酶工程期末复习资料(小字版)

绪论
酶:具有生物催化功能的大分子，按照分子中起催化作用的主演组分的不同，自然界中天然存在的酶可以分为蛋白酶（p酶）和核酸酶（R酶）
酶催化作用效率高的原理:酶可以使反应所需的活化能显著降低
米氏方程:V为反应速度，s为底物浓度，Vm为最大反应速度，Km为米氏常数，是酶催化反应速度为最大速度一半时的底物浓度酶活力测定方法:化学测定法，光学测定法，气体测定法
酶活力：是指在一定条件下，酶所催化的反应初速度。

酶活力单位（IU）:在最适的反应条件下每分钟内催化一微摩尔底物转化为产物的酶量。

（每1min催化1umol的底物转化为产物的酶量定义为一个酶活力单位）。

卡特（kat）：在特定条件下，每秒催化1mol底物转化为产物的酶量定为一卡特。

酶转换数（Kcat）: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，是酶催化效率的一个指标。

（P18）
第二章
酶生物合成的模式：①同步合成型②延续合成型③中期合成型④滞后合成型
①同步合成型：酶的生物合成与细胞生长同步。

特点：酶的合成可以诱导，但不受分解代谢物阻遏和反应产物阻遏。

这类酶所对应的mRNA很不稳定。

②延续合成型：酶的生物合成在细胞的生长阶段开始，在细胞生长进入平衡期后，酶还可以延续合成一段较长时间。

特点：可受诱导，一般不受分解代谢物和产物阻遏。

所对应的mRNA相当稳定。

③中期合成型：该类型的酶在细胞生长一段时间以后才开始，而在细胞生长进入平衡期以后，酶的生物合成也随着停止。

特点：酶的合成受产物的反馈阻遏或分解代谢物阻遏。

所对应的mRNA是不稳定的。

④滞后合成型：此类型酶是在细胞生长一段时间或者进入平衡期以后才开始其生物合成并大量积累。

又称为非生长偶联型。

许多水解酶的生物合成都属于这一类型。

特点：受分解代谢物的阻遏作用。

所对应的mRNA稳定性高。

产酶微生物有下列特点：①酶的产量高：优良的产酶微生物首先要具有高产的特性，才能有较好的开发应用价值。

高产微生物可以通过多次反复的筛选、诱变或者采用基因克隆、细胞或原生质体融合等技术而获得。

在生产过程中，若发现退化现象，必须及时进行复壮处理，以保持微生物的高产特性。

②容易培养和管理：优良的产酶微生物必须对培养基和工艺条件没有特别苛刻的要求，容易生长繁殖，适应性强，易于控制，便于管理。

③产酶稳定性好：优良的产酶微生物在正常的生产条件下，要能够稳定的生长和产酶，不易退化，一旦出现退化现象，经过复壮处理，可以使其恢复原有的产酶特性。

④利于酶的分离纯化：酶生物合成以后，需要经过分离纯化，才能得到可在各个领域应用的酶制剂。

⑤安全可靠，无毒性：要求产酶微生物及其代谢产物安全无毒，不会对人体和环境产生不良影响，也不会对酶的应用产生其他不良影响。

细胞生长动力学主要研究细胞生长速度以及外界环境因素对细胞生长速度影响的规律。

产酶动力学主要研究细胞产酶速率以及各种环境因素对产酶速率的影响规律。

