酶工程复习纲要

821《酶工程》复习大纲一、考试基本要求通过学习本课程，使学生掌握酶工程的基本原理、酶的生产方法、酶的提取与分离纯化、酶的改造方法、非水相酶催化、酶反应器以及酶的应用，根据需要通过人工操作，掌握酶的生产与应用的技术过程。

通过课堂授课教学、结合专题内容评述。

使学生对酶的的生产与应用一定的了解，并为以后的研究应用打下基础。

二、考试方式和考试时间闭卷考试，总分150，考试时间为3小时。

三、参考书目（仅供参考）1．郭勇编著，酶工程（第四版），2016，北京：科学出版社2．袁勤生主编，酶与酶工程（第二版），2012，上海：华东理工大学出版社3．罗贵民主编，酶工程（第3版），2016，北京：化学工业出版社四、试题类型：主要包括选择题、填空题、简答题、论述题等类型，并根据每年的考试要求做相应调整。

五、考试内容及要求第一章绪论1.1 酶的基本概念与发展史1.2 酶催化作用特点1.3 影响酶催化作用的因素1.4 酶的分类与命名1.5 酶活力的测定1.6 酶的生产方法1.7 酶工程发展概况基本要求：掌握酶催化作用的特点、酶活力的测定方法和酶的分类命名方法；重点：酶的生产方法第二章微生物发酵产酶2.1 酶生物合成的基本理论2.2 常用的产酶微生物2.3 发酵工艺条件及其控制2.4 产酶发酵动力学2.5 固定化微生物细胞发酵产酶2.6 固定化原生质体发酵产酶基本要求：掌握酶生物合成的基本理论、微生物和固定化微生物发酵产酶的工艺流程重点：微生物发酵产酶的发酵条件控制和产酶动力学难点：酶生物合成的调节机制第三章动植物细胞培养产酶3.1 植物细胞培养产酶3.2 动物细胞培养产酶基本要求：掌握动植物细胞培养产酶的基本方法和工艺过程重点：动植物细胞的特性及其培养特点第四章酶的提取与分离纯化4.1 酶的特性与分离提取方法的选择4.2 酶分离提取的一般方法4.3 酶分离提取的重点方法概述4.4 典型酶的分离提取工艺流程基本要求：掌握酶分离提取的种类与方法重点：层析和电泳方法在酶分离提取中的应用难点：不同分离提取方法的选择第五章酶分子修饰5.1 金属离子置换修饰5.2 大分子结合修饰5.3 酶分子的侧链基团修饰5.4 肽链有限水解修饰5.5 核苷酸链剪切修饰5.6 氨基酸置换修饰5.7 核苷酸置换修饰5.8 酶分子的物理修饰5.9 酶分子修饰的应用基本要求：掌握酶分子修饰的一般方法和作用重点：大分子结合修饰的特点与应用难点：氨基酸和核苷酸的置换修饰第六章酶、细胞和原生质体的固定化6.1 酶固定化6.2 细胞固定化6.3 原生质体固定化基本要求：掌握酶与细胞固定化的原理和方法重点：酶和微生物细胞的固定化难点：动植物细胞的固定化第七章酶的定向进化7.1 酶定向进化的特点7.2 酶基因的随机突变7.3 酶突变基因的定向选择7.4 酶定向进化的应用基本要求：掌握酶定向进化的基本过程与方法；重点：酶定向进化中突变基因库的构建方法；难点：酶突变基因的筛选；第八章酶的非水相催化8.1 酶非水相催化的研究概况8.2 有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响8.3 酶在有机介质中的催化特性8.4 有机介质中酶催化反应的工艺条件控制8.5 有机介质中酶催化反应的应用基本要求：掌握非水相中酶促反应的特点与一般规律；重点：水对有机相中酶促反应的影响；难点：有机相中酶促反应中水的控制；第九章酶反应器9.1 酶反应器的类型9.2 酶反应器的选择9.3 酶反应器的设计9.4 酶反应器的操作基本要求：掌握酶反应器的不同类型及其特点重点：不同酶反应器的特性和适用范围难点：酶反应器型式的选择第十章酶的应用10.1 酶在医药领域的应用10.2 酶在食品领域的应用10.3 酶在轻工和化工领域的应用10.4 酶在环保领域的应用10.5 酶在生物技术领域的应用基本要求：掌握了解酶在各领域中的应用重点：酶在医药、食品和轻化工领域中的应用。

