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酶工程Enzyme Engineering 生物技术的四大支柱第一章 绪论 生物技术的基本内容（几大领域）基因工程：用“剪刀+糨糊”创造新物种的工程。细胞工程：微观水平的嫁接技术。酶工程：让工厂高效、安静、美丽如画的工程。发酵工程：把微生物或细胞造就成无数微型工厂，将神话变为现实的桥梁。 第一节 酶工程简介 一、酶与酶工程发展简史 （一）酶学研究简史 1.不自觉的应用：酿酒、造酱、制饴、治病 酿酒: 中国 4200年前的夏禹时代已开始酿酒 古时酿酒用的酒母称—— 趜or酶 古代 酶——媒相通 经过趜作媒介可酿酒 酶——催化反应的媒介物质 造酱: 豆类蛋白质在霉菌蛋白酶作用下水解 制饴: 利用麦曲含有的淀粉酶将淀粉降解为麦芽糖 治病: 春秋战国时期用曲治疗消化不良 2. 酶学的产生: 西方17世纪才开始有酶的记载，知道酶的存在是与消化现象和发酵现象联系在一起的。 （1）消化1777年，意大利物理学家 Spallanzani 的山鹰 实验。1822年，美国外科医生 Beaumont 证明食物在 胃里是经过化学作用被消化的。19世纪30年代，德国科学家施旺获得胃蛋白酶。 （2）发酵1684年，比利时医生Helment提出 ferment—引起酿酒过程中物质变化的因素（酵素）。1833年，法国化学家Payen和Person 用酒精处理麦芽抽提液，得到淀粉酶（diastase）。1878年，德国科学家K?hne提出 enzyme—从活生物体中分离得到的酶，意思是“在酵母中”（希腊文），但没有获得有力的实验证据。 小插曲 19世纪，Pasteur和Liebig学术长期争论: 1857年，法国化学家和微生物学家Pasteur著名的雁颈瓶试验证明了酒精发酵是酵母细胞活动的结果。但它错误地用这个观点用来解释发酵中酵母的作用问题，认为没有生物则没有发酵。 德国化学家Liebig认为发酵是由化学物质引起的。 此争议由德国学者Buchner兄弟于1896年才得以解决。 Buchner兄弟的试验： 用细砂研磨酵母细胞，然后压取汁液，这种汁液不含活细胞，但仍能使糖发酵生成酒精和二氧化碳，从而证明了发酵与细胞的活动无关（即发酵过程不需要完整的酵母细胞），结束了Pasteur 和Liebig 将近60年的论战。 一般认为，酶学的研究始于Buchner兄弟的发现。 酶——活细胞产生的，能在细胞内外起作用的（催化）生理活性物质。enzyme—organic chemical substance (a catalyst) formed in living cells, able to cause changes in other substance without being changed itself. 酶的化学本质？ 这是20世纪初期酶学研究和争论的中心问题。 3.酶学的迅速发展（理论研究）（1） 酶的化学本质 德国化学家R.Willstatter因阐明叶绿素结构荣获1915年诺贝尔化学奖，在酶学方面也做出过许多贡献。 1920年，由于当时实验手段落后，他认为酶不是蛋白质。 ?? 1926年, 美国康乃尔大学的“独臂学者” Sumner（萨姆纳）博士用全能的右手，花了9年时间，从刀豆中提取出了脲酶结晶，并证明具有蛋白质的性质。 1930年，美国的生物化学家Northrop分离得到了胃蛋白酶（pepsin）、胰蛋白酶（trypsin）、胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）结晶，确立了酶的化学本质。 Sumner和Northrop 荣获1946年诺贝尔化学奖。 （2） 酶学理论研究1890年，Fisher——锁钥学说。1902年，Henri——中间产物学说。1913年， Michaelis 和 Menten——米氏学说。1958年， Koshland——诱导契合学说。1960年，Jacob 和 Monod——操纵子学说。 Characteristics of enzyme active sitesLock and key model (锁钥) 1890 picture by Emil fisher. This model assumed that only a substrate of the proper shape could fit with the enzyme.Induced –fit model (诱导契合) proposed by Daniel Koshland in 1958.