产酶动力学的研究可以从整个发酵系统着眼，研究群体细胞的产酶速率及其影响因素，这称为宏观产酶动力学或非结构动力学。

也可以从细胞内部着眼，研究细胞中酶合成速率及其影响因素，这谓之微观产酶动力学或结构动力学。

第三章：
植物细胞培养的特点：①提高产率②缩短周期③易于管理，减轻劳动强度④提高产品质量⑤其他
植物细胞培养的工艺条件：①植物细胞培养的工艺流程。

②植物细胞培养的培养基。

③温度的控制。

④ｐH的控制。

⑤溶解氧的调节控制。

⑥光照的控制。

⑦前体的添加。

⑧刺激剂的应用。

动物细胞的特性：①动物细胞没有细胞壁，细胞适应环境的能力差，显得十分脆弱。

②动物细胞的体积比微生物细胞大几千倍，稍小于植物细胞的体积。

③大部分动物细胞在机体内相互粘连以集群形式存在，在细胞培养中大部分细胞具有群体效应，锚地依赖性，接触抑制性以及功能全能性。

④动物细胞的营养要求较复杂，必须供给各种氨基酸、维生素、激素和生长因子等。

动细胞培养基中一般需要加进5%～10%的血清。

动物细胞培养的特点：①动物细胞培养主要用于各种功能蛋白质和多肽的生产，如疫苗、激素、单克隆抗体、多肽生长因子等。

②动细胞的生长较慢，细胞倍增时间15～100h。

③为了防止微生物污染，在培养过程中，需要添加抗生素。

④动物细胞体积大，无细胞壁保护，对剪切力敏感，所以在培养过程中，必须严格控制温度、pH、渗透压、通风搅拌等条件，以免破坏细胞。

⑤大多数动物细胞具有锚地依赖性，适宜采用贴壁培养。

⑥动物细胞培养基成分较复杂，一般要添加血清或其代用品，产物的分离纯化过程较繁杂，成本较高。

适用于高价值药物的生产。

⑦原代细胞系继代培养50代后，即会退化死亡，需要重新分离细胞。

第四章：
沉淀分离：沉淀分离是通过改变某些条件或添加某种物质使酶的溶解度降低，而从溶液中沉淀析出，与其他溶质分离的技术过程。

沉淀分离的方法：盐析沉淀法，等电点沉淀法，有机溶剂沉淀法，复合沉淀法，选择性变性沉淀法等。

盐析沉淀法分离原理：利用不同蛋白质在不同的盐浓度条件下溶解度不同的特性，通过在酶液中添加一定浓度的中性盐，使酶或杂质从溶液中析出沉淀，从而使酶与杂质分离。

（最好，常用硫酸铵，25℃时溶解度为767g/L,0℃时697g/L）
有机溶剂沉淀法分离原理：利用酶与其他杂质在有机溶剂中的溶解度不同，通过添加一定量的某种有机溶剂，使酶或杂质沉淀析出，从而使酶与杂质分离（易引起酶的变性失活）
吸附层析的洗脱方法：（1）溶剂洗脱法（2）置换洗脱法（3）前缘洗脱法
凝胶层析分离原理：以各种多孔凝胶为固定相，利用流动相中所含各种组分的相对分子质量不同而达到物质分离
亲和层析分离原理：利用生物分子与配基之间所具有的专一而又可逆的亲和力，使生物分子分离纯化
离子交换层析分离原理：利用离子交换剂上的可解离集团（活性集团）对各种离子的亲和力不同而达到分离目的。

选择离子交换剂时考虑以下因素：a、离子交换剂和组分离子的物理化学性质；b、组分离子所带的电荷种类；c、溶液中组分离子的浓度高低；d、组分离子的质量大小；e、组分离子与离子交换剂的亲和力大小。

