【正文】 3）根據(jù)外界環(huán)境條件對(duì)于酶的穩(wěn)定性來選擇。 （ 4）根據(jù)操作要求和固定化酶反應(yīng)器的投資費(fèi)用來選擇。 第四節(jié) 酶工程應(yīng)用實(shí)例 一、 L天門冬酸生產(chǎn)工藝 二、固定化細(xì)胞法生產(chǎn) 6氨基青霉烷酸 三、固定化酶法生產(chǎn) 5`復(fù)合單核苷酸注射液 四、固定化酶法生產(chǎn) L氨基酸 五、 r氨基丁酸的生產(chǎn)工藝 六、 L多巴的生產(chǎn)工藝 實(shí)例 酶 工程產(chǎn)品益生源，用于飼料添加劑 例 酶工程產(chǎn)品萬壽膠囊，用于補(bǔ)充人體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 例 生態(tài)復(fù)合酶制劑，用于改善環(huán)境 例 酶工程藥品和化妝品原料 例 膜反應(yīng)器，用于污水處理 第五節(jié) 酶工程研究進(jìn)展 一、酶的化學(xué)修飾 二、酶的人工模擬 三、有機(jī)相中的酶反應(yīng) 四、基因工程酶的構(gòu)建（略） 一、酶的化學(xué)修飾 關(guān)于酶的化學(xué)修飾 常用的化學(xué)修飾劑 化學(xué)修飾方法 修飾酶所具有的新特征 關(guān)于酶的化學(xué)修飾 （ 1）原因 但是由于酶是一種蛋白質(zhì)，常常在應(yīng)用過程中出現(xiàn)異體蛋白的抗原性、容易被水解、容易受抑制、在反應(yīng)系統(tǒng)中半衰期較短等缺點(diǎn)。 因此提高酶的穩(wěn)定性、解除酶的抗原性就成為技術(shù)關(guān)鍵。 （ 2）定義 酶的化學(xué)修飾就是在分子水平上，采用化學(xué)方法對(duì)酶進(jìn)行改造，通過添加一些化學(xué)基團(tuán)，或者采用具有生物相容性的大分子進(jìn)行共價(jià)鍵聯(lián)接，從而改變酶分子性質(zhì)的一種技術(shù)。 常用的化學(xué)修飾劑 化學(xué)修飾劑的要求 具有較大的分子量，具有良好的生物相容性、具有水溶性，分子表面具有較多的反應(yīng)基團(tuán)。 （ 1）糖以及糖的衍生物 右旋糖苷、右旋糖苷硫酸酯、糖肽、葡聚糖凝膠、聚乳糖。 （ 2）高分子多聚物 聚乙二醇（ PEG）、聚乙烯醇（ PVA）、聚 N乙烯吡咯烷酮（ PVP）、聚丙烯酸（ PAA）。 （ 3）生物大分子 肝素、血漿蛋白質(zhì)、聚氨基酸。 （ 4）雙功能試劑 戊二醛、二異硫氰酸、二胺類。 （ 5）其它試劑 糖基化試劑、甲基化試劑、乙基化試劑。 化學(xué)修飾方法 （ 1）修飾酶的功能基團(tuán) 如氨基、羧基、羥基、巰基、咪唑基。來提高穩(wěn)定性。 （ 2）在酶分子內(nèi)進(jìn)行交聯(lián)、或者進(jìn)行分子間的交聯(lián) 提高酶解能力、消除抗原性。 （ 3）修飾酶的輔助因子 提高穩(wěn)定性。 （ 4）使酶與高分子化合物相結(jié)合 提高穩(wěn)定性。 修飾酶所具有的新特征 （ 1）對(duì)熱的穩(wěn)定性有所提高。 （ 2）具有對(duì)抗各類失活因子的能力。 （ 3）抗原性消除。 （ 4）體內(nèi)的半衰期有所延長(zhǎng)。 （ 5）最適 PH值發(fā)生改變。 （ 6）酶反應(yīng)特性發(fā)生變化。 （ 7）在人體組織中的分布能力發(fā)生變化，有利于被靶器官選擇性的吸收。 