第三章固定化酶

第一章 酶工程基础

1、酶工程就是将酶、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的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。

2、影响酶催化作用的因素：底物浓度、产物浓度、酶浓度、温度、pH、激活剂浓度、抑制剂浓度等。

3、酶的比活力：它是指在特定条件下，单位质量蛋白质或RNA所拥有的酶活力单位数：

酶的比活力=酶活力（单位）/mg（蛋白质或RNA）

酶的比活力是酶纯度的一个指标。

4、酶的转换数和催化周期：

转换数（Kcat）又称分子活性，或摩尔催化活性。表示在单位时间内，酶分子中每个活性中心或每个分子酶所能转化的底物分子数，单位为min-，是酶催化效率的一个指标。

转换数的倒数称为酶的催化周期。催化周期是指酶进行一次催化所需的时间。

5、酶活力测定中应注意的问题：

（1）测定的酶反应速率必须是初速度，只有初速度才与底物浓度成正比。初速度的确定一般是指：底物消耗量在5%以内，或产物形成量占总产量的15%以下时的速度。

（2）底物浓度、辅因子的浓度必须远远大于酶浓度（即过饱和）；反应必须在酶的最适条件（如最适温度、pH和离子强度等）下进行；测酶活所用试剂中不应含有酶的激活剂、抑制剂，同时底物不能裂解。

6、米氏方程：酶反应动力学方程。V=][][SKmSVm

第二章 酶的发酵工程

1、乳糖操纵子学说

（1）基本概念：操纵子是基因表达的协调单位，是由调节基因、启动子、操纵基因和结构基因组成的一个完整的基因表达单位，其功能是转录mRNA。

结构基因是编码酶蛋白氨基酸序列的，通过转录和翻译表达产生酶蛋白。

调节基因是通过产生调节蛋白对整个转录过程起着调控作用。

启动子是RNA聚合酶识别、结合并起始mRNA转录的一段DNA碱基序列。

蛋白质与酶工程

JIAOXUEDAGANG

教 学 大 纲

河北经贸大学生物科学与工程学院

生物工程教研室 薛胜平

2010年11月

编 写 说 明

使用教材是2008科学出版社陈守文的《酶工程》。蛋白质与酶工程是将酶学理论与工程技术相结合，研究酶的研发改造、生产应用的一门新兴学科。在研究内容、手段和目的上与基因工程、蛋白质工程、细胞工程、发酵工程等孪生学科是相互交融的整体。其主要内容有酶学基础、酶的生产、酶的分离纯化、固定化酶及固定化细胞、酶的修饰、酶反应器、酶的非水相催化、模拟酶、抗体酶、核酶、酶的应用。

通过本课程的学习，对蛋白质与酶工程有一个比较全面的了解和掌握，为今后从事生物化学或酶学、酶工程的教学与研究，乃至整个生命科学的研究打下基础，扩大知识面，拓宽相关的科学研究领域进行必要的知识储备。掌握基本概念和基本理论，酶学和酶工程研究中重要的设计思想、方法和应用，酶与酶工程在医学、工农业、畜牧业中的应用等，未来在酶学与酶工程领域中的研究方向、进展和热点。适应今后酶工程将引起的发酵工业和化学合成工业的巨大变革。要求学生按照大纲，突出重点，把酶学的基础理论知识，酶工程的理论知识和广泛的应用基础结合起来进行学习。了解和掌握蛋白质与酶工程理论、研究方法与应用，有所发现，有所创造。

本大纲共有八章内容，适用于理工科的本科学生，由生物工程教研室薛胜平编写，集体讨论而定。

大纲编修时间：2010年11月

课时分配表

章节 名称 课时数

第1章 绪论 4

第2章 酶的分离工程 5

第3章 固定化酶与固定化细胞 4

第4章 化学酶工程 5

第5章 酶的非水相催化 4

第6章 生物酶工程 4

第7章 酶反应器 4

第8章 研究的方向、进展和热点、核酶 4

合计 34

目录

第一章 绪论

第一节.酶的基本概念与发展史

一、催化作用的特点

二、影响酶催化作用的因素

三、酶的分类与命名

⾼中⽣物第三章酶的应⽤技术实践第⼆节固定化酶的制备

和应⽤学案苏教版选修1

第⼆节固定化酶的制备和应⽤

学习导航明⽬标、知重点难点

固定化酶和固定化细胞的应⽤。(重点)

