酶工程复习大纲1.docx

酶工程(enzyme engineering) 主讲人：丁运华 Email:271946325@ 一 绪论1.1 酶是高效专一的生物催化剂1.2 酶的发现及研究历史人们对酶的认识起源于生产与生活实践。4000年前的夏禹时代，人们掌握了酿酒技术。公元前12世纪周朝，人们酿酒，制作饴糖和酱。春秋战国时期已知用麴(qu,曲)治疗消化不良的疾病。酶者，酒母也（曲）1833年，Payen和Persoz从麦芽的水抽提物中用酒精沉淀得到一种可使淀粉水解生成可溶性糖的物质，称之为淀粉酶，发现它的热不稳定性。19世纪50年代，Paster用酵母进行酒精发酵的研究，认识到在活酵母细胞内有一种可以将糖发酵生成酒精的物质。1878年，Kuhne首次将酵母中进行酒精发酵的物质称为酶“enzyme”这个词来自希腊，意思为“在酵母中”无论汉语的酶或酵素，西文的enzyme或ferment,都源于发酵、酵母之类1897年，德国巴克纳Buchner兄弟用石英砂磨碎酵母细胞，制备了不含酵母细胞的抽提液，并证明此不含细胞的酵母提取液也能使糖发酵，说明发酵并不局限于完整活细胞的存在，从而说明了发酵是酶作用的化学本质，为此Buchner获得了1911年诺贝尔化学奖。1896年,日本的高峰让吉首先从米曲霉中制得高峰淀粉酶,用作消化剂,开创了有目的的进行酶生产和应用的先例。1926年Sumner证明酶是一类蛋白质1982年Cech发现ribozyme的RNA催化剂（核酶）1994年Breaker 发现可以切割RNA的DNA,称为DNAzyme或deoxyribozyme（脱氧核酶）酶的应用历史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。1949年,用液体深层培养法进行细菌淀粉酶的发酵生产,揭开了近代酶工业的序幕。50年代以后, 大多数酶制剂的生产已转向微生物流体深层发酵的方法。酶的应用越来越广泛（医药、食品、工业、农业、能源、环保）。酶在应用方面的不足：稳定性较差，与底物混合，难以分离纯化。于是出现酶的改性（改进催化特性），包括酶分子修饰、酶固定化、酶的非水相催化。50年代：开始了酶固定化研究。1953年德国科学家首先将聚氨基苯乙烯树脂与淀粉酶,胃蛋白酶,羧肽酶和核糖核酸酶等结合,制成了固定化酶。60年代，固定化酶技术迅速发展。1969年,日本的千烟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。出现了?°酶工程?±这个名词来代表有效利用酶的科学技术领域。酶工程是将酶学理论与化工技术相结合，研究酶的生产和应用的一门新的技术性学科。第一代酶工程：天然酶制剂的大规模应用第二代酶工程：固定化酶技术第三代酶工程：固定化多酶反应器技术现代酶工程是近几十年兴起的技术性学科。微生物发酵技术的发展、酶分离纯化技术的更新，推进酶制剂的研究并实现商业化生产，开发出不同类型的酶制剂。1970s利用基因工程、蛋白质工程与传统的化学修饰结合，可按需要对酶进行定向改造，设计出新型的酶。另一个趋势是不断开发和寻找耐极端条件（高温、酸碱、高盐）的酶，为酶工业提供源源不断的新型酶类。1984年，Klibanov进行酶的非水相催化研究，表明脂肪酶在有机介质中不但具有催化活性，而且热稳定性显著提高。非水相催化研究的成功改变了酶只能在水溶液中进行催化的传统观念。酶非水相催化的几种类型生物柴油的生产在有机介质中，脂肪酶催化油脂与小分子醇类的酯交换反应，生成小分子的酯类混合物。条件温和，醇用量小、无污染排放。缺点：对甲醇及乙醇的转化率低，一般仅为40%～60%，酶的使用寿命短。副产物甘油和水难于回收，不但对产物形成抑制，而且甘油对固定化酶有毒性，使固定化酶使用寿命短。对抗体酶（催化性抗体）,人工酶（人工合成）,端粒酶等方面,以及酶的应用技术研究 ,在近20年均取得了较大进展,酶工程已经成为生物技术的主要内容。在自然酶的开发中，备受关注的是与生产 密切相关的酶：（1）糖生物工业 目前研究的重点是功能性低聚糖的开发，各种功能性低聚糖的开发成为关键因素。（2）能源工业 纤维素可再生资源的广阔利用前景导致对纤维素酶的大规模研究。（3）饲料工业 能水解植酸的植酸酶作为一种新型的动物饲料添加剂，对提高饲料中磷的利用率和减轻环境污染有重大意义。（4）医药行业 各种药用酶、抗体酶和酶标药物以及溶栓酶、艾滋病毒蛋白酶、端粒酶生物工程包括四大技术体系：基因工程、细胞工程、酶工程、发