酶工程概述ppt课件

编著，科学出版社，2009
课 程 简 介
教材和教学参考书
教学参考书
《酶工程》（第二版），罗贵民主
Enzyme Engineering
编，化学工业出版社，2008
《现代酶学》（第二版），袁勤生
主编，华东理工大学出版社，2001
《酶学原理与酶工程》，周晓云主
编，中国轻工业出版社，2007
专一性：一定条件下，一种酶只能催化一种或一类结构相似的底
物进行某种类型反应的特性。
绝对专一性：一种酶只能催化一种底物进行一种反应。 相对专一性：一种酶催化一类结构相似的底物进行某种相同类型
的反应。
Enzyme Engineering
绝对专一性：一种酶只能催化一种底物进行一种反应
构型专一性
—— 酶作用动力学说的提出
（亨利）—— 中间产物学说
ES
k2
1902年，Henri

E+S
k1 k-1
E+P
底物转化成产物之前，必须先与酶形成复合物
1913年，Michaelis（米彻利斯）和Menten
（曼吞）根据上述学说，推导出酶促反应动力 学方程 —— 米氏方程

V=
K m + S
考核方式
期末笔试（闭卷）
课 程 简 介
课程主要内容

Enzyme Engineering
酶和酶工程概论（第一章） 酶的生产
微生物发酵产酶（第二章）
动植物细胞培养产酶（第三章） 酶的提取与分离纯化（第四章）

酶的改性
酶分子修饰（第五章）
酶、细胞、原生质体固定化（第六章） 酶非水相催化（第七章） 酶定向进化（第八章）

化剂的人工合成研究。
5 与 酶-生物催化 相关会议
❖ Gordon Research Conferences--enzyme ❖ Harden - Enzymes: Nature's molecular machines ❖ Southeast Enzyme Conference ❖ Texas Enzyme Mechanism Conference ❖ Midwest Enzyme Chemistry Conference ❖ Enzyme Engineering Conference ❖ Novel Enzymes ❖ New England Membrane Enzyme Group (NUTMEG) Conference ❖ Taiwan enzyme mechanism conference ❖ Biotechnology & Enzyme Catalysis ❖ European Symposium on Enzymes in Grain Processing
2.3 当前酶工程的研究热点：
• 研制分解纤维素和木质素的酶、低分子有机物聚合酶、 检测用酶、能分解有毒物质的酶及废物综合利用酶。
•利用基因工程技术开发新酶品种和提高酶产量。 •固定化酶和细胞、固定化多酶体系及辅因子再生体系，特定
生物反应的研究和应用。 •用微生物和动植物组织研究生物传感器。 •非水系统的反应技术，酶分子的修饰与改造以及酶型高效催
其中固定化酶技术是酶工程的核心。实际上有了 酶的固定化技术，酶在工业生产中的利用价值才真正 得以体现。
实例 1
酶工程产品益 生源，用于饲 料添加剂
实例 2
酶工程产品万寿胶囊 用于补充人体营养物质
实例 3 生态复合酶制剂，用于改善环境

介质特性
蛋白质纯化过程常用的几种离子交换剂
名称 种类 阴离子交换剂 DEAE-纤维素 弱碱性 氨乙基纤维素 弱碱性 DEAE-纤维素 碱性稍强 DEAE-Sephacel DEAE-Sephadex 弱碱性 QAE-Sephadex 阳离子交换剂 CM-纤维素 CM-Sephadex 弱酸性 弱酸性 解离基团 二乙氨基乙基 氨乙基 三乙氨基 二乙氨基乙基 二乙氨基乙基 二乙氨基乙基 -2-羧丙基 羧甲基 羧甲基 交换当量 0.1～1.1 － 0.5～1.0 1.3～1.5 3.0～4.0 2.6～3.4 － 4～4.5
5、
微生物酶的发酵生产
（1）培养基
碳源 氮源 无机盐类 生长因子 pH值
（2） 酶的发酵生产方式

