【正文】 孫利芹 2022 ?學(xué)習(xí)目的 ? 了解酶與酶工程的意義 ? 掌握酶的分類、催化調(diào)節(jié)特性及作用機(jī)制 ? 明確酶工程的概念 ? 熟悉大規(guī)模純化酶技術(shù)的原理及應(yīng)用 第一章 酶學(xué)與酶工程 基礎(chǔ)篇 孫利芹 2022 ?167。 概述 ?167。 酶的組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ?167。 酶的作用機(jī)制 ?167。 酶的催化作用動(dòng)力學(xué) ?167。 pH和溫度對(duì)酶催化反應(yīng)速度的影響 ?167。 酶的分離純化 孫利芹 2022 167。 概述 一、酶與酶工程研究的意義 ? 研究酶的理化性質(zhì)與作用機(jī)理對(duì)于闡明生命現(xiàn)象的本質(zhì)具有重要意義； ? 分子生物學(xué)研究的重要工具 ? 酶工程作為生物技術(shù)的一個(gè)重要分支，在食品、 飼料、 紡織、洗滌劑、醫(yī)藥和環(huán)保等行業(yè)發(fā)揮重要作用 孫利芹 2022 二、酶學(xué)研究簡(jiǎn)史 酶是具有生物催化功能的生物大分子 國(guó)內(nèi)： （ 1） 4000多年前的夏禹時(shí)代釀酒盛行 （ 2）公元十世紀(jì)左右，我國(guó)已利用豆類作醬 （ 3）約 3000年前，人們利用麥曲淀粉酶將淀粉降解為 麥芽糖制造飴糖 孫利芹 2022 ? 1833年 淀粉酶 佩恩（ Payen）和帕索茲（ Persoz）從麥芽的水抽提物中用酒精沉淀得到一種可使淀粉水解生成可溶性糖的物質(zhì) — 淀粉酶制劑 (diastase) ? 1878年 ENZYMEin yeast 庫(kù)尼（ Kunne）首次將酵母中進(jìn)行酒精發(fā)酵的物質(zhì)稱為酶 Enzyme ，這個(gè)詞來(lái)自希臘文，其意思是“在酵母中” ( In Yeast ) ? 1896年，德國(guó) Buchner兄弟發(fā)現(xiàn)酶的理化性質(zhì)，開(kāi)始了酶學(xué)的研究。 ? 1902年中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)； 1913年，米氏方程 ? 1926年 酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì) 薩姆納（ Sumner）首次從刀豆提取液中分離純化得到脲酶結(jié)晶，并證明它具有蛋白質(zhì)的性質(zhì)，提出酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)的觀點(diǎn)。獲 1947諾貝爾獎(jiǎng)。 孫利芹 2022 *1960年 操縱子學(xué)說(shuō) 雅各（ Jacob）和莫諾德（ Monod）提出操縱子學(xué)說(shuō)，闡明了酶生物合成的調(diào)節(jié)機(jī)制。 * 1963年 酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)； * 1965年 酶的空間結(jié)構(gòu)； * 1969年 酶的人工合成； * 1982年 核酸酶的發(fā)現(xiàn) * 1983年 核酸酶的確認(rèn) 切克 (Thomas Cech)等人發(fā)現(xiàn)四膜蟲 （ Tetrahynena） 細(xì)胞的 26S rRNA前體在完全沒(méi)有蛋白質(zhì)存在的情況下自我加工 ， 催化得到成熟的 rRNA， 說(shuō)明 RNA本身是生物催化劑 ， 稱其為 “ Ribozyme”,對(duì)酶的傳統(tǒng)概念提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn) 理論研究進(jìn)展 孫利芹 2022 應(yīng)用研究進(jìn)展 ? 1917年，法國(guó)人用枯草桿菌產(chǎn)生的淀粉酶作紡織工 業(yè)上的退漿劑 ? 1949年，日本采用深層培養(yǎng)法生產(chǎn) α 淀粉酶獲得成功 ? 1959年，日本應(yīng)用葡萄糖淀粉酶催化淀粉生產(chǎn)葡萄糖，使糖得率 80%增加到 100% ? 70年代后，固定化酶技術(shù)發(fā)展 促進(jìn)酶工程的發(fā)展 1969年日本千煙一朗首先在工業(yè)上應(yīng)用固定化氨基?；覆鸱?DL氨基酸獲得成功 孫利芹 2022 三、酶工程簡(jiǎn)介 酶工程（ enzyme engineering) 是 生物工程的主要內(nèi)容之一，是 酶學(xué)和工程學(xué) 相互滲透結(jié)合發(fā)展而成的一門新技術(shù)學(xué)科，是酶學(xué)、 微生物學(xué)的基本原理與化學(xué)工程有機(jī)結(jié)合而產(chǎn)生的交叉科學(xué)技術(shù)。