酶工程的概念其主要研究内容和任务有哪些
酶工程电子教案
第三章酶的提取与分离纯化
◆酶的提取与分离纯化是指将酶从细胞或其它含酶原料中提取出来，再与杂质分开，而获得所要求的酶制品的过程。
◆主要内容包括细胞破碎，酶的提取，离心分离，过滤与膜分离，沉淀分离，层析分离，电泳分离，萃取分离，浓缩，干燥、结晶等。
1.细胞破碎
◆细胞破碎方法可以分为机械破碎法，物理破碎法，化学破碎法和酶促破碎法等,如表3-1所示。
表3-1 细胞破碎方法及其原理
1.1 机械破碎法
◆通过机械运动所产生的剪切力的作用，使细胞破碎的方法称为机械破碎法。
◆常用的破碎机械有组织捣碎机，细胞研磨器，匀浆器等。
◆机械破碎法分为3种:捣碎法，研磨法和匀浆法。
1.2物理破碎法
◆通过温度、压力、声波等各种物理因素的作用，使组织细胞破碎的方法，称为物理破碎法。物理破碎法多用于微生物细胞的破碎。
◆常用的物理破碎法方法有温度差破碎法、压力差破碎法、超声波破碎法等，现简介如下：
(1)温度差破碎法：利用温度的突然变化，由于热胀冷缩的作用而使细胞破碎的方法称为温度差破碎法。
(2)压力差破碎法：通过压力的突然变化，使细胞破碎的方法称为压力差破碎法。常用的有高压冲击法、突然降压法、及渗透压变化法等。
(3)超声波破碎法：利用超声波发生器所发出的声波或超声波的作用，使细胞膜产生空穴作用（cavitation）而使细胞破碎的方法称为超声波破碎法。
1.3化学破碎法
◆通过各种化学试剂对细胞膜的作用，而使细胞破碎的方法称为化学破碎法。
◆常用的化学试剂有甲苯、丙酮、丁醇、氯仿等有机溶剂，和特里顿（Triton）、吐温（Tween）等表面活性剂。
◆有机溶剂可以使细胞膜的磷脂结构破坏，从而改变细胞膜的透过性，使胞内酶等细胞内物质释放到细胞外。
◆表面活性剂可以和细胞膜中的磷脂以及脂蛋白相互作用，使细胞膜结构破坏，从而增加细胞膜的透过性。
1.4酶促破碎法
◆通过细胞本身的酶系或外加酶制剂的催化作用，使细胞外层结构受到破坏，而达到细胞破碎的方法称为酶促破碎法，或称为酶学破碎法。
◆将细胞在一定的pH值和温度条件下保温一段时间，利用细胞本身酶系的作用，使细胞破坏，而使细胞内物质释出的方法，称为自溶法。
◇自溶法效果的好坏取决于温度、pH值、离子强度等自溶条件的选择与控制。
◇为了防止其他微生物在自溶细胞液中生长，必要时可以添加少量的甲苯、氯仿、叠氮钠等防腐剂。
◆根据细胞外层结构的特点，还可以外加适当的酶作用于细胞，使细胞壁破坏，并在低渗透压的溶液中，使细胞破裂。
2.酶的提取
◆酶的提取是指在一定的条件下，用适当的溶剂或溶液处理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂或溶液中的过程。也称为酶的抽提。
◆酶都能溶解于水，通常可用水或稀酸、稀碱、稀盐溶液等进行提取，有些酶与脂质结合或含有较多的非极性基团，则可用有机溶剂提取。
2.1酶提取的主要方法
表4-2 酶的主要提取方法
2.2影响酶提取的主要因素
◆主要影响因素是酶在所使用的溶剂中的溶解度以及酶向溶剂相中扩散的速度。
◆此外，还受到温度、pH值、提取液体积等提取条件的影响。
(1)温度：提取时的温度对酶的提取效果有明显影响。一般说来，适当提高温度，可以提高酶的溶解度，也可以增大酶分子的扩散速度。
(2)pH值：溶液的pH值对酶的溶解度和稳定性有显著影响。为了提高酶的溶解度，提取时pH值应该避开酶的等电点。
(3)提取液的体积：增加提取液的用量，可以提高酶的提取率。但是过量的提取液，会使酶的浓度降低，对进一步的分离纯化不利。所以提取液的总量一般为原料体积的3～5倍，最好分几次提取。
此外，在酶的提取过程中，含酶原料的颗粒体积越小，则扩散面积越大，有利于提高扩散速度；适当的搅拌可以使提取液中的酶分子迅速离开原料颗粒表面，从而增大两相界面的浓度差，有利于提高扩散速率；适当延长提取时间，可以使更多的酶溶解出来，直至达到平衡。
在提取过程中，为了提高酶的稳定性，免致在引起酶的变性失活，可适当加入某些保护
剂。如酶作用的底物、辅酶、某些抗氧化剂等。
3.沉淀分离
◆沉淀分离是通过改变某些条件或添加某种物质，使酶的溶解度降低，而从溶液中沉淀析出，与其它溶质分离的技术过程。
◆沉淀分离是酶的分离纯化过程中经常采用的方法。
◆沉淀分离的方法主要有盐析沉淀法、等电点沉淀法、有机溶剂沉淀法、复合沉淀法、选择性变性沉淀法等。
表4-3 沉淀分离方法
3.1盐析沉淀法
◆盐析沉淀法简称盐析法，是利用不同蛋白质在不同的盐浓度条件下溶解度不同的特性，通过在酶液中添加一定浓度的中性盐，使酶或杂质从溶液中析出沉淀，从而使酶与杂质分离的过程。盐
蛋白质在水中的溶解度受到溶液中盐浓度的影响。
◆一般在低盐浓度的情况下，蛋白质的溶解度随盐浓度的升高而增加，这种现象称为盐溶。
◆而在盐浓度升高到一定浓度后，蛋白质的溶解度又随盐浓度的升高而降低，结果使蛋白质沉淀析出，这种现象称为盐析。
◆盐之所以会改变蛋白质的溶解度，是由于盐在溶液中离解为正离子和负离子。由于反离子作用，使蛋白质分子表面的电荷改变，同时由于离子的存在改变了溶液中水的活度，使分子表面的水化膜改变。
◆酶在溶液中的溶解度与溶液的离子强度关系密切。它们之间的关系可用下式表示：
S
Log ＝ - K s I
S0
式中，S：酶或蛋白质在离子强度为I时的溶解度（g/L）
S0：酶或蛋白质在离子强度为0时（即在纯溶剂中）的溶解度（g/L）
K s：盐析系数
I：离子强度
在温度和pH值一定的条件下，S0为一常数。所以上式可以改写为：
LogS = LogS0 - K s I =β- K s I
式中，β= LogS0，主要决定于酶或蛋白质的性质，也与温度和pH值有关。当温度和pH 值一定时，β为一常数。
K s为盐析系数，主要决定于盐的性质。K s的大小与离子价数成正比、与离子半径和溶液的介电常数成反比，也与酶或蛋白质的结构有关。
◆离子强度I 是指溶液中离子强弱的程度，与离子浓度和离子价数有关。即：
1
I = —∑m i Z i
2
式中，m i ：离子强度（mol/L）
Z i：离子价数
2
◆对于含有多种酶或蛋白质的混合液，可以采用分段盐析的方法进行分离纯化。
◇在一定的温度和pH值条件下（β为常数），通过改变离子强度使不同的酶或蛋白质分离的方法称为K s分段盐析；
◇而在一定的盐和离子强度的条件下（K s I为常数），通过改变温度和pH值，使不同的酶或蛋白质分离的方法，称为β分段盐析。
◆在蛋白质的盐析中，通常采用的中性盐有硫酸铵、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、氯化钠和磷酸钠等。其中以硫酸铵最为常用。
◆在盐析时，溶液中硫酸铵的浓度通常以饱和度表示。饱和度是指溶液中加入的饱和硫酸铵的体积与混合溶液总体积之比值。
3.2等电点沉淀法
◆利用两性电解质在等电点时溶解度最低，以及不同的两性电解质有不同的等电点这一特性，通过调节溶液的pH值，使酶或杂质沉淀析出，从而使酶与杂质分离的方法称为等电点沉淀法。
◆由于在等电点时两性电解质分子表面的水化膜仍然存在,在实际使用时，等电点沉淀法往往与其它方法一起使用。
◆在加酸或加碱调节pH值的过程中，要一边搅拌一边慢慢加进，以防止局部过酸或过碱而引起的酶变性失活。
3.3有机溶剂沉淀法
◆利用酶与其它杂质在有机溶剂中的溶解度不同，通过添加一定量的某种有机溶剂，使酶或杂质沉淀析出，从而使酶与杂质分离的方法称为有机溶剂沉淀法。
◆有机溶剂之所以能使酶沉淀析出是由于有机溶剂的存在会使溶液的介电常数降低。
◆常用于酶的沉淀分离的有机溶剂有乙醇、丙酮、异丙醇、甲醇等。有机溶剂的用量一般为酶液体积的2倍左右，不同的酶和使用不同的有机溶剂时，有机溶剂的使用浓度有所不同。
◆有机溶剂沉淀法的分离效果受到溶液pH值的影响，一般应将酶液的pH值调节到欲分离酶的等电点附近。
3.4复合沉淀法
◆在酶液中加入某些物质，使它与酶形成复合物而沉淀下来，从而使酶与杂质分离的方法称为复合沉淀法。
◆常用的复合沉淀剂有单宁、聚乙二醇、聚丙烯酸等高分子聚合物。
3.5选择性变性沉淀法
◆选择一定的条件使酶液中存在的某些杂蛋白等杂质变性沉淀，而不影响所需的酶，这种分离方法称为选择性变性沉淀法。
◆根据酶和所含杂质的特性，通过加热或改变pH值或加进某些金属离子等使杂蛋白变性沉淀而除去。
◆在应用该法之前，必须对欲分离的酶以及酶液中的杂蛋白等杂质的种类，含量及其物理、化学性质有比较全面的了解。
4.离心分离