固体发酵法
液体深层发酵法 温度
通气和搅拌
pH值
固体发酵车间
（3 ） 提高酶产量的措施 添加诱导物
酶的作用底物
酶的反应产物 酶的底物类似物

降低阻遏物浓度
表面活性剂 添加产酶促进剂
与合适的载体重组、重组子筛选与鉴定 转入工业生产用的宿主（工程菌或工程细胞），如米曲霉
酶的工业化生产
克隆酶基因的宿主-载体系统应具备的特性
所希望的酶占细胞总蛋白量的比例要高; 菌体容易大规模培养，生长无特殊要求； 载体与宿主相容，且能在宿主中稳定维持； 宿主的蛋白酶尽可能少； 宿主菌对人安全，不分泌毒素。超速冷冻离心机Fra bibliotek凝胶过滤 原理
介质的特性
类型 葡聚糖凝胶 Sephadex G-10 G-15 G-25 G-50 G-75 G-100 G-150 G-200 葡聚糖/双丙烯胺凝胶 Sephacryl S-200 S-300 S-400 工作范围（相对分子质量） <200 <150 1 000～6 000 1500～30 000 30 000～70 000 4 000～150 000 5 000～400 000 5 000～800 000 5 000～250 000 10 000～1 500 000 20 000～8 000 000 床体积/（ml/g干胶） 2～3 2.5～3.5 4～6 9～11 12～15 15～30 20～30 30～40

• 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。20.8.1911:30:2011:30Aug-2019-Aug-20
• 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。11:30:2011:30:2011:30Wednesday, August 19, 2020
• 13、志不立，天下无可成之事。20.8.1920.8.1911:30:2011:30:20August 19, 2020
科学家是通过固定酶来解决酶不能重复 使用和影响产物纯度这个难题的。即将 分离纯化后的酶固定到一定的载体上， 形成固定化酶。使用时，将固定的酶投 放到反应溶液中，催化反应结束后又能 将固定的酶回收。这样，既可反复使用 又不影响反应物纯度。
固定酶的方法：
1．将酶吸附在固体表面上。 2．将酶相互连接起来。 3．将酶包埋在细微网格里。
（2）用于生产一些药品： 青霉素酞化酶可用于生产氨卞青霉素。
3．酶制剂可用于化验诊断和水质监测。 尿糖试纸
尿糖快速测试仪——酶传感器 用不同的固定化酶可以制成不同类 型的传感器，用于化验和检测。
利用固定化多酚氧化酶研制成多酚 氧化酶传感器
4．酶制剂可用于生物工程其他分支领域。 基因工程离不开内切酶和连接酶；
• 17、一个人如果不到最高峰，他就没有片刻的安宁，他也就不会感到生命的恬静和光荣。上午11时30分20秒上午11时30分11:30:2020.8.19
谢谢观看
（二）酶制剂的应用
1．酶制剂可用于治疗疾病。 从曲霉中提取的淀粉酶可用于治疗消化 不良。 溶菌酶可用于抗菌、消炎。 尿激酶可用于治疗血栓病。
2．酶制剂可用于加工生产一些产品。 （1）用于食品加工：
果胶酶可用于澄清果酒和果汁。
用木瓜蛋白酶制成的嫩肉粉，可以使 肉丝肉片等烹调后吃起来嫩滑可口。

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
THANKS
感谢观看
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。

【医学PPT课件大全】 酶工程
第十章 同工酶与气体酶学
• 第一节 同工酶的基础知识 • 第二节 同工酶的应用 • 第三节 固氮酶的作用 • 第四节 甲烷加氧酶的作用 • 第五节 氧化CO的酶
第一节 同工酶的基础知识
一．概念：指同一种酶的多种分子形式。这些不 同的分子形式具有相同或相似的底物，催化 相同的反应
二．酶的性质
• 1．甲烷利用细菌的分类和表现形态 • 可根据所利用碳源和能源不同将甲烷利用
细菌分成：
– 专性甲烷利用细菌 – 兼性甲烷利用细菌 – 拟甲烷利用细菌
2．酶的组成
• 组分A为245KD左右的羟基化酶； • 组分B为15KD左右的调节蛋白； • 组分C为分子量为40KD左右的还原酶
3．活性中心
二．分类
• 单基因决定的同工酶 • 多基因决定的同工酶 • 复等位基因基因决定的同工酶 • 修饰同工酶
三．同工酶的结构基础
• 同工酶的一级结构的差异 • 构象变化造成同工酶的差异
四．同工酶的常用分离和测定方法
• （一） 方法
– 1 电泳 – 2 层析 – 3 热稳定性 – 4 动力学 – 5 免疫法
• 羟基化酶是一个由三种亚基组成的二聚体蛋白 • 什么是MMOB?
第四节结束
• 点击返回
第五节 氧化CO的酶
• 一．羧基养细菌的CO脱氢酶 • 二．硫酸盐还原细菌的CO脱氢酶 • 三．光养厌氧菌的CO脱氢酶 • 四．甲烷养细菌的甲烷单加氧酶
第五节结束
• 点击返回
基因表达和调控 – 3．根瘤菌结瘤因子的结构和生物合成 – 4．根瘤菌及其宿主植物的基因组学转录组学
和蛋白质组学 – 5．固氮酶的结构和功能及其化学模拟
三．固氮酶的酶学简介

