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酶工程简介酶工程（enzymeengineering）是在1971年第一届国际酶工程会议上才得到命名的一项新技术。
酶工程主要研究酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修饰和改造以及在工农业、医药卫生和理论研究等方面的应用。
根据研究和解决问题的手段不同将酶工程分为化学酶工程和生物酶工程。
第一章酶学概论（Enzyme）新陈代谢是生命活动的基础，是生命活动最重要的特征。
而构成新陈代谢的许多复杂而有规律的物质变化和能量变化，都是在酶催化下进行的。
生命的生长发育、繁殖、遗传、运动、神经传导等生命活动都与酶的催化过程紧密相关，可以说，没有酶的参与，生命活动一刻也不能进行。
第一节酶的一般概念一、酶的概念及化学本质（一）酶的概念：酶是生物体活细胞产生的具有特殊催化活性和特定空间构象的生物大分子，包括蛋白质及核酸，又称为生物催化剂。
（二）酶的化学本质：绝大多数酶是蛋白质,少数是核酸RNA，后者称为核酶。
本章主要讨论以蛋白质为本质的酶。
二、酶的组成与分类（一）根据酶的组成成分，酶可分为：单成分酶（单纯酶）、多成分酶（复合酶）单纯酶(simpleenzyme)是基本组成单位仅为氨基酸的一类酶。
它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。
脲酶、消化道蛋白酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等均属此列。
复合酶(conjugatedenzyme)的催化活性，除蛋白质部分(酶蛋白apoenzyme)外，还需要非蛋白质的物质，即所谓酶的辅助因子(cofactors)，两者结合成的复合物称作全酶(holoenzyme)，全酶酶蛋白辅助因子(结合蛋白质) (蛋白质部分)(非蛋白质部分)酶的辅助因子可以是金属离子，也可以是小分子有机化合物。
常见酶含有的金属离子有K+、Na+、Mg2+、Cu2+、(或Cu+)、Zn2+和Fe2+(或Fe3+)等。
它们或者是酶活性的组成部分；或者是连接底物和酶分子的桥梁；或者在稳定酶蛋白分子构象方面所必需。
小分子有机化合物是一些稳定的小分子物质，其主要作用是在反应中传递电子、质子或一些基团，常可按其与酶蛋白结合的紧密程度不同分成辅酶和辅基两大类。
《酶工程》教案安排：本课总学时为48，其中理论课40，实验课8，周学时为3学时。
要求：要求同学们课前预习教材，带着问题听课，这样学习效果好；学生上课作笔记，动动脑；学生课后复习和整理笔记，教师作课后小结和布置作业，达到教学相长的目的。
绪论1教学目标：使学生掌握酶、酶工程的概念，酶的化学性质与催化特性，了解酶的分类与命、酶活力测定、酶的生产方法。
2教学内容：主要讲酶和酶工程的基本概念与发展史、影响酶催化作用的因素、酶的分类与命名、酶的化学性质与催化特性、酶活力测定、酶的生产方法。
3重点和难点：酶、酶工程、酶活力有关的概念；酶的化学性质与催化特性、酶活力测定。
4教学方法：采用讲授式、启发式、图示法、问答式相结合的教学方法。
5板书设计:从上至下，从左至右；大标题始终留在黑板的左边；书写规范。
6学时分配：理论3学时，实验2学时。
7教学进程：第一节酶和酶工程的基本概念与发展史1酶的基本概念酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。
按化学组成分：蛋白类酶（Enzyme proteins）和核酸类酶（Ribozyme RNAs）。
a蛋白类酶（Enzyme proteins）酶是由生物体产生的具有催化活性的蛋白质。
