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、酶的分类与命名四、酶的活力测定第二节.酶工程发展概况第三节.酶的生产方法。
第二章酶的分离工程第一节酶分离纯化的一般原则一．建立一个可靠和快速的测活方法二．酶原料的选择三．酶的提取四．酶的提纯五．酶的纯度检验第二节细胞的破碎及酶的提取一．生物材料的破碎（一）机械破碎法（二）物理破碎法1．温度差破碎法2．压力差破碎法3．超声波法（三）化学破碎法（四）酶促破碎法二．酶液的提取1．典型的提取液的组成2．提取液各组分的作用（1）离子强度调节剂与缓冲剂（2）温度调节剂（3）蛋白酶抑制剂（4）抗氧化剂（5）重金属螯合剂（6）增溶剂（去垢剂）3．酶的提取方法（1）盐溶液提取（盐溶）（2）酸溶液提取（3）碱溶液提取（4）有机溶剂提取第三节酶的纯化(一)．调节溶解度（二）改变pH值（等电点沉淀法）（三）改变温度（四）有机溶剂沉淀法（五）复合沉淀法二．根据酶分子大小、形状不同的分离方法（一）离心分离：①差速离心②速率区带离心③等密度梯度离心（二）凝胶过滤：（三）过滤与膜分离三．根据酶分子电荷性质的方法（一）离子交换层析（二）电泳（三）等电聚焦四．根据专一性结合的方法（一）亲和层析（二）吸附层析（三）共价层析五．萃取分离①双水相系统萃取法②双水相亲和萃取③超临界萃取六．酶的结晶①盐析结晶②有机溶剂结晶③透析平衡结晶④等电点结晶⑤温度差法结晶⑥金属离子复合结晶法第四节酶纯度的检验一．超速离心法二．电泳(一)PAGE的优点（二）聚丙烯酰胺凝胶的聚合SDS-PAGE三．免疫技术（一）免疫扩散（二）免疫电泳四．恒溶度法一．浓缩：二．干燥：①真空干燥②冷冻干燥③喷雾干燥④气流干燥⑤吸附干燥第三章酶与细胞固定化第一节酶的固定化一．定义二．固定化酶的优缺点三．固定化酶的制备原则四．酶的固定化方法（一）非共价结合法(二）化学结合法（三）包埋法（四）无载体固定化（五）各种固定化方法的比较五．固定化酶的性质第二节辅酶的固定化第三节细胞的固定化一．概述二．固定化细胞的分类三．固定化细胞的制备四．固定化细胞技术今后发展的重要方向—基因工程菌的固定第四节原生质体的固定化一．固定化细胞在实际应用中的缺陷二．固定化原生质体的制备第四章化学酶工程第一节概述一．酶的分子工程二．具体内容第二节酶分子的化学修饰一．酶化学修饰的目的二．影响酶蛋白化学修饰反应的因素（一）蛋白质功能基的反应性（二）修饰剂的反应性三．酶化学修饰的设计（一）对酶性质的了解（二）修饰试剂的选择四．修饰程度和修饰部位的测定（一）分析方法1．直接法2．间接法（二）化学修饰数据的分析1．化学修饰的时间进程分析2．确定必需基团的性质和数目五．酶蛋白侧链的修饰六．酶的化学交联七．蛋白质化学修饰的局限性第四节酶的人工模拟一．模拟酶的概念二．模拟酶的理论基础（一）酶学基础（二）超分子化学1．主—客体化学(host-guest chemistry)2．超分子化学（supramolecular chemistry）三．模拟酶的设计四．模拟酶的分类五．主-客体酶模型六．胶束酶模型七．肽酶八．半合成酶九．印迹酶（一）分子印迹技术（二）分子印迹酶第五章酶的非水相催化第一节酶非水相催化的研究概况第二节有机介质中酶催化反应的影响因素第三节酶在有机介质中的催化特性第四节有机介质中酶催化反应的条件及控制第五节有机介质中酶催化的应用第六章生物酶工程第一节酶基因的克隆和表达第二节酶分子的改造第三节融合酶第七章酶反应器第一节酶反应器的类型与特点第二节酶反应器的选型与酶反应器的设计第三节酶反应器的操作第八章研究的方向、进展和热点、核酶第一节核酶（一）核酶（二）脱氧核酶（三）核酶的应用第二节抗体酶（一）抗体酶概念、产生的理论基础（二）抗体酶的制备方法（三）抗体酶的应用第一章绪论【教学目的与要求】通过本章的学习使学生了解和掌握蛋白质与酶工程的定义、特点及蛋白质与酶工程的应用。
蛋白质酶解及其功能蛋白质是构成生命体与器官的基本组成成分，是细胞内很多生物分子，如酶、调节蛋白、抗体、激素等的起源物质，具有特殊的生物学功能。