二、酶的人工模擬 根據(jù)酶的作用原理，采用人工方法合成的，具有活性中心和催化反應(yīng)作用的、非蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的化合物，稱為人工模擬酶。 人工模擬酶的構(gòu)成條件： （ 1）具有能夠識(shí)別底物的分子結(jié)構(gòu)， （ 2）具有酶活性部位的催化基團(tuán)。 環(huán)糊精 分子印跡技術(shù) 環(huán)糊精 ? 它具有一個(gè)疏水的結(jié)合部位，能與有機(jī)分子形成包絡(luò)物，同時(shí)，它還能催化一些反應(yīng)。 ? 環(huán)糊精分子是一個(gè)椅子狀的空穴結(jié)構(gòu)，空穴的邊緣是一些葡萄糖羥基，使得環(huán)湖精能夠溶液于水。 ? 空穴的中間則是疏水結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒂袡C(jī)小分子束縛到空穴之中。 ? 環(huán)糊精的酶促反應(yīng)過程為 參與反應(yīng)的底物先被環(huán)糊精分子包束，然后再發(fā)生酶促反應(yīng)。 ? 環(huán)糊精所模擬的胰凝乳蛋白酶，其催化效率與天然的胰凝乳蛋白酶相同。但是，環(huán)糊精的對(duì)熱穩(wěn)定性、對(duì) PH值穩(wěn)定性則大大高于天然的胰凝乳蛋白酶。 分子印跡技術(shù) ? 分子印跡技術(shù)是制備針對(duì)某一特定分子具有特異性結(jié)合能力的聚合物的過程。 ? 其實(shí)質(zhì)已經(jīng)接近于基因芯片技術(shù) （ 1）分子印跡技術(shù)的過程 （ 2）分子印跡技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值 （ 1）分子印跡技術(shù)的過程 （ 1）特定分子 + 特異性結(jié)合的功能單體，發(fā)生互補(bǔ)性結(jié)合作用，形成特定分子 功能單體復(fù)合物。 （ 2）采用交聯(lián)劑，在特定分子 功能單體復(fù)合物周圍發(fā)生聚合反應(yīng)，形成交聯(lián)聚合物。 （ 3）從聚合物中除去特定分子，得到具有反應(yīng)選擇性的模板。 （ 2）分子印跡技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值 （ 1）分離手性藥物。 （ 2）作為人工模擬酶，進(jìn)行聚合反應(yīng)。 （ 3）用于構(gòu)建成生物傳感器。 三、有機(jī)相中的酶反應(yīng) ? 通常情況下，作為蛋白質(zhì)的酶 反應(yīng)只能在水溶液中進(jìn)行。 20世紀(jì) 80年代開始，有學(xué)者開始試驗(yàn)在非水介質(zhì)中進(jìn)行酶催化反應(yīng)，即進(jìn)行有機(jī)溶液相中的酶反應(yīng)。 ? 有機(jī)相中的酶反應(yīng) 酶在具有有機(jī)溶劑存在的介質(zhì)中所進(jìn)行的催化反應(yīng)，稱為有機(jī)相中的酶反應(yīng)。 （一）有機(jī)相中的酶反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn) （二）酶反應(yīng)有機(jī)相的構(gòu)建 （一）有機(jī)相中的酶反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn) 可用來進(jìn)行疏水性底物的酶促反應(yīng)。 