蛋白质与酶工程绪论演示文稿

蛋白质与酶工程绪论演示文稿当前1页，总共84页。优选蛋白质与酶工程绪论当前2页，总共84页。本讲纲要1相关概念2蛋白质工程概述3酶工程概述当前3页，总共84页。1相关概念1-1科学、技术或工程

科学技术工程之间的关系？当前4页，总共84页。1相关概念1-1科学、技术或工程科学与技术是两个不同的概念，它们之间既有明确的区别，又有紧密的联系通常合称为“科学技术”

科学：探讨“是什么”，即认识自然、发现自然规律技术：解决“如何做”，有目的，有发明一切能够在市场上有竞争力，获得市场承认，推动市场发展的知识都可以称为技术。

当前5页，总共84页。1相关概念1-1科学、技术或工程工程：以某组设想的目标为依据，应用有关的科学知识和技术手段，通过一群人的有组织活动将某个（或某些）现有实体（自然的或人造的）转化为具有预期使用价值的人造产品过程。它的成功有赖于多种科学技术的综合集成和科学的管理。南水北调工程调水源头当前6页，总共84页。①科学的本质是发现,②技术的灵魂是发明,③工程的核心是建造研究对象概念各类知识的基本形式各类活动的基本方式研究规则主要研究人员科学对自然界客观规律的探索科学概念、科学假说和科学定律典型形式为基础科学研究，包括科学实验和理论研究普遍性、公有性、无私性、创造性和有条理的怀疑主义科学家技术改造世界的手段和方法技术原理和操作方法技术开发，包括发明、创新、转移以获取经济和物质利益为目的；保密和专利

发明家工程实际的改造世界的物质实践活动和建造实施过程工程原理、设计和施工方案等计划、预算、执行、管理、评估等团结、协作，团队精神工程师科学、技术与工程的不同当前7页，总共84页。

工程学家—未来的你们要具有科学家的知识要具有艺术家的眼光要有哲学家的思维要有经济学家的头脑把原材料“雕塑”成有市场价值的工艺品科学家探索已存在的世界工程师创造美丽新世界当前8页，总共84页。1相关概念

1-2生物工程(Bioengineering,Biologicengineering)

以生命科学为基础，利用生物体系和工程原理生产生物制品和创造新物种的综合性科学技术是现代生物学工程技术的总称，主要包括：

遗传工程（基因工程）蛋白质工程

细胞工程微生物工程(发酵工程)

酶工程(生化工程)当前9页，总共84页。不同的生物工程当前10页，总共84页。生物学化学工程工程学化学生物工程生物化学生物技术新兴、前沿学科往往在学科交叉中产生当前11页，总共84页。2-1定义：以蛋白质分子的结构与功能的关系作为基础通过理化和DNA重组等方法对基因和蛋白质进行有目的地设计、修饰和改造最终获得满足人类生产和生活需求的新型蛋白质（天然蛋白质的改造，或是纯新蛋白质）这样的理论和实践活动即蛋白质工程。2蛋白质工程

（ProteinEngineering）当前12页，总共84页。2-2诞生和崛起1）诞生于基因工程问世10周年之际当前13页，总共84页。2）蛋白质工程迅速崛起.why?（1）基因工程生产自然界已存在的蛋白质

**长期进化而来，其结构和功能符合特定物种的需要

**却未必完全符合人类生产和生活的需要

例：工业生产中常有强酸、强碱、高温、有机溶剂存在，因此需要稳定性非常好的酶；天然酶中很少能满足此需要（2）结构生物学能够分析蛋白质分子的精确立体结构及其与生物功能的关系，从而为设计和改造天然蛋白质提供蓝图（3）以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供手段当前14页，总共84页。提高干扰素效应赵广荣等采用组合突变策略，对人干扰素α2b（rh-INFα2b）的第52-53-55、103-107和121-125位氨基酸残基定向突变;获得了新型重组基因序列。将突变基因连接于原核表达载体pET28a上进行诱导表达;所获得的新型rh-IFNα2b的进行抗病毒活性效价检测，其活性达9.3×107IU/mg，比野生型rh-IFNα2b高93倍（1×106IU/mg）。当前15页，总共84页。当前16页，总共84页。2-3蛋白质工程原理

