酶工程制药讲述.ppt

08 酶工程制药 S1 酶工程制药概述 S2 固定化酶与固定化细胞 S3 酶的化学修饰 S4 酶工程研究的进展 S1 酶工程制药概述 酶工程的概念 酶工程（enzyme engineering）是酶学和工程学相互渗透发展而成的一门新的技术科学，它是从应用的目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功能，并通过工程化将相应原料转化成有用物质的技术。 S1 酶工程制药概述 酶工程的研究内容 （1）酶的分离、提纯、大批量生产及应用开发 （2）酶和细胞的固定化及酶传感器的研究 （3）基因工程酶、遗传修饰酶（突变酶） （4）酶的分子改造与化学修饰、酶的结构与功能关系 （5）有机相中的酶反应的研究 （6）酶的抑制剂、激活剂的开发及应用 （7）抗体酶、核酶、脱氧核酶的研究 （8）模拟酶、合成酶、酶分子的人工设计、合成 S1 酶工程制药概述 酶在医药领域的应用 在疾病诊断方面的应用 （1）根据体内原由酶活力的变化来诊断某些疾病（如利用谷丙转氨酶活力升高来诊断肝炎） （2）用酶测定体液中某些物质的量诊断疾病（如利用葡萄糖氧化酶测定血糖含量来诊断糖尿病） 在疾病治疗方面的应用——药用酶的生产 在药物生产方面的应用——酶法制药 在分析检测方面的应用 S1 酶工程制药概述 酶法制药：是指利用酶的催化作用而制造出具有药用功效的物质的技术过程。 S1 酶工程制药概述 酶法制药：是指利用酶的催化作用而制造出具有药用功效的物质的技术过程。 S1 酶工程制药概述 S1 酶工程制药概述 S1 酶工程制药概述 药用酶的生产：是指生产可用于预防和治疗疾病的酶。 S1 酶工程制药概述 S1 酶工程制药概述 S1 酶工程制药概述 S1 酶工程制药概述 S2 固定化酶与固定化细胞 从游离酶到固定化酶 固定化的方法 固定化酶的性质 固定化细胞 从游离酶到固定化酶 均相酶反应系统的缺点： 1、水溶液中的游离酶只能一次性使用：既造成酶的浪费，又会增加产品分离的难度和费用，影响产品的质量 2、游离酶很不稳定，容易变性、失活 从游离酶到固定化酶 固定化酶的概念： 通过载体将酶限制或固定于特定的空间位置，使之既不易随水流失，又能发挥酶的催化作用，这样的酶制剂就称之为 固定化酶（immobilized enzyme），制备固定化酶的过程称为酶的固定化。 从游离酶到固定化酶 1、可以多次使用，且酶的稳定性提高 固定化的葡萄糖异构酶：60-65℃，1000h 固定化黄色短杆菌的延胡索酸酶：反应1年活力不变 2、酶与底物和产物易于分开： 产物中无残留酶，易于纯化，产品质量高 从游离酶到固定化酶 3、反应条件易于控制： 可实现转化反应的连续化和自动控制 4、利用效率高： 单位酶催化的底物量增加，用酶量减少 5、比水溶性酶更适合于多酶反应 连续的多酶反应 固定化的方法 化学法：共价结合法 酶与载体以共价键结合 ——使用和报道最多的方法！ 载体 无机物（玻璃、陶瓷） 天然有机物（多糖、蛋白质） 合成聚合物（聚酯、聚胺、尼龙） 化学法：共价结合法 载体-反应基团 活性基团（-SH） 相关基团活化（-OH、-COOH、-NH2等） 双功能试剂（戊二醛） 酶-反应基团 ?-/ε-氨基， ?-/ ?-/?-羧基 羟基、巯基、咪唑基、酚基等 优点：结合牢固，酶不易脱落 缺点：反应剧烈，酶活回收低（30%） 化学法：共价结合法 化学法：交联法 双功能/多功能试剂，酶-酶以共价键结合（不需要载体！） 酶-反应基团 氨基（N末端）、ε-氨基、 巯基、酚基、咪唑基 交联剂：戊二醛 化学法：交联法 包埋法：网格型 凝胶，细微网格 包埋材料： 合成高分子（聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、光敏树脂） 天然高分子（淀粉、明胶、胶原、海藻胶等） 包埋法：微囊型 半透膜，颗粒 颗粒直径通常为几微米到几百微米， 比网格型要小得多，有利于底物与产物的扩散 包埋法 网格型、微囊型 优点： 1、酶活回收高 ——不需要酶蛋白的氨基酸残基参与反应 2、适合于小分子底物和产物 缺点：酶也易失活 ——包埋时发生化学聚合反应 但可设计反应条件改善 固定化酶的方法比较 固定化酶的性质 固定化也是一种化学修饰，酶本身的结构必然受到扰动 酶固定化后，扩散限制效应、空间障碍、载体性质造成的分配效应等因素必然对酶的性质产生影响 固定化酶的性质 1、酶活力变化： 多数情况下，酶活降低 Km增大——与底物的亲和力下降 2、酶稳定性变化 热稳定性提高——最适温度 酸碱稳定性提高——最适pH 对有机溶剂、酶抑制剂稳定性提高 贮藏稳定性提高 固定化酶的性质 固定化细胞 固定化细胞：受物理、化学等因素，