第五章
酶分子修饰：通过各种方法使酶分子结构发生某些改变，从而改变酶的催化特性的技术过程。

主要包括，金属离子置换修饰，大分子结合修饰，侧链基团修饰，肽链有限水解修饰，核苷酸链有限水解修饰，氨基酸置换修饰，核苷酸置换修饰和酶分子的物理修饰等。

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。

作用：①阐明金属离子对酶催化作用的影响。

②提高酶的催化效率。

③增强酶的稳定性。

④改变酶的动力学特性。

大分子结合修饰：采用水溶性大分子与酶的侧链基团共价结合，使酶分子的空间构象发生改变，从而改变酶的催化特性的方法。

作用：①通过修饰提高酶的催化效率。

②可以增强酶的稳定性。

③降低或消除酶蛋白的抗原性。

侧链基团修饰：采用一定的方法（一般为化学法)使酶分子的侧链基团发生改变，从而改变酶分子的特性和功能的修饰方法。

作用：酶工程方面可以提高酶的催化活性，增加酶的稳定性，降低酶的抗原，并且可能引起酶催化特性和催化功能的改变，以提高酶的使用价值。

羧基修饰：采用各种羧基修饰剂与酶蛋白侧链的羧基进行酯化，酰基化等反应，使蛋白质的空间构象发生改变的方法。

EDC法（碳二亚胺）：是酶分子羧基修饰最普遍采用的修饰剂，用此修饰法可以定量测定酶分子中羧基的数目。

物理修饰：通过各种物理方法使酶分子的空间构象发生某些改变，从而改变酶的催化特性的方法。

作用：①可能提高酶的催化活性。

②增强酶的稳定性。

③或者是酶的催化动力学特性发生某些改变。

氨基酸置换修饰：将酶分子肽链上的某一个氨基酸置换成另一个氨基酸，从而改变酶的催化特性的修饰方法。

作用：①提高酶的催化效率。

②增强酶的稳定性③可以使酶的专一性发生改变。

核苷酸置换修饰：将酶分子核苷酸链上的某一个核苷酸置换成另一个核苷酸，从而改变酶的催化特性的修饰方法。

作用：采用核苷酸置换修饰技术，可将保守核苷酸以外的某个或某些核苷酸置换，以获得各种不同的人造核酸类酶。

抗体酶又称为催化性抗体是一类具有催化功能的抗体。

第6章
固定化酶的优缺点:优点，不容于水，易于与产物分离，可反复使用，可连续化生产，稳定性好。

缺点，固定化过程中往往会引起酶的失活。

酶固定化的方法:1吸附法:利用各种固体吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面上，而使酶固定化的方法。

常用的固体吸附剂有活性炭，氧化铝，硅藻土，多孔陶瓷，多孔玻璃，硅胶，羟基磷灰石；特点:此方法操作简单条件温和不会引起霉变变性失活，
2包埋法，将酶或酶菌体包埋在各种多孔载体中，是酶固定化的方法称为包埋法。

主要的载体有琼脂琼脂糖等等。

根据载体材料和方法的不同可分为凝胶包埋法和半透膜包埋法。

1）凝胶包埋法:将酶或含酶菌体包埋在各种凝胶内部的微孔中，制成一定形状的固定化酶或固定化含酶菌体，大多数一球状或片状。

2）半透膜包埋法，是将酶包埋在由各种高分子聚合物制成的小球内制成固定化酶。

3结合法:选择适宜的载体，使之通过共价键或离子键与酶结合在一起的固定化方法称为结合法，根据酶与载体结合的化学键不同，结合法可分为离子键结合法和共价键结合法。

1）离子键结合法:通过离子键使酶与载体结合的固定化方法，离子键结合法所使用的载体是某些不溶于水的离子交换剂。

用离子键结合法进行酶固定化条件温和操作简便，只需在一定的ph温度和离子强度等条件下，将酶液与载体混合搅拌几个小时，制备得到固定化酶。

2）共价键结合法，通过共价键将酶与载体结合的固定化方法称为共价键结合法。

结合法所采用的载体主要有纤维素，琼脂糖凝胶，葡聚糖凝胶，等等。

要使载体与酶形成共价键，首先必须使载体活化，既借助于某种方法在载体上引进一些活泼基团。

然后此活泼集团在与酶分子上的某一集团反应，形成共价键。

使载体活化的方法:重氮法叠氮法溴化氰法和烷化法。

4交联法，借助双功能试剂使酶分子之间发生交联作用，制成网状结构的固定化酶的方法称为交联法。

也可用于含酶菌体或菌体碎片的固定化。

此方法可长时间使用，反应条件较激烈。

可以与包埋法联合使用，以取长补短，这种固定化方法称为双重固定化法。

5热处理:是将酶细胞在一定温度下加热处理一段时间，使酶固定在菌体内，而制备得到固定化菌体的方法。

固定化植物细胞的特点：（1）植物细胞经过固定化后，由于有载体的保护作用，可减轻剪切力和其他外界因素对植物细胞的影响，提高植物细胞的存活率和稳定性。

（2）细胞经过固定化后，被束缚在一定的空间范围内进行生命活动，不容易聚集成团。

（3）固定化植物细胞发酵可以在不同的培养阶段简便地更换不同的培养液。

（即首先在生长培养基中生长繁殖，在达到一定的细胞浓度后，改换成发酵培养基，以利于生产各种所需的次级代谢物。

）（4）固定化植物细胞可反复使用或连续使用较长的一段时间，大大缩短生产周期，提高产率。

（5）固定化植物细胞易于与培养液分离，利于产品的分离纯化，提高产品质量。

固定化动物细胞的特点：（1）提高细胞存活率:动物细胞经固定化后，由于有载体的保护作用，可以减轻或免受剪切力的影响，同时动物细胞可附着在载体表面生长，从而显著提高动物细胞的存活率。

