一、1.酶工程：酶的生产，改性与应用的技术过程。
(生产:通过各种方法获得人们所需的酶的技术过程;改性:通过各种方法改进酶的催化特性的技术过程;应用:通过酶的催化作用获得人们所需物质或除去不良物质的技术过程)2固定化酶的活力测定①固定化酶:与水不溶性载体结合,在一定空间范围内起催化作用的酶.②测定方法:振荡测定法;酶柱测定法;连续测定法③评价:酶柱进行固定化时并非所有的酶都成为固定化酶，总有一部分酶没有与载体结合，所以需要测定酶结合效率或酶活力回收率以确定固定效果.当固定化方法对酶的活力无明显影响时,酶结合效率与酶活力回收率数值相近.然而固定化载体和固定化方法往往对酶的活力有一定影响，两者数值往往有较大差异.所以常通过测定酶结合效率来表示固定化效果。
3酶的生产方法①生物合成法(微生物,动物,植物):筛选诱变,细胞融合,基因重组等获得优良菌体-细胞培养(人工控制生物反应器)-代谢产物(细胞内物质新陈代谢)-分离纯化得到所需酶②提取分离法:动植物细胞,组织,器官细胞或微生物细胞-酶(提取分离纯化技术)-分离纯化得到所需酶③化学合成法4酶工程发展概况:初期:从动植微生物中提取并应用(受原料技术限制,大规模生产受限)-微生物液体深层发酵生产细菌α-淀粉酶-操纵子学说阐明合成机制,人工控制提高效率-动植物细胞培养技术-酶的改性二、1酶的发酵生产:经预先设计,通过人工操作,利用微生物生命活动获得所需酶的技术过程2优良产酶微生物应具备的条件:酶产量高;产酶稳定性好;容易培养和管理;利于酶的分离和纯化;安全可靠无毒性3培养发酵类型①固体培养发酵②液体深层发酵:液体培养基经灭菌,冷却接种产酶细胞,在一定条件下发酵产酶③固定化微生物细胞发酵:特点a细胞密度大,产酶能力高b发酵稳定性好可多次使用c细胞固定在载体上,流失较少,可在高稀释条件下连续发酵d发酵液中含菌体较少,利于分离纯化,提高产品质量④固定化原生质体发酵(特点)a去除细胞壁利于胞内物质分泌到细胞外b原来存在于细胞间的物质如碱性磷酸酶等游离到细胞外变为胞外产物c载体保护稳定性好,连续或重复使用4酶生物合成模式:①同步合成型:酶的生物合成与细胞生长同步进行②延续合成型:酶的合成在细胞的生长阶段开始,在细胞生长进入平衡期后还可以延续合成一段较长时间③中期合成型:酶的合成在细胞生长一段时间后才开始,而在细胞生长进入平衡期后,酶的生物合成也随之停止④滞后合成型:在细胞生长一段时间后或进入平衡期以后才开始其生物合成并大量积累5发酵工艺条件及控制:①ph产酶最适ph不同于生长最适ph,随细胞生长代谢产物积累等会改变ph,改变培养基ph往往可以调整各种酶的产量比例②温度:产酶最适温度一般<生长最适温度;新陈代谢及热量扩散使培养基处于一平衡温度③溶解氧:调节方法:调节通气量,氧分压,气液接触时间,气液接触面积,改变培养基性质6提高酶产量的措施:添加诱导物如酶的作用底物,催化反应产物,作用底物类似物b控制阻遏物浓度(产酶阻遏,分解代谢物阻遏)c添加表面活性剂:与细胞膜作用,提高通透性,利于胞外酶的分泌d添加产酶促进剂促进产酶7酶发酵动力学的相关概念:①发酵动力学:研究发酵过程中细胞生长速率,产物生成速率,基质消耗速率以及环境因素对这些速率的影响规律的学科②稀释率:单位时间内流加的培养液与发酵容器总发酵液体积之比③细胞生长得率系数:细胞浓度变化量与基质浓度降低量的比值④产物生成得率系数:产物浓度变化量与基质浓度降低量的比值⑤细胞维持系数:单位时间内基质浓度变化量与细胞浓度的比值8固定化微生物细胞发酵产酶①固定化细胞:采用各种方法固定在载体上,在一定空间范围内进行生长繁殖和新陈代谢的细胞②固定化细胞产酶特点:a提高产酶率b反复使用或连续使用较长时间c基因工程菌质粒稳定不易丢失(载体的保护作用使质粒结构稳定性和分裂稳定性提高)d发酵稳定性好e缩短发酵周期,提高设备利用率f产品易分离纯化(固定化细胞不溶于水,完成后易与发酵液分离,且发酵液中所含游离细胞少,利于产品分离纯化,提高产品纯度和质量)g适于用胞外酶等胞外产物的生产9、固定化微生物细胞发酵产酶的条件及控制:a固定化细胞的预培养b溶解氧的供应c温度控制d培养基组分的控制三、动植物细胞培养产酶1.培养细胞:动物:悬浮培养,贴壁培养,微载体培养等;植物:固体培养,液体浅层培养,液体悬浮培养2.动物细胞产酶产物:疫苗,激素,多肽生长因子,酶,单克隆抗体,非抗体免疫调节剂3.特点:a主要用于各种功能蛋白质和多肽的生产b生长较慢c添加抗生素防止微生物污染d无细胞壁,严格控制生长条件e多数细胞具依赖性,易采用贴壁培养,部分可采用悬浮培养f培养基成分复杂,一般要添加血清或其代用品,产品分离过程复杂g细胞培养代数有限,定时分离4.