第九章酶工程的应用.pptVIP

Chapter 9 The application of enzyme 酶的应用 酶参与了生物体内所有的生命活动和生命过程 执行具体的生理功能-唾液、胃液中的消化酶，凝血酶等 清除有害物质,起保卫作用-过氧化物酶，朝氧化物岐化酶等 协同激素等生理活性物质在体内发挥信号转换,传递与放大作用,调节生理功能-蛋白激酶 催化代谢反应,建立各种各样代谢体系与代谢途径-葡萄糖、氨基酸、核酸代谢 酶是生物学有力的研究工具 基因工程工具酶 基因组学 蛋白组学 酶和工农业生产与医学实践有着密切的关系 工业用酶：淀粉糖业 农业用酶：饲料 医疗用酶：蛋白酶 检测试剂 抗病毒等新药物开发 Contents of chapter 9 葡萄糖怎样生产出来的呢？长期来，生产葡萄一直沿用淀粉水解法。 淀粉是由许许多多的葡萄糖分子聚合起来的念珠链状大分子。根据淀粉链是否分叉，可分为直链淀粉和支链淀粉。 早期生产葡萄糖是靠加酸使淀粉水解。但是，酸的水解作用没有选择性，夹杂在淀粉中的蛋白质、核酸和脂肪也一同被酸水解，这样使葡萄糖产品中混杂别的物质，极难获得相当纯净的葡萄糖。即使淀粉原料纯净，酸水解也会带来其他副反应，生成其他副产品。 常见的有苦昧的龙胆二糖以及糠醛类的衍生物。 有了这三种酶，就能联合使用，高效地水解淀粉为葡萄糖。 日本在1960年改用酶法生产工艺，使葡萄糖产量大幅度提高，1959年时产量仅5千吨，到了1960年上升为5.8万吨，猛增10倍。 这就因为酶法生产葡萄糖工艺大显身手。用酶法生产的葡萄糖，产品不带苦味，不带杂色，容易精制。酶法生产工艺，实际就是应用酶的性能，使产品达到高产优质的一种生产方法。 葡萄糖的生产问题解决以后，人们又提出了新的要求，能否通过葡萄糖解决食糖问题? 食糖是人们生活中不可缺少的甜昧剂，也是食品工业的重要原料。一般用的食糖是蔗糖和甜菜糖，但是它们的来源十分有限，远远满足不了市场的需求。 如用葡萄糖代替食糖的话，有一个根本性的问题，就是它的甜度不够。葡萄糖的甜度只有蔗糖的70％左右。因此，人们把目光转向了另一种单糖——果糖。 果糖的甜度很高，是蔗糖的1．7倍。而且有合乎应用需要的物理性质与化学性质。果糖是葡萄糖的同分异构体，通过葡萄糖异构酶可以使葡萄糖转化为果糖。 因此，只要能够找到适宜的异构酶生产来源，那末葡萄糖的代用问题也就能够得到解决。 1965年，有人终于从白色链霉菌中获得了葡萄糖异构酶的高产菌株，并利用它进行工业化生产。 由于这种异构化是可逆反应，因此生产出来的是一种果糖和葡萄糖的混合糖浆(果葡糖浆)，其中果糖占42％，葡萄糖占50％。这种糖浆颇受欢迎，它既有果糖的甘甜，也有葡萄糖清凉爽口的特点。 果葡糖浆的生产发展非常迅速，1982年，日本达到年产量50万吨，而美国为300万吨。 科学无止境 就在致力于开发上述天然甜味剂的同时，人工合成甜味剂的研究也在迅速发展。 这是因为天然甜味剂有一些它本身难以克服的缺点。例如，它们容易变成不溶性的右旋糖酐附着在牙齿上形成齿垢，然后这种右旋糖酐被乳酸菌等微生物利用产生乳酸，使牙齿珐琅质溶解而成龋齿。其次，某些疾病(糖尿病)患者根本不能食用糖类。天然甜味剂还有含热量高的缺点，不宜于肥胖者食用。 “糖精” 甜味不太适口，是一种化学甜味，使用量较多时还呈苦昧。更为糟糕的是，糖精有毒性，近年来的实验表明，多量服用可能有致癌作用。因此，急需开发新型的安全的人工甜昧剂。 美国一家公司研制出来的一种叫天冬甜精的甜味剂。这种甜味剂的特点是甜度高，约为蔗糖的200倍，而且爽口；含热量仅是蔗糖的二百分之一；安全；没有致龋性；容易代谢，适于糖尿病患者、肥胖者食用。 因此，这种甜昧剂成了甜昧剂中的佼佼者，在上市的第一年里，销售量就压倒了其他人工合成甜昧剂。 由于对新型甜味剂需求量日益增加，厂家不得不竞相开发廉价高效的天冬甜精生产方法。 天冬甜精是天冬氨酸和苯丙氨酸组成的二肽，最初采用化学方法合成，后来改用酶法工艺，使成本下降了30％左右，而且产品质量也有所提高。 尽管如此，目前它的价格仍比蔗糖高，根本的问题是苯丙氨酸的成本较高。为此人们又竞相致力于解决苯丙氨酸的廉价生产。 现在，这种氨基酸的生产有两条途径。一是以淀粉为原料，用微生物酶去转化；二是用酶法催化苯丙酮酸和铵离子反应合成。这两种方法都能大幅度降低苯丙氨酸的价格。 目前，天冬甜糖已发展到用固定化酶法进行连续生产，产量、质量又都有进一步提高，在这里，酶工程的一系列技术作出了重要贡献。在药物生产方面酶法生产 9.2 酶在医药方面的应用 用酶进行疾病的诊断 用酶进行疾病的治疗 用酶制造各种药物 β-内酰胺类抗生素包括青霉素和头孢菌素,因为这二者的化学结构有一个共同的特点:具有 9.3 酶在轻工、化工方面的应