第一章 酶学与酶工程 (1节)

第一章酶学与酶工程第一节酶工程的概述第一节酶工程的概述一．酶工程的概念：二．酶学研究简史三.酶工程的应用简史四．酶工程的研究内容一．概念：酶工程（EnzymeEngineering）从应用目的出发研究酶，在一定的生物反应装置中利用酶的催化性质，将相应原料转化成有用的物质。是酶学和工程学相互渗透结合形成的一门新的技术科学，是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有机结合而产生的边缘科学。二.酶学研究简史1783意大利的斯巴兰让“老鹰实验”证明胃具有化学消化作用。其巧妙设计：将肉块放入小巧的金属笼中，然后让老鹰把小笼吞下去，这样肉块就可以不受胃的物理性消化的影响，过一段时间后取出，发现肉块消失。1833Payen和Person从麦芽的水抽提物中用酒精沉淀得到了一种对热不稳定的活性物质，它可促进淀粉水解成可溶性糖，称其为淀粉酶制剂（diastase)。有人认为他们首先发现了酶。1878德国的Kuhne定义Enzyme原意为在酵母中1896德国的Buchner证明了酵母无细胞提取液的酒精发酵作用（1907年诺贝尔奖）1926美国的Sumner从刀豆中得到脲酶结晶（1946年诺贝尔奖）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1970美国的Smith发现限制性内切酶（1979年诺贝尔奖）1986美国cech和Altnan发现核酶（1989年诺贝尔奖）1908年,德国的罗姆制得胰酶,用于皮革的软化。1908年,法国的波伊登(Boidin)制备了细菌淀粉酶,应用于纺织品的退浆。1911年,美国的华勒斯坦(Wallestein)制得木瓜蛋白酶,用于除去啤酒中的蛋白质浑浊。此后,酶的生产和应用逐步发展。然而在50年代以前停留在从微生物，动物或植物中提取酶,加以利用阶段.由于当时生产力落后,生产工艺较繁杂,难以进行大规模工业化生产。三.酶工程的应用简史1949年,用液体深层培养法进行细菌淀粉酶的发酵生产,揭开了近代酶工业的序幕。50年代以后,随着生化工程的发展,大多数酶制剂的生产已转向微生物流体深层发酵的方法。酶的应用越来越广泛。50年代：开始了酶固定化研究。1953年德国科学家首先将聚氨基苯乙烯树脂与淀粉酶,胃蛋白酶,羧肽酶和核糖核酸酶等结合,制成了固定化酶。60年代，是固定化酶技术迅速发展的时期。1969年,日本的千烟一郎首次在工业上应用固定化氨基酰化酶从DL-氨基酸生产L-氨基酸。——酶工程诞生1971年第一届国际酶工程学术会议在美国召开,当时的主题即是固定化酶，进一步开展了对微生物细胞固定化的研究。1973年,千烟一郎首次利用固定化的大肠杆菌细胞生产L-天冬氨酸。1978年,日本的铃木等固定化细胞生产α-淀粉酶研究成功.所以说,70年代是固定化细胞技术取得进展的时期.80年代，固定化细胞已能用于生产胞外酶,因此,80年代又发展了固定化原生质体技术,排除了细胞壁这一障碍。在酶的固定化技术发展的同时,酶分子修饰技术也取得了进展。60年代，用小分子化合物修饰酶分子侧链基团,使酶性质发生改变;70年代,修饰剂的选用、修饰方法上又有了新的发展。此外,对抗体酶,人工酶,模拟酶等方面,以及酶的应用技术研究,在近20年均取得了较大进展,使酶工程不断向广度和深度发展,显示出广阔而诱人的前景。21世纪酶工程的发展主题（一）新酶的研究与开发（二）酶的优化生产（三）酶的高效应用三．酶工程的研究内容（一）新酶的研究与开发1.核酶（Ribozyme)80年代初期，美国科罗拉多大学博尔德分校的ThomasCech和美国耶鲁大学的SidneryAltan各自独立地发现RNA具有生物催化功能.从而改变了生物催化剂的传统概念。应用：根据病毒基因组的全部序列，就可以设计并合成出防治由这些病毒引起的疾病的核酶。还可以用作研究核酸图谱和基因表达的工具等其他方面的应用（一）新酶的研究与开发2.抗体酶（Abzyme)是一种具有催化功能的抗体分子，在其可变区（V区）赋予了酶的催化活性