第六章酶工程制药part1ppt课件

1、一、酶工程简介Enzyme Engineering 酶工程是酶学和工程学相互浸透结合，开展而形成的一门新的技术学科。它是从运用的目的出发研讨酶、运用酶的特异催化性能，并经过工程化将相应原料转化成有用物质的技术。 酶工程的称号出如今20世纪20年代，主要指自然酶制剂在工业上的规模运用。 1953年，Grubhoger 和 Schleith 提出了酶固定化技术。 1969年，日本人用固定化技术拆分了DL-氨基酸。 1971年，第一届国际酶工程会议提出酶工程的主要内容： 酶的消费、分别纯化、酶的固定化、酶及固定化的反响器、酶和固定化酶的运用。第一节 概 述现代酶工程的主要内容：a. 酶的分别纯化、大

2、批量消费及新酶和酶的运用开发；b. 酶和细胞的固定化及酶反响器的研讨，包括酶传感器、 反响监测；c. 酶消费中基因工程技术的运用及遗传修饰酶的研讨；d. 酶的分子改造和化学修饰，构造与功能的研讨；e. 有机相中酶反响的研讨；f. 酶的抑制剂、激活剂的开发与运用研讨；g. 抗体酶、核酸酶的研讨；h. 模拟酶、合成酶及酶分子的人工设计、合成研讨。二、酶的来源和消费商1、酶的来源：酶的消费目前只宜直接从生物体中提取 分别。 早期酶的消费多以动植物为主要原料，如激肽释放酶、菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶。近10年来，研讨开展了动植物组织培育技术，但周期长、本钱高。工业消费普通都以微生物为主要来源。目前运用的千

3、余种商品酶，大多数是微生物消费的。其特点是：A. 微生物种类繁多，凡是动植物体内存在的酶，几乎都从 微生物中得到；B. 微生物繁衍快，消费周期端，培育简便，并可经过控制 培育条件来提高酶的产量；C. 微生物具有较强的顺应性，经过各种遗传变异的手段， 能培育出新的高产菌株。二、酶的来源和消费商2、酶的消费菌 对菌种的要求： a、产酶量高、酶的性质符合运用要求，而且最好是 产生胞外酶的菌； b、不是致病菌，在系统发育上与病原体无关，也不 产生毒素； c、稳定，不易变异退化，不易感染噬菌体； d、能利用廉价的原料，发酵周期短，易于培育。 消费菌的来源： a、菌种保藏机构和有关研讨部门获得。 b、大量

4、要从自然界中分别挑选；自然界是产酶菌种 的主要来源，土壤，深海，温泉，火山，森林等 都是菌种采集地。 挑选产酶菌的方法：采集、菌种的分别初筛，纯化， 复筛和消费性能检定等。 菌种改良的途径：运用遗传学原理进展基因突变，基 因转移和基因克隆。 目前常用的产酶微生物 A、E.coil：是运用最广泛的产霉菌。分泌胞内酶， 经细胞破碎分别得到。在工业上用于消费谷氨酸 脱羧酶，天门冬氨酸酶、青霉素酰化酶、-半乳 糖苷酶。 B、枯草杆菌：主要用于消费-淀粉酶、 -葡萄 糖氧化酶、碱性磷酸脂酶。 C、啤酒酵母：用于酿造啤酒、酒精、饮料、面包 等。 D、曲酶黑曲霉和黄曲霉：主要消费糖化酶、 蛋白酶、淀粉酶、果

5、胶酶、葡萄糖氧化酶、氨基酰 化酶和脂肪酶。 E、其他产酶菌：青霉菌、木霉菌、根霉菌、链霉 菌等。第二节 酶和细胞的固定化 可以在较长时间内多次运用，而且在多数情况下， 酶的稳定性提高。 2. 反响后，酶与底物和产物易于分开，产物中无残留 酶，易于纯化，产质量量高。 3. 反响条件易于控制，可实现转化反响的延续化和自 动化控制。 4. 酶的利用效率高，单位酶催化的底物量添加，用酶 量减少。 5. 比水溶性酶更适宜于多酶反响。优点;缺陷： 固定化时，酶活力有损失。 添加了消费本钱，工厂初始投资大。 只能用于可溶性底物，而且较适宜于小分子底物 ，对大分子底物不适宜。4. 胞内酶必需经过酶的分别纯化过

