第五章-固定化酶

第五章第四节酶工程简介

教学目标

1．知识方面

（1）酶工程的概念以及酶制剂的生产和应用的基础知识（明白）。

（2）使学生了解酶工程进展的概况。

（3）一些酶工程与基因工程，细胞工程和发酵工程之间具有相互交叉渗透的关系（明白）。

2．态度观念方面

（1）通过酶制剂在人们社会生活中的应用的学习，激发学生学习爱好，培养学生理论联系实际的科学态度。

（2）通过了解生物工程在世界经济中的重要地位及以后进展前景，增强学生科技是第一生产力的认识。

3．能力方面

通过收集有关酶制剂在社会生活中的应用情形的资料、信息，培养学生猎取信息的能力。

重点、难点分析

1．重点：

（1）通过学习使学生了解酶制剂生产中，酶的产生、提取和分离纯化，加工等生产过程及其简单原理是本节教学的重点之一。

（2）通过讨论引导学生了解酶工程与基因工程、细胞工程、发酵工程之间，具有相互交叉渗透的关系也是本节的教学重点内容。

2．难点：

（1）酶制剂生产中诸如酶的提取、固定化等原理，由于涉及到专门多其他学科的知识，学生较难明白得。因此，生产酶制剂的原理是本节的教学难点。

（2）酶制剂的应用中诸如尿糖试纸、酶传感器等的原理比较抽象，学生也专门难明白得，因此，酶制剂的应用及其原理也是教学难点。

教学模式

启发讲解与学生讨论相结合。

教学手段

酶制剂的标本，投影片等。

课时安排 一课时。

设计思路

1．前期知识预备：

（1）酶的概念及特性。

（2）酶的种类：胞内酶、胞外酶、组成酶、诱导酶。

2．通过对酶在生活中应用实例的讨论使学生了解酶工程的概念。

3．通过教师启发讲解使学生了解酶制剂的生产、提取和分离纯化以及固定化酶的相关知识。

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。

 第三章 固定化酶与固定化细胞

 第一节 概述

 第二节 固定化酶的性质及其影响因素

 第三节 固定化酶的制备

 第四节 固定化细胞

 第五节 固定化辅酶和原生质体

 第六节 酶反应器和固定化酶（细胞）的应用

 第一节 概述

 什么是固定化酶？

 第一节 概述

二． 固定化酶的优缺点

 多次使用

 可以装塔连续反应

 优点： 纯化简单

 提高产物质量

 应用范围广

 缺点： 首次投入成本高

 大分子底物较困难

 第一节结束

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 第二节 固定化酶的性质及其影响因素

 一． 影响固定化酶性质的因素

 二． 固定化后酶性质的变化

 三． 评价固定化酶的指标

 一． 影响固定化酶性质的因素

1． 酶本身的变化，主要是由于活性中心的氨基酸残基、高级结构和电荷状态等发生了变化。

 二．固定化后酶性质的变化

 1． 固定化对酶活性的影响：

 酶活性下降，反应速度下降

2． 固定化对酶稳定性的影响

 稳定性提高（原因）

 3． pH的变化（原因）

 载体带负电荷，pH向碱性方向移动。

 载体带正电荷，pH向酸性方向移动。

 催化反应的产物为酸性时，固定化酶的pH值比游离

 酶的pH值高；反之则低

 固定化后酶稳定性提高的原因：

 a. 固定化后酶分子与载体多点连接。

 b. 酶活力的释放是缓慢的。

 c. 抑制自身降解，提高了酶稳定性。

 PH 对酶活性的影响：

 （1） 改变酶的空间构象

 （2）影响酶的催化基团的解离  （3）影响酶的结合基团的解离

名词解释：每章的关键词（英文），就是表达本章中心内容的有实质意义的词汇。

各章重点

第一章 绪论

一、酶工程的概念、分类及其研究内容。生物酶工程的内容、什么是核酶

二、简述酶活力测定方法的原理；酶活力单位；比活力等

第二章 酶的生物合成与发酵生产

一、克隆酶：利用DNA重组技术而大量生产的酶。

二、什么是抗体酶？抗体酶：抗体酶是一类免疫系统产生的、具有催化活性的抗体。

三、酶生物合成的模式

四、一些概念的区别：操纵子与操纵基因 、诱导酶与组成酶、胞内酶与胞外酶、产酶动力学

五、原核酶合成调节的类型有哪些？

六、在酶制剂工业生产中为什么以微生物发酵生产为主？

七、如何提高酶的产量？

1选育优良的产酶细胞株系（生产组成型酶突变株的筛选，抗分解代谢阻遏突变株的选育，抗反馈阻抑突变株的筛选）2添加诱导物3控制阻遏物浓度 4添加表面活性剂5添加产酶促进剂

第三章 酶的提取与分离纯化

一、细胞破碎的目的、方法及原理。

二、酶抽提的目的及方法。

三、常用沉淀法的种类及原理。

四、常用沉淀法的种类及原理。盐析法分离蛋白质的原理。

五、简述酶分离纯化方法及工艺程序的选择策略。

先选用非特异的、低分辨的技术，去除主要的杂质并使酶溶液浓缩；如沉淀、超滤和吸附等。随后采用高效分离的手段；如离子交换层析、亲和层析。将最昂贵、最费时的分离单元放在最后阶段。如凝胶过滤层析。

六、简述影响酶提取的主要因素及影响规律。

 抽提溶质的性质 （酸性酶宜用碱性溶剂抽提，碱性酶宜用酸性溶液抽提，极性大的酶宜用极性溶剂抽提，含有较多非极性基团的酶宜用有机溶剂抽提。）。

 抽提溶剂的用量 （增加用量可以提高酶的提取率。但是过量的抽提溶剂，会使酶的浓度降低，对酶的进一步分离纯化不利。用量一般为原料体积的3~5倍，最好分次抽提）

 温度 （提取时温度对酶的提前效果有明显影响。一般来说，适当提高温度，可以提高酶的溶解度，增大酶分子的扩散速度。但温度过高易引起酶变性失活，所以提取温度不宜过高。要根据被抽提酶的酶学性质选择适宜温度）  pH 对酶的溶解度和稳定性有显著影响。（为了提高酶的溶解度，提取酶时应该远离酶的等电点，但是溶液pH值不宜过高或过低，否则容易引起酶变性失活。