中心法则的逆推

当前17页，总共84页。2-4蛋白质工程与基因工程的关系1）都以中心法则为理论基础2）蛋白质工程是基因工程的发展

----第二代基因工程

第一代：经典基因工程—自然界已有蛋白或多肽基因的高效表达第二代：蛋白质工程,基因定向突变→有新功能的蛋白质

在有限的时空条件下快速实现的、自然界需要跨越巨大时空的进化和选择。当前18页，总共84页。2-5蛋白质工程的核心内容（1）1.蛋白质结构分析收集大量的蛋白质分子结构信息，建立结构与功能的关系的数据库，为阐明蛋白质结构与功能的关系奠定基础。

三维空间结构的测定是验证蛋白质设计（即新结构是否产生了新功能）是必需手段。

晶体学技术在确定蛋白质结构方面有了很大发展，但是其最明显的不足是其需要分离出一定量（数mg-数十mg）的纯蛋白才能制备出单晶体，再进行繁杂的数据收集和计算、分析当前19页，总共84页。Thestructureof

S.pneumoniae

GHIP.

X-raydiffractionpatternoftheSP0987crystalfromS.pneumoniaeTIGR4recordedusingaMAR345imageplate.

当前20页，总共84页。2-5蛋白质工程的核心内容（2）2.蛋白质结构、功能的设计和预测根据蛋白质结构与功能关系的数据库，预测一段氨基酸序列的空间结构和功能；反之，也可根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构。**通过基因重组等实验可直接分析分子结构与功能的关系**也可通过分子动力学、分子热力学等，分析计算蛋白质分子的立体结构和生物功能

这方面的工作尚在起步阶段目标：建立一套关于结构与功能关系的完整理论，用以设计和预测蛋白质的结构和功能当前21页，总共84页。Identifyitsglycosylhydrolaseactivity

当前22页，总共84页。HomologymodelingandanalysisofYycGHATPase_cdomainofS.pneumoniae.(A)ThesolidribbonrepresentationofthestructuremodeloftheYycGHATPase_cdomain.(B)StructuresuperpositionofthemodeledstructureofYycGHATPase_cdomainofS.pneumoniae(blue)withtheX-raydiffractionstructureofthehomologousdomainofThermotogamaritimainEscherichiacoli(yellow).ThemodelofADPdockedintotheATP-bindingpocketoftheYycGHATPase_cdomaininS.pneumoniae.当前23页，总共84页。2-5蛋白质工程的核心内容（3）3.蛋白质的改造和创造*理化法：变性/复性、修饰其侧链官能团、分割肽链、改变表面电荷分布促进蛋白质形成一定的立体构象等*生化方法：用蛋白酶选择性酶切蛋白质用糖苷酶、酯酶、酰酶等去除或连接不同化学基团等

但是，该法对相同或相似的基团或化学键都能够发生作用，不只对某个特定部分，作用无特异性*基因重组或人工合成DNA：既可改造蛋白质也可从头合成全新蛋白质当前24页，总共84页。1）从头合成理论上：可设计合成满足人类需要的各种蛋白质实际上：要生产这样的全新蛋白并不容易技术不成熟，目前只能合成一些短肽2）局部修饰或改造：常用，目前的研究主要集中在该领域：

**基因水平的改造：增减一些编码序列；其前提是知道改变哪些序列可实现蛋白质性状的改变；相对容易

**蛋白质水平的改造：对生产出的蛋白质进行修饰、加工（磷酸化，糖基化等）。化学修饰的条件剧烈，且无特异性，且对每批蛋白都要进行操作，故繁琐当前25页，总共84页。具体方法随机突变定位突变当前26页，总共84页。1、随机突变：方法：（1）易错PCR

（2）基因改组（DNAshuffling）和基因家族改组（DNAfamilyshuffling)

