《酶工程与蛋白质工程》课件

1、Chapter 7 The application of enzyme 酶的应用制作：郑穗平“绿色健康，“酶”力无限医药、洗涤剂、纺织、淀粉制糖、发酵、酒精、食品（包括果蔬汁、啤酒酿造、谷物食品、蛋白水解、和功能食品以及食用油脂）、饲料、皮革、造纸和化工等工业领域 酶参与了生物体内所有的生命活动和生命过程执行具体的生理功能-唾液、胃液中的消化酶，凝血酶等清除有害物质,起保卫作用-过氧化物酶，朝氧化物岐化酶等协同激素等生理活性物质在体内发挥信号转换,传递与放大作用,调节生理功能-蛋白激酶催化代谢反应,建立各种各样代谢体系与代谢途径-葡萄糖、氨基酸、核酸代谢酶是生物学有力的研究工具基因工程工具酶基

2、因组学蛋白组学酶和工农业生产与医学实践有着密切的关系工业用酶：淀粉糖业农业用酶：饲料医疗用酶：蛋白酶 检测试剂抗病毒等新药物开发Contents of chapter 71、酶在医药方面的应用2、酶在食品方面的应用3、酶在轻工、化工方面的应用 4、酶在环境保护中的应用GoGoGoGo5、酶在生物技术方面的应用Go 酶在医药方面的应用用酶进行疾病的诊断用酶进行疾病的治疗用酶制造各种药物1、通过酶活力变化进行疾病诊断酶疾病与酶活力变化淀粉酶胰脏疾病，肾脏疾病时升高；肝病时下降胆碱酯酶肝病、肝硬化、有机磷中毒、风湿等，活力下降酸性磷酸酶前列腺癌、肝炎、红血球病变时，活力升高碱性磷酸酶佝偻病、软骨化病

3、、骨瘤、甲状旁腺机能亢进时，活力升高；软骨发育不全等，活力下降谷丙转氨酶/谷草转氨酶肝病、心肌梗塞等，活力升高-谷氨酰转肽酶（-GT）原发性和继发性肝癌，活力增高至200单位以上，阻塞性黄疸、肝硬化、胆道癌等，血清中酶活力升高醛縮酶急性传染性肝炎、心肌梗塞，血清中酶活力显著升高胃蛋白酶胃癌，活力升高；十二指肠溃疡，活力下降磷酸葡糖变位酶肝炎、癌症，活力升高乳酸脱氢酶肝癌、急性肝炎、心肌梗塞，活力显著升高；肝硬化，活力正常端粒酶癌细胞中含有端粒酶，正常体细胞内没有端粒酶活性山梨醇脱氢酶（SDH）急性肝炎，活力显著提高脂肪酶急性胰腺炎，活力明显增高，胰腺癌、胆管炎患者，活力升高肌酸磷酸激酶（CK）

4、心肌梗塞，活力显著升高；肌炎、肌肉创伤，活力升高羟基丁酸脱氢酶心肌梗塞、心肌炎，活力增高磷酸己糖异构酶急性肝炎，活力极度升高；心肌梗塞、急性肾炎，脑溢血，活力明显升高鸟氨酸氨基甲酰转移酶急性肝炎，活力急速增高；肝癌，活力明显升高乳酸脱氢酶同工酶心肌梗塞、恶性贫血，LDH1增高；白血病、肌肉萎缩，LDH2增高；白血病、淋巴肉瘤、肺癌，LDH3增高；转移性肝癌、结肠癌，LDH4增高；肝炎、原发性肝癌、脂肪肝、心肌梗塞、外伤、骨折，LDH5增高葡萄糖氧化酶测定血糖含量，诊断糖尿病亮氨酸氨肽酶（LAP）肝癌、阴道癌、阻塞性黄疸，活力明显升高2、用酶测定物质的量的变化进行疾病诊断 酶测定的物质用 途葡萄

5、糖氧化酶葡萄糖测定血糖、尿糖，诊断糖尿病葡萄糖氧化酶+过氧化物酶葡萄糖测定血糖、尿糖，诊断糖尿病尿素酶尿素测定血液、尿液中尿素的量，诊断肝脏、肾脏病变谷氨酰胺酶谷氨酰胺测定脑脊液中谷氨酰胺的量，诊断肝昏迷、肝硬化胆固醇氧化酶胆固醇测定胆固醇含量，诊断高血脂等DNA聚合酶基因通过基因扩增，基因测序，诊断基因变异、检测癌基因PKU苯丙酮尿症脑发育受阻，严重脑力呆滞，智商 050苯丙氨酸代谢途径关系到三种遗传病体检表中有关酶的选项3、酶在疾病治疗方面的应用酶 名来 源用 途淀粉酶胰脏、麦芽、微生物治疗消化不良，食欲不振蛋白酶胰脏、胃、植物、微生物治疗消化不良，食欲不振，消炎，消肿，除去坏死组织，促进