b核酸类酶（Ribozyme RNAs）本身就是一段RNA，不需要额外的蛋白酶就可以对自身进行剪切。
提问：酶一定是蛋白质吗？2酶的发展史1.2.1酶在中国的发展史人们对酶的认识起源于生产与生活实践。
夏禹时代，人们掌握了酿酒技术。
公元前12世纪周朝，人们酿酒，制作饴糖和酱。
春秋战国时期已知用麴(曲)治疗消化不良的疾病。
酶者，酒母也。
1.2.2酶在西方的发展史1878年, 给酶一个统一的名词，叫Enzyme，这个字来自希腊文，其意思“在酵母中”。
1896年,日本的高峰让吉首先从米曲霉中制得高峰淀粉酶,用作消化剂,开创了有目的的进行酶生产和应用的先例。
西方国家19世纪对酿酒发酵过程进行了大量研究。
《生物技术制药》理论课教案第一章：生物技术制药简介1.1 生物技术制药的定义与发展历程1.2 生物技术制药的分类及特点1.3 生物技术制药的重要性及发展趋势1.4 案例分析：我国生物技术制药的现状与展望第二章：基因工程制药技术2.1 基因工程的基本原理2.2 基因克隆与表达2.3 重组蛋白药物的制备与纯化2.4 基因工程在制药领域的应用实例第三章：细胞工程制药技术3.1 细胞工程的基本原理3.2 细胞培养技术3.3 细胞融合与杂交瘤技术3.4 细胞工程在制药领域的应用实例第四章：蛋白质工程制药技术4.1 蛋白质工程的基本原理4.2 蛋白质结构与功能的关系4.3 蛋白质工程在药物设计中的应用4.4 蛋白质工程制药技术的应用实例第五章：抗体工程制药技术5.1 抗体概述5.2 抗体的结构与分类5.3 抗体工程的基本原理5.4 抗体工程制药技术的应用实例第六章：发酵工程制药技术6.1 发酵工程的基本原理6.2 微生物培养与发酵过程优化6.3 发酵工程在制药中的应用实例6.4 现代发酵工程技术的发展趋势第七章：酶工程制药技术7.1 酶工程的基本原理7.2 酶的分离、纯化与改性7.3 酶工程在制药中的应用实例7.4 酶工程制药技术的发展趋势第八章：生物信息学在制药中的应用8.1 生物信息学的基本概念8.2 生物信息学在药物发现与设计中的应用8.3 生物信息学技术的最新进展及未来发展方向8.4 案例分析：生物信息学在生物技术制药中的应用实例第九章：生物技术制药的质量控制与安全性评价9.1 生物技术制药的质量控制要点9.2 生物制品的安全性评价9.3 生物技术制药的监管政策与法规9.4 案例分析：生物技术制药质量控制与安全性评价的实际操作第十章：生物技术制药产业现状与发展前景10.1 生物技术制药产业的现状10.2 生物技术制药产业链的发展10.3 我国生物技术制药产业的挑战与机遇10.4 未来生物技术制药的发展趋势与展望第十一章：生物药物的临床应用与治疗策略11.1 生物药物的分类及临床应用领域11.2 生物药物的治疗策略与给药方式11.3 生物药物的临床疗效评估与监测11.4 案例分析：生物药物在特定疾病治疗中的应用第十二章：生物技术制药的知识产权与商业化12.1 生物技术制药的知识产权保护12.2 生物技术制药的商业化过程12.3 生物技术制药企业的商业模式与战略12.4 案例分析：生物技术制药知识产权与商业化的成功案例第十三章：生物药物的研发与注册13.1 生物药物研发的流程与关键环节13.2 生物药物的临床试验设计与实施13.3 生物药物注册审批的过程与要求13.4 案例分析：生物药物研发与注册的实际操作第十四章：生物药物的储存与运输14.1 生物药物的稳定性要求14.2 生物药物的储存条件与技术14.3 生物药物的运输管理与风险控制14.4 案例分析：生物药物储存与运输的最佳实践第十五章：未来生物技术制药的挑战与机遇15.1 生物技术制药的技术挑战与创新方向15.2 生物技术制药的伦理、法律与社会问题15.3 生物技术制药在全球竞争中的地位与作用15.4 案例分析：未来生物技术制药的发展趋势与展望重点和难点解析本文档为《生物技术制药》理论课的教案，共包含十五个章节，涵盖了生物技术制药的概述、基因工程、细胞工程、蛋白质工程、抗体工程、发酵工程、酶工程、生物信息学、质量控制、安全性评价、产业现状和发展前景等方面的内容。
