第一章 酶学与酶工程 (1节).ppt

退出 第一章 酶学与酶工程 第一节 酶工程的概述 第一节 酶工程的概述 一．酶工程的概念： 二．酶学研究简史 三. 酶工程的应用简史 四．酶工程的研究内容 一． 概念： 酶工程（ Enzyme Engineering） 从应用目的出发研究酶，在一定的生物反应装置中利用酶的催化性质，将相应原料转化成有用的物质。是酶学和工程学相互渗透结合形成的一门新的技术科学，是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有机结合而产生的边缘科学。 二. 酶学研究简史 1783 意大利的斯巴兰让“老鹰实验” 证明胃具有化学消化作用。其巧妙设计：将肉块放入小巧的金属笼中，然后让老鹰把小笼吞下去，这样肉块就可以不受胃的物理性消化的影响，过一段时间后取出，发现肉块消失。 1833 Payen和Person从麦芽的水抽提物中用酒精沉淀得到了一种对热不稳定的活性物质，它可促进淀粉水解成可溶性糖，称其为淀粉酶制剂（diastase)。有人认为他们首先发现了酶。 1878 德国的Kuhne 定义Enzyme 原意为在酵母中 1896 德国的Buchner证明了酵母无细胞提取液的酒精发酵作用（1907年诺贝尔奖） 1926 美国的Sumner从刀豆中得到脲酶结晶（1946年诺贝尔奖） 1969 日本固定化氨基酰化酶，第一次将固定化酶成功地应用于工业生产。——酶工程诞生 1970 美国的Smith 发现限制性内切酶（1979年诺贝尔奖） 1986 美国cech和Altnan发现核酶（1989年诺贝尔奖） 1908年,德国的罗姆制得胰酶,用于皮革的软化。 1908年,法国的波伊登(Boidin)制备了细菌淀粉酶,应用于纺织品的退浆。 1911年,美国的华勒斯坦(Wallestein)制得木瓜蛋白酶,用于除去啤酒中的蛋白质浑浊。 此后,酶的生产和应用逐步发展。然而在50年代以前停留在从微生物，动物或植物中提取酶,加以利用阶段.由于当时生产力落后,生产工艺较繁杂,难以进行大规模工业化生产。 三. 酶工程的应用简史 在酶的固定化技术发展的同时,酶分子修饰技术也取得了进展。 60年代，用小分子化合物修饰酶分子侧链基团,使酶性质发生改变; 70年代,修饰剂的选用、修饰方法上又有了新的发展。 此外,对抗体酶,人工酶,模拟酶等方面,以及酶的应用技术研究 ,在近20年均取得了较大进展,使酶工程不断向广度和深度发展,显示出广阔而诱人的前景。 21世纪酶工程的发展主题 （一）新酶的研究与开发 （二）酶的优化生产 （三）酶的高效应用 三． 酶工程的研究内容 （一）新酶的研究与开发 1.核酶（Ribozyme) 80年代初期，美国科罗拉多大学博尔德分校的Thomas Cech和美国耶鲁大学的Sidnery Altan各自独立地发现RNA具有生物催化功能.从而改变了生物催化剂的传统概念。 应用：根据病毒基因组的全部序列，就可以设计并合成出防治由这些病毒引起的疾病的核酶。还可以用作研究核酸图谱和基因表达的工具等其他方面的应用 （一）新酶的研究与开发 2.抗体酶（Abzyme) 是一种具有催化功能的抗体分子，在其可变区（V区）赋予了酶的催化活性。 从原理上讲，只要能找到合适的过渡态类似物，几乎可以为任何化学反应提供全新的蛋白质催化剂，即抗体酶。 应用：抗体酶还可用于酶作用机理的研究、手性药物的合成和拆分、抗癌药物的制备等。 （一）新酶的研究与开发 3.人工模拟酶 人工合成的具有类似酶活性的高聚物。 人工模拟酶在结构上必须具有两个特殊部位，即一个是底物结合位点，另一个是催化位点 4.杂合酶 是指由来自两种或两种以上的酶的不同结构片段构建成的新酶。 可以利用高度同源的酶之间的杂交，这种杂交是通过相关酶同源区间残基或结构的交换来实现。 （一）新酶的研究与开发 5.端粒酶（Telomerase) 是催化端粒合成和延长的酶。 与细胞的衰老及癌症的发生有很大关系，端粒能保护真核生物染色体免遭破坏。 正常细胞中的端粒酶活性极低，而肿瘤细胞中该酶活性很高。 6.极端环境微生物和不可培养微生物的新酶种 极端环境微生物中酶往往具有特殊的性能。 不可培养微生物是指在实验室内，采用常规培养方法培养不出的微生物。 退出