有利于酶種反應(yīng)平衡向反應(yīng)產(chǎn)物方向移動(dòng)。 可抑制水溶性物質(zhì)帶來的副反應(yīng)，如產(chǎn)物的水解。 由于酶不溶于有機(jī)溶液劑中，有利于酶的回收。 容易從有機(jī)溶液劑中分離出純化產(chǎn)物。 在有機(jī)溶劑中，酶的熱穩(wěn)定性提高。 PH的適應(yīng)性擴(kuò)大。 有機(jī)溶劑中無微生物污染。 （二）酶反應(yīng)有機(jī)相的構(gòu)建 水 可溶性有機(jī)溶劑均一體系 水 不溶性有機(jī)溶劑兩相體系 油包水系反向膠團(tuán)體系 有機(jī)溶劑單向體系 水 可溶性有機(jī)溶劑均一體系 ? 在水溶液中加入可溶性的有機(jī)溶劑，如乙醇、丙酮、甘油等。 ? 其目的在于提高反應(yīng)產(chǎn)物的濃度。 ? 目前在氨芐青霉素生產(chǎn)中應(yīng)用。 水 不溶性有機(jī)溶劑兩相體系 ? 該體系要求：底物既溶于水、又能溶于有機(jī)溶劑。而產(chǎn)物則不溶于水。 ? 常用的有機(jī)溶劑有：三氯甲烷、乙酸乙酯、乙醚。 油包水系反向膠團(tuán)體系 ? 油包水系反向膠團(tuán)體系能夠使酶維持在一個(gè)類似于細(xì)胞的環(huán)境之中，有利于酶 活性的表達(dá)。 ? 油包水系反向膠團(tuán)體系屬于乳劑體系。 （ 1）基本原理 （ 2）乳基的二種類型 （ 1）基本原理 ? 油相與水相在乳化劑的作用下，可形成半固體狀的乳基。 常用的油相有 硬脂酸、蜂蠟、液體石蠟高級(jí)脂肪醇。 常用的水相有 水、鹽溶液、甘油等。 常用的乳化劑有 皂類、月桂醇硫酸鈉、單硬脂酸甘油酯，吐溫類、壬烷基酚聚乙二醇醚（ OP） （ 2）乳基的二種類型 [A]油包水型 ? 也稱護(hù)膚脂型，或稱為冷霜，能吸收水但不能與水相混合。 ? 制作方法：取蜂蠟、或者液狀石蠟，放于蒸發(fā)皿中，水浴加熱使其熔化，保持溫度在 70℃ 左右。另取硼砂溶液于 70℃ 的水中，然后將水相緩緩注入到油相之中，不斷攪拌至冷凝，即成 油包水型乳劑。 [B]水包油型 ? 也稱雪化膏型。其含水量較大，并能與水混合。 ? 制作方法：取硬脂酸放于蒸發(fā)皿中，水浴加熱使其熔化，保持溫度在 80℃ 左右。另取氫氧化鉀配制成水溶液、并維持溫度 80℃ 。然后將油相緩緩注入到水相之中，不斷攪拌至冷凝，即成水 包油型乳劑。 有機(jī)溶劑單向體系 ? 在該體系之中，含有極微量的水。即只是在酶分子周圍存在著一層水分子膜，屬于反應(yīng)所需要的必需水，以維持催化反應(yīng)的政常進(jìn)行。 ? 所用的有機(jī)溶劑是：苯、正已烷、環(huán)已烷。 ? 有機(jī)相中酶反應(yīng)的要求：要根據(jù)酶的性質(zhì)、底物和產(chǎn)物的溶解度、反應(yīng)器的類型，來選擇有機(jī)溶液劑的體系和種類。 四、基因工程酶的構(gòu)建 ? 由于這部分內(nèi)容涉及基因工程技術(shù)，技術(shù)上主要是將產(chǎn)酶蛋白質(zhì)的基因通過克隆形成表達(dá)體系，然后進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。 基因細(xì)胞生物反應(yīng)器之間的尺度 基因細(xì)胞生物反應(yīng)器多尺度研究 基因細(xì)胞生物反應(yīng)器之間的尺度 基因細(xì)胞生物反應(yīng)器多尺度研究