【正文】 退出 酶工程 Enzyme Engineering 王林嵩 退出 第一章 緒論 ? 第一節(jié) 酶工程的研究內(nèi)容 ? 第二節(jié) 生物催化 ? 第三節(jié) 國內(nèi)外酶制劑工業(yè)概況 退出 第一節(jié) 研究內(nèi)容 ? 一．概念： ? 二．酶工程研究簡史 ? 三．研究內(nèi)容 退出 酶的概念 酶 (enzyme)是生物細(xì)胞產(chǎn)生的、具有催化能力的生物催化劑。 酶是生物體內(nèi)進(jìn)行新陳代謝不可缺少的受多種因素調(diào)節(jié)控制的具有催化能力的生物催化劑。 酶具有一般催化劑的特征 ： 的反應(yīng)； ，而不改變反應(yīng)的平衡點； 。 一． 概念 退出 ? 酶工程（ Enzyme Engineering） ? 酶的生產(chǎn)、改性與應(yīng)用的技術(shù)過程。是酶學(xué)和工程學(xué)相互滲透結(jié)合形成的一門新的技術(shù)科學(xué)，是酶學(xué)、微生物學(xué)的基本原理與化學(xué)工程有機結(jié)合而產(chǎn)生的邊緣科學(xué)。 ? 這門學(xué)科在研究內(nèi)容、手段和目的上與基因工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程等孿生學(xué)科是相互交融的。 退出 ?酶的生產(chǎn)（ enzyme production）是指通過各種方法獲得人們所需的酶的技術(shù)過程，主要包括微生物發(fā)酵產(chǎn)酶、動植物培養(yǎng)產(chǎn)酶和酶的提取與分離純化等。 ?提取分離法 ?生物合成法 ?化學(xué)合成法 ?酶的生產(chǎn)方法 退出 酶的生產(chǎn)方法 提取分離法 (Extraction) 生物合成 (Biosynthesis) 化學(xué)合成 (chemical synthesis) SOD blood PapainPapaya ChymotrypsinPancrea …… an/tissue/cell Amylase from Bacillus Protease from Bacillus Phosphatase from Bacillus Glucoamylase from Aspergillus …… Plant cell culture Animal cell culture Few example 退出 退出 ? 酶的改性（ enzyme improving）是通過各種方法改進(jìn)酶的催化特性的技術(shù)過程，主要包括酶分子修飾、酶固定化、酶非水相催化和酶定向進(jìn)化等。 ? 酶的應(yīng)用（ enzyme application）是通過酶的催化作用獲得人們所需的物質(zhì)或者除去不良物質(zhì)的技術(shù)過程，主要包括酶反應(yīng)器的選擇與設(shè)計以及酶在各個領(lǐng)域的應(yīng)用等。 退出 ? 酶工程的主要任務(wù)是經(jīng)過預(yù)先設(shè)計，通過人工操作獲得人們所需要的酶，并通過各種方法使酶的催化特性得以改進(jìn)，充分發(fā)揮其催化功能。 退出 2. 生物酶工程 1 自然酶的開發(fā) 2 酶的化學(xué)修飾 3 酶的固定化 4 人工合成酶的研究 1 酶基因的克隆表達(dá) 2 酶的遺傳修飾 3 酶的遺傳設(shè)計 二． 研究內(nèi)容 研究內(nèi)容 退出 ? 酶工程的主要內(nèi)容包括：微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶，動植物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶，酶的提取與分離純化，酶分子修飾，酶、細(xì)胞、原生質(zhì)體固定化，酶非水相催化，酶定向進(jìn)化，酶反應(yīng)器和酶的應(yīng)用等。 退出 ? 微生物酶源是酶工程研究的源流 ? 以基因工程和蛋白質(zhì)工程改造和設(shè)計酶是革命性導(dǎo)向 ? 在 30億年生物進(jìn)化中，只發(fā)現(xiàn)了 1055種功能蛋白和酶，經(jīng)計算， 300個氨基酸可組成不同序列的蛋白質(zhì)約有 10390種，因而在自然界，絕大多數(shù)新蛋白酶仍未產(chǎn)生，有待人類去進(jìn)行人工定向進(jìn)化，創(chuàng)造開發(fā)新酶類。 