第五章酶工程-2讲课.ppt

第五章 酶 工 程 酶工程概况 一、酶工程定义 二、发展概况 三、酶工程的技术范围 四、酶工程的应用领域 一、酶工程定义 酶是由细胞所产生具有催化能力的蛋白质。它具有以下四个特点： 专一性强、催化效率高 反应条件温和 反应产物易纯化 反应产物污染小、能耗低和反应易控制 一、酶工程定义 酶工程的定义： 利用酶催化的作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需要的产品，它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术 ，也是利用酶或者微生物细胞、动植物细胞、细胞器的特定功能，借助于工程学手段来为我们提供产品的一门科学。 优点：快速；高效；产品回收和提纯工艺简便。 二、酶工程发展概况 自然酶的开发和应用 自然酶的开发和应用 大规模生产阶段 1949年，用液体深层培养法进行细菌a-淀粉酶的发酵生产 50年代以后，酶制剂的生产转向微生物液体深层发酵的方法 1960年，法国的雅各 (Jacob) 和莫诺德 (Monod) 提出了操纵子学说，阐明了酶生物合成的调节机制 固定化酶和固定化细胞 固定化酶阶段 酶的不足之处：酶的稳定性差；只能使用一次 1916年，美国的奈尔森 (Nelson) 和格里芬 (Griffin) 发现吸附在骨炭上的酶仍具有催化活性 1953年，德国的格鲁布霍费(Grubhofer) 和施来斯(Schleith) 首先将淀粉酶、胃蛋白酶、羧肽酶和核糖核酸酶等与重氮化聚氨基苯乙烯树脂结合，制成固定化酶 1969年，日本的千畑一郎首次在工业上应用固定化氨基酰化酶从DL-氨基酸生产L-氨基酸 固定化酶和固定化细胞 固定化细胞阶段 固定化菌体 (固定化死细胞)技术 (70年代初) 1973年，日本在工业上成功的利用固定化大肠杆菌菌 体中的天门冬氨酸酶，由反丁烯二酸连续生产L-天门冬氨酸 固定化细胞 (固定化活细胞或固定化增殖细胞技术(70年代末) 1978年，日本的铃木等人用固定化细胞生产a-淀粉酶研究成功 固定化原生质体技术 (80年代中期) 1986年开始，用固定化原生质体发酵生产碱性磷酸酶、葡萄糖氧化酶、谷氨酸脱氢酶等的研究相继取得成功 多 酶 反 应 器 酶反应器： 以酶作为催化剂进行反应所需的设备 多酶反应器： 多种酶固定化后，制成多酶反应器，模拟微生物细胞的多酶系统，进行多种酶的顺序反应，来合成各种产物 此技术还处于实验室研究阶段 仿生技术 定义：模仿生物系统的原理以建造技术系统，或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的技术。 如:模拟酶根据酶的作用原理，用人工的方法合成的具有活性中心和催化作用的非蛋白质结构的化合物。 三、酶工程的技术范围 各类自然酶的开发和生产 酶的分离、纯化及鉴定技术 固定化技术 多酶反应器的研制和应用 酶的修饰与改造 四、酶的主要应用领域 食品工业： 佐料、香味剂等食品组分的生产及改良外观颜色和 营养价值 去污剂： 碱性丝氨酸蛋白酶，这类酶的特点： 在PH9.0~10.5是稳定且有活性 在55～100 °C范围是耐热的 可与过硼酸盐、表面活性剂、鳌合剂等共存 如加酶洗衣粉 医学领域： 助消化，如多酶片 抗肿瘤或抗菌试剂，如半合成青霉素 血液凝块的处理 分析应用： 诊断领域 监测各种工业过程 杀虫剂的分析 化学药物的生产： 通过固定化酶或固定化细胞完成 废物处理： 降解正常的底物：碳水化合物、蛋白质、脂肪和油 将废物“再循环”，以便再利用 纤维素的回收和利用 主要内容 第一节 酶的发酵生产 第二节 酶的分离纯化 第三节 酶分子改造 第四节 生物催化剂的固定化 第五节 酶反应器 第六节 生物传感器 第一节 酶的发酵生产 一、酶的来源 二、优良产酶菌种的筛选 三、基因工程菌(细胞)的构建 四、微生物酶的发酵生产 一、酶的来源 一切生物体都可作为酶的来源 酶的早期来源：动物脏器和植物种子 主要来源：微生物 一、酶的来源 微生物作为酶源的优越性： 容易得到所需的酶类 容易获得高产菌株 生长周期短 生产成本低 生产易管理 二、优良产酶菌种的筛选 菌种筛选的一般程序: 1. 样品的采集 采样的目的、采样地点、采样方法及采样的数量 2. 菌种的分离 培养基的确定、培养条件的确定。 二、优良产酶菌种的筛选 菌种筛选的一般程序: 3. 菌种的初筛 (1)用简单的定性反应进行初筛； (2)在最初分离阶段就给予特殊的培养基或培养条件，进而让目的菌株得以繁殖，尽可能地把只成为目的菌的菌株或只将其最适菌株的一株纯化分离。 4. 菌种的复筛 初筛之后，还要进行复筛。复筛的目的是在初筛的基础上，筛选产酶量高、性能更符合生产要求的菌种。复筛。 酶活的测定方法的建立尤其重要。 优良