◆离心分离是借助于离心机旋转所产生的离心力，使不同大小、不同密度的物质分离的技术过程。
◆在离心分离时，要根据欲分离物质以及杂质的颗粒大小、密度和特性的不同，选择适当的离心机、离心方法和离心条件。
4.1离心机的选择
◆离心机通常按照离心机的最大转速的不同进行分类，可以分为常速（低速）离心机、高速离心机和超速离心机3种。
◇常速离心机（低速离心机）：最大转速在8000 r/min以内，相对离心力（RCF）在1×104×g 以下。主要用于细胞、细胞碎片和培养基残渣等固形物的分离。也用于酶的结晶等较大颗粒的分离。
◇高速离心机（设有冷冻装置）：最大转速为（1～2.5）×104 r/min ，相对离心力达到1×104～1×105 ×g。主要用于沉淀、细胞碎片和细胞器等的分离。
◇超速离心机：最大转速达(2.5～12)×104 r/min，相对离心力可以高达5×105×g甚至更高。主要用于DNA、RNA、蛋白质等生物大分子以及细胞器、病毒等的分离纯化；
样品纯度的检测；沉降系数和相对分子质量的测定等。
4.2离心方法的选用
◆对于常速离心机和高速离心机，由于所分离的颗粒大小和密度相差较大，只要选择好离心速度和离心时间，就能达到分离效果；
◆如果希望从样品液中分离出2种以上大小和密度不同的颗粒，需要采用差速离心方法。
◆而对于超速离心，则可以根据需要采用差速离心、密度梯度离心或等密梯度离心等方法。
4.2.1差速离心：
◆差速离心是指采用不同的离心速度和离心时间，使不同沉降速度的颗粒分批分离的方法。
4.2.2密度梯度离心：
◆密度梯度离心是样品在密度梯度介质中进行离心，使沉降系数比较接近的物质分离的一种区带分离方法。
◆为了使沉降系数比较接近的颗粒得以分离，必须配制好适宜的密度梯度系统。密度梯度系统是在溶剂中加入一定的溶质制成的。这种溶质称为梯度介质。
◆常用的梯度介质有蔗糖、甘油等。使用最多的是蔗糖密度梯度系统，其适用范围是：蔗糖浓度5～60%，密度范围1.02～1.30 g/cm2。
◆密度梯度一般采用密度梯度混合器进行制备。制备得到的密度梯度可以分为线性梯度、凹形梯度和凸形梯度等(图4-1)。
◆密度梯度混合器由贮液室、混合室、电磁搅拌器和阀门等组成，如图4-2所示。
B A
a b c
图
4-1 三种梯度形式示意图
a:线性梯度 b:凸形梯度 c:凹形梯度
图4-2 梯度混合器示意图
A:混合室 B:贮液室
电磁搅拌器
◆离心后形成不同大小不同形状、具有一定沉降系数差异的颗粒在密度梯度溶液中形成
若干条界面清楚的不连续区带。
4.2.3等密梯度离心：
◆当欲分离的不同颗粒的密度范围处于离心介质的密度范围内时，在离心力的作用下，
不同浮力密度的颗粒或向下沉降，或向上飘浮，只要时间足够长，就可以一直移动到与它们
各自的浮力密度恰好相等的位置（等密度点），形成区带。这种方法称为等密梯度离心，或
称为平衡等密度离心。
◆等密梯度离心常用的离心介质是铯盐，如氯化铯（CsCl ）、硫酸铯（Cs 2SO 4）、溴
化铯（CsBr ）等。有时也可以采用三碘苯的衍生物作为离心介质。
4.3离心条件的确定
◆选择好离心力（或离心速度）和离心时间。
4.3.1离心力：
◆低速离心一般可以用离心速度，即转子每分钟的转数表示。如5000r/min等。
◆在高速离心，特别是超速离心时，往往以相对离心力（RCF）表示。如60000×g等。
◆相对离心力是指颗粒所受到的离心力与地心引力之比值。即：
F c
RCF = —— = 1.12×10-5·n2·r
F g
式中: RCF:相对离心力(×g)
Fc：离心力
Fg：地心引力
n: 转子每分钟转数(r/min)
r: 旋转半径(cm)
4.3.2离心时间：
◆对于常速离心、高速离心和差速离心来说，离心时间是指颗粒从离心管中样品液的液面完全沉降到离心管底的时间，称为沉降时间或澄清时间；
◆对于密度梯度离心而言，离心时间是指形成界限分明的区带的时间，称为区带形成时间；
◆等密梯度离心所需的离心时间是指颗粒完全达到等密度点的平衡时间，称为平衡时间。
◆最常用到的是沉降时间。
沉降时间是指颗粒从样品液面完全沉降到离心管底所需的时间。沉降时间决定于颗粒的
沉降速度和沉降距离。
对于已经知道沉降系数的颗粒，其沉降时间可以用下列公式计算：
1 lnr
2 - lnr1
t = —（ ------------ ）
S ω2
式中，t：沉降时间（s）
S：颗粒的沉降系数（s）
ω：转子角速度（rad/s）
r1，r2：分别为旋转轴中心到样品液液面和离心管底的距离（cm）上式中括号中部分可以用转子因子K表示。即：
lnr2 - lnr1
K =（）= St
ω2
转子的效率因子K与转子的半径和转速有关。生产厂家已经在转子出厂时表示出了最大转速式的K值。据此，可以根据公式ω12K1 =ω22K2计算出其他转速式的K值。对于某一具体的颗粒来说，沉降系数S为定值，所以K值越小，其沉降时间就越短，转子的使用效率就越高。
4.3.3温度和pH值：
◆离心温度一般控制在4℃左右，对于某些耐热性较好的酶，也可以在室温条件下进行离心分离。
◆离心介质的pH值必须是处于酶稳定的pH值范围内，必要时可以采用缓冲溶液。
5.过滤与膜分离
◆过滤是借助于过滤介质将不同大小、不同形状的物质分离的技术过程。
◆过滤介质常用的有滤纸、滤布、纤维、多孔陶瓷、烧结金属和各种高分子膜等。
◆根据过滤介质的不同, 过滤可以分为膜过滤和非膜过滤两大类。
◆根据过滤介质截留的物质颗粒大小不同，过滤可以分为粗滤、微滤、超滤和反渗透等4 大类。它们的主要特性如表4-4 所示。
表4-4 过滤的分类及其特性
5.1非膜过滤
◆采用高分子膜以外的材料,如滤纸、滤布、纤维、多孔陶瓷、烧结金属等作为过滤介质的分离技术称为非膜过滤。包括粗滤和部分微滤。
5.1.1粗滤：
◆借助于过滤介质截留悬浮液中直径大于2μm的大颗粒，使固形物与液体分离的技术称为粗滤。通常所说的过滤就是指粗滤而言。
◆粗滤主要用于分离酵母、霉菌、动物细胞、植物细胞、培养基残渣及其它大颗粒固形物。
◆粗滤所使用的过滤介质主要有滤纸、滤布、纤维、多孔陶瓷、烧结金属等。
◆为了加快过滤速度，提高分离效果，经常需要添加助滤剂。常用的助滤剂有硅藻土、活性炭、纸粕等。
◆根据推动力的产生条件不同，过滤有常压过滤，加压过滤，减压过滤等3种。
(1)常压过滤:以液位差为推动力的过滤。
◆实验室常用的滤纸过滤以及生产中使用的吊篮或吊袋过滤都属于常压过滤。
(2)加压过滤:以压力泵或压缩空气产生的压力为推动力。
◆生产中常用各式压滤机进行加压过滤。
◆添加助滤剂、降低悬浮液粘度、适当提高温度等措施，均有利于加快过滤速度和提高分离效果。
(3)减压过滤: 又称为真空过滤或抽滤，是通过在过滤介质的下方抽真空的方法，以增加过滤介质上下方之间的压力差，推动液体通过过滤介质，而把大颗粒截留的过滤方法
◆实验室常用的抽滤瓶和生产中使用的各种真空抽滤机均属于此类。
◆减压过滤需要配备有抽真空系统。由于压力差最高不超过0.1 MPa，多用于粘性不大的物料的过滤。
5.1.2微滤:
◆微滤又称为微孔过滤。微滤介质截留的物质颗粒直径为0.2～2μm，主要用于细菌、灰尘等光学显微镜可以看到的物质颗粒的分离。
◆非膜微滤一般采用微孔陶瓷、烧结金属等作为过滤介质。也可采用微滤膜为过滤介质进行膜分离。
5.2膜分离技术
◆借助于一定孔径的高分子薄膜，将不同大小、不同形状和不同特性的物质颗粒或分子进行分离的技术称为膜分离技术。
◆膜分离所使用的薄膜主要是由丙烯腈、醋酸纤维素、赛璐玢以及尼龙等高分子聚合物制成的高分子膜。有时也可以采用动物膜等。
◆根据物质颗粒或分子通过薄膜的原理和推动力的不同，膜分离可以分为3大类。
(1)加压膜分离:以薄膜两边的流体静压差为推动力的膜分离技术。在静压差的作用下，小于孔径的物质颗粒穿过膜孔，而大于孔径的颗粒被截留。
◇根据所截留的物质颗粒的大小不同，加压膜分离可分为微滤、超滤和反渗透等3 种。
①微滤：以微滤膜（也可以用非膜材料）作为过滤介质的膜分离技术。微滤膜所截留的颗粒直径为0.2～2μm 。微滤过程所使用的操作压力一般在0.1 MPa 以下。
◇在实验室和生产中通常利用微滤技术除去细菌等微生物，达到无菌的目的。
②超滤：超滤又称超过滤。是借助于超滤膜将不同大小的物质颗粒或分子分离的技术。超滤膜截留的颗粒直径为20～2000 ?。相当于分子质量为1×103～5×105道尔顿。
◇主要用于分离病毒和各种生物大分子。