酶⼯程酶⼯程复习提纲第⼀章绪论⼀、酶⼯程：酶制剂⼤批量⽣产和应⽤的技术⼆、酶⼯程的研究内容（⼀）化学酶⼯程：筛选、制备、修饰、固定化（⼆）⽣物酶⼯程：酶学、基因重组；①克隆酶②突变酶③新酶（三）其他：⾮⽔相催化、反应器第三章酶的筛选来源：动植物、微⽣物优点：(1)种类多、可筛选(2)繁殖快、产量⾼(3)适应强、可诱变⼆、酶的寻找和发现1.反应过程的设计：底物、途径、性质、酶、参数、类似物2.新酶的筛选，获得新酶的⽅法：⑴筛酶⑵⽼酶新⽤⑶反应条件⑷改造⑸⼈⼯ *酶或产酶微⽣物的筛选（1）商品酶库：过程简单、酶源少（2）已知菌种、菌种保藏中⼼筛选（3）⾃然界新筛（4）基因库筛选：同源基因，避免假阴性。

3.有效的筛选分析⽅法：初筛——快速简单；复筛——慢、精确。

琼脂板涂布法(1)透明圈（2）⾊原性底物（3）产物的衍⽣化或络合（4）指⽰菌株 *第四章固定化酶与固定化细胞1．固定化酶：⼀定空间内呈闭锁状态存在的酶，连续反应，重复使⽤。

2．优点：①酶与底物分离；多酶反应；反复连续反应；简化提纯；增加收率，提⾼质量②稳定性提⾼；易控制；效率⾼，成本低3．缺点：①酶活⼒损失；初始投资⼤②⼤分⼦底物、辅助因⼦、胞内酶不适⼀、酶的固定化⽅法：1．物理吸附法2．离⼦结合法3．共价结合法4．交联法5.包埋法⼆、固定化酶的性质：(⼀)减活 (⼆)增稳（三）最适T+(四)最适pH δ(五)⽶⽒常数(Km)+三、影响固定化酶性能的因素1．构象改变：中⼼构象改变⽴体屏蔽：空间位阻微扰：亲疏⽔性、介电常数2．分配效应：微宏观体系不等分配扩散限制效应：迁移、运转受限外扩散限制：穿过液膜层到表⾯受限内扩散限制：表⾯到颗粒内部位点受限第三节细胞的固定化1.固定化细胞受到重视的主要原因是：①降低成本，省酶分离，减少活性损失；单⼀酶兼复合酶系；稳定性好，反复连续使⽤②密度⼤、可增殖，缩短周期；利于分离纯化，提⾼产品质量2.局限性：仅胞内酶；副产物；扩散限制3.固定化⽅法：①直接固定化法②吸附法③包埋法④共价与交联*第四节评价固定化酶(细胞)的指标⼀、固定化酶(细胞)的活⼒：⼲重µmol ·min -1·mg -1。