6、创伤愈合，降低血压脂肪酶胰脏、微生物治疗消化不良，食欲不振纤维素酶霉菌治疗消化不良，食欲不振溶菌酶蛋清、细菌治疗各种细菌性和病毒性疾病尿激酶人尿治疗心肌梗塞，结膜下出血，黄斑部出血链激酶链球菌治疗血栓性静脉炎，咳痰，血肿，下出血，骨折青霉素酶蜡状芽孢杆菌治疗青霉素引起的变态反应L-天冬酰胺酶大肠杆菌治疗白血病超氧化物歧化酶微生物，植物，动物预防辐射损伤，治疗红斑狼疮，皮肌炎，结肠炎凝血酶动物，蛇，细菌，酵母等治疗各种出血病胶原酶细菌分解胶原，消炎，化脓，脱痂，治疗溃疡右旋糖酐酶微生物预防龋齿 胆碱酯酶细菌治疗皮肤病，支气管炎，气喘溶纤酶蚯蚓溶血栓弹性蛋白酶胰脏治疗动脉硬化，降血脂核糖核酸酶胰脏

7、抗感染，祛痰，治肝癌尿酸酶牛肾治疗痛风溶菌酶栓溶酶类与心血管疾病凝血酶健美生消化酶帮助肠胃蠕动【产品规格】90片瓶【食用方法】成人每日3片，随主餐服用【成分(每片含)】1)消化蛋白质：木瓜蛋白酶50毫克、菠萝蛋白酶30毫克；2)消化脂肪：脂肪酶30毫克；3)消化碳水化合物/淀粉：淀粉酶50毫克4)消化乳制品：乳糖酶30毫克；5)消化纤维：纤维素酶15毫克。另含：能抑制过多胃酸的葡萄糖酸钙，能缓解反胃薄荷叶和茴香【适用人群】消化不良者肠胃疾病患者大病初愈者消化酶类SOD 美国医学家WF安德森等人对腺苷脱氨酶缺乏症（ADA缺乏症）的基因治疗，是世界上第一个基因治疗成功的范例。 1990年9月14日

8、，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩谢德尔进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将含有这个女孩自己的白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中，这种白血球经过改造，有缺陷的基因已经被健康的基因所替代。经治疗后，免疫功能日趋健全。谢德尔，19994、酶在药物制造方面的应用 酶主要来源用途青霉素酰化酶微生物制造半合成青霉素和头孢菌素11-羟化酶霉菌制造氢化可的松L-酪氨酸转氨酶细菌制造多巴（L-二羟苯丙氨酸）-酪氨酸酶植物制造多巴-甘露糖苷酶链霉菌制造高效链霉素核苷磷酸化酶微生物生产阿拉伯糖腺嘌呤核苷（阿糖腺苷）酰基氨基酸水解酶微生物生产L-

9、氨基酸5-磷酸二酯酶桔青霉等微生物生产各种核苷酸多核苷酸磷酸化酶微生物生产聚肌胞，聚肌苷酸无色杆菌蛋白酶细菌由猪胰岛素（Ala-30）转变为人胰岛素（Thr-30）核糖核酸酶微生物生产核苷酸蛋白酶动物、植物、微生物生产L-氨基酸-葡萄糖苷酶黑曲霉等微生物生产人参皂甙-Rh2青霉素酰化酶与抗生素改造Iressa 艾若萨 (ZD1839)阿斯利康公司苯胺喹啉化合物（anilinoquinazoline）强效EGFR（表皮生长因子受体）酪氨酸激酶抑制剂。阻断癌细胞增殖、生长、存活的信号转导通路。作用机制如下图：增生X凋亡血管生成转移 细胞膜 癌细胞ZD1839EGFTGFa XXX细胞核激酶XZD1