优点：在体外模拟自然进化的过程当前27页，总共84页。（1）易错PCR（错误倾向PCR诱变，error-pronePCR)通过调整反应条件来使PCR扩增过程中复制错配率增加，在目的基因中随机引入突变，继而获得蛋白质分子的随机突变体

*提高镁离子浓度或加入锰离子*降低体系中一种的dNTP浓度（至少5-10%）*运用低保真度DNA聚合酶*增加DNA聚合酶的浓度

属于无性进化：单一基因内进行遗传突变，费力、耗时，多用于小片段（800bp以下）当前28页，总共84页。关键:合适的突变频率**突变频率太高：会导致绝大多数突变为有害突变，难以筛选到有益突变**突变频率太低：则会导致文库中几乎全是野生型群体**连续易错

PCR策略---即将一次扩增得到的有益突变基因作为下一次扩增的模板，连续反复地进行随机诱变，使每一次扩增得到的正向突变累积而产生重要的有益突变。

当前29页，总共84页。（2）DNAshufflingandDNAfamilyshufflingDNAshuffling（改组）：将已获得的存在于不同基因中的正向突变汇聚在一起，形成新的突变基因库；目的是创造让亲本基因群中的突变基因组合的机会，以致更大的变异，获得最佳突变组合的蛋白质（又称有性PCR,有性进化）当前30页，总共84页。表1部分DNA改组技术的研究成果当前31页，总共84页。DNAfamilyshuffling：采用进化上相关的一系列基因，即来自不同种属的同源基因，进行DNAshuffling，可获得更高的有益突变率。例如：Stemmer等对4个来源于不同种属的头孢菌素酶基因进行了改组研究，4个基因同时改组后的效果增加了270,540倍，而单个基因改组后的效果仅为改组前的8倍。当前32页，总共84页。

2、定位突变在已知DNA序列中替换、插入或删除一定长度的核苷酸片段优点：突变率高，简单易行和重复性好方法：（1）寡核苷酸介导的定点突变如盒式突变(cassettemutagenesis)又称片段取代法(DNAfragmentreplacement)

利用一段人工合成的含基因突变序列的寡核苷酸片段，取代野生型基因中的相应序列（2）PCR介导的定点突变当前33页，总共84页。盒式突变利用一段人工合成的含有突变序列的寡核苷酸片段，取代野生型基因中的相应序列，从而达到定点突变的目的实施时，要求靶DNA插入点两侧有合适的限制酶单一切点

当前34页，总共84页。PCR重叠延伸的插入诱变（InsertionMutagenesisbyPCROverlapExtension）

设计并合成两套用于PCR扩增的引物，分别用于目的基因两侧半序列的扩增，但在这两套引物的5'-端均添加了欲插入的互补序列；经PCR扩增后的产物，通过此互补序列进行重叠延伸，生成完整的双链DNA，即可将新的序列引入目的基因中当前35页，总共84页。PCR融合的缺失诱变

（DeletionMutagenesisbyPCRFusion）

使用两套引物分别扩增欲缺失片段两侧的序列（此两套引物的5‘-端序列互补）；利用两套扩增产物5'-端的互补序列进行退火重叠并进行第二轮PCR延伸，获得完整的突变体当前36页，总共84页。例子：S.pn的ply146aa缺失的突变序列构建

S.Pn的ply为一细胞毒性分子，其146位aa缺失后毒性大大减弱。构建突变体作为疫苗：首先设计4个引物：（M1和M2完全重叠）P1:5’-CGGGATCCATGGCAAATAAAGCAGTAAATG-3’BamHIP2:5’-CCGCTCGAGCAAGCATTCTCCTCTCCTAGTC-3’XhoIM1:5’-GGTCAATAATGTCCCA---AGAATGCAGTATG-3’M2:5’-CATACTGCATTCT---TGGGACATTATTGACC-3’当前37页，总共84页。突变位点M2M1P2P15’5’5’3’3’5’为酶切位点序列以基因组DNA为模板，以P1和M1为引物扩增出ply上游片断，以P2和M2为引物扩增出ply下游片断，以上下游片断为模板，以P1和P2为引物，扩出全长，酶切后克隆到质粒，测序鉴定。当前38页，总共84页。溶血活性检测突变蛋白的表达纯化图1.获得目的突变蛋白，纯度在85%以上图2.△Ply为突变蛋白，其不具有溶血活性。当前39页，总共84页。2-6蛋白质工程的应用举例1）定点突变与蛋白质药物工程：如胰岛素2）以融合蛋白形式提高活性3）定点突变提高酶的稳定性4）抗体工程：嵌合抗体和生产人源化的抗体等当前40页，总共84页。1）人胰岛素改造人胰岛素结构：

