【2017年整理】现代生物技术五酶工程.ppt

生物技术;酶工程概述;第一节 酶工程的概述;酶工程与发酵工程、基因工程、细胞工程的关系; 一、酶工程的内容;2.酶工程的内容; （2）酶的制备;（3）酶和细胞固定化;（3）酶和细胞固定化;（4）酶分子改造 ;（4）酶分子改造; （5）有机介质中的酶反应 ;（6）酶传感器 ;（7）酶反应器;（8）抗体酶、人工酶和模拟酶 ;（9）酶技术的应用;二、酶工程的意义、发展及展望;1.酶工程的研究意义;2.酶工程的研究进展;酶工程是在人类原始的应用酶的催化作用的基础上逐渐发展起来的。二十世纪以来，特别是二十世纪五十年代以来，酶的应用技术有了很大的进步。五十年代酶制剂的生产有了迅速发展，这一时期主要是溶液酶的应用；六十年代出现了固定化酶技术，六十年代来已应用于工业生产；七十年代出现了固定化细胞的技术，至目前又发展了固定化增增细胞的研究，亦发展了包括辅助因子再生的固定化多酶反应体系的研究。 人类原始应用酶的催化作用可谓源远流长。我国劳动人民在四千年前已掌握了酿酒技术，商朝的酿酒业已相当发达，秦汉前已将麦芽用于制造饴糖等等。但是直到十九世纪人们才逐渐建立起“酶”的概念。1908年罗门等利用胰酶鞣制皮革，1917年法国人博伊丁和埃芬特用枯草杆菌产生的淀粉酶用作纺织工业上的退浆剂。此后酶在工业上应用的研究逐渐深入到很多工业部门。到了1949年，由于日本采用深层培养法生产细菌α—淀粉酶获得成功，才使酶制剂的生产和应用进入工业化的阶段。;从此，蛋白酶、果胶酶、转化酶等相继投入市场。1959年由于采用葡萄糖淀粉酶催化淀粉生产葡聚糖的新工艺研究成功．彻底革除了原来葡萄糖生产中需要高温高压的酸水解工艺，使淀粉得糖率由80%提高到l00％，致使日本1960年的精制葡萄糖产量猛增10倍。由于这项改革的成功，大大促进了酶在工业上应用的发展，先后出现了不少成功的应用实例。如5’-磷酸二酯酶用于5’-核苷酸的生产，用青霉素酰胺酶制备6-氨基青霉烷酸(6-APA)，氨基酰化酶拆分DL-氨基酸，9-酪氨酸酶催化生产L-多巴等等。五十年代，尽管酶的应用有很大发展，但与酶学研究的进展相比，其发展还是缓慢的，主要原因是酶的生产和应用技术落后。由于酶的分离纯化比较复杂，分离的酶稳定性显著下降，并且采用在水溶液中分批反应，反应后的酶很难回收，致使成本很高，阻得了酶应用的进一步发展。;从应用的目的出发，Crubhofer和Schleith从1953年开始研究酶的固定化。他们将胃蛋白酶、淀粉酶、羧肽酶和核糖核酸酶等结合在重氮化的树脂上，实现了酶的固定化。1969年，日本千佃一郎首次应用固定化氨基酰化酶大规模生产L-氨基酸。从此以后．固定化酶研究十分活跃，进展很快。现在、已有十多种固定化酶用于工业生产。例如：利用固定化葡萄糖异构酶生产高果葡萄浆；利用固定化青霉素酰化酶生产6-氨基青霉烷酸；利用固定化乳糖酶生产低乳糖牛奶等。但是，大多数固定化酶的应用研究，仍处于实验室研究阶段或中试生产阶段，要用于工业生产上有待进一步研究。 为了减少从微生物细胞中分离提纯酶的麻烦，或者有目的地利用微生物细胞内的复合酶系统，从70年代初起，人们直接对微生物细胞进行固定化研究.1973年，干佃一郎首次利用固定化大肠杆菌细胞生产L-天冬氨酸。从此以后，微生物细胞固定化研究十分活跃，进展很快。现在，已有愈来愈多的固定化微生物细胞用于工业生产。例如：固定化大肠杆菌细胞生产6-氨基青霉烷酸；固定化产氨短杆菌细胞生产L—苹果酸；固定化假单孢菌细胞生产L-丙氨酸；固定化链霉菌细胞生产果葡糖浆；固定化酿酒酵母细胞生产酒精等。但是，大多数固定化微生物细胞的应用研究，尚处于实验室研究阶段或小试生产阶段，向待进一少研究。;;微生物细胞固定化研究，已从利用—种酶反应的固定化死菌体，发展到利用多酶反应的固定化活菌体，从固定化休眠菌体、饥饿菌体发展到固定化增殖茵体。最近，还发展到固定化基因工程菌。 从80年代起，人们开始把目光放到动物细胞和植物细胞固定化上。动物和植物细胞固定化，虽然比微生物细胞固d定化难得多，但是，它们能产生微生物难以产生的贵重药物，如：乙肝病毒表面抗原、单克隆抗体、人参皂苷等，目前，动物细胞和植物细胞的固定化研究，尚处于实验室研究阶段或中试阶段，需要深入研究。 50年代末到60年代，人们致力于用小分子化合物修改酶分子中的氨基酸残基侧链基团，以研究一些酶活性基团的情况，得到了很有价值的数据。;;;（2）酶的理论研究进展;对酶分子高级结构的测定，x-射线晶体结构分析法仍然是十分有效的方法。近年来，二维核磁共振技术的应用愈来愈广。后者可以测定溶液中酶分子构象及其变化过程。运用上述两种技术必将测出更多的酶分子构象。 (4)酶活性部位结构及催化机理的研究 这是酶学研究的核心的问题。近年来，运用下列新技术研究酶活性部位结