◇膜的透过性一般以流率表示。流率是指每平方厘米的膜每分钟透过的流体的量。超滤时流率一般为0.01～5.0 mL/cm2?min。膜的孔径大，流率也大。
◇影响流率的主要因素是膜孔径的大小。此外，颗粒的形状与大小，溶液浓度，操作压力，温度和搅拌等条件对超滤流率也有显著影响。
◇在酶的超滤分离过程中，压力一般由压缩气体来维持，操作压力一般控制在0.1～0.7 MPa 。
③反渗透：反渗透膜的孔径小于20 ?，被截留的物质分子质量小于1000道尔顿。操作压力为0.7～13 MPa 。
◇主要用于分离各种离子和小分子物质。
(2)电场膜分离
◆电场膜分离是在半透膜的两侧分别装上正、负电极。在电场作用下，小分子的带电物质或离子向着与其本身所带电荷相反的电极移动，透过半透膜，而达到分离的目的。
◆电渗析和离子交换膜电渗析即属于此类。
①电渗析：
◆渗析时要控制好电压和电流强度，渗析开始的一段时间，由于中心室溶液的的离子浓度较高，电压可低些。当中心室的离子浓度较低时，要适当提高电压。
◆电渗析主要用于酶液或其它溶液的脱盐、海水淡化、纯水制备以及其它带电荷小分子的分离。也可以将凝胶电泳后的含有蛋白质或核酸等的凝胶切开，置于中心室，经过电渗析，使带电荷的大分子从凝胶中分离出来。
②离子交换膜电渗析：
◆离子交换膜电渗析的装置与一般电渗析相同。只是以离子交换膜代替一般的半透膜而组成。
◆离子交换膜的选择透过性比一般半透膜强。
◆离子交换电渗析在酶液脱盐、海水淡化、以及从发酵液中分离柠檬酸、谷氨酸等带有电荷的小分子发酵产物等。
(3)扩散膜分离
◆扩散膜分离是利用小分子物质的扩散作用，不断透过半透膜扩散到膜外。而大分子被截留，从而达到分离效果。常见的透析就是属于扩散膜分离。
◆透析膜可用动物膜、羊皮纸、火棉胶或赛璐玢等制成。
◆透析主要用于酶等生物大分子的分离纯化，从中除去无机盐等小分子物质。
6.层析分离
◆层析分离是利用混合液中各组分的物理化学性质（分子的大小和形状、分子极性、吸附力、分子亲和力、分配系数等）的不同，使各组分以不同比例分布在两相中。
◆其中一个相是固定的称为固定相，另一个相是流动的，称为流动相。
◆当流动相流经固定相时，各组分以不同的速度移动，从而使不同的组分分离纯化。
◆分离纯化酶采用的层析方法常用的有吸附层析、分配层析、离子交换层析、凝胶层析和亲和层析等，如表4-5所示。
表4-5 层析分离方法
6.1吸附层析
6.1.1吸附层析原理：
◆任何两个相之间都可以形成一个界面，其中一个相中的物质在两相界面上的密集现象称为吸附。
◆凡是能够将其它物质聚集到自己表面上的物质称为吸附剂。吸附剂一般是固体或者液体，在吸附层析中通常应用的是固体吸附剂。
◆固体物质之所以具有吸附作用，是由于固体表面的分子（原子或离子）与固体内部的分子
所受到的作用力不相同。
◆能聚集于吸附剂表面的物质称为被吸附物。
◆吸附剂与被吸附物之间的相互作用力主要是范德华力。其特点是可逆的。即在一定条件下，
被吸附物被吸附到吸附剂的表面上；而在另外的某种条件下，被吸附物可以离开吸附剂表面，
这称之为解吸作用。
◆吸附层析通常采用柱型装置，将吸附剂装在吸附柱中，装置成吸附层析柱。
◆层析时，欲分离的混合溶液自柱顶加入，当样品液全部进入吸附层析柱后，再加入洗脱剂
解吸洗脱。
◆在洗脱时，层析柱内不断发生解吸、吸附、再解吸、再吸附的过程。
◆移动距离的长短与吸附剂对该物质的吸附力以及洗脱挤兑该物质的洗脱能力有关。
6.1.2洗脱方法：
◆为溶剂洗脱法，置换洗脱法和前缘洗脱法等。
①溶剂洗脱法：采用单一或者混合的溶剂进行洗脱的方法，是目前应用最广泛的方法。
洗脱曲线（图4-3）。
洗脱液体积
图4-3 溶剂洗脱法的洗脱曲线
②置换洗脱法：又称为置换法或取代法。所用的洗脱剂是置换洗脱液。
阶梯式的洗脱曲线（图4-4）。
物
质浓度
物物
质质
浓浓
度度
图4-4 置换洗脱法洗脱曲线图4-5 前缘洗脱法洗脱曲线
③前缘洗脱法：又称为前缘分析法，是连续向吸附层析柱内加入欲分离的混合溶液，即所用的洗脱液为含有各组分的混合溶液本身。
洗脱曲线如图4-5所示。
6.1.3吸附剂与洗脱剂的选择：
①吸附剂的选择：吸附层析的关键因素。目前尚无固定的法则可循。在实际应用过程中，可以根据前人的经验或者通过小样试验来确定。
◆极性物质容易被极性表面吸附；非极性物质容易被非极性表面吸附；溶液中溶解度越大的物质越难被吸附。
◆无机吸附剂和有机吸附剂。吸附剂通常由一些化学性质不活泼的多孔材料制成，比表面积很大。
◆常用吸附剂包括：硅胶、活性炭、磷酸钙、碳酸盐、氧化铝、硅藻土、泡沸石、陶土、聚丙烯酰胺凝胶、葡聚糖、琼脂糖、菊糖、纤维素等。此外，还可以在吸附剂上连接亲和基团而制成亲和吸附剂。
◆通常用于酶的分离纯化的吸附剂有硅藻土、氧化铝、磷酸钙、羟基磷灰石和活性炭等。
②洗脱剂的选择：将目的物从吸附剂上洗脱下来，要根据吸附剂的性质和被吸附物的特点来选择合适的洗脱剂。
◆对于极性组分，用极性大的溶剂洗脱效果较好。
酶工程 (2)
第二章 1.六大类酶基本概念和特点 （1）氧化还原酶：催化氧化还原反应，需要电子供体或受体 （2）转移酶：催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上 （3）水解酶：催化底物的加水分解反应 （4）裂合酶：脱去底物上某一基团留下双键，或可相反地在双键外加入某一基团。 （5）异构酶：催化生成异构体反应的酶，分别进行外消旋，差向异构，顺反异构，醛酮异构，分子内转移，分子内裂解等 （6）连接酶：需要三磷酸腺苷等高能磷酸酯作为结合能源，有的还需要金属离子辅助因子。 应用最多的是氧化还原酶，利用率最高的是水解酶 2.必需基团及其作用特点 必需基团包括：（1）活性部位，包括结合基团和催化基团 （2）维持酶空间结构的基团 必需基团是酶分子氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的基团。必需基团在空间结构上相互靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异性结合并将其转化为产物 3.两种酶与底物的结合模型 （1）锁钥模型：底物结合部位由酶分子表面的凹槽或空穴组成，这是酶的活性中心，它的形状与底物分子形状互补。底物分子或其一部分像钥匙一样，可专一地插入酶活性中心，通过多个结合位点的结合，形成酶—底物复合物，同时酶活性中心的催化基团正好对准底物的有关敏感键，进行催化反应。 三点结合学说指出，底物分子与酶活性中心的基团必须三点都互补匹配，酶才作用于这个底物。 （2）诱导锲合模型：酶分子与底物分子接近时，酶蛋白质受底物分子诱导，构象发生有利于与底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补楔合，进行反应。 4.影响酶催化作用的五种模型 （1）广义的酸碱催化 能供给质子的物质即为酸，能接受质子的物质即为碱。广义的酸碱催化就是指组成酶活性中心的极性基团，在底物的变化中起质子的供体或受体的作用，这就是广义的酸碱催化。发生在细胞内的许多类型的有机反应都是广义的酸碱催化。 组氨酸的咪唑基值得特别注意，因为它既是一个很强的亲核基团，又是一个有效的广义酸碱功能基团。 影响酸碱催化速率的因素：一是酸碱的强度，在这些功能基团中，组氨酸的咪唑基的解离情况pK值为6.0，在生理pH条件下，既可以作质子的供体又可作质子的受体。因此，咪唑基是催化中最有效最活泼的一个催化功能基团；二是这些功能基团供出质子或接受质子的速度，其中的咪唑基的情况特别突出，它供出或接受质子的速度十分迅速，其半衰期小于10-10秒。而且，供出或接受质子的速度几乎相等。由于咪唑基有如此的优点，所以虽然组氨酸在大多数蛋白质中含量很少，却很重要，在许多酶的活性中心处都含有组氨酸 （2）共价催化 酶活性中心处的极性基团，在催化底物发生反应的过程中，首先以共价键与底物结合，生成一个活性很高的共价型的中间产物，此中间产物很容易向着最终产物的方向变化，故反应所需的活化能大大降低，反应速度明显加快。 常见形式是酶的催化基团中亲核原子对底物的亲电原子攻击。 （3）邻近效应和定向效应 邻近效应：在酶促反应中，由酶和底物分子之间的亲和性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趋势，最终结合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效浓度增加。
酶工程的应用及发展前景.