第四章酶工程制药教学目的掌握：酶工程的概念熟悉：固定化酶、固定化菌体的定义和特点教学重点固定化酶计划学时：4酶工程制药是生物制药的主要技术之一，主要包括药用酶的生产和酶法制药两方面的技术。
药用酶是指可用于预防和治疗疾病的酶。
酶法制药是指利用酶的催化作用而制造出具有药用功效物质的技术过程。
主要包括酶的催化反应、酶的固定化、酶的非水相催化等。
第一节概述酶是生物催化剂。
所有生物体在一定条件下都可以合成多种多样的酶。
生物体内的各种生化反应，几乎都是在酶的催化作用下进行的，所以酶对于生物体的新陈代谢是至关重要的。
一、酶的催化特性酶是生物催化剂，具有催化剂的共同性质，即可以加快化学反应的速度，但不改变反应的平衡点。
1 酶的专一性强2 酶的催化效率高3 酶的作用条件温和二、影响酶催化作用的主要因素(一) 底物浓度对酶催化反应的影响酶催化反应的底物即酶所作用的物质。
根据参与反应的底物数量的不同，可分为单底物反应和多底物反应。
单底物反应只有一种底物发生变化。
水解酶催化的水解反应有水参与，但由于水的量很大，可视为其浓度是恒定不变的，也属于单底物反应。
多底物反应是有两个或多个底物参与的反应。
其底物浓度对反应速度的影响较为复杂，根据底物与酶的结合顺序，可分别用有序机制(Ordered bi bi mechanism)、随机机制(Random bi bi mechanism)和乒乓机制(Ping—pang bi bi mechanism)解释。
1单底物反应中底物浓度对酶促反应速度的影响从图4—1可以看到，在底物浓度较低的情况下，反应速度与底物浓度成正比。
当底物达到一定浓度时，反应速度的上升不再与底物浓度的增加成正比，而逐步达到一个极限值(最大反应速度V m)。
1902年，Henri根据图4—1的结果，提出中间产物学说。
1913年，Michaelis和Menten提出快速平衡(Rapid equilibrium)理论，运用数学方法推导出米氏方程。
其推导过程基于下列三点假设：(1) 所测定的酶促反应速度为反应的初速度。
在反应刚开始的—段时间内，产物的量很少，因此由P十E逆反应生成ES的可能性可不予考虑。
(2) 底物浓度[S]大大超过酶的浓度[E]，ES的生成对底物浓度没有明显的影响，可用起始的底物浓度[S]进行计算。
(3) 酶和底物结合生成中间产物ES的速度显著大于ES生成产物的速度。
即在反应开始后，E＋S＝ES快速达到平衡，ES生成产物的速度不足以破坏这个平衡。
根据上述三点假设，推导出米氏方程：式中v－反应速度v m－最大反应速度K s－ES解离常数，K s＝K1’/K1[S]－底物浓度1925年，Briggs和Haldene认为，当K2>K1’时，快速平衡理论不一定能够成立，他们考虑了更有普遍性的酶催化反应式：提出稳态(Steady state)理论，认为测定反应初速度的过程中，底物浓度[S]不断减少，产物浓度[P]不断增加，而中间复合物的浓度[ES]在一开始增高以后，可在相当一段时间内保持平衡，称之为稳态，即ES的生成速度与消耗速度相等，达到动态平衡，称之为稳态。
v=1/2v m时，K m＝[S]。
即米氏常数等于反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。
这两个式子均称为米氏常数。