A链有21个氨基酸（11种）

B链有30个氨基酸（15种）共16种51个氨基酸组成A7(Cys)-B7(Cys)、A20(Cys)-B19(Cys)四个半胱氨酸中的巯基形成两个二硫键，连接A、B两链A链中，A6(Cys)与A11(Cys)之间存在一个二硫键

当前41页，总共84页。20世纪90年代中后期利用基因重组技术，通过对“天然人胰岛素”的氨基酸序列进行局部修饰，研发出一类新的降糖激素——“人胰岛素类似物”非胰岛素，但可与胰岛素受体相结合，降糖效力堪与人胰岛素媲美，且其药代动力学的某些特点比目前临床使用的胰岛素更加符合生理需求其面世，大大改进了糖尿病的胰岛素治疗效果当前42页，总共84页。（1）速效人胰岛素类似物aspart（诺和锐）诺和锐是中国上市的第一个速效胰岛素类似物分子的聚合减少，从而迅速地解离为单体，吸收更快。药代动力上的改变：皮下注射后10～20分钟起效，可有效降低餐后血糖。使其更快、更强、更方便。lispro（赖脯胰岛素）：将原来胰岛素b链上28位的脯氨酸与29位的赖氨酸

位置互换。当前43页，总共84页。（2）长效人胰岛素类似物（1）来得时（lantus，甘精胰岛素）特点：等电点由5.4到7.0，药物吸收缓慢稳定，作用持久。（3）高效胰岛素

HisB10Asp,活力是天然胰岛素的11.7倍。当前44页，总共84页。

2）融合蛋白形成提高活性脑啡肽N端5肽线形结构是与δ型受体结合的功能域干扰素（IFN）是广谱抗病毒、抗肿瘤的细胞因子黎孟枫：化学合成该5肽的编码区，通过一“连接3肽”的编码区与人α1-IFN基因连接成重组DNA分子，以大肠杆菌为生物反应器，表达这一融合蛋白结果：明显提高其抑瘤活性（人结肠腺癌细胞和多形胶质瘤细胞为模型）当前45页，总共84页。图5.DnaJ-∆Ply和∆Ply-DnaJ蛋白抗原性的WesternBlot分析∆Ply-DnaJ融合蛋白提高抗原的免疫原性1、是否具有抗原性分析M：蛋白marker1：∆Ply-DnaJ2：DnaJ-∆PlyDnaJ-∆Ply和∆Ply-DnaJ蛋白都可以被DnaJ和Ply的抗血清识别M1212DnaJPly当前46页，总共84页。血清中抗DnaJ特异性IgG效价唾液中抗DnaJ特异性sIgA效价2、抗原性是否提高的分析当前47页，总共84页。3、对S.pn鼻咽部及肺部定植的保护效果分析S.pnCMCC(B)31693(serotype19F)1×108CFUi.n.粘膜免疫DnaJ-∆Ply能够显著降低S.pnCMCC(B)31693(serotype19F)的鼻咽部及肺部定植，与DnaJ组相比*P<0.05，***P<0.001当前48页，总共84页。

3）提高酶蛋白质的稳定性

葡萄糖异构酶（GI）

在工业上广泛应用于高果糖浆的生产。将其体外定点诱变：138位的Gly变

Pro含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达结果：突变型GI比野生型的热半衰期长一倍最适反应温度提高10～12℃酶比活相同当前49页，总共84页。T4溶菌酶：