酶工程的应用及发展前景 生物技术一班 41208220 杨青青
酶工程的应用及发展前景 杨青青 （陕西师范大学生命科学学院生物技术专业1201班） 摘要：酶工程是现代生物技术的重要组成部分，它作为一项高新技术将为各工业的发展起重要推动作用。本文概要介绍了酶工程的概念，酶工程在农产品加工、医药工业、食品工业、污染治理工业、蛋白质高值化加工等方面的应用以及探讨了在各个工业中的发展前景。 关键词：酶工程、应用、发展前景 一、酶工程的概念 酶是由生物体产生的具有催化活性的蛋白质，它能特定的促成某个化学反应而本身却不参加反应，且具有反应率高、反应条件温和、反应产物污染小、能耗低、反应容易控制等特点。这些特点比传统的化学反应具有较大的优越性。酶的应用不仅可以增强产量，提高质量，降低原材料和能源消耗，改善劳动条件，降低成本，而且可以生产出用其他方法难得到的产品，促进新产品、新技术和新工艺迅速发展。随着现代生物技术的兴起，酶工程技术应运而生，并在制药、食品工业和农产品加工显示出强大的生命力。酶工程就是利用酶催化作用，
通过适当的反应器工业化的生产人类所需的产品或是达到某一目的，它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术。酶工程包括自然酶的开发和利用、固定化酶、固定化细胞、多酶反应器（生物反应器）、酶传感器等。 二、酶工程的应用以及发展前景 1、酶工程在农产品加工上的应用与前景 以前，人们认为氨基酸是人体吸收蛋白质的主要途径。随着研究的发现，蛋白质经消化道中的酶水解后，主要以小肽的形式被吸收，比完全游离的氨基酸更易吸收利用。这一发现启发了科研工作者采用酶工程技术用蛋白质生产生物活性肽的新思路。生物活性肽是蛋白质中20种天然氨基酸以不同排列组合方式构成的从二肽到复杂的线性或环形结构的不同肽类的总称，是源于蛋白质的多功能化合物。活性肽具有多种人体代谢和生理调节功能。主要是通过酶法降解蛋白质而制得。 目前已经从大豆蛋白、玉米蛋白、牛奶蛋白、水产蛋白的酶解物中制得一系列功能各异的生物活性肽。因为各类蛋白质存在的差异性，所以在生产活性肽方面有略微的不同。不论哪种方法，都会用到一定的酶类水解蛋白质。比如：文献报道采用中性蛋白酶、木瓜蛋白酶水解大豆蛋白，配合活性炭的吸附处理、超滤、真空浓缩和喷雾干
酶的特性
酶的特性 第2节一．教材版本及章节普通高中课程标准实验教科书《分子与细胞（必修1）》（人教版）第五章第一节第二部分。二．内容分析酶是生物新陈代谢过程中的重要物质，是多项生物化学反应的联系纽带。光合作用和细胞呼吸这两个过程由许许多多的生物化学反应组成，这些反应都需要酶的参与。因此，本节内容即酶的三个特性是本章的基础。即酶的高效性、酶的专一性及酶的作用条件较温和。本节的“科学·技术·社会”，通过多个侧面，体现出酶与人类社会生活的密切关系。课时安排：一课时三．教学目标①知识目标理解酶的特性；理解酶特性的实质和意义；②能力目标通过多种方式的教学活动，对学生进行思维能力、语言表达能力、分析和实验操作能力以及用学到的生物学知识解决某些实际问题能力的培养；③情感、态度、价值观目标通过参与酶的特性的实践，使学生体验设计对照实验的科学思想，促进质疑、求实、实践的科学精神和科学态度的养成，通过探讨、交流，促进探索、创新、合作精神的养成。四．教学重点酶的特性和实质及影响酶活性的条件的探究方法。五．教学难点组织学生设计，实践，主动探究酶的特性，分析实验结果，准确描述影响
酶活性的各种因素。六．多媒体及实验器材电脑、投影仪、视频展示仪、powerpoint课件；试管、滴管、试管架、火柴、卫生香、酒精灯、试管夹、小烧杯、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计、玻璃棒、ph试纸、新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液、稀释200倍的新鲜唾液溶液、新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液、质量分数为3%的可溶性淀粉溶液、质量分数3%的蔗糖溶液、质量分数为5%的盐酸、质量分数为5%的naoh溶液、蒸馏水、热水、冰快、碘液、斐林试剂。各代表展示实验结果 教师提问，适当补充 学生归纳总结，反馈练习 结束 开始 新课导入 酶的特性 分组设计实验方案 回忆推理 教师指导 各代表组介绍实验方案
酶工程的概念其主要研究内容和任务有哪些
酶工程电子教案 第三章酶的提取与分离纯化 ◆酶的提取与分离纯化是指将酶从细胞或其它含酶原料中提取出来，再与杂质分开，而获得所要求的酶制品的过程。 ◆主要内容包括细胞破碎，酶的提取，离心分离，过滤与膜分离，沉淀分离，层析分离，电泳分离，萃取分离，浓缩，干燥、结晶等。 1.细胞破碎 ◆细胞破碎方法可以分为机械破碎法，物理破碎法，化学破碎法和酶促破碎法等,如表3-1所示。 表3-1 细胞破碎方法及其原理
1.1 机械破碎法 ◆通过机械运动所产生的剪切力的作用，使细胞破碎的方法称为机械破碎法。 ◆常用的破碎机械有组织捣碎机，细胞研磨器，匀浆器等。 ◆机械破碎法分为3种:捣碎法，研磨法和匀浆法。 1.2物理破碎法 ◆通过温度、压力、声波等各种物理因素的作用，使组织细胞破碎的方法，称为物理破碎法。物理破碎法多用于微生物细胞的破碎。 ◆常用的物理破碎法方法有温度差破碎法、压力差破碎法、超声波破碎法等，现简介如下： (1)温度差破碎法：利用温度的突然变化，由于热胀冷缩的作用而使细胞破碎的方法称为温度差破碎法。 (2)压力差破碎法：通过压力的突然变化，使细胞破碎的方法称为压力差破碎法。常用的有高压冲击法、突然降压法、及渗透压变化法等。 (3)超声波破碎法：利用超声波发生器所发出的声波或超声波的作用，使细胞膜产生空穴作用（cavitation）而使细胞破碎的方法称为超声波破碎法。 1.3化学破碎法 ◆通过各种化学试剂对细胞膜的作用，而使细胞破碎的方法称为化学破碎法。 ◆常用的化学试剂有甲苯、丙酮、丁醇、氯仿等有机溶剂，和特里顿（Triton）、吐温（Tween）等表面活性剂。 ◆有机溶剂可以使细胞膜的磷脂结构破坏，从而改变细胞膜的透过性，使胞内酶等细胞内物质释放到细胞外。
酶工程的概念其主要研究内容和任务有哪些
1.酶生物合成法生产的主要工艺过程包括那几个步骤？ (1)用作培养菌种及扩大生产的发酵罐的培养基的配制 (2)培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌 (3)将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发酵罐中 (4)接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成代谢产物 (5)将产物抽提并进行精制 (6)回收或处理发酵过程中产生的废物和废水 2.如何控制微生物发酵产酶的工艺条件？ 发酵过程中，为了能对生产过程进行必要的控制，需要对有关工艺参数进行定期取样测定或进行连续测量。参数中，对发酵过程影响较大的有温度、ＰＨ、溶解氧浓度等。 (1)温度:温度对发酵的影响是多方面的，主要表现在对细胞生长、产物形成、发酵液的物理性质和生 物合成方面。例如：枯草杆菌的最适温度为34--37℃，黑曲霉的最适温度为28--32℃ (2)pH:发酵过程中pH的变化取决于所用的菌种、培养基的成分和培养条件。微生物生长和生物合成 都有其最适和能够耐受的pH范围，大多数微生物生长的最适pH6.3-7.5，霉菌和酵母生长的最适pH4-6，放线菌生长的最适pH7-8。 (3)溶解氧浓度:对于好氧发酵，溶解氧浓度是最重要的参数之一。好氧性微生物深层培养时，需要适 量的溶解氧以维持其呼吸代谢和某些产物的合成，氧的不足会造成代谢异常，产量降低。 简述凝胶层析、亲和层析、离子交换层析的原理和操作要点？ 离子交换层析原理：根据待分离物质带电性质不同的分离纯化方法。 操作:a上样：上样体积不十分严格。b洗脱:增加溶液的离子强度c梯度洗脱法:改变溶液的pH d再生：用0.5mol/LNaOH和0.5mol/L NaCl混合溶液或0.5mol/L HCl处理。 凝胶层析原理：利用某些凝胶对于不同分子大小的组分阻滞作用的不同。大分子物质不能进入凝胶孔内，在凝胶颗粒之间的空隙向下移动，并最先被洗脱出来；小分子物质可自由出 入凝胶孔，流程长而后流出层析柱。 操作：a凝胶的选择和处理,根据相对分子质量范围选择相应型号的凝胶介质。将干胶悬浮于5-10倍的蒸馏水中，充分溶胀，抽气，装柱。b柱的选择:采用L/D比值高的柱子，可提高 分辨率，但影响流速。c加样:体积不能过多，不超过凝胶床体积的5％，脱盐时可在10％ 左右。d洗脱:洗脱液与平衡时用的buffer一致。洗速不可过快，保持恒速。e胶的保存: 洗脱完毕后，凝胶柱已恢复到上柱前的状态，不必再生处理。 亲和层析原理:利用生物大分子间特异的亲和力来纯化生物大分子.体通过适当的化学反应共价的连接到载体上，待纯化的物质可被配体吸附，杂质则不被吸附，从层析柱流出，变换洗脱 条件，即可将分离的物质洗脱下来，实现分离提纯。 简述凝胶电泳的分类及其原理？ 琼脂糖凝胶电泳：一般用于核酸的分离分析。琼脂糖凝胶孔径度较大，对大部分蛋白质只有很小的分子筛效应。 聚丙烯酰胺凝胶电泳：可用于核酸和蛋白质的分离、纯化及检测。分辨率较高。 简述酶结晶的主要方法和原理？ （1）盐析结晶法：在适当的温度和ＰＨ值等条件下，于接近饱和的酶液中缓慢增加某种中性盐的浓度，使酶的溶解度缓慢降低，达到稍微过饱和状态，而析出酶晶体的过程 （２）有机溶剂结晶法：在接近饱和的酶液中缓慢增加某种有机溶剂，使酶的溶解度缓慢降低，而析出酶晶体的过程 （３）透析平衡结晶法：将酶液装进透析袋，对一定浓度的盐溶液进行透析，使酶液逐步达到过饱和