氧化还原酶类（oxidoreductase） 转移酶类（transferases） 水解酶类（hydrolases ） 裂合酶类（lyases） 异构酶类（isomerases） 合成酶类（ligase）
(1) 氧化还原酶 Oxidoreductase
催化氧化-还原反应。 包括：脱氢酶和氧化酶。 例,乳酸脱氢酶催化乳酸脱氢。
置中利用酶的催化性质，将相应原料转化成有
用的物质 。
酶工程范围(1971年第一次国际酶工程会议)
酶的生产
酶的固定化技术
酶的化学修饰
酶动力学研究
酶反应器
酶的应用
酶工程的新内容
(1)酶的化学修饰 (2)模拟酶(mimic enzyme) (3)抗体酶(abzyme) (4)核酸酶 (5)有机相酶反应 (6)酶标免疫分析 (7)酶传感器
1.4.1 底物浓度
随着底物浓度的增加，
丙酮酸 + CO2 草酰乙酸
酶用于生物催化的概况
类别
水解酶 hydrolases
氧化还原酶 oxidoreductases 转移酶 transferases 裂合酶 lyases 异构酶 isomerases 连接酶 ligases
占总酶比例% 26 27
24 12 5 6
利用率% 65 25
1.2.4 酶的作用机制 1.2.4.1 锁钥学说 酶分子的天然构象具有刚性结构，酶表面具有
特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对 一把锁一样
1.2.4.2 诱导契合学说
酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只 是由于底物的诱导才形成了互补形状
小结
酶的分类：
氧化还原酶 转移酶 水解酶 裂合酶 异构酶 连接酶（合成酶）

3.4解决办法:
基于以上重点及难点，我们从教学模式、策略、手段和 方法等多方面着手寻求解决方法，在减少课内学时的同时 ，仍然能保证良好的教学效果。例如：对于 “ 各种酶分 离纯化技术及组合 ” 的难点问题，可以采用分组收集资 料、讨论等形式，按照分离纯化技术的特点分成若干专题 小组，各小组从课内外收集相关原理、规律进行主题研究 。让学生学会发现问题、提出问题和解决问题。然后在专 题研讨和交流的基础上，教师通过启发式教学，帮助学生 总结提炼共性方面的知识，通过知识的再加工使学生对抽 象原理的领悟更为透彻；
1.酶的分子修饰 (4 学时 ) ； 2.固定化技术 (3-4 学时 ) ； 3.酶的非水相催化 (2-3 学时 ) ； 4.酶反应器 (2 学时 ) ； 5.酶与现代食品工业 (2-3 学时 ) ； 6.酶与医药工业 (2-3 学时 ) ； 7.酶与绿色化工制造工业 (2-3 学时 ) ； 8.酶与环境保护 (2 学时 ) 。
教学考核
10%
平时成绩：
到课率，课堂表 现，学生遵守纪律 以及上课积极参与 情况。
30%
过程性考核：
操作熟练程度、 团队协作能力、吃 苦耐劳精神等。
60%
期末考试：
理论加技能综合 水平的考核。（理 论：技能=1：1）
6.教学条件
6.1教学团队—软件条件 近5年来，全系教师获地厅级以上科研成果奖 30余项，其中省级一等奖5项，二等奖10项，三 等奖25项，获省教育厅教改教学成果奖7项；通 过省级科研成果鉴定20项，省级教学成果鉴定10 项。全系教师在全国CN刊物上发表论文120余篇 ，其中核心期刊50余篇，英文期刊1篇，SCI1篇 ；参编出版论著、教材50余部。
4.教学实施
4.1教学模式

