量的蛋白质或RNA所拥有的酶活力单位数。
③酶活力：也称为酶活性，是指酶催化某一化学反应的能力。
其大小可用在一定条件下，酶催化某一化学反应的速度来表示，酶催化反应速度愈大，酶活力愈高。
④酶活国际单位: 1961年国际酶学会议规定：在特定条件(25℃，其它为最适条件)下，每分钟内能转化1μmol底物或催化1μmol产物形成所需要的酶量为1个酶活力单位，即为国际单位（IU）。
⑤酶反应动力学:指主要研究酶反应速度规律及各种因素对酶反应速度影响的科学。
2.说说酶的研究简史酶的研究简史如下：(1)不清楚的应用：酿酒、造酱、制饴、治病等。
(2)酶学的产生：1777年，意大利物理学家 Spallanzani 的山鹰实验；1822年，美国外科医生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。
1684年，比利时医生Helment提出ferment—引起酿酒过程中物质变化的因素（酵素）；1833年，法国化学家Payen和Person用酒精处理麦芽抽提液，得到淀粉酶；1878年，德国科学家K?hne提出enzyme—从活生物体中分离得到的酶，意思是“在酵母中”（希腊文）。
(3)酶学的迅速发展（理论研究）：1926年,美国康乃尔大学的”独臂学者”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;1930年，美国的生物化学家Northrop分离得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶结晶，确立了酶的化学本质。
3.说说酶工程的发展概况I.酶工程发展如下：①1894年，日本的高峰让吉用米曲霉制备淀粉酶，酶技术走向商业化：②1908年，德国的Rohm用动物胰脏制得胰蛋白酶，皮革软化及洗涤；③1911年，Wallerstein从木瓜中获得木瓜蛋白酶，用于啤酒的澄清；④1949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；⑤1960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；⑥1971年各国科学家开始使用“酶工程”这一名词。
第四节酶工程简介
化验自己尿糖的情况。那么，尿糖试纸是怎样制作出来的呢？科学家根据葡萄糖 在葡萄糖氧化酶的催化作用下形成葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢在过氧化氢酶 的催化作用下形成水和原子氧，以及原子氧可以将某种无色的化合物氧化成有色 的化合物的原理，将上述两种酶和无色的化合物固定在纸条上， 制成测试尿糖含 量的酶试纸。这种酶试纸与尿液相遇时，很快就会因尿液中葡萄糖含量的少或多 而依次呈现出浅蓝、浅绿、棕或深棕色（如图）。
用于加工和生产一些产品 酶制剂在食品加工 方面具有广泛的用途。例如，酿酒厂和饮料厂利用果 胶酶来澄清果酒和果汁，效果十分明显。又如，葡萄 糖氧化酶可以除去密封饮料和罐头中的氧气，从而有 效地防止饮料和食品氧化变质。再如，用木瓜蛋白酶 制成的嫩肉粉，可以使肉丝、肉片等烹调后吃起来嫩 滑可口。
利用酶制剂生产一些产品，这一过程是在酶反应器中进行的。酶反应器是
酶制剂的生产
活细胞产生的酶都是水溶性的，人们需要根据不同的使用目的将这些酶制 成一定的剂型。所以说，酶制剂是指含有酶的制品。酶制剂的剂型可以分为液体 和固体两大类。例如，加酶洗衣粉中的蛋白酶和脂肪酶等， 就是颗粒状的固体酶 制剂。酶制剂的生产包括酶的生产、提取、分离纯化和固定化等。
酶的生产、提取和分离纯化
