酶工程技术在制药中的应用
酶工程技术在制药中的应用
摘要：酶工程是现代生物技术的重要组成部分，作为一项高新型技术为各工业的发展起到重要的推动作用。介绍了酶固定化、酶的化学修饰、抗体酶、核酸酶、酶标药物的理论及技术研究的新进展以及酶工程在制药工业领域中的应用，对酶工程。在制药领域应用的发展前景进行探讨。
关键词：酶工程；酶制药；应用
前景：酶，它作为一种生物催化剂，已广泛地应用于轻工业的各个生产领域。近几十年来，随着酶工程不断的技术性突破，在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛。重组DNA技术促进了各种有医疗价值的酶的大规模生产。用于临床的各类酶品种逐渐增加。酶除了用作常规治疗外，还可作为医学工程的某些组成部分而发挥医疗作用。如在体外循环装置中，利用酶清除血液废物，防止血栓形成和体内酶控药物释放系统等。另外，酶作为临床体外检测试剂，可以快速、灵敏、准确地测定体内某些代谢产物，也将是酶在医疗上一个重要的应用。
酶工程概述酶工程是将酶、含酶细胞器或细胞（微生物、动物、植物）等在一定的反应装置中，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的物质并用于社会生活的一门科学。它包括酶制剂的制备，酶的固化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面的内容。其应用主要集中于医药工业、食品工业及轻工业中。
1.酶的固定化技术及其应用
通过将酶包埋于凝胶、微囊体内，或通过共价键、离子键吸附连接至固相载体上，或通过交联剂使酶分子相互交联等方法使酶不溶局限在一个有限的空间内的技术过程。该技术可以使酶在批量反应中反复使用，在连续反应中连续使用或酶与产物易分离。固定化的方法有吸附法、共价结合法、包埋法、微囊法和交联法等基本方法，也有交联酶晶体、交联酶聚集体、硅基质包埋法和脂质包埋法等新型固定化技术[1]。在制药领域中应用较多的是包埋法，其次是吸附法。目前已有多种固定化酶用于大规模工业化生产，如：氨基酰化酶、青霉素酰化酶、天门冬氨酸酶、天门冬氨酸-β-脱羧酶。
2.酶的化学修饰
酶的化学修饰是指通过对酶蛋白分子的主链进行“切割”、“剪切”以及对其进行化学修饰,是利用化学手段将某些化学物质或基团结合到酶分子上最终达到改变酶的某些催化特性和功能的技术过程。通过酶的化学修饰,可以提高酶的活力，增加酶的稳定性，消除或降低酶的抗原性等。
3.酶的非水相催化和酶的定向进化
酶在非水介质（有机溶剂介质、气体介质、超临界流体介质、离子液介质等）中进行催化反应的技术过程称为酶的非水相催化[5]。酶在非水介质中的催化具有提高非极性底物或产物的溶解度、进行在水溶液中无法进行的合成反应、减少产物对酶的反馈抑制作用、提高手性化合物不对称反应的底物选择性、基团选择性、区域选择性、对映体选择性等显著特点。酶的定向进化技术[5]是模拟自然进化过程（自然随机突变和自然选择等），在体外进行基因的人工随机突变，建立突变基因文库，通过人工控制条件的特殊环境，定向选择得到具有优良催化特性的酶的突变体的技术过程。
4.酶制剂的生产及应用
4．1酶制剂的生产
4．1．1核酸酶和抗体酶
核酸类酶是一类由核糖核酸（RNA）组成的酶，具有核酸序列的高度特异从而具有很强的应用价值。只要知道某种核酸酶的核苷酸序列，就可以设计合成催化其自我割切和断裂的核酸组成，根据这些基因组的全部序列，就可以设计并合成出防治.由这些病毒引起的人、畜和植物病毒病的核苷酸，如能够防治流感、肝炎、艾滋病和烟草花叶病等。核酸酶也可以用作研究核酸图谱和基因表达的工具[4]。抗体酶又称为催化性抗体，是一类具有生物催化功能的抗体分子，可以采用诱导法和修饰法获得。抗体酶已经用于酶作用机理的研究、手性药物的合成和拆分、抗癌药物的制备等[4]
4.1.2 酶标药物
近来，人们可以根据药物在生物体内可能的作用目标（如酶或受体）来设计药物，由此获得的药物被称为酶标药物。目前，这种设计方法已经称为药物设计的主流，在新药物设计中发挥了巨大作用。血管紧张素肽转化酶（ACE）抑制剂是酶标药物的一个成功实例，ACE抑制剂已经成为重要的常用降压药。近来的研究发现，艾滋病感染和传播，主要是由艾滋病病毒颗粒表面的蛋白酶引起的。因此，艾滋病病毒蛋白酶的研究成为一个热点，人们希望对艾滋病病毒蛋白酶抑制剂的研究，寻找出防止艾滋病病毒感染和治疗艾滋病的方法[6]。
4.2 酶工程技术在制药工艺中的运用
酶工程技上在生产投资小、工艺简单、能耗量低、产品收率高、效率高、效益大和污染小等优点，成为化学、医药工业应用方面的主力军。以往采用化学合成、微生物发酵及生物材料提取等传统技术生产的药品，皆可通过现代酶工程生产。甚至可以获得传统技术不可能得到的昂贵药品，如人胰岛素、6-APA及7-ADCA 等。固定化基因工程菌、工程细胞以及固定化技术与连续生物反应器的巧妙结合，将导致整个发酵工业和化学合成工业的根本性变革。
4．2.1应用酶工程制备生物代谢产物
应用固定化细胞可大量生产各种初级代谢产物或中间产物，如糖、有机酸和氨基酸等。产品有D-果糖、甘油、1，6-二磷酸果糖、柠檬酸、苹果酸、丙氨酸、
天冬氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、赖氨酸等。
4.2.2应用酶工程生产抗生素和维生素
应用酶工程可以制备头孢菌素Ⅳ(头孢菌素酰化酶)、7-ADCA(青霉素Ⅴ酰化酶)、脱乙酰头孢菌素(头孢菌素乙酸酯酶).近年来还进行固定化产黄青霉（青霉素合成酶系）细胞生产青霉素的研究，合成青霉素和头孢菌素前体物的最新工艺也采用酶工程的方法。
4.2.3应用酶工程生产氨基酸和有机酸
生产DL-氨基酸(氨基酰化酶)、L-赖氨酸(二氨基庚氨酸脱羟酶或α-氨基-ε-己内酰胺水解酶和消旋酶)、尿酐酸(L-组氨酸氨解酶)、L-酪氨酸及L-多巴(β-酪氨酸酶)等有机酸.