10、839: 作用机制回本章目录淀粉酶类与淀粉糖业2、酶在食品方面的应用果汁生产与果胶酶乳制品与凝乳酶果菜清洗拣果机3 酶在轻工、化工方面的应用 用酶进行原料处理用酶生产各种轻工、化工产品用酶增强产品的使用效果。 生物抛光是一种用纤维素酶改善纤维素纤维制品表面的整理工艺,以达到持久的抗起毛起球并增加织物的光洁度和柔软度 乙酰 -DL Ala L Ala +乙酸乙酰 -D AlaAminoacylase 氨 基 酰 化 酶泵储罐反应产物离心机消旋反应器固定化酶柱子晶体 L-AlaL-Ala A-D-AlaA-L-Ala A-D-Ala酶制剂在国外饲料工业中得到不断应用，不仅提高了饲料原料的转化率，也

11、促进了对饲料的消化。植酸酶Bio-Feed Phytase ( Ronozyme P ) 主要用于提高植酸磷的消化率，并相应改善钙和其它矿物元素的利用率。大大降低了动物粪便中磷的排放量，有益环保。 酶水解了毛根部的毛囊蛋白而使毛松动脱落。蛋白酶分解皮纤维间质中的可溶性蛋白质，使皮纤维进一步松散软化。加速蛋白质的分解染色温度降低皮革脱毛与软化加酶洗涤剂生丝脱胶与羊毛染蛋白酶4 酶在环境保护中的应用环境监测废水处理过氧化物酶多酚氧化酶可降解材料开发5 酶在生物技术方面的应用生物技术及生物工程是当代世界新技术革命的主要内容之一。在国民经济的发展中起着重要作用。生物工程主要包括基因工程、细胞工程、酶工

12、程、发酵工程和蛋白质工程。生物工程以生物体及其代谢产物为主要研究对象。酶是生物催化剂，在生物体及其代谢过程中是必不可少的。本节内容除去细胞壁大分子切割大分子连接刘小烛科研相关实例除去细胞壁微生物和植物细胞有细胞壁。生物技术常需除去细胞壁。(1)胞内物质的提取需将细胞壁破坏或除去。(2)原生质体的制备。原生质体与细胞相比有利于物质进出胞内外，在生物工程中很有应用价值。原生质体融合使两种不同特性细胞原生质体交融结合获得具有新遗传特性的细胞。固定化原生质体发酵使胞内产物分泌到胞外，利于氧气和营养物质的传递吸收。 在基因工程中，将受体细胞制成原生质体可提高体外重组DNA进入细胞的效率。除去细胞壁的方法

13、不同细胞的结构和细胞壁组分不同，采用不同的酶破坏：1除去细菌细胞壁对于革兰氏阳性菌采用溶菌酶可专一作用于细胞壁肽多糖分子。对于革兰氏阴性菌需由溶菌酶和EDTA共同作用才能达到较好的除去细胞壁的效果。EDTA可作用于脂多糖。2除去酵母细胞壁酵母细胞壁有两层，外层由磷酸甘露糖和蛋白质组成，内层由1，3葡聚糖构成骨架。采用1，3葡聚糖酶使1，3葡聚糖水解。1，3葡聚糖酶与磷酸甘露糖酶及蛋白酶联合作用，使细胞壁的内外两层同时被破坏，显著提高破壁效果。3，除去霉菌细胞壁不同种属的霉菌，其细胞壁结构和组分差别较大：藻菌纲霉菌的细胞壁主要由几丁质 和壳多糖等组成。用产生于放线菌或细菌的细胞壁溶解酶（含壳多糖

14、酶、几丁质酶及蛋白酶等多种酶）。半知菌纲霉菌的细胞壁主要组分是几丁质和葡聚糖等。用-1，3-葡聚糖酶和几丁质酶的混合物。4 植物细胞壁的破除植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素、木质素和果胶等组成。破除植物细胞壁主要采用曲霉菌发酵产生的纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶组成的混合酶。 现代基因工程的创始人P伯格（美国,1926）1972年，伯格把两种病毒的DNA用同一种限制性内切酶切割后，再用DNA连接酶把这两种DNA分子连接起来，于是产生了一种新的重组DNA分子，首次实现两种不同生物的DNA体外连接，获得了第一批重组DNA分子，这标志着基因工程技术的诞生。伯格因此获得了1980年诺贝尔化学奖。 目的基

15、因基因载体重组体分切接转筛DNA 连接酶 “分子针线”限制性内切酶 “分子手术刀 ”限制性酶活性缓冲液甲基化底物性状 一些限制性核酸内切酶的来源与作用位点酶识别序列与作用位点53来 源Alu AGCTArthrobacter luteusAvaCPyCGPuGAnabaena vayiabilisBamH GGATCCBacillus amyloliquefaciensBgl AGATCTBacillu globigiiEco R GAATTCEscherichia coli Rye13Hae GGCCHacmophilus aegyptiusHind AAGCTTHaemophilus in