（2）提高产率:动物细胞固定化后，可先在生长培养基中进行繁殖，使细胞在载体上形成最佳分布并达到一定的细胞密度。

然后可简便地改换成发酵培养基，控制发酵条件，使细胞从生长期转变成生产期，以利于提高产率。

（3）固定化动物细胞可反复使用或连续使用较长的时间。

例如，中国仓鼠卵巢细胞（CHO）生产人干扰素可以稳定地生产30d。

（4）固定化细胞易于与产物分开，利于产物分离纯化，提高产品质量。

固定化微生物细胞的特点：①保持了细胞的完整结构和天然状态，可以进行正常的生长繁殖。

②保持了细胞内原有的酶系、辅酶体系和代谢调控体系，可以按照原来的代谢途径进行新陈代谢，并进行有效的代谢调节控制。

③发酵稳定性好，可以反复使用或者连续使用较长的一段时间。

④固定化微生物细胞密度的提高，可以提高产率。

⑤由于有载体的保护作用，可以提高基因工程菌的质粒稳定性。

第7章
酶的非水相催化：酶在非水介质中的催化作用称为酶的非水相催化。

主要内容包括：有机介质中的酶催化、气相介质中的酶催化、超临界流体介质中的酶催化和离子液介质中的酶催化。

有机介质反应体系：①微水介质体系（微量的水主要是酶分子的结合水，它对维持酶分子的空间构象和催化活性至关重要。

）②与水溶性有机溶剂组成的均一体系。

③与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系。

④正胶束体系。

⑤反胶束体系。

第九章
酶反应器：用于酶进行催化反应的容器以及附属设备。

酶反应器的类型：搅拌罐式反应器、鼓泡式反应器、填充床式反应器、流化床式反应器、膜反应器，喷射式反应器酶反应器选择的依据：①根据酶的应用形式②根据酶的反应动力学性质③根据底物和产物的理化性质④同时选择使用的反应器应当尽可能结构简单、操作简便、易于维护和清洗；可以适用于多种酶的催化反应，制造成本和运行成本较低等。

酶反应器的类型：①搅拌罐式反应器（STR，带有搅拌装置一种罐式反应器）。

特点：有反应罐、搅拌器和保温装置组成，设备简单，操作容易，酶与底物混合较均匀，传质阻力较小，反应比较完全，反应条件容易调节控制。

②填充床式反应器（PCR，将固定化酶堆叠在反应器中进行催化反应）。

特点：设备简单，操作方便，单位体积反应床的固定化酶密度大，可以提高酶催化反应的速度，在工业生产中普遍使用。

③流化床反应器（FBR，通过流体的流动使固定化酶颗粒在悬浮翻动状态下进行催化反应）。

特点：具有混合均匀，传质和传热效果好，温度和PH的调节控制比较容易，不易堵塞，对黏度较大反应液也可以进行催化反应。

④鼓泡式反应器（BCR，利用从底部通入气体产生的大量气泡在上升时起到提供反应底物和混合作用）。

特点：结构简单，操作容易，剪切力小，混合效果好，传质，传热效率高，适合于有气体参与的反应。

⑤膜反应器（MR，将酶催化反应与半透膜的分离作用组合在一起而成)。

特点：结构紧凑，即反应与分离于一体，利于连续化生产，但是容易发生浓度极化而引起膜孔阻塞，清洗比较困难。

⑥喷射式反应器（PR，利用高压蒸汽的喷射作用时间酶与底物的混合，进行高温短时催化反应）。

特点：通入高压喷射蒸汽，实现酶与底物的混合，进行高温短时催化反应，适用于某些耐高温酶的反应。