它是 從應(yīng)用的目的出發(fā) 研究酶，是在一定生物反應(yīng)裝置中利用酶的催化性質(zhì)將相應(yīng)原料轉(zhuǎn)化為有用物質(zhì)的技術(shù)。 目前已經(jīng)在自然界發(fā)現(xiàn)并鑒定的酶大約有 8000種 ，廣泛應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究種的只有 800種 ，使用受到限制的原因： a不穩(wěn)定； b分離純化工藝復(fù)雜； c酶制劑成本高。 根據(jù)研究和解決上述問(wèn)題的手段，將酶工程分為： 孫利芹 2022 ?化學(xué)酶工程 ： 由酶學(xué)與化學(xué)工程技術(shù)相結(jié)合而成，主要通過(guò)化學(xué)修飾、固定化處理、甚至化學(xué)合成等手段改變酶的性質(zhì)以提高催化效率和降低成本。一般包括：天然酶、化學(xué)修飾酶、 固定化酶和化學(xué)人工酶的研究應(yīng)用。 ?生物酶工程 ： 是以酶學(xué)和基因重組技術(shù)為主旨與現(xiàn)代分子生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，主要包括： a 用基因工程技術(shù)大量生產(chǎn)酶（克隆酶）； b修飾酶基因產(chǎn)生遺傳修飾酶（突變酶） c 設(shè)計(jì)新的酶基因合成自然界不曾有的新酶。 孫利芹 2022 ? 二戰(zhàn)后， 20世紀(jì) 50年代開(kāi)始，由微生物發(fā)酵液中分離出一些酶，制成酶制劑。 ? 60年代后，固定化酶、固定化細(xì)胞技術(shù)發(fā)展，使酶制劑的應(yīng)用呈現(xiàn)新的面貌。 1969年，日本千煙一郎首先用固定化酶技術(shù)成功拆分 DLaa ? 1971年，第一次國(guó)際酶工程會(huì)議在 Hennileer召開(kāi)，肯定了固定化酶技術(shù)的應(yīng)用 ? 1983年第 7屆國(guó)際酶工程會(huì)議提出了酶分子的修飾和改造 ? 酶生物反應(yīng)器的研究，出現(xiàn)酶膜反應(yīng)器、免疫傳感器、多酶反應(yīng)器等 ? 酶抑制劑的研究，在代謝控制、生物農(nóng)藥、生物除草劑等方面發(fā)揮作用 ? 基因工程表達(dá)的酶、經(jīng)分子改造和修飾的酶；模擬酶、抗體酶、雜交酶、非水相酶反應(yīng)技術(shù)等是今后研究的熱點(diǎn) 孫利芹 2022 一、蛋白酶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ?一級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的肽鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)，即通過(guò)肽鍵連接起來(lái)的氨基酸殘基的數(shù)量、種類和順序 167。 酶的組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 孫利芹 2022 ?二級(jí)結(jié)構(gòu) 一級(jí)結(jié)構(gòu)中相近的氨基酸殘基鍵由氫鍵相互作用形成的帶有 α 螺旋、 β 折疊、 β 轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)則卷曲等細(xì)微結(jié)構(gòu)。 ※ α 螺旋： 由蛋白質(zhì)的肽鏈環(huán)繞中心軸有規(guī)則的一圈一圈盤旋而成的螺旋狀構(gòu)象。典型的 α 螺旋螺距 ，平均含有 。 ※ β 折疊： 由兩條或多條肽鏈充分伸展成鋸齒狀的折疊結(jié)構(gòu)，通過(guò)側(cè)向聚集形成與肽鏈長(zhǎng)軸方向平行的折扇狀構(gòu)象，其穩(wěn)定性靠氫鍵維持。 ※ β 轉(zhuǎn)角： 是球狀蛋白分子中發(fā)現(xiàn)的一種肽鏈主鏈構(gòu)象，肽鏈盤繞折疊結(jié)構(gòu)往往發(fā)生在 180度的急轉(zhuǎn)彎，從而產(chǎn)生β 轉(zhuǎn)角 ※ 無(wú)規(guī)則卷曲 ： 肽鏈的主鏈不規(guī)則、多向性的隨機(jī)盤曲所形成的構(gòu)象 孫利芹 2022 ?α－螺旋結(jié)構(gòu)模型 孫利芹 2022 α－螺旋結(jié)構(gòu)模型 孫利芹 2022 β －片狀結(jié)構(gòu)模型 孫利芹 2022 孫利芹 2022 β －轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu) 孫利芹