简述几个酶学概念
简述几个酶学概念 邹国林 单体酶、寡聚酶、多酶复合体、多酶融合体等概念之间存在着交叉和重叠现象，本文对其进行了简述。 1 单体酶 由一条肽链组成或由多条肽链组成，但肽链间以共价键结合的酶。例如牛胰核糖核酸酶是由含124个氨基酸残基的一条肽链组成。又例如胰凝乳蛋白酶是由3条肽链组成，肽链间由二硫键相连构成一个共价整体。这类含几条肽链的单体酶往往是由一条前体肽链经活化断裂而生成。 2 寡聚酶 由2个或2个以上亚基组成的酶，亚基间以非共价键结合。从结构上看，酶亚基是酶分子中的最小共价单位。寡聚酶的亚基可以是相同的。例如多催化部位酶的每个亚基上都有一个催化部位，但无调节部位，其游离亚基无活性，必须聚合起来才显活性。因此一个多催化部位酶并不是多个分子的聚合体，而只是一个功能分子。一些含相同亚基的寡聚酶属调节酶类。例如3-磷酸甘油醛脱氢酶是由4个相同亚基组成的，是一个具有负协同效应的别构酶。寡聚酶的亚基亦可是不相同的。例如天冬氨酸转氨甲酰酶、乳糖合成酶等。绝大部分寡聚酶都含有偶数亚基，以对称形式排列。寡聚酶中亚基的聚合作用与酶的专一性或酶活性中心的形成或酶的调节性能有关。相当数量的寡聚酶都是调节酶，其活性可受各种形式的灵活调节，在调节控制代谢过程中起重要作用。 3 多酶复合体 由2个或2个以上的酶，靠非共价键连接而成。其中每一个酶催化一个反应，所有反应依次连接，构成一个代谢途径或代谢途径的一部分。由于这一连串反应是在一高度有序的多酶复合体内完成，所以反应效率非常高。例如，E．coli色氨酸合成酶复合体是一个双功能四聚体酶，由α、α、β2联合组成。游离的α亚基和β2亚基可各自催化以下反应：只有当组成ααβ2复合体，联合作用时，才能高效地完成色氨酸的合成。又例如，E．coli丙酮酸脱氢酶复合体由3种酶(丙酮酸脱氢酶E1、二氢硫辛酸转乙酰酶E2、二氢硫辛酸脱氢酶E3)组成。该复合体共含12个E1二聚体、24个E2和6个E3二聚合体，以非共价键维系。复合体解离后，除去解离因素，又能自动装配成天然复合体形式，恢复功能，催化下述反应： 丙酮酸+CoASH+NAD+→乙酰CoA+CO2+NADH+H+ 4 多酶融合体 指一条多肽链上含有2种或2种以上催化活性的酶，往往是基因融合的产物。它可以是单体酶，也可以是寡聚酶或更复杂的多酶体系。例如E．coli天冬氨酸激酶I-高丝氨酸脱氢酶I融合体，在天冬氨酸到丝氨酸生物合成中催化两步反应，该酶是α4四聚体，每条肽链含有两个活性：N-端部分的天冬氨酸激酶和C-端部分的高丝氨酸脱氢酶，所以又称双头酶；来自樟树种子的克木毒蛋白由一条肽链组成，具有3种不同的酶活性；红色链孢霉的AROM多酶融合体是一个二聚体，每条肽链含5种酶活性。 来自酿酒酵母的脂肪酸合成酶系是12聚体(α6β6)，共含8种酶活性。其α链含酰基载体蛋白、β-酮脂酰基合成酶和β-酮脂酰基还原酶活性。其β链含乙酰转酰基酶、丙二酰转酰基酶、β-羟酰基脱水酶、烯酰基还原酶、脂酰基转移酶和软脂酰转酰酶活性。α和β链各属于多酶融合体，这两类融合体又聚合成一个更复杂的体系，催化脂肪酸合成反应。
(完整版)酶学与酶工程总结
?Lecture 1 酶学与酶工程 ?酶的概念:酶（enzyme）是一类由活细胞产生的，具有催化活性和高度专一性的特殊蛋白质，是一类生物催化剂。 ? ?酶的分类(6类)、组成、结构特点？和作用机制？ 组成：单体酶、寡聚酶、多酶复合体 Note:一个酶蛋白可有多种催化活性，相当于多个酶(关注原核和真核生物的差别) 除水解酶和连接酶外，其他酶在反应时都需要特定的辅酶。 金属在酶催化中的作用：稳定酶构象、参与酶的催化作用（如激活底物）、电子传递体 ?酶作为催化剂的显著特点: 强大的催化能力：加快反应速度可高达1017倍; 没有副反应; 高度的专一性：各种酶都有专一性，但专一程度的严格性上有所差别; 可调节性; ?同工酶的概念:同一种属中由不同基因或（复）等位基因编码的多肽链所组成的单体、纯聚体或杂交体，其理化及生物学性质不同而能催化相同反应的酶称同工酶。 同一基因生成的不同mRNA所翻译出来的酶蛋白也列入同工酶的范畴。 酶蛋白合成后经不同类型的共价修饰（如糖基化等）而造成的多种酶分子形式，严格来说不属于同工酶而称为synzyme，但也有人称其为次生性同工酶（secondary isozyme）。 不同种属中催化相同反应的酶称为xenozyme，也不属于同工酶。
?酶的活性中心 指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物 必需基团(essential group):酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的基团。 活性中心内的必需基团:结合基团（与底物相结合）和催化基团（催化底物转变成产物） 活性中心外的必需基团：维持酶活性中心应有的空间构象所必需； 构成酶活性中心的常见基团：His的咪唑基、Ser的－OH、Cys的－SH、Glu的γ-COOH。 ?酶的作用机制 ?酶活力的调节 ?酶的应用 食品加工方面：生物技术在食品工业中应用的代表就是酶的应用，目前已经有几十种酶成功用于食品工业。如葡萄糖、饴糖、果葡糖浆的生产、蛋白质制品加工、果蔬加工、食品保鲜以及改善食品品质与风味等。 常用的酶制剂主要有：淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖异构酶、果胶酶、脂肪酶、纤维素酶葡萄糖氧化酶等。 酶在轻工业方面的应用：用酶进行原料处理（发酵原料、淀粉原料、纤维素原料、含戊聚糖的植物原料的处理、纺织原料、造纸原料的制浆、生丝的脱胶处理、羊毛的除垢），用酶生产各种产品（L-氨基酸、核苷酸、酱油或豆酱、制革），用酶增强产品的使用效果（加酶洗涤剂；加酶牙膏、牙粉和嗽口水） 酶在医学中的应用：主要的医药用酶、用酶进行疾病的诊断、用酶治疗各种疾病、用酶制造各种药物 ?酶与食品质量安全 酶制剂作为食品添加剂进入食品的潜在危害 酶催化有毒物质的产生 酶作用导致食品中营养组分的损失 潜在的产毒素性 潜在的致病性 对策：安全菌株，体外基因毒理学测试，酶制剂的安全评价，酶制剂来源安全性的评估标准 ?Lecture 2 基因工程的酶学基础 ?核酶（Ribozyme)：概念：具有生物催化功能的RNA。 看课件 ?基因工程的酶学基础 ?基因克隆表达的过程 基因克隆常用的酶，有什么应用，注意事项（补充后两者）
酶工程的原理及发展
酶工程的原理及发展 概述： 在生命活动中，构成新陈代谢以及生物体内的一切化学变化都是在酶的催化作用下进行的，可以说没有酶生命就不能进行下去。没有两个主要的特点：1，强大的催化能力；2，高度的专一性。酶的催化反应速率比其他相似的非酶催化反应速率高1010～1014倍，换句话说，5秒内能完成的反应，若无酶时则需要1500年才能完成。酶的高度转一性催化机制可以用“锁和钥匙模型”来解释。由于酶分子的空间结构，可以使酶分子形成特定形状的空穴，成为活性中心，犹如钥匙和锁一样发生催化反应。 关键字：蛋白质维生素氨基酸脂肪酸固醇脂类半乳聚糖矿物质生物催化剂荷尔蒙内切酶 ○酶工程的介绍： 酶既可以催化一个反应的正反应，也可以催化其逆反应，但用上述内容就无法解释，而可以用“诱导契合模型”说明之。所谓的酶工程就是指酶制剂在工业上的大规模生产及利用。由于美不但广泛存在于动植物组织细胞中，而且也存在于微生物细胞中和他的培养基中，可通过各种理化反应方法把它提取出来，制成纯净的酶制剂，这种酶制剂保存了他的生物催化特性。不同种类的酶制剂可以借不同种类的微生物来制取。某些不同种类的微生物热可以生产出同一种酶制剂。 酶工程的主要研究内容有：酶的制备，酶和细胞的固定化，酶反应器的设计和放大，反应条件的设计和优化等。 酶工程的主要任务是：通过预先设计，经过人工操作加以控制，从而大量获得生产实践所需要的酶，并通过各种方法保持酶的稳定性，发挥其最大的催化功能。 