酶工程在环境领域的应用幻灯片.pptVIP

酶（德语：Enzym，又称酵素），指具有生物催化功能的高分子物质。在酶的催化反应体系中，反应物分子被称为底物，底物通过酶的催化转化为另一种分子。几乎所有的细胞活动进程都需要酶的参与，以提高效率。与其他非生物催化剂相似，酶透过降低化学反应的活化能（用Ea或ΔG?表示）来加快反应速率，大多数的酶可以将其催化的反应之速率提高上百万倍；事实上，酶是提供另一条活化能需求较低的途径，使更多反应粒子能拥有不少于活化能的动能，从而加快反应速率。目前已知的可以被酶催化的反应有约4000种。 酶工程的含义 酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。 酶工程基本技术 酶制剂的生产 酶的来源主要有植物、动物和微生物。最早酶多从植物、动物组织中提取。但大多数酶由微生物生产,因为微生物种类多,几乎所有的酶都能在微生物中找到。由于微生物容易培养、繁殖快、产量高,故可在短时间内大量生产。连续发酵生产可以提供经济有效的酶制剂产品。 酶的分离纯化 酶分离纯化的目的在于获得一定量不含或含少量杂质的酶制品或者提纯为结晶,以利于科学研究和生产应用。 酶的固定化技术 酶的固定化是指用物理或化学手段,把酶束缚在一定的区域内,使其在一定的范围内起催化作用。固定化酶既具有酶的催化特性,又具有一般化学催化剂能回收、反复使用等优点,并且生产工艺可以连续化、自动化。 酶的改造和修饰 酶的化学本质就是蛋白质, 采用某种生物学或化学方法改变蛋白质的一级结构,从而改善蛋白质分子的功能性质和生物活性,这一过程称为酶分子改造和修饰。其主要的方法有蛋白质工程技术(包括定位突变技术、盒式突变技术、双引物法、缺口双链法、质粒上直接突变法等) 、酶法有限水解、氨基酸置换修饰、亲和标记修饰、大分子结合修饰等。 酶工程环境领域的应用 酶在废水废油方面的应用 食品工业废水的处理 将固定化蛋白酶应用于粮食加工废水的预处理,其后续工艺可以采用任何一种生物处理法。因为固定化蛋白酶已将废水中不易生化降解的大分子转化为易于生物降解的小分子,大大提高了废水的可生化性。固定化蛋白酶稳定、可重复使用的特点,使得将酶应用于废水处理成为一种经济可行的方法,具有良好的发展前景 重金属废水的处理 台湾成功大学等将筛选出的耐铜、耐镍真菌用于电镀废水的处理。Tsezos 等发现每克R hi z op usor rhi z us 菌丝(干重) 去除铜高达180 mg 以上,真菌表面的连接酶将溶于水中的重金属吸附在微生物表面,在能出入细胞壁传输营养物的酶的作用下,将重金属离子带入细胞内,细胞内重金属酶将其进行生物合成。 石油与废油的处理 脂酶生物技术应用于被污染环境的修复以及废物处理是一个新兴的领域。 石油开采和炼制过程中产生的油泄漏、脂加工过程中产生的含脂废物以及饮食业产生的废物,都可以用不同来源的脂酶进行有效的处理。 国外只有日本大阪市立工业研究所Shimada 等为数不多的报道,而国内尚未见相关报道 酶在环境监测方面的应用 酶传感器在环境监测中已取得诱人的成就。 用乙酰胆碱酯酶电极和单片机结合研制的掌上型有机磷农药现场检测仪可测定敌敌畏、对硫磷。 将含有亚硫酸盐氧化酶的肝微粒体固定在醋酸纤维膜上和氧电极制成安培型生物传感器,可对SO2形成的酸雨酸雾样品溶液进行检测。 酶学和免疫学测定法也常用于环境监测。利用酶联免疫分析法原理,采用双抗体夹心法,研制出的微生物快速检验盒,2 h 即可检测出沙门菌、李斯特菌等。 酶在可生物降解材料方面的应用 现状：目前应用于各个领域的高分子材料，大多数是生物不可降解或不可完全降解的材料，对环境造成严重影响。所以研究和开发可生物降解大分子材料，已经成为当今国内外的重要课题。见表1-1 表1-1 可生物降解高分子材料的应用 结语 我国在基因工程、蛋白质工程等方面已开展了改造酶、开发新酶的研究,生物传感器的研究也取得了一定进展。利用酶制作的生物传感器在环境监测中的应用越来越广泛,酶在废物处理及资源化过程中正发挥着重要作用,利用基因工程和蛋白质工程扩展酶的代谢途径,是治理难降解有毒污染物的重要方法。酶工程技术将在环境保护方面起到越来越重要的作用。 * 酶工程的环境应用 收集资料：顾亚帅 赵天宇 整理资料：粱孝国 张建阳 制作PPT：邵秋桐 Contents 酶的定义 酶工程的含义 酶工程基本技术 酶工程环境领域的应用 结