在人体内，蛋白质质量的合成与分解处于动态平衡，依赖于人体内一种名为蛋白质酶解的过程，本文将会从蛋白质酶解的定义、功能及实际应用三个方面展开阐述。
一、蛋白质酶解的定义蛋白质酶解是指蛋白质在水解酶催化下经过水解反应分解成小分子多肽、低聚肽或氨基酸的生物化学过程。
人体内的蛋白质酶大多是水解酶，能够将蛋白质分解成肽段，并最终水解为氨基酸，包括淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、核酸酶等。
二、蛋白质酶解的功能1.能够提供氨基酸人体通过饮食进入的蛋白质无法被直接利用，需要通过蛋白质酶解将其分解成氨基酸或小多肽，再由消化系统吸收后重新合成人体所需要的各种蛋白质。
在消化系统中，负责将蛋白质分解成氨基酸的主要是蛋白酶，这些酶通常是由胃中的细胞分泌，然后随着胃酸的分泌而被激活，完成了对胃中蛋白质的分解。
2.帮助人体消化吸收蛋白质酶解对于人体的消化吸收过程至关重要。
在消化吸收过程中，蛋白质酶阻碍胃液的反流，促进人体的消化吸收。
此外，蛋白质酶与碱性磷酸酶、脂肪酶、淀粉酶一起协同作用，使得人体能够更好地消化各种营养物质。
3.帮助免疫功能蛋白质酶解也可以增强人体的免疫力。
蛋白酶通过分解强有力的抗原，有助于免疫系统对病毒和细菌的攻击。
此外，许多重要的细胞和分子需要蛋白质酶解来发挥作用，例如血小板凝集因子，用于凝血和控制出血。
三、蛋白质酶解的实际应用随着科技的不断进步，蛋白质酶解的应用领域也越来越广泛。
以下是蛋白质酶解在实际应用领域中的几个方面：1.食品加工食品工业中，蛋白质酶解主要用于制备肉制品、乳制品以及豆制品等的加工过程中，通过在发酵过程中添加蛋白酶等水解酶来加速蛋白质分解，增加其功能性成分，加强其口感和营养指标。
2.药物制剂在药物制剂中，蛋白质酶解涉及到的领域比较广泛，包括药物的制剂和制备、药物的释放等多种方向。
蛋白酶在代谢过程中的作用及其在疾病研究中的应用蛋白质是生命体中的重要分子，它们在各种生物过程中起到关键作用。
生物体内的蛋白质需要在合适的时机和地点被降解和调节，这个过程就需要依赖蛋白酶进行催化。
蛋白酶是一类特殊的酶，主要的功能是将蛋白质分解成氨基酸和小肽链。
本文将阐述蛋白酶在代谢过程中的作用以及它们在疾病研究中的应用。
第一部分：蛋白酶在代谢过程中的作用蛋白酶在细胞的代谢和信号传导过程中具有重要作用。
它们可以将短寿命蛋白质降解，进而调节细胞中的生物学过程。
在细胞中，蛋白酶主要通过两个途径进行活动。
一种是通过原生质体系，即在细胞内液汁中进行催化反应。
另一种是通过溶酶体途径，在内质网或高尔基体附近降解蛋白质分子。
蛋白酶还可以负责完善蛋白质的生物合成。
在蛋白质的生产过程中，需要将多肽链进行剪切和修饰，蛋白酶即是起到这个作用的关键因素。
只有当蛋白质的结构完全正确时，才能保证生物学功能的实现。
此外，蛋白酶还可以作为细胞的“清道夫”，参与细胞内的质量控制，以及对细胞外蛋白质的分解。
在生物体的免疫系统中，蛋白酶也发挥着重要作用，能够清除细菌、病毒和其他入侵性物质。
第二部分：蛋白酶在疾病研究中的应用在现代生命科学领域，蛋白酶的研究已经成为一个非常活跃的领域。
可以通过研究蛋白酶的活性和特性，找到一些可以治疗疾病的方法。
蛋白酶的异常活性与很多疾病的进展有关。
人体内的某些酶类会因为一些因素或者环境因素的存在导致异常，这些酶类被称为“失调酶”。
失调酶会破坏细胞、组织或器官的稳定性，进而导致疾病的发生。
因此，研究蛋白酶的特性和性质可以为新药物研发提供参考。
在肿瘤治疗方面，蛋白酶也发挥着重要作用。
高水平的蛋白酶活性经常被发现在肿瘤细胞中，通过抑制或克服这些酶类的活性，可以减少肿瘤细胞的活性，从而达到治疗的目的。
此外，蛋白酶对于肝炎、某些心脏病、创伤等疾病也有治疗上的应用。
结论：蛋白酶在生物体内有着重要的功能，可以调节细胞、组织和器官的代谢过程，更是可以在疾病研究和治疗中起到关键的作用。
