第5章 酶工程1课件.pptVIP

* 由酶学与化学工程技术、基因工程技术、微生物学技术相结合而产生的一门新的技术科学。 * * 。 * 固定化酶技术是酶工程的核心。实际上有了酶的固定化技术，酶在工业生产中的利用价值才真正得以体现。? * * 酶作为一种生物催化剂，因其具有高选择性、催化反应条件温和、无污染等特点，广泛应用于食品加工、医药和精细化工等行业。 由于酶是一种由氨基酸组成的蛋白质，其高级结构对环境十分敏感，各种因素如物理化学等（温度、压力、磁场等；有机溶剂、金属离子、离子强度、pH值等）对有可能使酶丧失生物活力。即使在其反应的最佳条件下，酶也会失活，随着反应时间的延长，反应速度会逐渐下降，反应后不能回收再利用，只能采用分批法进行生产。并且反应后混入产品，纯化困难，使其难以在工业中更为广泛的应用。此外，分离和提纯酶以及它们的一次性使用也大大增加了其作为催化剂的成本。 * 1973年，固定化微生物的应用；1976年，固定化酵母细胞生产啤酒和酒精；1978年，日本用固定化细胞生产酶；1979年，固定化植物细胞和动物细胞开始研究。 * 固定化生物催化剂在节能、降低成本、保护环境、生产自动化等方面都是十分有利的，它为酶的应用开拓了广阔的前景。 * * 固定化酶的热稳定性提高，则最适温度随之提高，但对底物作用的最适pH值常常发生偏移。 但目前尚未找到固定化方法与稳定性之间的规律性。 同一测定条件下，固定化酶的活力要比天然酶的活力低的原因可能是： 酶分子在固定化过程中，空间构象会有所改变，变化的构象影响了活性中心的氨基酸；固定化后，酶分子的空间自由度受到限制，影响了活性中心对底物的定位作用；内扩散阻力使底物分子与活性中心的接近受阻；包埋时酶被高分子物质半透膜包围，大分子底物不能透过膜与酶接近。 * 因此用于固定化的载体必须有一定的机械强度，不能因机械搅拌而破碎或脱落。 * * * * 根据使用条件和添加材料的不同,还能够产生不同物理性质的固定化酶。可用于酶和惰性蛋白交联，从而减少固定化时酶活降低；增强物理吸附酶的牢固程度；防止包埋法酶漏出等。 * 网格包埋法：将个别酶分子包在高聚物格子中,可以将块状聚合形成的凝胶切成小块,也可以直接包埋在珠状聚合物中,后者可以使固定化酶机械强度提高10倍,并改进酶的脱落情况。 微囊化包埋法：将酶溶液或悬浮液包裹在半透性高分子膜内,膜既能使酶存在于类似细胞内的环境中,又阻止酶的脱落或直接与微囊外环境接触。小分子底物则能迅速通过膜与酶作用,产物也能扩散出来。此法包埋的酶量很多,在医学上具有很大的应用可能性,因此越来越受到人们的注意。 * 不需要化学修饰酶蛋白的氨基酸残基,反应条件温和,很少改变酶结构。利用高分子物理截留作用，将酶夹裹在高分子材料中。 * 酶的分离和提纯是酶生产的一个关键问题，也是酶工程的一项中心环节，它不仅影响酶的产率、酶的活性，而且还直接影响到其它技术的发挥，如固定化技术、酶的使用稳定性和稳定化、酶的保存等。从微生物、动植物细胞中得到含有多种酶的提取液后，为了从提取液中获得所需要的某一种酶，必须将提取液中的其它物质分离，这就是酶的分离纯化。经过分离纯化后得到的酶，活性不能降低，因此，分离纯化必须在适宜的条件下进行。酶因其来源不同，用途不同，分离纯化的步骤也不同。 工业用无需高度纯化，只需经简单的分离提纯即可； 食品工业用酶，则需要经过适当的分离纯化，以确保安全性； 医药用酶，须高度纯化，不含热原物质。 酶的分离纯化步骤越复杂，收率越低，材料和动力消耗越大，成本越高。因此酶的提纯要求在符合质量要求的条件下，尽可能采用步骤简单、收率高、成本低的方法。 * * * 根据酶分子的不同特性，可以采用不同的纯化方法。 * 按操作形式不同分类： 柱层析：将固定相装于柱内，使样品沿一个方向移动而达到分离。 纸层析：用滤纸做液体的载体，点样后，用流动相展开，以达到分离鉴定的目的。 薄层层析：将适当粒度的吸附剂铺成薄层，以纸层析类似的方法进行物质的分离和鉴定 * 利用不同的蛋白质分子在溶液中所带电荷不同，因而与离子交换剂有不同吸附力而分离。 * 琼脂糖凝胶：商品名Sepharose * * * 先把待提纯的某一蛋白质的特异配基，通过适当的化学反应共价连接到载体表面的功能基团上。当含有待提纯的蛋白质混合液上柱之后，待提纯的蛋白质会与其特异性配基结合而吸附在配体的表面，其他蛋白质则因对这个配基不具有特异的结合位点，将通过柱子流出。然后用自由配体分子溶液洗脱可将蛋白质洗脱下来。 * * 酶制剂的价格与其活力及纯度有很大关系。工业化大规模使用的酶纯度很底，价格便宜，可以大批购到。纯度很高的酶价格较为昂贵，与工业用酶相比，他们使用量较少，在制备时需使用纯化技术和高劳务费用。某些特定的研究用酶，他们的使用量有限，酶活力对环境要求严格，