许多生物制品可以利用酶反应器进行生产。例 如，青霉素是人们经常使用的一种抗生素。但是， 多年的使用使得不少病原菌对青霉素产生了抗药性。为此，科学家一方面研制新 的抗生素以替代青霉素，另一方面设法通过有关的酶制剂来改造青霉素的分子结 构，进而研制出新型的青霉素。青霉素的分子是由一个母核和一个侧链组成的。 科学家利用青霉素酰化酶，将母核和侧链水解开来，然后，利用化学合成的方法， 使青霉素的母核与其他的侧链连接起来，从而研制出氨苄青霉素等新型的青霉 素。现在，制药厂已经能够利用固定化青霉素酰化酶反应器，成批地生产用于合
酶工程复习要点
1、酶的催化作用特点：具有专一性，催化效率高和反应条件温和等显著特点。
2、酶研究的两个方向：理论研究方向和应用研究方向。
理论研究方向：酶的理化性质、催化性质、催化机制等。
应用研究：促进了酶工程的形成。
3、酶工程的定义：利用酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器，借助于酶的催化作用，通过工程学手段生产产品或提供社会服务的科学体系。
4、酶工程的应用范围：①对生物资源中天然酶的开发和生产②自然酶的分离纯化与鉴定技术③酶的固定化技术④酶反应器的研制与应用⑤与其它生物技术领域的交叉与渗透。
5、酶工程的组成：①酶的发酵生产②酶的分离纯化③酶分子修饰④酶和细胞固定化⑤酶反应器和酶的应用等方面。
6、酶工程的主要任务：通过预先设计，经过人工操作控制而获得大量所需的酶，并通过各种方法使酶发挥其最大的催化功能。
8、酶的分类：第1类，氧化还原酶；第2类，转移酶；第3类，水解酶；第4类，裂合酶；第5类，异构酶；第6类，合成酶；第7类，核酸类酶。
9、酶的作用机制：酶的催化机理可能与几种因素有关：酶与底物结合时，两者构象的改变使它们互相契合，底物分子适当地向酶分子活性中心靠近，并且趋向于酶的催化部位，使活性中心这一局部地区额底物浓度大大增高，并使底物分子发生扭曲，易于断裂。
在另一些情况中，可能还有一些其他的因素使酶反应速度稍有一些提高，如酶与底物形成有一定稳定度的过渡态中间物——共价的ES中间物，这种ES中间物又可迅速地分解成产物，又如酶活性中心的质子供体和质子受体对底物分子进行了广义的酸碱催化等。
10、酶的催化能力：酶仅能改变化学反应的速度，并不不能改变化学反应的平衡点。
酶本身在反应前后也不发生变化例如肽键遇水自发地进行水解的反应极为缓慢，当有蛋白酶存在时，这个反应则进行得十分迅速，可降低反应的活化能。
在一个化学反应体系中，反应开始时，反应物(S)分子的平均能量水平较低为“初态”，在反应的任何一瞬间反应物中都有一部分分子具有了比初态更高一些的能量，高出的这一部分能量称为活化能，使这些分子进入“过渡态”，这时就能形成或打破一些化学键，形成新的物质——产物（P）。
生物酶解工程
生物酶解工程
介绍
生物酶解工程是一种利用生物酶，尤其是酶的高选择性，精确地修改特定化合物的过程。
生物酶解工程利用添加新的酶，或修改现有酶来调节物质结构，或者使用新的反应条件来改变这种酶的性能。
生物酶解工程特别适用于合成有机物，如抗菌药物，抗病毒药物，抗癌药物，抗肿瘤药物，抗过敏药物等。
应用
生物酶解工程已经在一系列包括制药，有机合成，催化剂制备，活性成分结构调整，有机污染物体外降解，食品及饮料加工，生物质转换，滤液分离等领域被广泛使用。
生物酶解工程在制药上的应用：
（1）酶催化的药物合成：利用双功能及氨基酸局部调控酶催化患有溶剂敏感或稳定性不佳的多组分合成反应，得到抗肿瘤，抗病毒，抗病原生物，抗过敏及其他药物的合成。
（2）酶催化反应的多组分体外配体调整：利用功能型蛋白质的高精确度，在体外催化患有敏感团或偶合团的药物，对结构进行调控，使药物更有效更安全。