第3位异亮氨酸突变为半胱氨酸，与97位形成二硫键，热稳定性显著提高。当前50页，总共84页。（1）嵌合抗体4）抗体工程如：用于治疗直肠结肠腺癌的Mab17-1A是第一个被FDA批准用于癌症治疗的嵌合单抗当前51页，总共84页。（2）人源化抗体尽管嵌合抗体的免疫原性已降低很多，但是有时仍可能引发较强的免疫反应.CDR：Ig可变区,

与抗原识别直接相关，是Ig的抗原结合部位，故称为互补决定区.“CDR移植技术”把鼠抗体的CDR序列移植到人抗体的可变区，产物被称为CDR移植抗体或改型抗体，也即人源化抗体.该移植术可进一步降低鼠源成分，从而进一步减少免疫反应当前52页，总共84页。第一个临床上应用的人源化抗体CAMPATH－1H,用于治疗淋巴肉芽肿病和风湿性关节炎，尽管疗效显著，但仍有半数以上的患者有免疫反应ANTI－CD33被用于治疗脊髓性白血病，其免疫反应较少。当前53页，总共84页。蛋白质工程小结蛋白质工程汇集了当代分子生物学等多学科的一些前沿领域的最新成就。它把核酸与蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功能结合起来研究，开创了按照人类意愿改造、创造符合人类需要的蛋白质的新时期。

它将蛋白质与酶的研究推进到崭新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和医药方面的应用开拓了诱人的前景。当前54页，总共84页。3酶工程（EnzymeEngineering）3-1酶工程及其相关概念3-2酶工程发展简史3-3国内外酶制剂工业的现状3-4酶工程的热点和展望3-5常见的酶在生产和生活中的应用当前55页，总共84页。

3-1酶工程及其相关概念

1）酶及酶工程的定义（1）酶（enzyme)

生物催化剂（biocatalyst）

由活细胞产生

在细胞内、外对其特异底物起高效催化作用

本质是蛋白质和RNA

当前56页，总共84页。**优点：常温、常压下发挥作用许多反应如无酶催化时，则需要在高温、高压、极端的pH条件下才能进行而以酶为催化剂则可在常温、常压及中等的pH条件下进行生物催化（Biocatalysis）：利用酶或有机体（细胞或细胞器等）作为催化剂实现化学转化的过程。当前57页，总共84页。

（2）酶工程定义

1）“酶工程”一词1971年问世

是由酶学理论与化学工程技术、基因工程技术、微生物学技术相结合而产生的一门新的技术学科，是现代生物技术的主要组成部分之一；

它从应用的角度，研究酶的生产及其在各方面的应用，即是酶的生产和应用的技术过程。

当前58页，总共84页。

酶工程=酶制剂的生产+酶制剂的应用酶制剂生产和应用的大致过程：当前59页，总共84页。

2）酶工程分类

(1)化学酶工程（初级酶工程）酶学与化学工程技术相结合的产物主要研究内容：自然酶的开发酶的化学修饰酶的固定化酶反应器和酶的应用

(2)生物酶工程（高级酶工程）在化学酶工程基础上发展的、酶学与现代分子生物学技术相结合的产物其研究包括：酶基因的克隆表达酶的遗传修饰酶的遗传设计

当前60页，总共84页。

3-2酶工程发展简史

当前61页，总共84页。1）酶的发现及相关研究（1）1684年，比利时医生Helment提出“酵素”概念,指引起酿酒过程中物质变化的因素（2）1777年，意大利科学家Spallanzani的山鹰实验（3）1822年，美外科医生Beaumont研究食物在胃里的消化（4）1836年，德国科学家施旺获得胃蛋白酶（5）1878年，德国科学家库尼（Kűhne）提出