酶催化反应的基本步骤：酶制剂得到后，应用酶的固定化技术将酶制剂精制成固态酶（固态），然后将其组装在特殊设计的器件当中（叫做生物反应器）中，利用这种反应器将原料（底物）转化为人类所需要的产品。例如，将天冬酰胺酶提纯，做成反应器，以富马酸为底物，则可以将富马酸转变成天冬氨酸，转化率达到百分之九十五以上，反应产物几乎是纯品。酶工程的实质：把酶或细胞直接应用于生物工程和化学工业的反应系统，其特点是转化率高，产品回收和提纯工艺简单，节约能源。酶工程的应用前景非常广阔。酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的 一门科学技术。它包括酶制剂的制备,酶的固定化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。 酶是一种在生物体内具有新陈代谢摧化剂作用的蛋白质，酶工程就是利用酶摧化的作用。是指利用酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等，借助酶所具有推动功能，通过工程学的手段向人类提供产品或向社会提供服务的一门科学技术。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。 酶的特性及机理： 1、酶与无机催化剂比较： ⑴相同点： ①、改变化学反应速率，本身几乎不被消耗； ②、只催化已存在的化学反应； ③、加快化学反应速率，缩短达到平衡时间，但不改变平衡点； ④、降低活化能，使化学反应速率加快。5）都会出现中毒现象。
酶工程概念
酶工程概念 酶活力: 酶催化某一化学反应的能力，一般用在一定条件下，酶催化某一反应的反应速 率来表示。 酶活力单位：表示酶量多少的单位。 酶活力单位：表示酶量多少的单位。 转换率：mol催化活性，分子活性，转换率（催化中心活性）：在单位时间内，酶分子活 性中心转换的底物分子数目。Kcat，单位1/s 盐溶现象：一般在低盐浓度的情况下，酶蛋白的溶解度随盐浓度的升高而增加的现象。 盐析现象：一般在一定盐浓度的情况下，酶蛋白的溶解度随盐浓度的升高而降低，并从 溶液中析出的现象。 盐析基本原理：由于盐的作用破坏了酶蛋白分子表面的水化膜，以及盐的反离子作用改 变了酶蛋白分子表面的电荷，导致酶蛋白从亲水胶体状态成为不带电荷的憎水胶体状态，从而使酶蛋白从水溶液中析出 疏水作用层析分离 靠疏水基团的疏水力，分离生物大分子的液相色谱法。 蛋白质分子表面含有一些疏水性基团，如酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、异亮氨酸、亮氨酸等疏水性氨基酸所含的疏水性基团较多。 疏水性吸附剂常以琼脂糖、聚乙烯醇、聚乙烯及其衍生物为载体，经溴化氰等物质活化，偶联上短链烷基、苯基、聚醚等疏水性基团。 固定化酶：凡限制在一定的空间范围内并能连续反复地使用的酶。 固定氨基酰化酶：第一个实现工业化生产的固定化酶 1）优点：稳定性提高，与底物产物分离容易，反应条件易于控制，节约劳动力 2）缺点：成本高，存在染杂菌，载体降解／酶的渗漏等问题，只适用于水溶性的小分子底物，局限于单级反应。 固定化细胞：凡限制在一定的空间范围内，并能连续反复地使用的具有一定生理功能的 细胞。 优点：增加酶的稳定性； 省去了酶的分离过程； 对于多酶反应体系，无需辅因子再生。 缺点：必须保持菌体的完整；必须防止细胞内蛋白酶对所需酶的分解，同时抑制其他酶的活性，以阻止副产物的生成。细胞壁和膜阻碍底物和产物的渗透、扩散。 1. 游离酶的比活：每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数表示。 2. 固定化酶的比活：每（克）干固定化酶所具有的酶活力单位数表示或单位面积（cm2） 的酶活力单位表示（酶膜、酶管、酶板）。 酶：蛋白质组分和对热稳定的非蛋白小分子物质组成。后者叫辅因子 辅因子：金属离子或小分子有机化合物（辅酶或辅基） 辅酶：与酶蛋白结合力比较弱 辅基：与酶蛋白结合力比较强。 1．空间效应 构象效应：（吸附法，共价结合）酶在固定化过程中，由于存在酶和载体的相互作 用，从而引起酶空间结构的改变，导致酶催化底物转化能力的改变。 位阻效应（空间障碍）：因载体的存在，给酶的活性部位或调节部位造成了空间障 碍，使酶的活性下降。
酶工程重点整理总结
. 第一章绪论 1、何为酶工程，试述其主要内容和任务。 答：（1）酶工程：酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程。（2）主要内容：微生物细胞发酵产酶，动植物细胞培养产酶，酶的提取与分离纯化，酶分子修饰，酶、细胞、原生质体固定化，酶非水相催化，酶定向进化，酶反应器和酶的应用等。（3）主要任务：经过预先设计，通过人工操作获得人们所需的酶，并通过各种方式使酶的催化特性得以改进，充分发挥其催化功能。2、酶有哪些显著的催化特性？ 答：（1）酶催化作用的专一性强（①绝对转移性：一种酶只能催化一种第五进行一种反应；②相对专一性：一种酶能够催化一类结构相似的底物进行某种相同类型的反应）；（2）酶催化作用的效率高（10~10倍）；137（3）酶催化作用条件温和。 3、简述影响酶催化作用的主要因素。 答：（1）底物浓度的影响：决定酶催化作用的主要因素。酶催化反应速度随底物浓度增加现增加在逐步趋向平衡再反而下降。（2）酶浓度的影响：底物浓度足够高的条件下，酶催化反应速度与酶浓度成正比。（3）温度的影响：适宜温度范围内，酶能进行催化反应，最适温度条件下，酶的催化反应速度达到最大。一般60°C以上易失活，5°C以下活性极低，Taq聚合酶95°C下仍稳定。（4）PH的影响：适宜PH范围内，酶才能显示其催化活性，最适pH条件下，酶催化反应速度达到最大。（5）抑制剂的影响：在抑制剂的影响下，酶的催化活性降低甚至丧失，从而影响酶的催化功能，有竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制。（6）激活剂的影响：在激活剂的作用下，酶的催化活性提高或者由无活性的酶生成有催化活性的酶。如Ca、Mg、Co、Zn、Mn、等金属离子和Cl等无机负离子。 5、简述酶活力单位的概念和酶活力的测定方法。 答：概念：在特定条件下（温度可采用25°C，pH等条件均采用最适条件），每1min催化1μmol 的底物转化为产物的酶量定义为1个酶活力单位（IU）。或在特定条件下，每秒催化1mol底物转化为产物的酶量定义为1Kat. 测定方法：化学测定法，光学测定法，气体测定法。 6、*酶的发展历史：①我国在4000多年前的夏禹时代就已经掌握了酿酒技术；②在3000多年前的周朝，就会制造饴糖、食酱等食品，2500多年前的春秋战国时期，就懂得用麥菊来治疗消化不良等疾病；③1833年。佩恩和帕索兹从麦芽的水抽提物中用乙醇沉淀得到一种可使淀粉水解生成可溶性糖的物质称之为淀粉酶；④19世纪中叶，巴斯德对酵母的乙醇发酵进行大量研究，认为活酵母细胞内有一种可以将糖发酵成乙醇的物质。1878年昆尼首次将酵母中进行乙醇发酵的物质称之为酶；⑤1896年，巴克纳兄弟发现酵母的无细胞抽提液也能将糖发酵成乙醇； ⑥1902年亨利根据蔗糖酶催化蔗糖水解的实验结果，提出了中间产物学说；⑦1913年，米彻利斯和曼吞根据中间产物学说，推导出酶催化反应的基本动力学方程——米氏方程；⑧1926年，萨姆纳首次从刀豆提取液中分离纯化得到脲酶结晶，并证明它有蛋白质的性质；⑨1960年，雅各和莫诺德提出操纵子学说；⑩1982年切克发现SsRNNA前体具有自我剪接功能，认为RNA也具有催化活性，将这种有催化活性的RNA成为核酸类酶；1983年，阿尔特曼等发现核酸酶。 7、*2种命名法：国际酶学委员会与1961年在“酶学委员会的报告”中提出了酶的分类与命名方案，获得了“国际生物化学与分子生物学联合会”的批准。此后经过多次修订，不断得到补充和完善。根据国际酶学委员会的建议，每一种具体的酶都有其推荐名和系统命名：①推荐名是在惯用名称基础上，加以选择和修改，一般由两部分组成：底物名称+催化反应的类型+酶，不管酶催化的反应是正反应还是逆反应，都用一个名称，对于水解酶类，可省去“水解”；②系统命名法更详细、更准确的反映出该酶所催化的反应，系统命名包括了酶的作用底物、酶作用的基团及
酶工程教材课后习题详解