酶工程复习资料一酶工程（Enzyme Engineering）是研究和应用酶的性质、结构和功能，以及改造和设计酶的方法和技术的学科。

它是生物工程的重要分支之一，与生物技术、食品工程、医药工程等领域密切相关。

本篇文档将为读者提供关于酶工程的基本概念、酶的结构与功能、酶的改造和设计等内容的复习资料。

一、酶工程的基本概念酶是生物体内的催化剂，能够在相对较低的温度和压力下加速化学反应速率。

酶工程是指利用化学和生物学的原理和方法，对酶进行改造和优化，使其在特定条件下具有更高的催化活性和稳定性。

酶工程的研究内容主要包括酶的筛选与鉴定、酶的改造与优化、酶的应用与产业化等方面。

二、酶的结构与功能酶是由蛋白质组成的，具有特定的空间结构和功能部位。

酶的空间结构由其氨基酸序列决定，而功能部位则与其所催化的反应类型相关。

酶通过与底物结合形成酶底物复合物，从而降低反应的活化能，加速反应的进行。

酶的催化活性受到pH、温度、离子浓度等环境因素的影响，最适条件下表现出最高的催化效率。

三、酶的改造与优化为了使酶具有更好的催化性能和稳定性，科学家们通过酶的改造与优化来实现这一目标。

常用的方法包括基因工程技术、蛋白工程技术、酶体外修饰等。

基因工程技术可以通过改变酶的基因序列来改变其氨基酸组成，进而改变酶的结构和功能。

蛋白工程技术则可以通过局部改变酶的氨基酸序列来提高酶的催化活性和稳定性。

酶体外修饰则是指在酶的外部添加辅助因子或改变环境条件来改善酶的催化效果。

四、酶的应用与产业化酶在生物技术、医药、食品、农业等领域具有广泛的应用前景。

在生物技术领域，酶被广泛应用于基因工程、蛋白质表达、酶联免疫法等技术中。

在医药领域，酶被应用于药物合成、药物代谢等方面。

在食品和农业领域，酶被应用于食品加工、酿酒、饲料添加等。

复习提纲第一章绪论一、酶工程：酶工程是酶制剂的大批量生产和应用的技术，是将酶学理论与化工技术结合,从应用的目的出发研究酶，并利用酶的催化作用进行物质转化，生产人们所需产品的一项高新技术。

二、酶工程的研究内容（一）化学酶工程：指酶的筛选、制备、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶的研究和应用（二）生物酶工程：酶学和以基因重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的产物，主要包括3个方面：①用基因工程技术大量生产酶（克隆酶）；②修怖酶基因产生遗传修饰酶（突变酶）；③设计新的酶基因合成自然界不曾有的新酶；（三）其他1．酶的非水相催化；2．酶反应器：第三章酶的筛选一、酶的来源少数来自于动植物，多数（80%以上）来源于微生物；微生物作为酶源的优点：(1)种类繁多，凡是动植物体内有的酶几乎都能从微生物中找到．并可根据应用特点和要求，筛选出最佳的产酶菌株；(2)繁殖快，发酵周期短，培养简便，能通过控制培养条件大幅度提高酶的产量；(3)微生物具有较强的适应能力，可采用各种遗传变异手段，培育出新的、更理想菌株。

二、酶的寻找和发现1.反应过程的设计选择合适的反映底物或原料、合成的反应途径以及目标化合物的性质底物：价廉、易合成酶,活性、稳定性、是否易得。

工艺参数的考虑，反应温度、pH值、盐浓度。

反应介质。

资料查阅，是否有已确定的能转化该反应的或与该相似反应的酶2新酶的筛选获得新酶的方法⑴筛选新酶：在不同的自然环境中筛选酶⑵发现现有酶的非自然新活力⑶利用新的反应条件，如改变反应介质，或新的影响因素（如金属离子）；⑷酶的改造，主要指利用基因工程技术，突变酶⑸人工酶,化学与非催化剂的组合以获得新的催化剂酶或产酶微生物的筛选（1）从商品酶库中筛选直接使用大量足够供应的市售酶，过程简单。