2多底物反应中底物浓度对酶催化反应速度的影响现以双底物反应为例分述如下：(1) 有序机制(Ordered bi bi mechanism) 此类反应中，底物与酶的结合严格地按顺序进行，即酶先与底物A结合，然后再与底物B结合，反应后底物的释放也按规定顺序进行，即先释放产物P、再释放产物Q。
(2) 随机机制(Random bi bi mechanism) 此类反应中，酶与底物结合的先后是随机的，可以先A后B，也可以先B后A，反应后产物的释放先后也是随机的。
(3) 乒乓机制(Ping—pong bi bi mechanism) 此类反应中，酶先与底物A结合，释放出产物P以后，再与另一底物B结合，放出产物Q，并释放出游离酶E。
底物与产物交替进出，就像打乒乓球一样．故称为乒乓机制。
（二) 酶浓度对催化反应速度的影响在底物浓度足够高的条件下，酶催化反应速度与酶浓度成正比。
其反应速度方程为：(三) 温度对酶催化反应速度的影响反应速度的温度效应常以温度系数Q10表示，Q10是指在其他条件相同的情况下，温度升高10℃时，反应速度增加的倍数。
对于一般化学反应，Q10＝1~2。
当温度超过一定界限时，酶的活力会受到影响，甚至引起变性而丧失其催化活性。
酶的最适反应温度与反应时间的长短有关，一般反应时间延长，最适温度会有所降低。
(四) pH值对酶催化反应的影响只有在有效pH范围内，酶才显示其催化活性，在最适pH条件下，酶催化反应的速度最大。
pH值之所以影响酶的催化作用，主要是由于在不同的pH条件下，酶分子和底物分子的解离状态不同，从而影响酶促反应的进行。
(五) 抑制剂对酶催化反应的影响凡是能够使酶的催化活性降低或丧失的物质称为酶的抑制剂。
抑制剂可与酶催化作用的必需基团结合，影响酶的结构和性质，从而降低酶催化反应的速度。
根据抑制剂与酶相结合的情况，抑制作用可分为不可逆抑制和可逆抑制两种类型。
不可逆抑制剂对酶的抑制程度随抑制剂浓度的增加和抑制时间的延长而增大。
可逆抑制剂与酶的结合是可逆的。
可以用透析、超滤等方法将抑制剂除去，而使酶的催化活性恢复的抑制作用称为可逆抑制。
可逆抑制又可分为竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种。
1．竞争性抑制抑制剂和底物竞相与酶分子结合而引起的抑制作用称为竞争性抑制。
2．非竞争性抑制在非竞争性抑制中，酶分子可在不同的位点上分别与抑制剂和底物结合形成各自的复合物EI或ES，也可生成三元复合物EIS。
3.反竞争性抑制在反竞争性抑制中，底物与酶分子结合生成中间复合物ES后，抑制剂再与中间复合物结合生成EIS三元复合物。
(六) 激活剂对酶催化反应速度的影响能够增加酶的催化活性的物质称为激活剂。
常见的激活剂有Ca2+、Mg2+、Co2+、Zn2+、Mn2+等金属离子和C1—等无机负离子。
三、酶的分类与命名根据国际酶学委员会的建议，每种具体的酶都有其推荐名和系统命名。
酶的推荐名，是在惯用名称的基础上，加以选择和稍加修改而成。
一般由两部分组成：(1) 底物的名称，(2) 催化反应的类型后面加一个“酶”字（—ase）。
例如，葡萄糖氧化酶，表明该酶作用底物是葡萄糖，所催化的反应类型属于氧化反应。
对于水解酶类，催化反应的类型为水解反应，在命名时可省去“水解”字样。
有时还在底物名称前面在加上酶的来源，如胰蛋白酶。
系统命名包括了酶催化作用的底物，酶作用的基团以及催化反应的类型。
系统命名法根据酶所催化的反应类型，将酶分成六大类。
即：第l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，连接酶(或称合成酶)。
每—种酶都有其一定的系统编号，系统编号采用四码编号方法，每个号码之间用圆点(.)分开。
