[农学]第一章酶工程.ppt

什么是酶？ 酶（enzyme）是一类由活细胞产生的，具有催化活性和高度专一性的特殊蛋白质，是一类生物催化剂。 酶是生物催化剂。 酶的本质是蛋白质：这是1926年Summer第一次从刀豆中提纯脲酶后一直为生化学家公认的真理。 酶学的知识源于发酵，enzyme 词根zyme就是具有“发酵”或“酵母”意义的希腊文。 核酶（ribozyme）的发现： 1982年Cech发现具有自身催化作用的RNA。 脱氧核酶（deoxyribozyme）的发现：1995年Cuenoud等相继报道了DNA 也有磷酸酯酶和连接酶的活性。 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。 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(曲)治疗消化不良的疾病。 酶者，酒母也 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，说明发酵与细胞的活动无关。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。 1878年, 给酶一个统一的名词，叫Enzyme，这个字来自希腊文，其意思“In yeast”。 1913年,米彻利斯和曼吞提出中间产物学说,推导出酶促反应的基本方程式——米氏方程。 1930年，证实酶是一种蛋白质； 80年代初发现了具有催化功能的RNA——核酶(ribozyme)，这一发现打破了酶是蛋白质的传统观念，开辟了酶学研究的新领域， 现已鉴定出4000多种酶，数百种酶已得到结晶，而且每年都有新酶被发现。 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,随着生化工程的发展,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。 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，是固定化酶技术迅速发展的时期。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。 1971年第一届国际酶工程学术会议在美国召开,当时的主题即是固定化酶，进一步开展了对微生物细胞固定化的研究。 1973年,千烟一郎首次利用固定化的大肠杆菌细胞生产L-天冬氨酸。 1978年,日本的铃木等固定化细胞生产 α -淀粉酶研究成功.所以说,70年代是固定化细胞技术取得进展的时期. 80年代，固定化细胞已能用于生产胞外酶,因此,80年代又发展了固定化原生质体技术,排除了细胞壁这一障碍。 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。 酶催化作用的特点 专一性强 催化效率高 反应条件温和 多样性 活泼可调节性 易变性 有些活性与辅酶或辅因子有关 一、酶的专一性 一种酶只能催化一种或一类结构类似的底物，进行某种类型的反应。 酶的专一性的确定 二、酶的催化效率 酶转换数Kcat：每个酶分子每分钟催化底物转化为产物的分子数。也即是每摩尔酶每分钟催化底物转化为产物的摩尔数。 酶的催化反应的速度比非酶反应高108-1020倍，比非酶催化剂高107-1013倍。 三、酶催化作用的条件 酶催化一般在常温、常压、pH近中性的条件下进行。 1、底物浓度的影响 2、酶浓度的影响 在底物浓度足够高的条件下，酶催化反应速度与酶浓度成正比 V=K[E] 3、温度的影响 最适温度：在某一特定温度条件下，酶催化反应速度达到最大，这一温度即为最适温度 4、pH的影响 5、 抑制剂的作用 酶的抑制作用（inhibition）：酶的必需基团的性质受到某种化学物质的影响而 发生阻断或改变，导致酶活力的降低，这时酶蛋白一般并未变性。 酶的