但只能提供少数的酶源。

（2）从已知菌种来源和菌种保藏中心筛选（3）从自然界发现和筛选产酶微生物（4）从基因库筛选分子筛选，基于序列的筛选。

基于基因的同源性，从已知酶蛋白出发，搜索数据库，PCR及southern杂交，无需酶活。

1、酶的催化作用特点：具有专一性，催化效率高和反应条件温和等显著特点。

2、酶研究的两个方向：理论研究方向和应用研究方向。

理论研究方向：酶的理化性质、催化性质、催化机制等。

应用研究：促进了酶工程的形成。

3、酶工程的定义：利用酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器，借助于酶的催化作用，通过工程学手段生产产品或提供社会服务的科学体系。

4、酶工程的应用范围：①对生物资源中天然酶的开发和生产②自然酶的分离纯化与鉴定技术③酶的固定化技术④酶反应器的研制与应用⑤与其它生物技术领域的交叉与渗透。

5、酶工程的组成：①酶的发酵生产②酶的分离纯化③酶分子修饰④酶和细胞固定化⑤酶反应器和酶的应用等方面。

6、酶工程的主要任务：通过预先设计，经过人工操作控制而获得大量所需的酶，并通过各种方法使酶发挥其最大的催化功能。

8、酶的分类：第1类，氧化还原酶；第2类，转移酶；第3类，水解酶；第4类，裂合酶；第5类，异构酶；第6类，合成酶；第7类，核酸类酶。

9、酶的作用机制：酶的催化机理可能与几种因素有关：酶与底物结合时，两者构象的改变使它们互相契合，底物分子适当地向酶分子活性中心靠近，并且趋向于酶的催化部位，使活性中心这一局部地区额底物浓度大大增高，并使底物分子发生扭曲，易于断裂。

在另一些情况中，可能还有一些其他的因素使酶反应速度稍有一些提高，如酶与底物形成有一定稳定度的过渡态中间物——共价的ES中间物，这种ES中间物又可迅速地分解成产物，又如酶活性中心的质子供体和质子受体对底物分子进行了广义的酸碱催化等。

10、酶的催化能力：酶仅能改变化学反应的速度，并不不能改变化学反应的平衡点。

酶本身在反应前后也不发生变化例如肽键遇水自发地进行水解的反应极为缓慢，当有蛋白酶存在时，这个反应则进行得十分迅速，可降低反应的活化能。

在一个化学反应体系中，反应开始时，反应物(S)分子的平均能量水平较低为“初态”，在反应的任何一瞬间反应物中都有一部分分子具有了比初态更高一些的能量，高出的这一部分能量称为活化能，使这些分子进入“过渡态”，这时就能形成或打破一些化学键，形成新的物质——产物（P）。

第一章绪论1.何谓酶工程，试述其主要内容和任务。

酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程。

酶工程的主要内容包括：微生物细胞发酵产酶，动植物细胞培养产酶，酶的提取与分离纯化，酶分子修饰，酶、细胞、原生质体固定化，酶非水相催化，酶定向进化，酶反应器和酶的应用等。

酶工程的主要任务是经过预先设计，通过人工操作获得人们所需的酶，并通过各种方法使酶的催化特性得以改进，充分发挥其催化功能。

2.酶有哪些显著的催化特性？酶是生物催化剂，与非酶催化剂相比，具有专一性强、催化效率高和作用条件温和等显著特点。

3.简述影响酶催化作用的主要因素。

酶的催化作用受到底物浓度、酶浓度、温度、pH、激活剂浓度、抑制剂浓度等诸多因素的影响。

5.简述酶活力单位的概念和酶活力的测定方法。

酶活力单位：在特定条件下（温度可采用25℃，pH等条件均采用最适条件），每1min催化1μmol的底物转化为产物的酶量定义为1个酶活力单位，这个单位称为国际单位（IU）。

在特定条件下，每秒催化1mol底物转化为产物的酶量定义为1卡特（kat）酶活力的测定方法：振荡测定法，酶柱测定法，连续测定法，固定化酶的比活力测定，酶结合效率与酶活力回收率的测定，相对酶活力的测定。