技术创新与突破
酶工程产业化需要技术创 新和突破，以提高生产效 率、降低成本、提高产品 质量。
市场需求与竞争
酶工程产品市场竞争激烈 ，如何满足市场需求、提 高产品竞争力是酶工程产 业化的关键。
新技术应用的挑战与展望
新技术发展迅速
随着生物技术的不断发展，新技 术在酶工程领域的应用越来越广 泛，如何跟上技术发展的步伐是 酶工程研究的挑战。
《酶工程研究新进展》ppt课件
• 酶工程概述 • 酶工程研究的新进展 • 酶工程研究的新技术 • 酶工程研究的新挑战与展望 • 酶工程研究案例分析
01
酶工程概述
酶工程的定义与特点
总结词
酶工程是一门利用酶的催化作用进行物质转化的工程技术，具有高效性、专一性和温和性等特点。
详细描述
酶工程是生物工程的一个重要分支，主要利用酶的催化作用进行物质转化，实现工业化生产。酶工程 具有许多特点，如高效性、专一性和温和性。酶的催化效率极高，可以在常温常压下进行反应，而且 只作用于特定的底物，具有极高的选择性。
01
组合生物催化技术是酶工程研究中的一种新型技术，通过将多 种酶组合在一起，实现多步骤生物催化反应的连续进行。
02
组合生物催化技术可以提高酶反应的效率和产物收率，降低能
耗和资源消耗。
组合生物催化技术还可以应用于药物研发、生物能源等领域，
03
为相关产业的发展提供技术支持。
酶反应器设计与优化技术
酶反应器设计与优化技术是酶工程研究中不可 或缺的一环，通过合理的设计和优化，可以提 高酶反应的效率和产物的质量。
THANKS
感谢观看
酶的提取与纯化难度大
酶的提取和纯化过程复杂，成本高昂，如何降低成本和提高产量是 亟待解决的问题。

物理吸附法 离子结合法 共价结合法
热处理（细胞）
酶的固定化方法与制备技术
共价交联法
微型胶囊法
胶格包埋法
固定化细胞的特点
有细胞特性，生物催化剂功能，固相催 化剂特点。
①无须 进行酶 的分离
纯化
②保持 酶原始 状态， 回收率
高
③比固 定化酶 稳定性
高
④细胞 内酶附 助因子 可再生
⑤细胞 本身含 多酶体
均相酶反应器：应用游离酶进行的反应的 非均相酶反应器：应用固定化酶进行反应的
可根据催化剂的形 状选择酶反应器
粒状催化剂 细小颗粒状催化剂 膜状催化剂
生物传感器
利用生物物质(如酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生 物膜、微生物、细胞等)作为识别元件，将生化反应转 变成可定量的物理、化学信号，从而能够进行生命物质 和化学物质检测和监控的装置。
微生物种类繁多，在不同的环境下生 存的微生物有其不同的代谢方式，能 分解利用不同的底物。
微生物有较强的适应能力，可以通过 诱导诱变剂基因工程方法获得新的产 酶量高的菌株
酶的发酵生产
微生物菌体发酵 • 微生物菌体蛋白，药用真菌
微生物酶发酵 • 淀粉酶、糖化酶
微生物代谢产物发酵 • 初级代谢产物、次级代谢产物
根据酶分子专一性结合的分离方法：亲和层析、共价层析 根据分配系数的分离方法：双水相萃取
酶的分离纯化
酶制剂的保存
温度
一般在0-4℃比较稳定
缓冲液
特定的pH范围
氧化/还原 酶的浓度及纯度
加入还原剂或在氮气中保存
浓度越高越稳定，晶体或干 粉更有利于保存
酶分子的改造
酶在实际应用中的局限性
1、作为异体蛋白在体内难于吸收、易引起免疫反应和被 识别降解 2、酶蛋白经不起温度、酸碱、有机溶剂及时间的考验， 半衰期短、易变性失活 3、酶的活性、作用专一性和最适条件不一定能适应生产 工艺要求，限制了酶制剂的应用范围。