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
第一章 绪论
酶工程：酶的生产、改性和应用的技术过程。
酶的生产(enzyme production): 通过各种方法获得人们所需的酶的技术过程，主要包括微生物发酵产酶、动植物培养产酶和酶的提取与分离纯化等。
酶的改性(enzyme improving ): 通过各种方法改进酶的催化特性的技术过程，主要包括酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化和酶定向进化等。
酶的应用(enzyme application):通过酶的催化作用获得人们所需的物质或者除去不良物质的技术过程，主要包括酶反应器的选择与设计以及酶在各个领域的应用等。
酶工程的主要内容包括微生物细胞发酵产酶，酶的提取与分离纯化，酶分子修饰，酶、细胞和原生质体固定化，酶的非水相催化，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充分发挥其催化功能。
酶是一类具有催化功能的生物大分子，亦称生物催化剂 。
酶的分类：1、氧化还原酶（oxidoreductase）
2、转移酶（transferase）
3、水解酶（hydrolase）
4、裂解酶（或裂合酶lyase）
5、异构酶（isomerase）
6、合成酶（synthease）或连接酶（ligase）
酶的催化特性：高效性、高度专一性、反应条件温和且活力可调节
影响酶催化反应速率的因素：底物浓度的影响，酶浓度的影响，pH、温度的影响，抑制剂的影响，激活剂的影响
米氏方程式：
[S]：底物浓度
V：不同[S]时的反应速度
Vmax：最大反应速度(maximum velocity)
Ｋm：米氏常数(Michaelis constant)
米氏常数Km的意义：
重要特征物理常数，与酶浓度无关。不同的酶具有不同Km值
物理意义：Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。
Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的Km值。
《酶工程》课程教学大纲
总学时数：30
一、 课程的地位、性质和任务
酶工程（enzyme engneering）是生物技术专业的主干必修课，是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有机结合而产生的一门新的科学技术，在生物技术人才培养中处于至关重要的地位。它涉及细胞工程、基因工程、发酵工程、生物分离工程和化学工程等诸多学科，主要内容包括酶的发酵生产、酶的分离纯化、酶和细胞固定化以及酶的分子工程。学生通过酶工程的学习，能够掌握酶的生产与分离纯化的基本理论、基本技术以及自然酶、化学修饰酶、固定化酶的研究和应用，了解酶在各行各业中的最新发展及研究趋势。
二、 课程教学的基本要求
学生通过酶工程的学习，应熟悉从应用目的出发研究酶，在一定生物反应装置中利用酶的催化性质的研究路线，掌握酶的生产与应用的基本理论、基本技术、酶的分 离纯化、固定化酶以及酶的化学修饰的研究和应用，进一步了解酶在各行各业中实际应用的最新发展和发展趋势，在以后的毕业环节和工作中能够自觉地应用这些技 术方法来指导自己的工作。
本课程理论课30学时，于本科三年级第二学期开设。
讲授方式：
1．讲授
2．利用CAI课件
三、各章主要内容、学时分配及教学要求
第一章 绪论 2学时
【单元目标】 1．了解酶工程的研究意义；
2．掌握酶工程的概念及研究内容。
【授课内容】
一．酶与酶工程发展简史
（一）酶学研究简史
（二）酶工程研究简史
二. 酶工程简介
1.酶工程
2.组成
3.分类
第二章 微生物发酵产酶 4学时
【单元目标】
1.掌握酶生物合成的调节类型及调节机制
2.了解产酶微生物的分离和选育方法
3.了解动植物细胞与微生物细胞发酵产酶的异同
【授课内容】
第一节 酶生物合成及调节
一、 酶的生物合成
（一）RNA的生物合成--转录(transcription)
第一章 绪论
重点并提问的内容
•1、解释酶工程、酶转换数、酶的改性？
答：酶工程：酶的生产、改性与应用的技术过程。
•2、根据起催化作用的主要组分不同，酶的分类如何？
•3、酶工程主要研究内容？
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、酶的非水相催化、酶定向进化、酶反应器和酶的应用等。
•4、简述影响酶催化作用的主要因素？
•5、酶催化作用的特点？
6、酶的专一性包括哪些？
1、酶活力、酶比活力、酶转换数是什么量度指标？
2、可逆性抑制作用中动力学参数都如何变化？
3、蛋白类酶和核酸类酶可继续如何分类？
4、酶活力单位如何定义？
5、试述酶活力测定的基本过程？
6、试述木瓜蛋白酶的生产方法？
答：木瓜蛋白酶可以采用提取分离法、基因工程菌发酵法、植物细胞培养法等多种方法进行生产。
(1)提取分离法：从木瓜的果皮中获得木瓜乳汁，通过各种分离纯化技术获得木瓜蛋白酶。
(2)发酵法：通过DNA重组技术将木瓜蛋白酶的基因克隆到大肠杆菌等微生物中，获得基因工程菌，在通过基因工程菌发酵获得木瓜蛋白酶。
(3)植物细胞培养法：通过愈伤组织诱导获得木瓜细胞，在通过植物细胞培养获得木瓜蛋白酶。
7、 酶的生产方法包括哪些？ •答：1、提取分离法 2、生物合成法：（1）微生物发酵产酶（2）植物细胞培养产酶（3）动物细胞培养产酶 3、化学合成法
第二章微生物发酵产酶
1、解释酶的发酵生产、酶的诱导、酶的反馈阻遏(产物阻遏)、分解代谢物阻遏。诱导物的种类？
2、微生物产酶模式几种？特点？最理想的合成模式是什么？
（1）同步合成型 特点：1、发酵开始，细胞生长，酶也开始合成，说明不受分解代谢物和终产物阻遏。2、生长至平衡期后，酶浓度不再增长，说明mRNA很不稳定。
（2）延续合成型 特点：1、该类酶不受分解代谢产物阻遏和终产物阻遏。2、该酶对应的mRNA是相当稳定的。