退出 ? 美國寶潔公司用重組 DNA技術(shù)獲得高活性、高穩(wěn)定性脂肪酶用于去污劑工業(yè)。諾維信公司克隆 α－淀粉酶基因重組工程菌，顯著提高了產(chǎn)酶速度及酶量，還構(gòu)建了耐熱 β－淀粉酶及脂肪酶應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。 退出 ? 構(gòu)建新酶是酶工程研究的前沿 ? 構(gòu)建有別于天然功能酶的新酶類，是酶工程研究的又一前沿領(lǐng)地。 ? 抗體酶（ Abzyme） ? 核酶（ Ribozyme） ? 人工合成酶（ Synzyme）是合成具有催化功能的高聚物分子 退出 ? 分子水平的酶法分析與生物傳感器分子酶工程發(fā)展了各種生物分析技術(shù)。 ? 酶學(xué)與酶工程的研究領(lǐng)域還有固定化生物催化劑及酶反應(yīng)器的工業(yè)應(yīng)用，以及作為生物功能信息分子參與生命過程調(diào)控的糖的酶促合成的糖工程等。 退出 三 . 酶工程研究簡史 ? 1894年，日本的高峰讓吉首先從米曲霉中制備得到淀粉酶（又稱高峰淀粉酶），用作消化劑，開創(chuàng)了近代酶的生產(chǎn)和應(yīng)用的先例。 ? 此后近半個世紀(jì)的時間里，都是停留在從動物、植物或微生物細(xì)胞中提取酶并加以應(yīng)用的階段。 ? 1916年美國的奈爾森（ Nelson）和格里芬（ Griffin）發(fā)現(xiàn)蔗糖酶吸附在骨炭上后，仍然顯示出催化活性。 退出 ? 1949年，日本開始采用微生物液體深層培養(yǎng)方法進(jìn)行細(xì)菌 α淀粉酶的發(fā)酵生產(chǎn)，揭開了現(xiàn)代酶制劑工業(yè)的序幕，發(fā)酵工程技術(shù)發(fā)展使酶的生產(chǎn)得以大規(guī)模發(fā)展。 ? 1960年，法國的雅各布（ Jacob）和莫諾德（ Monod）提出操縱子學(xué)說，闡明了酶生物合成的調(diào)節(jié)機制，從而顯著提高了酶的產(chǎn)率。 退出 ? 20世紀(jì) 80年代迅速發(fā)展起來的動植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，繼微生物發(fā)酵生產(chǎn)酶之后，已成為酶生產(chǎn)的又一種途徑。 ? 隨著酶生產(chǎn)的發(fā)展，酶的應(yīng)用越來越來廣泛。由于酶具有專一性強、催化效率高、作用條件溫和等顯著的特點，在醫(yī)學(xué)、食品、輕工、能源、環(huán)保和科研等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。 退出 ? 1953年，德國的格魯布霍費（ Grubhofer）和施來斯（ Schleith）首先將聚氨基苯乙烯樹脂重氮化，然后將淀粉酶、胃蛋白酶、羧肽酶和核糖核酸酶等與上述載體結(jié)合，制成固定化酶。 1969年，日本的干畑（ ti225。n）一郎首次在工業(yè)上應(yīng)用固定化氨基?；高M(jìn)行 DL氨基酸拆分而產(chǎn)生 L氨基酸，從此學(xué)者們開始用“酶工程”這個名詞來代表酶的生產(chǎn)和應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。 ? 固定化酶的研究始于 1910年 ,正式研究于 20世紀(jì)60年代 ,70年代已在全世界普遍開展 。 退出 ? 在固定化酶的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了固定化細(xì)胞（固定化活細(xì)胞或固定化增值細(xì)胞）技術(shù)。1978年，日本的鈴木等用固定化細(xì)胞生產(chǎn) α淀粉酶研究成功。此后，采用固定化細(xì)胞生產(chǎn)蛋白酶、糖化酶、果膠酶、溶菌酶、天冬酰胺酶等的研究相繼取得進(jìn)展。 ? 1986年，我國學(xué)者郭勇等采用固定化原生質(zhì)體生產(chǎn)堿性磷酸酶、葡萄糖氧化酶、谷氨酸脫氫酶等的研究相繼成功，為胞內(nèi)酶的連續(xù)生產(chǎn)開辟新途徑。 退出 ? 1984年，克里巴諾夫（ Klibanov）等進(jìn)