“enzyme”—希腊文的“inyeast”（6）1897年，德国巴克纳（Buchner）证明发酵是酶作用的化学本质以及酶的细胞外作用现象，奠定了酶的商品化生产的基础当前62页，总共84页。1822年18岁的加拿大人圣马丁因枪支走火不幸将肚子打了个小孔，经外科医生博蒙特（WilliamBeaumont）给他包扎冶疗，在胃部和体表之间遗留下一个永久性的瘘管。博蒙特突发奇想，何不用圣马丁的胃当实验室，观察食物的消化情况？征得圣马丁的同意，他让圣马丁住在家中，通过胃瘘吸取胃液做试验。经过11年的观察，博蒙特公布了他的实验结果：“胃液是一种最普通的天然溶剂，它能溶解各种食物，即使是坚硬的骨头也经不住溶解；并且，胃液对食物的作用纯粹是一个化学过程。随后，人们又经过一系列的化学实验，终于发现黄色胃液的化学成分中最精华的成分是胃蛋白酶（施旺，1836）。从此，生物体内最重要的蛋白质——酶开始登上了历史舞台当前63页，总共84页。（7）1926年美国的萨姆那（Sumner）从刀豆中得到脲酶结晶，首次提出酶的蛋白质本质（8）1963年测定第一个牛胰RNaseA序列（124aa）（9）1965年揭示卵清溶菌酶的三维结构（129aa）（10）1970美国Smith发现限制性内切酶

（11）核酶的发现，改变了有关酶的概念

**1982年，Cech等人发现四膜虫细胞的26SrRNA前体具有自我剪接功能，将这种具有催化活性的天然RNA称为核酶—Ribozyme**1983年，Altman等人发现RNaseP的RNA组分具有加工tRNA前体的催化功能；而RNaseP中的蛋白组分则没有催化功能，只起稳定构象的作用（美国T.Cech和Altman于1989年共获诺贝尔化学奖）当前64页，总共84页。（1）酶工程的雏形最原始的酶工程要追溯到游牧时代，是人们对酶的“无意识”应用：通过happyaccident，发现并利用动物的胃液来凝固牛乳（凝乳酶）制奶酪，以便于贮存人类在4000多年前就已掌握的酿酒和制酱技术，也是酶作用的结果春秋战国时期已知用麴(曲)治疗消化不良2）酶工程及酶工业的发展当前65页，总共84页。（1）1894年日本的高峰让吉从米曲霉中制备得到淀粉酶，用作消化剂，开创了近代酶的生产和应用先例。在开发使用酶的早期，商品酶制剂主要以动植物为原料来提取，包括：

从猪的胰脏中取得胰蛋白酶来软化皮革

从木瓜的汁液中取得木瓜蛋白酶来防止啤酒混浊

用大麦麦芽的多种酶来酿造啤酒

从牛胃中提取凝乳酶

从血液中提取凝血酶

从植物材料中提取淀粉酶等

由于受到原料来源和分离纯化技术的限制，难于进行大规模的工业化生产（2）酶工程的形成当前66页，总共84页。（2）自1945年，随着微生物培养技术、发酵工业和设备的渐渐完善，利用微生物来获得商品化酶制剂已形成规模化产业，所能够制备的酶制剂品种愈来愈多，并开辟了广阔的市场迄今，以微生物为酶制剂来源仍占据酶工程的半壁江山。（3）1960年，法国的雅各（Jacob）和莫诺德（Monod）提出操纵子学说，阐明了酶生物合成的调节机制，为酶的生物合成调节提供了理论依据，推动了酶发酵生产技术。当前67页，总共84页。（4）20世纪50年代后，由于酶制剂生产技术的发展，酶的应用也越来越广泛，包括:食品加工制革工业纺织工业医疗卫生能源开发环境工程氨基酸、有机酸和半合成抗生素的合成工业当前68页，总共84页。优点：1、不溶于水，易于与产物分离2、可反复使用3、可连续化生产4、稳定性好缺点：

1、固定化过程中酶易失活

2、需要纯化的酶5）1969：日本固定化氨基酰化酶，第一次将固定化酶成功地应用于工业生产——酶工程诞生当前69页，总共84页。（6）20世纪80年代迅速发展的动植物细胞培养技术，也为酶的生产提供了一条新途径---将其在人工控制的生物反应器中进行培养，通过细胞的生命活动，得到人们所需的各种产物，包括各种酶