固定化酶与固定化细胞的制备⽅法。(难点)

[学⽣⽤书P43]

⼀、阅读教材P63分析固定化酶1．概念：是指⽤物理学或化学的⽅法将酶与固相载体结合在⼀起形成的仍具有酶活性的酶复合物。

2．优点：在催化反应中，它以固相状态作⽤于底物，反应完成后容易与⽔溶性反应物和产物分离，可被反复使⽤，且保持了酶的催化性能，可实现酶促反应的连续化和⾃动化。3．制备固定化酶的常⽤⽅法

⽬前，制备固定化酶的⽅法主要有物理吸附法、化学结合法、包埋法等。

⼆、阅读教材P64～65分析固定化细胞技术的应⽤1．应⽤：固定化细胞可以取代游离的细胞进⾏发酵，⽣产各种物质。

2．优点

(1)固定化细胞技术⽆须进⾏酶的分离和纯化，减少了酶的活⼒损失，同时⼤⼤降低了⽣产成本。

(2)固定化细胞不仅可以作为单⼀的酶发挥作⽤，⽽且可以利⽤细胞中所含的复合酶系完成⼀系列的催化反应。

(3)对于活细胞来说，保持了酶的原始状态，酶的稳定性更⾼。

(4)细胞⽣长停滞时间短，反应快等。

3．缺点

(1)固定化细胞只能⽤于⽣产细胞外酶和其他能够分泌到细胞外的产物。

(2)由于载体的影响，营养物质和产物的扩散受到⼀定限制。

(3)在好氧性发酵中，溶解氧的传递和输送成为关键的限制因素。

4．酵母菌细胞的固定化技术的主要流程

准备各种实验药品和器材↓

制备麦芽汁↓

活化酵母菌细胞↓

配制物质的量浓度为0.05 mol/L的氯化钙溶液↓

制备固定化细胞↓

浸泡凝胶珠，⽤蒸馏⽔洗涤↓

发酵麦芽汁

判⼀判(1)酶在催化时会发⽣变化，不可反复利⽤。(×)

(2)某种固定化酶的优势在于能催化⼀系列⽣化反应。(×)

(3)固定化细胞所固定的酶都在细胞外起作⽤。(×)

(4)制备固定化细胞的⽅法主要有包埋法、化学结合法和物理吸附法。(×)连⼀连

固定化酶技术[学⽣⽤书P44]

试题库结构

章节 试题分布

名词解释 数学表达式 简答题图形题推导题判断题 计算题 合计

第一章 0 0 9 0 0 0 0 9

第二章 0 0 11 0 0 0 2 13

第三章 1 3 9 3 11 4 2 33

第四章 1 11 6 7 1 11 14 51

第五章 3 1 7 8 2 0 13 34

第六章 6 0 6 2 0 0 0 14

第七章 2 2 2 2 0 0 13 21

第八章 0 0 36 0 0 0 2 38

合计 13 17 86 22 14 15 46 213

一、名词解释

[03章酶促反应动力学]

酶的固定化技术：

[04章微生物反应动力学]

有效电子转移：

[05章微生物反应器操作]

流加式操作：

连续式操作：

分批式操作：

[06章生物反应器中的传质过程]

粘度：

牛顿型流体：

非牛顿型流体

塑性流体

假塑性流体

胀塑性流体

[07章生物反应器]

返混：

停留时间：

二、写出下列动力学变量（参数）的数学表达式

[03章酶促反应动力学]

1. Da准数：

2. 外扩散效率因子：

3. 内扩散效率因子：

[04章微生物反应动力学]

1. 菌体得率：

2. 产物得率：

3. 菌体得率常数：

4. 产物得率常数：

5. 生长比速：

6. 产物生成比速：

7. 基质消耗比速：

8. 生长速率：

9. 产物生成速率：

10. 基质消耗速率： 11. 呼吸商：

[05章微生物反应器操作]

1. 稀释率：

[07章生物反应器]

1. 停留时间：

2. 转化率：

三、简答题：

[01章绪论]

1．什么是生物反应工程、生化工程和生物技术？

2．生物反应工程研究的主要内容是什么？

3．生物反应工程的研究方法有哪些？

4．解释生物反应工程在生物技术中的作用。

5. 为什么说代谢工程是建立在生化反应工程与分子生物学基础之上的？

6. 何为系统生物学？

7. 简述生化反应工程的发展史。