（3）酶催化的药物活性成分加工及提纯：利用酶催化反应提取有效成分，可以加工植物类食品，提纯非药用蛋白质，如维生素及抗原，也可以加工某些蛋白质产品，如抗体，病毒，抗生素等。
总结
生物酶解工程是一种准确地改变特定化合物结构的技术，用于合成有机物，如抗菌药物，抗病毒药物，抗癌药物，抗肿瘤药物等。
它在制药，有机合成，催化剂制备，活性成分结构调整，有机污染物体外降解，食品及饮料加工，生物质转换，滤液分离等领域被广泛使用。
生物催化反应
生物催化反应生物催化反应是一种利用酶作为催化剂来加速生化反应速率的过程。
酶是生物体内重要的催化剂，能够在相对温和的条件下促进化学反应的进行。
本文将介绍生物催化反应的原理、应用以及未来发展方向。
一、生物催化反应的原理生物催化反应的原理基于酶的特性。
酶是生物体内的蛋白质催化剂，具有高度的特异性和效率，能够在生物体内调控和加速化学反应的速率。
酶分子结构具有活性位点，能够与底物结合，并在底物之间形成特定的键和键解离，从而使反应过程更为迅速和高效。
生物催化反应是由酶催化的，相较于非生物催化反应，具有以下几个优势：1. 温和的反应条件：生物催化反应在相对温和的条件下进行，不需要高温和强酸碱等条件，可以保护反应物和产物的活性，提高化学反应的选择性。
2. 高效率和高特异性：酶催化的生物反应具有高水平的催化效率和特异性，可以加速反应速率，同时避免对其他反应物的干扰，从而提高反应的纯度和产率。
3. 可逆性和重复使用性：酶具有可逆性和重复使用性，可以在反应结束后再次进行催化反应，提高催化剂的利用率，减少资源的浪费。
二、生物催化反应的应用生物催化反应在生物工程、医药、食品工业等领域有着广泛的应用。
1. 生物工程：生物催化反应在生物工程领域中被广泛应用于生产生物质和制造化学品。
通过酶的催化作用，可以提高化学反应的效率和产率，减少废物的产生，实现绿色环保的化工过程。
2. 医药领域：生物催化反应在药物合成和新药研发中发挥着重要作用。
利用酶的催化作用，可以合成具有特定结构和活性的药物分子，提高药物的纯度和治疗效果，同时减少药物副作用。
3. 食品工业：生物催化反应在食品工业中常被用于提高食品的品质和保鲜性。
例如，利用酶的催化作用可以降解食品中的有害物质、改善食品的味觉和口感，延长食品的保鲜期。
三、生物催化反应的未来发展随着生物技术和工程学的不断发展，生物催化反应在未来将拥有更广阔的应用前景。
1. 高效的酶催化剂：研究人员正在探索和开发更高效、更稳定的酶催化剂，以提高反应的速率和选择性。
酶工程复习资料
由活细胞产生的生物催化剂，具有特殊作用的蛋白质，能在生命体内(包括动物、植物和微生物)催化一切化学反应，维持生命特征。
是酶学基本原理与化学工程相结合而形成的一门新兴的技术科学， 以应用目的为出发点来研究酶， 利用酶的催化特性并通过工程化将相应原料转化为目的物质的技术。
水溶性酶经物理或者化学方法处理后成为不溶于水的但仍 具有酶活性的一种酶的衍生物，在催化反应中以固相状态作用于底物。
表示酶活力大小的尺度；一个国际单位(IU)是指在特定条件下(25℃)，每分钟内转化 1mol 底物或者催化形成 1mol 产物所需的酶量。
一个 Kat(卡塔尔，酶活性国 际单位)是指每秒钟内转化 1mol 底物所需的酶量， 1 Kat = 6107 IU 。
(酶活力：指酶催化一定化学反应的能力；用在一定条件下， 所催化的反应初速度来表示； 是研究酶的特性，酶制剂生产应用以及分离纯化时的一项必不可少的指标。
) 是酶纯度的量度，是指单位分量酶蛋白所具有的酶活力，单位为 IU/mg 。
比活力越大，酶纯度越高。
比活力=活力单位数/每毫克酶蛋白。
可产生一种组成型调节蛋白(regulatory protein) (一种变构蛋白)，通过与效应物(effector) (包括诱导物和辅阻遏物)的特异结合而发生变构作用，从而改变它与控制基因的结合力。