第一个号码表示该酶属于六大类中的某一类，第二个号码表示属于该类中的某一亚类，第三个号码表示属于该亚类中的某一小类，第四个号码表示这一具体的酶在该小类中的序号。
有关详细内容，请参看有关‘酶的分类与命名’的书籍或资料。
四、酶活力的测定1 酶活力测定方法酶活力测定包括两个阶段。
首先要在一定条件下，将酶与其作用底物混合均匀，反应—段时间，然后再测定反应液中底物或产物变化的量。
一般采用如下步骤：(1) 根据酶的专一性，选择适宜的底物，并配置成一定浓度的底物溶液。
(2) 确定酶催化反应的温度、pH值等条件。
(3) 在一定的条件下，将一定量的酶液与—定量的底物溶液混合均匀，适时记下反应开始的时间。
(4) 反应到一定的时间，取出适量的反应液，运用各种适合的生化检测技术，测定产物的生成量或底物的减少量。
终止酶反应的方法：①反应时间一到，立即取出一定量的反应液，置于沸水浴中，加热使酶失活。
②立即加入适宜的酶变性剂，如三氯醋酸等，使酶变性失活。
③立即加入酸或碱溶液，使反应液的pH值迅速远离酶促反应的最适pH值，从而终止反应。
④将取出的反应液立即置于冰粒堆或冰盐溶液中，使反应液的温度迅速降低到10℃以下。
2 酶活力单位1961年，国际生物化学联合会规定：在特定的条件下(温度可采用25℃或其他选用温度，pH等条件均采用最适条件)，每分钟催化1μmol底物转化为产物的酶量，定义为1个酶活力单位。
这个单位称为酶的国际单位(IU)。
酶的比活力是指酶制剂中，每l mg蛋白质所具有的某种酶的活力单位数。
即：酶比活力＝酶活力(u)／蛋白质质量(mg)第二节药用酶的生产1 药用酶具有治疗和预防疾病功效的酶称为药用酶。
2 药用酶的生产方法(1)提取法运用各种生化分离技术，从动物、植物、微生物等的含酶细胞、组织或器官中提取、分离和纯化各种药用酶的方法称为提取法。
例如，从动物胃中提取分离胃蛋白酶；从动物胰脏中提取胰蛋白酶、胰淀粉酶、胰脂肪酶，或这些酶的混合制剂胰酶；从动物血液中提取超氧化物歧化酶(SOD)等。
(2)生物合成法生物合成法是利用各种动物、植物和微生物细胞的生命活动而获得人们所需的酶。
主要是利用微生物细胞进行生产。
例如，用枯草芽孢杆菌生产淀粉酶，用大肠杆菌生产青霉素酰化酶。
（3）化学合成法由于酶的化学合成要求作为单体底物的各种氨基酸达到很高的纯度，合成的成本高昂，而且只能合成那些已搞清化学结构的酶，这就使化学合成法受到限制，至今仍停留在实验室阶段。
一酶生物合成及其调节理论（一）酶的生物合成1 RNA的生物合成—转录某种细胞能否合成某种酶分子，首先取决于细胞中的遗传信息载体—DNA分子中是否存在有该酶所对应的基因。
DNA分子可以通过复制生成新的DNA，再通过转录生成对应的RNA，然后再翻译成为多肽链，经加工而成为具有完整空间结构的酶分子。
转录是以DNA为模板，以核甘三磷酸为底物，在RNA聚合酶(转录酶)的作用下，生成RNA的过程。
按其结构和功能不同，可分为mRNA，tRNA和rRNA。
2 蛋白质的生物合成—翻译以mRNA为模板，以氨基酸为底物，在核糖体上通过各种tRNA、酶和辅助因子的作用，合成多肽链的过程，称为翻译。
新合成的肽链释放出来后，还需经过加工才能形成完整空间结构的酶或蛋白质。
（二）酶生物合成的调节酶的生物合成要经过一系列的步骡，需要诸多因素的参与。
故此，在转录和翻译过程中，许多因素都会影响酶的生物合成。
有关研究表明，至少在原核生物中，甚至在所有生物中，转录水平的调节控制对酶的生物合成是至为重要的。
转录水平的调节控制，又称为基因的调节控制。
基因对酶生物合成的调节控制方式：1(主要是诱导酶)生物合成的现象。
例如，葡萄糖阻遏β-半乳糖苷酶的生物合成，果糖阻遏α-淀粉酶的生物合成等。