通过植物细胞培养获得SOD,木瓜蛋白酶、木瓜凝乳蛋白酶、过氧化物酶、糖化酶、糖苷酶等

通过动物细胞培养得到血纤溶酶原激活剂、胶原酶等

α-淀粉酶、糖化酶、葡萄糖异构酶、果胶酶、凝乳酶、乳糖酶、脂肪酶、各种蛋白酶等，已经商品化当前70页，总共84页。生物酶润泽面膜：含有木瓜蛋白酶胶囊，具有卓越清除老废角质、污垢和护肤功效。

1990年推出的SOD系列化妆品，是中国首家从植物中提取超氧化物歧化酶（SOD）当作化妆品原料生产的护肤品，具有养颜、防晒、增白的双重功效。酶的用途举例1-护肤品当前71页，总共84页。酶制剂已成为现代医药工业必不可少的一种重要原料。占全球抗生素产品销售额70％的β内酰胺类抗生素（青霉素与头孢菌素类）其原料生产就离不开酶，其中包括青霉素酰化酶、青霉素裂解酶以及可将６-APA扩环成为７-ADCA（半合成头孢菌素的主要原料）的特种酶等等。葡萄糖异构酶：用于生产高果糖浆，是目前世界上生产规模最大的一种固定化酶。酶的用途举例2-医用酶当前72页，总共84页。

（7）酶改性天然酶除了具有高效、专一的优点之外，同时也存在着一些不足--酶活力不足、稳定性较差--本质是蛋白质，遇到高温、强酸/碱时其活性就会降低，甚至完全失活；非极性原料溶解度差，难以获得非极性产物等。手段：酶分子修饰、酶的非水相催化和酶的定向进化等当前73页，总共84页。（8）新一代酶工程

通过基因重组来改造酶的特性及生产酶的微生物特性，以建立优良的生产体系，是最新一代的酶工程。它可以：**改善原有酶的各种性能

如：提高酶产量、增加酶的稳定性、更易提取和应用等**可将有害的、未获批准的微生物产生的酶基因或生长缓慢的动植物的酶基因克隆到安全的、迅速生长的产量很高的微生物体内，以提高酶产量和改善酶品质。当前74页，总共84页。

世界上最大的工业酶制剂生产厂商丹麦的诺和诺德公司(NovoNordisk)生产酶制剂的菌种中约80%是

基因工程菌。例如：尿激酶是治疗脑血栓的特效药以前：从人尿中提取，繁琐，产量也非常有限现在：从人肾细胞中分离出尿激酶基因，通过DNA重组和重组分子对大肠杆菌的转化，便可让该工程菌来生产人尿激酶；生产效率大大提高当前75页，总共84页。

再如：通过基因重组改造并获得产酶性能优秀的菌种，最典型例子是α-淀粉酶的生产：最初从猪胰提取随着酶工程进展，用芽孢杆菌来生产：

1m3菌液中的酶量=几千头猪的胰脏的酶量后来，酶工程学家将这种芽孢杆菌的α-淀粉酶基因与枯草杆菌的DNA重组，获得的菌“繁殖更快、产生的α-淀粉酶性能更好”，产量提高数千倍。所以，有人说“基因工程是生物工程的灵魂”

当前76页，总共84页。（9）酶的分离纯化技术的进展将生产出来的酶进行分离纯化，以提高酶纯度的技术。

经过各国科学家的不懈努力，这些技术得到逐步改进，酶的生产水平不断提高，为酶的应用提供了坚实的基础。当前77页，总共84页。（10）人工酶（synzymes)的研究近年，酶工程的一个新的热门课题是人工合成新酶，也就是人工酶，即人工合成的具有类似酶活性的高聚物，其必需具有2个特殊部位：一是底物结合位点（容易），一是催化位点（难！！）合成人工酶的难度很大，它要求人们弄清楚：*酶是如何进行催化的？*催化作用的关键部位？*这些关键部位有什么特点？

……

最后，对人工酶还有另一层要求，那就是简单、经济当前78页，总共84页。基因工程蛋白质工程发酵工程