调节基因常位于调控区的上游。
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，控制酶合成的时机与速度。
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。
是指在一定的条件下，用适当的溶剂或者溶液处理含酶原料，使酶充分溶解到 溶剂或者溶液中的过程。
是指在份子水平上不同粒径份子的混合物在通过半透膜时，实现选择分离的技术，半透膜又称为分离膜，膜壁弥漫小孔，根据孔径大小可以分为：微滤膜( )、超滤膜(uF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(RO)等，分离都采用错流过滤方式。
生物有机合成中的酶催化反应研究
生物有机合成中的酶催化反应研究生物有机合成是一种利用生物体内的酶催化反应来合成有机化合物的方法。
酶是一类特殊的蛋白质，它们能够加速化学反应的速率，降低反应的能垒，从而使反应更加高效。
酶催化反应在生物体内广泛存在，参与了许多重要的生物过程，如代谢、合成和降解等。
近年来，研究人员对生物有机合成中的酶催化反应进行了深入的研究，以期能够应用于工业和医药领域，为人类的生活带来更多的便利和福祉。
酶催化反应的机理是通过酶与底物之间的特殊相互作用来实现的。
酶分子的结构与功能密切相关，通过与底物形成亲和力较强的复合物，使底物分子在酶的作用下发生化学反应。
酶催化反应的速度远远高于非酶催化反应，这是因为酶能够提供一个更有利的反应环境，降低反应的能垒。
此外，酶还能够选择性地催化特定的反应，从而避免产生不必要的副产物。
在生物有机合成中，酶催化反应具有许多优势。
首先，酶催化反应是在温和的条件下进行的，不需要高温和高压，从而减少了能源的消耗和环境的污染。
其次，酶催化反应具有高效性和高选择性，能够在短时间内合成目标产物，并避免产生副产物。
此外，酶催化反应还具有可逆性和可控性，能够根据需要进行反应的调控和控制。
近年来，研究人员对生物有机合成中的酶催化反应进行了广泛的研究。
他们通过对酶催化反应的机理和底物特性的深入研究，设计和改造了一系列高效的酶催化剂。
这些酶催化剂能够在生物体外催化各种有机合成反应，如酯化、醇化、酮化等，以合成具有特定结构和功能的有机化合物。
这些有机化合物在医药领域具有广泛的应用前景，可以用于合成药物、抗生素和生物活性物质等。
酶催化反应的研究还涉及到酶的工程和优化。
通过对酶的结构和功能进行改造和调控，研究人员能够提高酶的催化活性和稳定性，从而提高反应的效率和产物的收率。
酶的工程和优化还可以改变酶的底物特异性和催化特性，使其能够催化更多种类的有机合成反应。
这为生物有机合成的发展提供了更多的可能性和机会。
尽管生物有机合成中的酶催化反应取得了一些重要的进展，但仍然存在一些挑战和困难。
酶促反应在生物合成中的应用
酶促反应在生物合成中的应用酶是一类生物催化剂，可以加速生化反应，而酶促反应则是指在酶催化下进行的生物合成过程。
酶促反应在生物体内起着至关重要的作用，可以影响生物体内的代谢、信号传递、细胞分裂、基因表达等重要生物过程。
酶促反应还被广泛应用于生物工程、医药、农业、环境监测等领域。
一、酶促反应在生物体内的应用酶在生物体内的应用十分广泛。
例如，在消化系统中，胃酸和消化酶可以加速蛋白质的消化；在呼吸系统中，呼吸链中的酶可以促进氧气的催化作用，使细胞能够合成ATP 等能量物质；在免疫系统中，白细胞产生的酶可以促进病原体的消灭。
此外，酶还可以调控个体的生长发育，如多巴胺β-氧化酶可以控制果蝇幼虫的成熟过程。
在生物体内，酶促反应还起着信号传递的作用。