或者测定方法：化学测定法、光学测定法、气体测定法其它.酶的发展历史：4000多年前的夏禹时代——酿酒技术。

3000多年前的周朝——制造饴糖、食酱等食品。

1833年——佩恩和帕索兹从麦芽的水抽提物中得到淀粉酶。

19世纪中叶——巴斯德对酵母的乙醇发酵进行研究。

1913年——米彻利斯和曼吞根据中间产物学说，推导出米氏方程。

1926年——萨姆纳得到脲酶结晶，并证明它具有蛋白质的性质。

1960年——雅各和莫诺德提出操纵子学说。

1982年——切克发现核酸类酶。

1983年——阿尔特曼发现核糖核酸酶P的RNA 部分M1RNA具有核糖核酸酶P的催化活性。

酶的专一性分为绝对专一性和相对专一性。

相对专一性又可分为键专一性和基团专一性米氏方程：酶的可逆性抑制作用可以分为竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制。

酶工程复习纲要题型及分值：1、名词解释15分，5个名词2、判断题15分，10小题3、填空题20－24分，每空1分或0.5分4、问答题31－35分，4小题5、计算题15分，2小题复习要点：第一章1、酶工程的概念及酶工程研究的内容。

2、酶学的发展史及标志酶的概念第二章1、简述酶的活性中心的特点、组成及酶的作用机理（重点共价催化与酸碱催化）。

2、简述酶的特性，并举例详述酶的专一性。

3、某酶的初提取液经过一次纯化后，经测定得到下列数据，试计算比活力，回收率及纯化倍数。

初提取液：体积120ml ，活力单位200 u/ml ，蛋白氮2.5mg/ml ；硫酸铵沉淀后：体积5ml ，活力单位810 u/ml ，蛋白氮1.5mg/ml4、酶的系统分类、酶的生产方法和分离纯化、酶活力的概念，比活力的概念5、盐析法，凝胶过滤法及离子交换法分离酶的原理6、米氏方程的意义7、酶的可逆抑制作用的类型及特点第三章1、什么是固定化技术？酶为什么要固定化？固定化酶与游离酶相比有什么优缺点？举例（2个）说明酶被固定后，产生的效果。

2、氨基酰化酶20mL固定化，反应后滤液及洗涤液共50mL。

若原酶活力1000u/mL，洗涤液活力20u/mL。

0.5g固定化酶活力为100u（共得50g固定化酶）。

问固定化酶的相对活力是多少？回收率及结合率是多少？3、酶的固定化法有哪些，各有什么优缺点？第五章1、什么是酶分子的修饰？为什么要进行酶分子的修饰？酶分子修饰后，酶的性质有有什么变化？2、解释酶的大分子修饰、酶的化学交联修饰，酶的亲和修饰的概念。

第六章：核酶1、核酶的定义2、核酶的种类第七章：抗体酶、模拟酶、印迹酶1、概念：抗体酶、模拟酶2、抗体酶的设计思路及制备方法（两种方法）。

4、模拟酶的定义及其分类。

5、什么是环糊精，简要说明是怎样用环糊精来模拟胰凝乳蛋白酶的？6、印迹技术、模板分子、印迹聚合物、印迹酶。

7、简述印迹聚合物的制备过程。

第八章：非水介质中酶催化反应1、何谓酶的非水相催化，非水相酶促反应的优势是什么？2、常见的有机介质反应体系的种类。

各章重点第一章绪论1. 酶工程的概念、分类及其研究内容。

2. 酶的分类与命名第二章酶的生物合成与发酵生产1.用操纵子模型解释酶的诱导与阻遏机制（末端产物、分解代谢产物）2.根据酶生物合成的调节类型及机制说明如何提高酶的产量。