动物细胞培养过程:将种质细胞用胰蛋白酶消化处理-分散成悬液细胞-接入适宜培养液中-反应器(人工控制条件)中进行悬浮培养或贴壁培养-培养完成,收集培养液分离纯化得到产物5.条件控制:a温度36.5℃+-0.25bph(7.0-7.6)c渗透压(700-850kpa)d溶解氧(不足受抑制,过多产生毒害)四、酶的提取与分离纯化1.细胞破碎方法:机械破碎法(捣碎,研磨,匀浆);物理破碎法(温度差,压力差,超声波);化学破碎法(添加有机溶剂,表面活性剂);酶促破碎法(自溶法,外加酶制剂法)2.提取方法:a盐溶液提取b酸溶液提取c碱溶液提取d有机溶剂提取3.影响提取的因素: 温度;ph;提取液体积4.沉淀分离法:a盐析法b等电点沉淀法(两性电解质在等电点时溶解度最低及不同的两性电解质有不同等电点特性)c有机溶剂沉淀法d复合沉淀法(在酶液中加入某些物质使之与酶形成复合物而沉淀)e选择变性沉淀法(选择一定条件使酶液中存在的某些杂蛋白等杂质变性沉淀而不影响所需酶)5.过滤与膜分离的方法:①非膜过滤:采用高分子膜以外的材料过滤介质(粗滤d>2um)微滤d=0.2-2um②膜过滤:一定孔径的高分子薄膜a加压膜分离:微滤,超滤,反渗透b电场膜分离:电渗析,离子交换膜电渗析c扩散膜分离:透析6.萃取:利用物质在两相中溶解度不同而使其分离的技术a有机溶剂萃取:水相+有机溶剂相b双水相萃取:互不相容的两个水相7.结晶:溶质以晶体形式从溶液中析出的过程8.结晶法:a盐析结晶法b有机溶剂结晶法c透析平衡结晶法d等电点结晶法五、酶分子修饰1.金属离子置换修饰:把酶分子中的金属离子换成另一种金属离子,使酶的催化特性发生改变的修饰方法2.过程:将酶分离纯化除去杂质,获得具一定纯度的酶液-加入一定量的金属螯合剂与酶分子中的金属离子形成螯合物,再通过透析超滤等方法除去螯合物-加入一定量的另一种金属离子并除去多余置换离子3.金属离子置换修饰的作用①了解各种金属离子在酶催化过程中的作用,阐明金属离子对酶催化作用的影响②提高酶的催化效率③提高酶的稳定性④改变酶的动力学特征4.大分子结合修饰的作用:a提高酶的催化效率b提高酶的稳定性c降低或消除酶蛋白的抗原性5.酶分子修饰的应用:①酶学研究方面的应用:活性中心研究,空间结构研究,作用机制研究②医药方面的应用:降低或消除酶的抗原性,提高医药用酶的稳定性六、酶固定化1.酶固定化:采用各种方法将酶固定在水不溶性载体上,制备成固定化酶的过程.固定在水不溶性载体上并在一定的空间范围内进行催化作用的酶称固定化酶2.固定化方法:①吸附法:活性炭,氧化铝,硅藻土,硅胶等②包埋发:将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中,使酶固定化的方法(凝胶包埋法,半透膜包埋法)③结合法:选择适宜的载体,使之通过共价键或离子键与酶结合在一起的固定方法④交联法3.固定化酶的特性:①稳定性a对热稳定性提高b保存稳定性好c对蛋白酶抵抗性提高,不易被蛋白酶水解d对变性剂的耐受性提高②最适温度一般较游离酶变化不大③最适ph:载体性质与产物对最适ph值均有影响④底物特异性:小分子底物一般无变化,大小分子底物均可的特异性有改变4.细胞固定化方法:a吸附法b包埋法5.微生物细胞固定化特点:①保持细胞的完整结构和天然状态,可以进行正常的生长繁殖②保持细胞内原有体系,可按原来代谢途径进行,并进行有效的代谢调节控制③发酵稳定性好,可反复使用或连续使用很长一段时间④细胞密度提高,产率提高⑤载体保护可提高基因工程菌的质粒稳定性6.固定化微生物细胞的应用:①生产各种产物(只用于生产能分泌到细胞外的产物:酒精类，aa,有机酸,酶和辅酶,抗生素)②制造微生物传感器:呼吸活性测定型和电极活性测定型7.固定化动物细胞的特点:a提高存活率b提高产率c反复使用或连续使用较长时间d易于与产物分开,利用产物分离纯化,提高产品质量8.动物细胞固定化方法:吸附法包埋法六、酶反应器1.类型(依其结构)a搅拌罐式:设备简单易操作,酶与底物混合较均匀,传质阻力小,反应较完全,反应条件易调节控制b 填充床式:设备简单操作方便,单位体积反应床的固定化酶密度大,可提高酶催化速度,在工业生产中普遍使用c流化床d 鼓泡式e膜反应器和喷射式等2.酶反应器的操作条件:温度,ph,底物浓度,酶浓度,反应液的混合与流动3.酶反应器的操作注意事项:①控制好各种条件②保持酶反应器的操作稳定性③防止酶的变性失活④防止微生物污染七、酶的应用1.酶在医药方面的应用a进行疾病的诊断(根据体内酶的活性变化诊断疾病)b进行疾病的预防和治疗(用酶测定体液中某些物质的变化诊断疾病)c制造各种药物2.酶在淀粉类食品生产方面的应用:α-淀粉酶-糊精,麦芽糊精; α-淀粉酶、糖化酶-淀粉水解糖,G; α-淀粉酶、β-淀粉酶、支链淀粉酶-饴糖、麦芽糖、啤酒酿造;支链淀粉酶-直链淀粉；糖化酶、支链淀粉酶-G。