例如，各种激素可以通过促进某些酶的活性来引起生物体内化学反应的变化，从而影响生物体的代谢和生理活动。
这种酶促反应广泛存在于内分泌系统和神经系统中。
二、酶促反应在生物工程中的应用酶催化技术是生物工程研究中广泛应用的一种技术手段。
例如，利用转化酶可以将 DNA 分子导入细胞内，实现基因转移。
利用酶的催化作用，可以合成复杂的有机分子，如多糖、蛋白质、核酸等。
此外，酶促反应还可以用于生产精细化工产品。
在化工工业中，酶促反应可以使生产过程更环保、更节能。
例如，利用酶的催化作用，可以合成新型减肥剂、生物催化剂、药物等高附加值产品。
三、酶促反应在医药领域的应用酶促反应在医药领域有着广泛的应用。
例如，利用血管紧张素转化酶（ACE）可以控制高血压；利用胰岛素酶可以控制血糖过高的糖尿病；利用胆酸酶可以控制胆固醇代谢问题。
此外，酶促反应还可以用于药物效能和物质毒性的评估，预测生物体对药物或毒物的代谢和清除能力，为药物研发和临床应用提供了理论依据。
四、酶促反应在环境监测领域的应用酶促反应在环境监测领域也常被应用。
例如，利用酶的催化作用，可以检测污染物的存在和浓度。
一些常见的环境监测酶，如过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等可以用于检测土壤和水体中的环境污染物。
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生物工程知识：酶工程——利用酶催化合成
和分解反应
酶工程是一门利用酶的催化作用来加速化学反应的学科，其应用
范围涵盖医疗、食品、工业、环境等众多领域。
在酶催化合成和分解
反应中，酶的选择和反应条件是决定反应效率和产物品质的关键因素。
一、酶催化合成反应
酶催化合成反应是将化学物质通过酶的作用合成目标产物的过程。
其中，酶的种类多样，包括蛋白酶、多糖酶、脂肪酶、核酸酶等。
酶
催化合成反应具有以下优点：
1.反应速度快：相比于传统化学合成，酶催化反应速度快，能在
室温下进行。
2.反应条件温和：酶催化反应的反应条件温和，不需要使用高温、高压等特殊条件，有利于保护反应物的活性。
3.可选择性高：酶催化反应的可选择性高，具有很好的反应特异性，能够合成目标产物，并减少或避免产生不必要的副产物。
4.生产成本低：酶催化反应使用的酶可以进行可持续生产和回收利用，有助于降低生产成本。
5.环保性好：酶催化合成反应是一种绿色合成方法，能减少或避免使用有害的化学试剂。
二、酶催化分解反应
酶催化分解反应是将化学物质通过酶的作用分解为不同的产物。
酶催化分解反应的优点包括：
1.反应速度快：与常规化学方法相比，酶催化的分解反应速度更快。
2.可选择性高：酶催化反应具有很好的特异性，能够区分化合物的结构异构体和对映体，从而实现目标物的升质和纯化。
3.反应条件温和：酶催化分解反应的反应条件比较温和，能够在室温下进行，能够保护目标物的结构和活性。
4.生产成本低：酶催化分解反应只需要加入少量的酶即可，成本较低。
5.环保性好：酶催化分解反应是一种友好的分离和纯化方法，可
以避免使用有害的化学试剂。
三、应用前景及挑战
酶工程的应用前景广泛，主要包括：医药制造、农业及食品加工、环境保护、化学制药、生物技术、材料科学等领域。
但是，酶工程研究仍然存在一些挑战。
如酶分子的空间构形稳定性、酶与底物的亲和力、酶的选择性和催化效率等问题。
因此，酶工程研究需要加强酶的提取和纯化技术的研究，增强酶
的稳定性和活性，优化反应条件和方法，降低生产成本，并采用先进
的技术手段和分析方法进行研究，以提高生产效率和产物品质。
总之，酶工程是一门非常重要的学科，在未来的发展中，有望成
为解决许多实际问题和推动科学技术进步的重要手段和平台。