酶工程生物技术..75页PPT

交联法 通过双功能试剂，将酶和酶联结成网状 结构的方法。交联法使用的交联剂是戊 二醛等水溶性化合物。 包埋法
将酶包裹在多孔的载体中
一、吸附法
1. 物理吸附法
• 静止法 • 电沉积法 • 反应器上直接吸附法 • 混合浴或振荡浴吸附法
优点： 固定化时酶分子的构象很少
或基本不发生变化。
缺点： 结合力弱，易解吸附。 载体： 纤维素、琼脂糖、活性炭、
二、抗体酶的催化特征
1. 与天然酶相比抗体酶的特点 能催化一些天然酶不能催化的反应 有更强的专一性和稳定性 催化作用机制不同 2. 抗体酶和非催化性抗体作用的比较 更高的反应特异性 反应的可逆性 反应的量效性 反应过程
为底物提供良好的微环境 催化基团必须相对于结合点尽可能同底物的 功能团相接近 应具有足够的水溶性，并在接近生理条件下 保持其催化活性

设计中：


三、模拟酶的分类


分类依据 Kirby分类法 按照模拟酶的属性 Kirby分类法 单纯酶模型 机理酶模型 单纯合成的酶样化合物
1. Kirby分类法

液体干燥法
将一种聚合物溶于一种沸点低于水且与水不溶的有机溶剂中， 加入酶的水溶液，以油溶性表面活化剂，制成第一乳液。把它 分散于含有保护性胶质、聚丙烯醇和表面活性剂，形成第二乳 液。在不断搅拌、低温和真空条件下蒸出有机溶剂，得到含酶 微胶囊。

其他方法 脂质体包埋法、纤维包埋法等
三、共价交联法
双功能试剂：常用的是戊二醛
包埋法—微胶囊法
常用材料： 聚酰胺膜 火棉胶 硝化纤维 聚苯乙烯 壳聚糖等
微胶囊固定化酶制备方法

界面聚合法
将酶水溶液和亲水单体用一种与水不溶的有机溶剂制成乳化液， 再将溶于同一种有机溶剂的疏水单体溶液边搅拌边加入到上述 乳化液中，在乳化液中的水相和有机相之间的界面发生聚合作 用，酶即被包埋于聚合体膜中。

转移酶类
催化基团转移反应， 如转氨酶、磷酸酶 等。
合成酶类
催化特定化合物的 合成，如谷氨酰胺 合成酶等。
酶的特性
高效性
酶的催化效率比非酶促反应高 出很多，能显著缩短反应时间
。
专一性
一种酶通常只能催化一种或一 类化学反应。
不稳定性
在高温、强酸、强碱等极端条 件下，酶的活性会受到破坏。
活性可调节性
通过调节酶的浓度、反应条件 等，可以控制酶促反应的速度
。
酶的活性与稳定性
温度对酶活性的影响
大多数酶在低温下活性降低，而在适宜温度 下活性最高，温度过高会使酶失活。
抑制剂对酶活性的影响
有些物质可以抑制酶的活性，从而减缓或阻 止酶促反应的进行。
pH对酶活性的影响
大多数酶在一定的pH范围内活性最高，超 出这个范围酶的活性会降低或失活。
激活剂对酶活性的影响
有些物质可以增强酶的活性，从而加快酶促 反应的速度。
04
酶的应用
酶在医药领域的应用
药物生产
酶可用于合成药物，如抗 生素、抗癌药物等，具有 高效、环保的特点。
诊断试剂
酶作为生物催化剂，可用 于制备诊断试剂，如酶联 免疫试剂盒等，用于疾病 检测。
生物治疗
酶可用于基因治疗、细胞 治疗等领域，通过调控基 因表达或促进细胞生长来 治疗疾病。
酶在食品工业中的应用
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酶工程面临的挑战与解决方案
酶的稳定性问题
针对酶稳定性差的问题，可以通过蛋白质工程手段对酶进行改造，提高其热稳定性和化学稳定性 。
酶的生产成本问题
通过基因工程技术，实现酶的高效表达和大规模生产，降低生产成本。同时，探索新型的酶生产 方式，如利用微生物发酵或植物细胞培养等。