6、程。5. 与完好菌体相比不适宜用于多酶反响，特别是需求 辅助因子的反响。 物理吸附法 离子结合法 共价结合法 微囊型 胶囊型用物理方法将酶吸附于不溶性载体的一种固定方法此类载体很多。无机载体：活性炭、多孔玻璃、酸性白土、漂白土、高岭石、氧化铝、硅胶、膨润土、羟基磷灰石、等。天然高分子载体：淀粉、谷蛋白、纤维素等优点：操作简单，可选用不同电荷和不同外形的载体；固定化过程可与纯化过程同时实现；酶失活后载体仍可再生。缺陷：吸附酶量无规律可循，对不同载体和不同酶的吸附条件不同，吸附量与酶活力不一定呈平行关系；酶与载体之间结合力不强，酶易于零落，导致酶活力下降并污染产物 离子结合法是酶经过离子键结合于具

7、有离子交换的水不溶性载体上的固定化方法，此法的载体有多糖类离子交换剂和合成高分子离子交换树脂，如DEAE-纤维素。优点：操作简单、处置条件温暖，酶的高级构造和活性中心的氨基酸残基不易被破坏，能得到酶活回收率较高的固定化酶。缺陷：载体和酶的结合力比较弱，容易受缓冲液种类或pH的影响，在离子强度高的强度下进展反应时，往往会发生酶从载体上零落的景象。酶分子 含有离子交换基团的固相载体第一个离子结合法固定化酶 DEAECellulose 固定化过氧化酶第一个工业化的固定化酶 DEAESephadex A-50 固定化氨基酰化酶 共价结合法使酶以共价结合于载体上的固定化方法。也就是使酶分子上非活性部位功

8、能团与载体外表活泼基团之间发生化学反响而构成共价键的衔接方法。它是研讨最广泛、内容最丰富的固定化方法。优点：酶与载体结合结实，稳定性好，普通不会因底物浓度高或存在盐类等缘由而随便零落。缺陷：反响条件苛刻，操作复杂，而且由于采用了比较剧烈的反响条件，会引起酶蛋白高级构造的变化，破坏部分活性中心，所以往往不能得到比活高的固定化酶，甚至底物的专注性等酶的性质也会发生变化。 交联法是用双功能或多功能试剂使酶与酶或微生物的细胞与细胞之间交联的固定化方法。交联法与共价结合法一样也是利用共价键固定酶的，所不同的是它不运用载体。 交联法的反响条件比较猛烈，固定化酶的酶活回收率普通比较低，但是尽能够降低交联剂的

9、浓度和缩短反响时间将有利于固定化酶比活的提高。普通用交联法所得到的固定化酶颗粒小、构造性能差、酶活性低，故常与吸附法或包埋法结合运用。如：先用明胶包埋，在用戊二醛交联。双功能试剂： 常用的是戊二醛第一篇报道是：戊二醛交联羧肽酶得到一种分子间交联的固定化酶包埋法可分为网格型和微囊型两种。将酶或细胞包埋在高分子凝胶细微网格中的称为网络型，将酶或细胞包埋在高分子半透膜中的称为微囊型。适于：小分子的底物和酶首先被采用的胶格包埋法是Enzyme+N，N-甲叉双丙稀酰胺，丙烯酰胺引发剂-inactiation包埋法制备固定化酶的条件温暖，不改动酶的构造，操作时维护剂及稳定剂均不影响酶的包埋率，适用于多种酶

10、、粗酶制剂、细胞器和细胞的固定化。1、固定化细胞的定义 将细胞限制或定位于特定空间位置的方法称为细胞固定化技术，被限制或定位于特定空间位置的细胞称为固定化细胞，它与固定化酶同被称为固定化生物催化剂。细胞固定化技术是酶固定化技术的开展，因此固定化细胞也成为第二代固定化酶技术的开展，因此固定化细胞也称为第二代固定化酶。固定化细胞主要是利用细胞内酶和酶系，比固定化酶运用普遍。四、固定化细胞的制备2、固定化细胞的特点3、固定化细胞的制备技术 载体结合法制备技术：将细胞悬浮液直接与水不溶性载体相结合。载体主要为阴离子交换树脂、阴离子交换纤维素、聚氯乙烯。 优点：操作简单，符合细胞的生理条件，不影响细胞的生长及酶活性。 缺陷：吸附容量小结合强度低。 包埋法制备技术：与包埋法一样。 交联法制备技术：由于所用交联剂戊二醛等对细胞有毒性，普通很少用。