3.酶生物合成的模式及影响因素。

4.比较动物植物和微生物在细胞结构、培养基和培养方式上的不同。

5.一些概念的区别：操纵子与操纵基因、诱导酶与组成酶、胞内酶与胞外酶、外植体与愈伤组织第三章酶的提取与分离纯化1.细胞破碎的目的、方法及原理。

2.酶抽提的目标及方法。

3.常用沉淀法的种类及原理。

4.常用沉淀法的种类及原理。

盐析法分离蛋白质的原理、种类及盐析常数的含义。

5.双水相萃取、超临界流体萃取、反胶团萃取的原理。

6.膜分离的种类、原理及应用。

7.比较吸附层析、疏水层析、离子交换层析、凝胶过滤、亲和层析等方法在原理、层析介质、操作及应用方面的异同点。

8.比活力、提纯倍数、回收率的含义及用途。

9.亲和层析的原理是什么？如何根据目的产物的性质选择洗脱方式？10.电泳的基本原理是什么？电泳的种类有哪些？11.SDS-PAGE和等电聚焦电泳的原理和操作的不同之处是什么？12.影响凝胶过滤分辨率的因素有哪些？分配系数的含义及作用。

第四章酶分子的化学修饰1.酶活性中心的特点及主要化学基团。

2.研究酶活性中心的方法及差别标记与亲和标记的区别与特点。

3.酶化学修饰的目的是什么？常用的大分子修饰剂有哪些，修饰后的用途及原理。

4.那些蛋白质侧链基团可以被修饰？主要的修饰剂及修饰反应类型。

5.酶的蛋白质工程、酶分子化学修饰、酶的固定化在目的方法上的异同点。

6.分析说明修饰酶的性质。

7.维持酶分子空间结构稳定的主要作用力是什么？8.酶的蛋白质工程的含义是什么？为什么要进行酶的蛋白质工程？什么是蛋白质的定向进化？第五章酶与细胞的固定化1. 固定化酶、细胞、原生质体产生的背景。

2. 固定化方法有哪几种？各自的优缺点及适用范围。

酶工程复习资料（整理）第一章：（一）酶工程的概念是将酶、细胞或细胞器等置于特定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术一、酶的分类1.氧化还原酶：2.转移酶：3.水解酶：4.裂合酶：5.异构酶6.连接酶，7. 核酶（一）酶的组成形式1.单体酶( monomeric enzyme) ：由一条或多条肽链组成，肽链间以共价键结合的酶。

2 .寡聚酶(oligomeric enzyme) ：由若干相同或不相同的亚基以非共价键结合而组成，亚基一般没有活性，必须相互结合后才有活性。

3.多酶复合体(multienzyme system) ：由2个或2个以上功能相关的酶通过非共价键连接而成的、能进行连续反应的体系就是多酶复合体。

（二）酶的结构特点(holoenzyme) （apoenzyme） (cofactor)全酶 = 酶蛋白 + 辅因子（金属离子、辅酶、辅基）金属离子无机离子金属离子有机化合物辅酶、辅基辅酶(coenzyme) ：指与酶蛋白结合比较松弛的小分子有机物质，通过透析方法可以除去。

例如硫胺素、焦磷酸。

辅基(prosthetic group) ：是以共价键和酶蛋白结合，结合的较紧密，不能通过透析法除去，需要经过一定的化学处理才能与酶蛋白分开。

四、酶的作用机制（一）酶的结构组成及活性中心调控基团中心外必需基团酶的结构必需基团活性中心结合部位中心内必需基团催化部位活性中心以外的必需基团其它部分1、酶的活性中心(active center) ：是指结合底物和将底物转化为产物的区域，通常是相隔很远的氨基酸残基形成的三维实体。

2、结合部位：酶分子中与底物结合，使底物与酶的一定构象形成复合物的基团。

酶的结合基团决定酶反应的专一性。

3、催化部位：酶分子中催化底物发生化学反应并将其转变为产物的基团。

4、4、调控基团：酶分子中一些可与其他分子发生某种程度的结合并引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用的基团催化基团决定酶所催化反应的性质，同时也是决定反应的高效性。