简述酶活力单位的概念和酶活力的测定方法？ 概念：在最适条件（温度25℃）下，每分钟内催化1微摩尔（μmol）底物转化为产物所需的酶量为1个酶活力单位，即IU=1μmol /min。 测定方法：化学测定法、光学测定法、气体测定法 1.如何控制微生物发酵产酶的工艺条件？ 发酵过程中，为了能对生产过程进行必要的控制，需要对有关工艺参数进行定期取样测定或进行连续测量。参数中，对发酵过程影响较大的有温度、ＰＨ、溶解氧浓度等。 (1)温度:温度对发酵的影响是多方面的，主要表现在对细胞生长、产物形成、发酵液的物理性质和生物 合成方面。例如：枯草杆菌的最适温度为34--37℃，黑曲霉的最适温度为28--32℃ (2)pH:发酵过程中pH的变化取决于所用的菌种、培养基的成分和培养条件。微生物生长和生物合成都 有其最适和能够耐受的pH范围，大多数微生物生长的最适pH6.3-7.5，霉菌和酵母生长的最适 pH4-6，放线菌生长的最适pH7-8。 (3)溶解氧浓度:对于好氧发酵，溶解氧浓度是最重要的参数之一。好氧性微生物深层培养时，需要适量 的溶解氧以维持其呼吸代谢和某些产物的合成，氧的不足会造成代谢异常，产量降低。 2.提高酶产量的措施主要有哪些？50页 选育优良的产酶细胞、添加诱导物、控制阻遏物浓度、添加表面活性剂等 3.酶的生物合成有哪几种模式？ 根据酶的合成与细胞生长之间的关系，可将酶的生物合成分为3种模式，即： 生长偶联型——（同步合成型、中期合成型）部分生长偶联型——延续合成型 非生长偶联型——滞后合成型 1.简述细胞破碎的主要方法和特点？ 机械破碎法：通过机械运动产生剪切力使组织细胞破碎.a捣碎法：常用于动物内脏、植物叶芽、细菌的细胞b研磨法：常用于微生物和植物细胞c匀浆法：常用于易于分散、比较柔软、颗粒细小的组织细胞物理破碎法：通过各种物理因素作用，使组织细胞的外层结构破坏，而使细胞破碎。常用于微生物细胞的破碎.1.温度差破碎法;2.压力差破碎法（渗透压突变）;3. 超声波破碎法 化学破碎法：通过各种化学试剂对细胞膜的作用，而使细胞破碎.1.有机溶剂处理：破坏膜磷脂结构，常用丙酮、丁醇、氯仿等。2.表面活性剂处理：常用非离子型表面活性剂。 酶促破碎法：通过细胞本身酶系或外加酶制剂的催化作用，使细胞外层结构受到破坏，而达到细胞破碎。 1.外加酶法：根据细胞壁的结构和组成特点，选用适当的酶。 2.自溶法:细胞结构在本身具有的各种 水解酶作用下发生溶解的现象。 2.试述酶提取的概念和主要方法？88页 把酶从生物组织或细胞中以溶解状态释放出来的过程，即将尽可能多的酶，尽量少的杂质从原料中引入溶液。 3.酶的沉淀分离的主要方法简述其原理与特点？91页 4.何谓双水相萃取和超临界萃取？各有何特点？ 双水相萃取技术: 又称水溶液两相分配技术.两种不相溶的亲水性高分子聚合物水溶液。 由于形成的两相均有很高的含水量（达70%?90%），故称“双水相”系统。 优点：a.每一水相中均有很高的含水量，为酶等生物物质提供了一个良好的环境； b. PEG、Dextran 和无机盐对酶等无毒害作用，不会引起变性。 超临界流体萃取: 利用欲分离物质与杂质在超临界流体中的溶解度不同而达到分离的一种萃取技术。 优点: 萃取率和反萃取率高;分离浓缩同时进行，溶剂可反复利用;解决胞内酶在非细胞环境中迅速失活问题;破壁功能，直接从完整细胞提取酶蛋白;成本低. 5.何谓膜分离技术？在酶的生产中有何应用？教材100页
2012级名词解释酶工程
名词解释：每章的关键词（英文），就是表达本章中心内容的有实质意义的词汇。 各章重点 第一章绪论 一、酶工程的概念、分类及其研究内容。生物酶工程的内容、什么是核酶 二、简述酶活力测定方法的原理；酶活力单位；比活力等 第二章酶的生物合成与发酵生产 一、克隆酶：利用DNA重组技术而大量生产的酶。 二、什么是抗体酶？抗体酶：抗体酶是一类免疫系统产生的、具有催化活性的抗体。 三、酶生物合成的模式 四、一些概念的区别：操纵子与操纵基因、诱导酶与组成酶、胞内酶与胞外酶、产酶动力学 五、原核酶合成调节的类型有哪些？ 六、在酶制剂工业生产中为什么以微生物发酵生产为主？ 七、如何提高酶的产量？ 1选育优良的产酶细胞株系（生产组成型酶突变株的筛选，抗分解代谢阻遏突变株的选育，抗反馈阻抑突变株的筛选）2添加诱导物3控制阻遏物浓度4添加表面活性剂5添加产酶促进剂 第三章酶的提取与分离纯化 一、细胞破碎的目的、方法及原理。 二、酶抽提的目的及方法。 三、常用沉淀法的种类及原理。 四、常用沉淀法的种类及原理。盐析法分离蛋白质的原理。 五、简述酶分离纯化方法及工艺程序的选择策略。 先选用非特异的、低分辨的技术，去除主要的杂质并使酶溶液浓缩；如沉淀、超滤和吸附等。随后采用高效分离的手段；如离子交换层析、亲和层析。将最昂贵、最费时的分离单元放在最后阶段。如凝胶过滤层析。 六、简述影响酶提取的主要因素及影响规律。 抽提溶质的性质（酸性酶宜用碱性溶剂抽提，碱性酶宜用酸性溶液抽提，极性大的酶宜用极性溶剂抽提，含有较多非极性基团的酶宜用有机溶剂抽提。）。 抽提溶剂的用量（增加用量可以提高酶的提取率。但是过量的抽提溶剂，会使酶的浓度降低，对酶的进一步分离纯化不利。用量一般为原料体积的3~5倍，最好分次抽提） 温度（提取时温度对酶的提前效果有明显影响。一般来说，适当提高温度，可以提高酶的溶解度，增大酶分子的扩散速度。但温度过高易引起酶变性失活，所以提取温度不宜过高。要根据被抽提酶的酶学性质选择适宜温度）
酶的一般知识
酶的一般知识 最佳答案概念:酶（enzyme）是活细胞产生的具有催化作用的有机物，除少数RNA外几乎都是蛋白质。 酶催化作用实质：降低化学反应活化能 酶与无机催化剂比较： 1、相同点：1）改变化学反应速率，本身不被消耗；2）只催化已存在的化学反应；3）加快化学反应速率，缩短达到平衡时间，但不改变平衡点；4）降低活化能，使化学反应速率加快。 2、不同点：即酶的特性 酶的特性 1、高效性：酶的催化效率比无机催化剂更高，使得反应速率更快； 2、专一性：一种酶只能催化一种或一类底物，如蛋白酶只能催化蛋白质水解成多肽； 3、多样性：酶的种类很多，大约有4000多种； 4、温和性：是指酶所催化的化学反应一般是在较温和的条件下进行的。 一般来说，动物体内的酶最适温度在35到40摄氏度之间，植物体内的酶最适温度在40-50摄氏度之间；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有得酶最适温度可高达70摄氏度。动物体内的酶最适PH大多在6.5-8.0之间，但也有例外，如胃蛋白酶的最适PH为1.5，植物体内的酶最适PH大多在4.5-6.5之间。 酶的这些性质使细胞内错综复杂的物质代谢过程能有条不紊地进行，使物质代谢与正常的生理机能互相适应．若因遗传缺陷造成某个酶缺损，或其它原因造成酶的活性减弱，均可导致该酶催化的反应异常，使物质代谢紊乱，甚至发生疾病．因此酶与医学的关系十分密切 酶的发现 1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼（L.Spallanzani,1729—1799）设计了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼中，然后让鹰吞下去。过一段时间他将小笼取出，发现肉块消失了。于是，他推断胃液中一定含有消化肉块的物质。但是什么，他不清楚。 1836年，德国科学家施旺（T.Schwann,1810—1882）从胃液中提取出了消化蛋白质的物质。解开胃的消化之谜。 1926年，美国科学家萨姆钠（J.B.Sumner,1887—1955）从刀豆种子中提取出脲酶的结晶，并通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质。 20世纪30年代，科学家们相继提取出多种酶的蛋白质结晶，并指出酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。 20世纪80年代，美国科学家切赫（T.R.Cech,1947—）和奥特曼（S.Altman,1939—）发现少数RNA
酶工程 复习资料
第一章绪论 1.何谓酶工程，试述其主要内容和任务。 酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程。 酶工程的主要内容包括：微生物细胞发酵产酶，动植物细胞培养产酶，酶的提取与分离纯化，酶分子修饰，酶、细胞、原生质体固定化，酶非水相催化，酶定向进化，酶反应器和酶的应用等。 酶工程的主要任务是经过预先设计，通过人工操作获得人们所需的酶，并通过各种方法使酶的催化特性得以改进，充分发挥其催化功能。 2.酶有哪些显著的催化特性？ 酶是生物催化剂，与非酶催化剂相比，具有专一性强、催化效率高和作用条件温和等显著特点。 3.简述影响酶催化作用的主要因素。 酶的催化作用受到底物浓度、酶浓度、温度、pH、激活剂浓度、抑制剂浓度等诸多因素的影响。 5.简述酶活力单位的概念和酶活力的测定方法。 酶活力单位：在特定条件下（温度可采用25℃，pH等条件均采用最适条件），每1min催化1μmol的底物转化为产物的酶量定义为1个酶活力单位，这个单位称为国际单位（IU）。在特定条件下，每秒催化1mol底物转化为产物的酶量定义为1卡特（kat） 酶活力的测定方法：振荡测定法，酶柱测定法，连续测定法，固定化酶的比活力测定，酶结合效率与酶活力回收率的测定，相对酶活力的测定。或者测定方法：化学测定法、光学测定法、气体测定法其它.