16、fluenzaeHpa GTTAACHacmophilus parainfluenzaeKpn GGTACCKlebsiella pneumoniaePst CTGCAGProvidencia stuartiiSal GTCGACStreptomyces albusSma CCCGGGSerratia marcensXba TCTAGAXanthomonas badriiXho CTCGAGXanthomonas holicola二、在大分子切割方面的应用基因工程借助具有专一性的各种水解酶或其他酶类对DNA进行定点切割。发酵工程使用-淀粉酶、糖化酶、纤维素酶等多糖水解酶获得葡萄糖。酶工程采用蛋

17、白酶对肽链有限水解修饰，使酶原活化，生产水解蛋白和氨基酸。RNA酶水解RNA，生产各种核苷酸等。基因工程常用的水解酶：1限制性核酸内切酶是一类在特定的位点上，催化双链DNA水解的磷酸二酯酶。1968年在大肠杆菌中首次发现。现在已有300多种。限制性核酸内切酶具有高度的专一性。它能够识别双链DNA中的某段碱基的排列顺序，并在特定位点上将DNA分子切开。切割方案识别顺序一般由46个核苷酸组成，呈二元对称结构。切割位点一般在识别顺序内（有例外）。在切割后，两条链上的切点错开称为粘性末端；平整的叫做平整末端。异源同功酶异源同功酶：来源不同而识别顺序相同。切点可以相同也可以不同。相同：HhaI酶和Cto

18、I酶。 5GCGC3 3CGCG5 SmaI酶和XmaI酶，识别顺序相同，但切点却不同。 5CCCGGG3 3GGGCCC5 (Sma I) 5CCCGGG3 3GGGCCC5 (Xma I)限制性核酸内切酶命名法获得该酶的微生物的属名的第1个字母和种名的头2个字母共3个字母构成该酶的名称。若同一种微生物有不同的菌株，将株名加在3个字母之后，同一菌株发现有几种酶时，用罗马字母来区别。来自淀粉液化杆菌 (Bocillus amyloliquefaciens)的称为Bam酶。从大肠杆菌Rye13菌株(Echerichia coli Rye13)得到的两种酶分别命名为EcoRI和EcoRII酶。 2

19、DNA外切核酸酶一类从DNA分子末端开始逐个除去末端核苷酸的酶。有些从DNA链的5末端开始作用有些从3-末端开始作用有些则可同时作用于5末端和3-末端。例基因载体或基因片段太大时，可利用DNA外切酶从两条链的末端各除去一些核苷酸，而使DNA片段变小。为使DNA片段平整末端变成粘性末端，可以采用从5末端或3-末端作用的DNA外切酶，以获得所需的带有粘性末端的DNA片段，利于体外重组DNA。该酶还可从DNA生产脱氧核苷酸。 3碱性磷酸酶碱性磷酸酶可以除去DNA或RNA链中的5-磷酸。在基因工程中主要用在为防止质粒DNA的自我环化而除去5-磷酸。4核酸酶S1作用于单链DNA或RNA。在基因工程中，用

20、于从具有单链末端的DNA分子申除去单链部分的核苷酸，而变成平整末端的双链DNA。RT-PCR往往会生成“发夹状”环，用核酸酶S1就可使这些 发夹状环除去。酶在分子拼接方面的应用生物体内有许多酶具有分子拼接能力将两个或多个分子连接在一起合成大分子。目前将这些酶提取分离出来应用的还不多。在生物工程方面，有成功应用的例子。1. DNA连接酶发现于1967年、能使双链DNA的缺口封闲。它催化DNA片段的5-磷酸基与另一DNA片段的3-OH生成磷酸二酯键。基因工程常采用T4-DNA连接酶（由T4-噬菌体感染大肠杆菌细胞后产生），将由同一种限制性核酸内切酶切出的载体DNA和目的基因连接起来，成为重组DNA（粘性和平末端）。2DNA聚合酶一类催化DNA复制和修复损伤的酶。主要包括大肠杆菌DNA聚合酶I、II、III和T4-DNA聚合酶等。这类酶的作用方式是催化一个脱氧核苷三磷酸加到模板引物的3-OH上，并放出一个焦磷酸分子。(dNMP)n+dNTP (dNMP) n1+PPi加进的脱氧核苷三磷酸符合下列条件：3CTGGATGCC 3CTGGATGC