酶工程2016课件

酶工程的主要内容：
• 酶制剂的生产：如微生物酶的发酵和提取，动植物 中酶的提取及鉴定技术等
• 酶分子修饰改造
• 酶的固定化、细胞的固定化 • 酶反应器的研制和应用 其中固定化酶技术是酶工程的核心。实际上有了酶的固 定化技术，酶在工业生产中的利用价值才真正得以体现。
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二、酶的发酵生产
课堂讨论：在有关菌种培养条件优化
的研究方案中在培养基中加入吐温或
EDTA，有何意义。
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三、酶的分离纯化
酶的分离纯化技术路线
细胞破碎
动物、植物或微生物细胞 发酵液
酶提取
酶分离纯化
酶浓缩
酶贮存 离心分离，过滤分离，沉淀分 离，层析分离，电泳分离，萃 取分离，结晶分离等。
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三、酶的分离纯化
生产周期短，易培养
培养原料廉价易得 产酶性能稳定，产量高，不易变异退化、不易感染噬菌体
产生的酶容易分离纯化，最好产生的是胞外酶
不是致病菌，安全可靠。
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二、酶的发酵生产
常用的产酶菌：
– E.coli ：是应用最广泛的产酶菌。分泌胞内酶，经细胞破碎分离得到。
在工业上用于生产谷氨酸脱羧酶、天门冬氨酸酶、青霉素酰化酶、β-半 乳糖苷酶。枯草杆菌：主要用于生产α-淀粉酶、β-葡萄糖氧化酶、碱 性磷酸脂酶。 – 曲酶（黑曲酶和黄曲酶）：主要生产糖化酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、 葡萄糖氧化酶、氨基酰化酶和脂肪酶。 – 啤酒酵母：用于酿造啤酒、酒精、饮料、面包等

A.物理吸附法：用物理方法将酶吸附于不溶性载体上的固定化方 法。如活性碳,多孔玻璃,树脂等

优点：操作简单，可选用不同电荷和不同形状的载体，有可能 固定化和纯化过程同时实现，酶失活后载体仍可再生。

缺点：最适吸附酶量无规律可循，吸附量与酶活力不一定呈平
行关系，酶与载体结合力不强，酶易于脱落，导致酶活下降并
课堂讨论：有些生物学家热衷于研究极端环境下 的微生物，其可能的意义是什么？
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二、酶的发酵生产
酶的发酵生产工艺条件：
– 培养基：碳源、氮源、无机盐、生长因子、PH。
– 发酵工艺参数控制：
• 温度控制 • 通气与搅拌 • PH控制
– 提高酶产量的措施
– 添加诱导物 – 控制阻遏物浓度 – 添加表面活性剂 – 添加产酶促进剂

采用缓冲体系：防PH大幅度变化而失活 添加保护剂：防止活性基团（活性中心）受影响 抑制蛋白酶的活性 其他保护措施：温度，PH，搅拌，光照，氧化等影响
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（二）酶的抽提
提取方法 盐溶液提取 酸溶液提取 使用的溶剂或溶液 0.02～0.5M的盐溶液 PH2～6的水溶液 提取对象 用于提取在低浓度盐溶液中溶解度较大的酶 用于提取在稀酸溶液中溶解度大，且稳定性 较好的酶 碱溶液提取 PH8～12的水溶液 用于提取在稀碱溶液中溶解度大且稳定性较 好的酶 有机溶剂提取 可与水混溶的有机溶剂 用于提取那些与脂质结合牢固或含有较多非 极性基团的酶
酶工程专题
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一、概述
酶的古典定义：酶是活细胞合成的具有催化活性的蛋白质，酶 是生物催化剂。 核酶：是具有催化活性的核酸，核酶也是生物催化剂。
课堂讨论：有学者将酶定义为生物催化剂，包括具有催化功能的蛋白 质和核酸。但是也有学者认为为了加以区别，就把具有催化功能的蛋 白质定义为酶，而具有催化功能的核酸定义为核酶。你的观点是？
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(三）沉淀分离
沉淀分离方法
盐析沉淀法
分离原理
不同蛋白质在不同的盐浓度条件下溶解度不同，在酶液中添加一定 浓度的中性盐，使酶或杂质从溶液中析出沉淀
等电点沉淀法
两性电解质在等电点时溶解度最低，不同的两性电解质有不同的等
电点，通过调节溶液的pH值，使酶或杂质沉淀析出
有机溶剂沉淀法
酶与其它杂质在有机溶剂中的溶解度不同，添加一定量的某种有机 溶剂，使酶或杂质沉淀析出
（一） 细胞破碎
JY92-II D超声波 细胞粉碎机 高 压 细 胞 破 碎 机 细 胞 破 碎 珠
9Hale Waihona Puke 许多酶存在于细胞内。 为了提取这些胞内酶， 首先需要对细胞进行破 碎处理。
1）机械破碎 2）物理破碎
3）化学破碎
4）酶解破碎
DY89-I型 电动玻璃匀浆机
胞外酶不需要进行细胞破碎处理！
细胞破碎要防止酶失活
商业用酶的来源：
植物：如淀粉酶、木瓜蛋白酶等
动物：如胰酶、凝乳酶、尿激酶等 微生物：酶工业化生产的主要来源。 微生物生长繁殖快、周期短、产量高 微生物培养方法简单、经济 微生物菌株种类多，酶的品种多 微生物高产产酶菌种培育相对容易
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二、酶的发酵生产
优良产酶菌种的标准
复合沉淀法
在酶液中加入某些物质，使它与酶形成复合物而沉淀下来
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四、 酶的固定化
（一）固定化酶的制备 1、固定化酶（immobilized enzyme）的定义:
指限制或固定于特定空间位置的酶。具体讲是指经物理或化学方法 处理，使酶变成不易随水流失即运动受到限制，而又能发挥催化作用 的酶制剂。制备固定化酶的过程称为酶的固定化。固定化所采用的酶， 可以是纯化的酶，也可以是结合在菌体（死细胞）或细胞碎片上的酶 或酶系。
污染产物。
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B、离子结合法：酶通过离子键结合于
具有离子交换基的水不溶性载体上。如：
DEAE-纤维素等

优点：操作简单，处理条件温和，酶
的高级结构和活性中心的氨基酸残基
不易被破坏。
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2、固定化酶的特点

可以多次使用，酶的稳定性提高； 反应后，酶与底物和产物易于分开，产物中无残留酶，易于纯化。
反应条件易于控制，可实现转化反应的连续化和自动控制；
酶的利用率高，单位酶催化的底物量增加，用酶量少； 比水溶性酶更适合于多酶反应。
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3、酶和细胞的固定化技术
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（1）载体结合法：将酶结合于不溶性载体上的固定化方法。
酶的作用特点：
高效性 专一性 （高度的催化效能） （对底物的选择性）
不稳定性（容易失活）
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一、概述
酶工程：是酶学和工程学相互渗透结合、发展而形成的一门新 的技术学科。它是从应用的目的出发研究酶、应用酶的特异催 化性能，并通过工程化将相应原料转化成有用物质的技术。