酶的发展历史：4000多年前的夏禹时代——酿酒技术。3000多年前的周朝——制造饴糖、食酱等食品。1833年——佩恩和帕索兹从麦芽的水抽提物中得到淀粉酶。19世纪中叶——巴斯德对酵母的乙醇发酵进行研究。1913年——米彻利斯和曼吞根据中间产物学说，推导出米氏方程。1926年——萨姆纳得到脲酶结晶，并证明它具有蛋白质的性质。1960年——雅各和莫诺德提出操纵子学说。1982年——切克发现核酸类酶。1983年——阿尔特曼发现核糖核酸酶P的RNA 部分M1RNA具有核糖核酸酶P的催化活性。 酶的专一性分为绝对专一性和相对专一性。相对专一性又可分为键专一性和基团专一性米氏方程： 酶的可逆性抑制作用可以分为竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制。 Km 增大不变减小 Vm 不变减小减小酶的生产方法：提取分离法，生物合成法，化学合成法 第二章 经过预先设计，通过人工操作，利用微生物的生命活动获得所需要的酶的技术过程，称为酶的发酵生产。酶的发酵生产是当今产酶的主要方法，因为微生物具有种类多、繁殖快、易培养、代谢能力强等特点。 1. 试述酶生物合成的基本过程。 a． RNA的生物合成——转录：转录的起始、RNA链的延伸、转录的终止、RNA前体加工成为成熟的 RNA分子。
酶的定义及特点
酶的定义及特点 酶的概念： 酶是由活细胞合成的，对其特异底物起高效催化作用的生物催化剂（biocatalyst）。已发现的有两类：主要的一类是蛋白质酶（enzyme），生物体内已发现4000多种，数百种酶得到结晶。美国科学家Cech于1981年在研究原生动物四膜虫的RNA前体加工成熟时发现核酶“ribozyme”，为数不多，主要做用于核酸（1989年的诺贝尔化学奖）。 二、酶的作用特点 酶所催化的反应称为酶促反应。在酶促反应中被催化的物质称为底物，反应的生成物称为产物。酶所具有的催化能力称为酶活性。 酶作为生物催化剂，具有一般催化剂的共性，如在反应前后酶的质和量不变；只催化热力学允许的化学反应，即自由能由高向低转变的化学反应；不改变反应的平衡点。但是，酶是生物大分子，又具有与一般催化剂不同的特点。 1．极高的催化效率 酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂高107～1013倍。例如，脲酶催化尿素的水解速度是H+催化作用的7×1012倍；碳酸酐酶每一酶分子每秒催化6×105 CO2与水结合成H2CO3，比非酶促反应快107倍。 2．高度的特异性
酶对催化的底物有高度的选择性，即一种酶只作用一种或一类化合物，催化一定的化学反应，并生成一定的产物，这种特性称为酶的特异性或专一性。有结构专一性和立体异构专一性两种类型。 结构专一性又分绝对专一性和相对专一性。前者只催化一种底物，进行一种化学反应。如脲酶仅催化尿素水解。后者可作用一类化合物或一种化学键。如酯酶可水解各种有机酸和醇形成的酯。在动物消化道中几种蛋白酶专一性不同，胰蛋白酶只水解Arg或Lys羧基形成的肽键；胰凝乳蛋白酶水解芳香氨基酸及其它疏水氨基酸羧基形成的肽键。 立体异构专一性指酶对底物立体构型的要求。例如乳酸脱氢酶催化L-乳酸脱氢为丙酮酸，对D-乳酸无作用；L-氨基酸氧化酶只作用L-氨基酸，对D-氨基酸无作用。 3．酶活性的可调节性 酶促反应受多种因素的调控，通过改变酶的合成和降解速度可调节酶的含量；酶在胞液和亚细胞的隔离分布构成酶的区域化调节；代谢物浓度或产物浓度的变化可以抑制或激活酶的活性；激素和神经系统的信息，可通过对关键酶的变构调节和共价修饰来影响整个酶促反应速度。所以酶是催化剂又是代谢调节元件，酶水平的调节是代谢调控的基本方式。 4．酶的不稳定性
酶习题及答案
一、填空题 1．酶是活细胞产生的，具有催化活性的蛋白质。2．从自我剪切的RNA中发现了具有催化活性的，称之为这是对酶概念的重要发展。 3．结合酶是由和两部分组成，其中任何一部分都催化活性，只有才有催化活性。 4．有一种化合物为Ａ－Ｂ，某一酶对化合物的Ａ，Ｂ基团及其连接的键都有严格的要求，称为，若对Ａ基团和键有要求称为，若对Ａ，Ｂ之间的键合方式有要求则称为。 5．酶发生催化作用过程可表示为Ｅ＋Ｓ→ＥＳ→Ｅ＋Ｐ，当底物浓度足够大时，酶都转变为此时酶促反应速成度为。 6．竞争性抑制剂使酶促反应的km 而Vmax 。 7．磺胺类药物能抑制细菌生长，因为它是结构类似物，能性地抑制酶活性。 8．当底物浓度远远大于Km，酶促反应速度与酶浓度。 9．PH对酶活力的影响，主要是由于它和。 10．温度对酶作用的影响是双重的：①②。 11．同工酶是一类酶，乳酸脱氢酶是由种亚基组成的四聚体，有种同工酶。 12．与酶高催化效率有关的因素有、、、 和活性中心的。 13．对于某些调节酶来说，、Ｖ对［Ｓ］作图是Ｓ形曲线是因为底物结合到酶分子上产生的一种效应而引起的。 14．测定酶活力时要求在特定的和条件下，而且酶浓度必须底物浓度。 15．解释别构酶变构机理，主要有和两种。 16．能催化多种底物进行化学反应的酶有个Km值，该酶最适底物的Km 值。 17.与化学催化剂相比，酶具有、、和 等催化特性。 18．在某一酶溶液中加入Ｇ-ＳＨ能提出高此酶活力，那么可以推测基可能是酶活性中心的必需基团。 19．影响酶促反应速度的因素有、、、 、、。 20．从酶蛋白结构看，仅具有三级结构的酶为，具有四级结构的酶 ，而在系列反应中催化一系列反应的一组酶为。二、选择题 1．有四种辅因子(1)NAD，(2)FAD，（3）磷酸吡哆素，（4）生物素，属于转移基团的辅酶因子为： A、(1)(3) B、(2)(4) C、(3)(4) D、(1)(4) 2．哪一种维生素具有可逆的氧化还原特性： A、硫胺素 B、核黄素 C、生物素 D、泛酸 3．含B族维生素的辅酶在酶促反应中的作用是：
酶工程原理与技术
绪论第一节酶的基本概念 酶：具有生物催化功能和特殊构象的生物大分子。 酶工程:利用酶的催化作用，在特定的酶反应器中，把相应的原料转变为产品的过程。 酶的催化作用具有：专一性、高效性，作用条件温和可控性。 第二节酶的分类与命名 酶的分类：蛋白类酶（P酶）核酸类酶（R酶）两大类别。 蛋白类酶（P酶）：氧化还原酶，转移酶，水解酶，裂合酶，异构酶，合成酶（或称连接酶） 磷酸内酶（R酶）：分子内催化磷酸内酶、分子间催化磷酸内酶。 第三节酶活力的测定 酶活力大小可用一定条件下内酶所催化的反应初速率表示。 终止酶反应的方法： （1）加热使酶失活（2）加入适宜的酶变性剂（如三氯醋酸）；（3）调节pH值；（4）低温终止反应。 二、酶活力单位 在特定条件下，每1 min 催化1 μmol 的底物转化为产物的酶量定义为1 个酶活力单位。这个单位称为国际单位（IU） 在特定条件下，每秒催化1 mol底物转化为产物的酶量定义为1卡特（Kat） 1Kat = 6×10 7 IU 酶的比活力是指在特定条件下，单位重量（mg）蛋白质或RNA所具有的酶活力单位数。 酶比活力＝酶活力（单位）/ mg （蛋白或RNA） 第一篇酶的生产 1、提取分离法 2、生物合成法 3、化学合成法 生物合成法：经过预先设计，通过人工操作，利用微生物细胞、植物细胞或动物细胞的生命活动来获取所需酶的技术过程。 生物合成的过程：获得优良产酶菌株、优化培养、细胞新陈代谢、酶和其他代谢物、分离纯化。 反义链：在RNA的转录中，用作模板的DNA称为反义链。(3’---5’) 有义链：在RNA的转录中，不用作模板的DNA称为有义链。 不同的RNA的生物学功能：1.作为遗传信息的载体 2.具有生物催化活性。 3.tRNA是在蛋白质合成过程中，作为氨基酸载体。并由其中的反密码子 识别mRNA上的密码子；mRNA是蛋白质合成的模板；rRNA是蛋白质合成的场 所。sRNA是小分子核糖核酸，在分子修饰和代谢调节方面起重要作用。 操纵子:结构基因、操纵基因与启动子一起组成操纵子。 诱导型（有诱导物—引起诱导作用的物质）：乳糖操纵子 阻遏型（无阻遏物—引起反馈阻遏主要作用的物质）：色氨酸操纵子 作用：1.分解代谢物阻遏作用（葡萄糖效应） 2.酶生物合成的诱导作用 3.酶生物合成的反馈阻遏作用 葡萄糖效应：葡萄糖为大肠杆菌生长提供能量，当其过量时，乳糖操纵子中的β-半乳糖苷酶等一组酶合成受抑制的现象。 第一节细胞的选择 微生物 应用微生物开发酶：1）微生物种类多，酶种丰富。2）菌株易诱变，选育优良菌株。3）微生物生长繁殖快，酶易提取，特别是胞外酶。4）微生物生长周期短；不受季节等自然因素的影响。 酶生产的细胞必须具备的条件： 1、酶的产量高 2、容易培养和管理 3、产酶稳定性好 4、利于酶的分离纯化 5、安全无毒、无毒性。