酶固定化技术包括固定化载体、固定化方法、固定化酶的分离和回收等关键技术 ，这些技术的应用能够为酶工程提供高效、连续化的生产方式。
酶的分子改造技术
酶的分子改造技术是通过化学或生物 方法对酶的分子结构进行修饰和改造， 从而改变酶的催化性质和功能的技术。
酶的分子改造技术包括化学修饰、定 向进化、点突变等关键技术，这些技 术的应用能够优化酶的催化性能和稳 定性，提高酶的生产效率和降低成本。
THANKS
生物能源开发
酶工程技术可用于生物能源开发，如生物柴油、生物 酒精等。
06
酶工程的前景与挑战
酶工程的发展前景
酶工程在工业生产中的应用前景广阔，特别是在生物制药、生物燃料、环保等领域。
随着酶工程技术的不断进步，酶的产量、活性和稳定性将得到进一步提高，为工业 生产提供更高效、环保的解决方案。
酶工程在医疗领域的应用前景也十分看好，例如用于药物设计和开发、疾病诊断和 治疗等。
环保领域的应用
有毒有害物质降解
01
酶工程技术可用于降解有毒有害物质，如重金属、有机污染物
等。
废水处理
02
酶工程技术可以用于废水处理，通过酶促反应将废水中的有机
物转化为无害物质。
生物修复
03
酶工程技术可用于生物修复，通过酶促反应降解污染物，恢复
生态环境。
食品工业领域的应用
食品添加剂生产
酶工程技术在食品添加剂生产中发挥着重要作用，如生产甜味剂、 防腐剂等。
专一性
一种酶通常只能催化一种或一类化学反应，具有明显的专一性。
不稳定性
大多数酶是蛋白质，容易受温度、pH、重金属离子等环境因素的影响，表现出不稳定性。
酶的活性调节
1 2
共价修饰

除了以上3种酶的纯化方法以外，还有利用分子大小不同以纯化酶 的凝胶过滤法和超离心法、利用不同蛋白质分子在某一pH环境中荷 电性质不同而建立的离子交换法、以及利用酶具有和底物或竞争性 抑制剂结合的功能而建立的亲和层析法等。以上这些方法在酶的分 离纯化上已逐渐得到广泛的应用。
从生物体的细胞或组织中提取出来的酶，能不能直接用于催化化学 反应呢？
现代酶工程范围大致包括酶的生产（包括微生物酶的发酵和提取以及 从动植物中提取酶的技术）、酶的固定化技术、酶的化学修饰、酶动力学 研究、酶反应器的设计和应用、酶在医学、工业、农业、食品等方面的应 用等内容。
1、 酶工程的概念：
“酶工程”是指酶制剂在工业上的大规模生产及应用。将酶所具有 的生物催化功能，借助工程手段应用于社会生活的一门科学技术。
(3)固定化酶，是将酶分子通过吸附、交联、包埋及共价键结合束缚于某 种特定支持物上而发挥酶的作用，具有能反复使用、产物易纯化、可用 微电脑控制，实行自动化连续化生产等优点。
(4)人工合成酶，是根据酶的催化原理，模拟酶的催化功能，用化学方法 合成具有专一性的催化剂。
生物酶工程：
生物酶工程是在化学酶工程基础上发展起来的，是以 酶学和DNA重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的 产物。因此它亦可称为高级酶工程(advanced enzyme engineering)。
例：利用酶相对分子质量的大小进行分离纯化的过程
首先，通过透析的方法，使提取液中的酶和其他蛋白质分子与提 取液中的各种小分子物质分离开来；
其次，通过高速离心使酶和其他蛋白质分子沉降。在高速离心的情 况下，酶和其他蛋白质分子虽然都会发生沉降，但是沉降的速度因 各自相对分子质量的不同而不同。利用这一原理就可以达到分离纯 化酶的目的。具体做法是，取一只离心试管，管内注入具有连续浓 度梯度的蔗糖溶液(试管上部溶液的浓度低，下部溶液的浓度高)。在 蔗糖溶液的表层，小心地滴上含有酶和其他蛋白质的待分离纯化的 液体通过高速离心后，酶和其他蛋白质就会沿着浓度梯度形成各自 的区带，每个区带中只含有一种酶或一种蛋白质； 将离心试管的底部钻一个小孔，使管内的溶液分段流出；这样就可 以将各区带的溶液分开，通过结晶和干燥等方法获得所需要的那种 酶； 也可以将整个离心试管进行冷冻，然后通过切割获得含有所需酶的 那个区带，进而通过结晶和干燥等方法获得那种酶。