4．2.4应用酶工程生产核苷酸类药物
腺嘌呤核苷酸（AMP）由产蛋白假丝酵母菌体用热水提取核酸，再经核酸酶水解制得。脱氧核苷酸由鱼白提取脱氧核糖核酸（RNA）后，经5＇-磷酸二酯酶酶解制得。现有富含核酸的动植物（花粉等）提取核糖核酸（RNA），再用5＇-磷酸二酯酶酶解为磷酸酰苷（AMP）、磷酸胞苷（CMP）、磷酸尿苷（UMP）及磷酸尿苷（GMP）制得混合核苷酸。肌苷酸由酰苷脱氨酶制得。ATP和AMP分别由氨甲酰磷酸激酶、激酶加乙酸激酶制得。
5.酶工程技术制药的前景
酶工程作为生物工程的重要组成部分，其作用之重要、研究成果之显著已为世人所公认。充分发挥酶的催化功能、扩大酶的应用范围、提高酶得应用效率是酶工程应用研究的主要目标。21世纪酶工程的发展主题是：新酶的研究与开发、酶的优化生产和酶的高效应用。除处采用常用技术外，还要借助基因学和蛋白质组学的最新知识，借助DNA重排和细胞、噬菌体表面展示技术进行新酶的研究与开发，目前最令人瞩目的新酶有核酸类酶、抗体酶和端粒酶等。要采用固定化、分子修饰和非水相催化等技术实现酶的高效应用，将固化技术广泛应用于生物芯片、生物传感器、生物反应器、临床诊断、药物设计、亲和层析以及蛋白质结构和功能的研究，使酶技术在制药领域发挥更大的作用。
6.参考文献:
[1]谭天伟，生物化学工程[M].化学工业出版社，2008,26（5）
[2]王正祥,刘吉泉，微生物酶的分子改进和人工进化的研究进展[J].生物工程学报.2000,16(3).
[3]郑成，酶工程的研究进展简述[J].韶关学院学报(自然科学版).2001,22(6).
[4]居乃琥，21世纪工程研究的新动向[J].工业微生物.2001,31(1).
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[7]穆小民,吴显荣，酶的开发利用与酶工程[J].生物技术,1995,15(6).
[8]彭丽萍,食品沙门氏菌检测方法进展[J].中国人兽共患病杂志,1999,15(5).
酶工程发展概况及应用前景
酶工程发展概况及应用前景 【摘要】酶的生产和应用的技术过程称为酶工程。其主要任务是通过预先设计,经人工操作而获得大量所需的酶,并利用各种方法使酶发挥其最大的催化功能。本文意在阐述近年来酶工程在分子水平的研究进展,展示酶工程在医药、农业、食品、环境保护等领域的应用进展,并对其未来前景进行了展望。 【关键词】酶工程；概况；应用；前景 酶工程，从定义上来说，是酶制剂在工业上的大规模应用，主要由酶的生产、酶的分离纯化、酶的固定化和生物反应器四个部分组成。简而言之，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的反应器等方面内容。 酶工程的前景 酶因其反应的专一性，高效性和温和性的特点，已和生物工程，信息科学和材料科学构成了当今的三大前沿科学。而作为生物工程的重要组成部分，将在未来的发展中，在世界科技和经济发展中起着主导和支柱作用。而工业用酶日益广泛地应用于化学，医药，纺织，农业，日化，食品，能源，化妆品以及环保等行业。据报道，到2003年，欧洲工业用酶的市场增加至9亿美元，年增长率达百分之十；而2000年的中国，酶制剂总产量达272吨，同比增长8.8%，可谓发展迅速，前景十分广阔。 酶工程的发展 酶工程的发展，是一部科学的成长史。在二次世界大战后,酶工程发展成为新的工业领域—酶工程工业。酶工程的发展历史从那时算起, 至今已经三十多个年头了。六十年代以后, 由于固定化酶、固定化细胞及固定化活细胞的崛起, 使酶制剂的应用技术面貌一新。七十年代以后，伴随着第二代酶——固定化酶及其相关技术的产生，酶工程才算真正登上了历史舞台。固定化酶正日益成为工业生产的主力军，在化工医药、轻工食品、环境保护等领域发挥着巨大的作用。几十年来酶制剂的品种和应用不断扩大。不仅如此，还产生了威力更大的第三代酶，它是包括辅助因子再生系统在内的固定化多酶系统，它正在成为酶工程应用的主角。近年来, 国际上酶工程技术发展迅速, 硕果累累,主要有基因工程、蛋白质工程、人工合成酶、模拟酶、核酸酶、抗体酶、酶的定向固定化技术、酶化学技术、非水酶学、糖生物学、糖基转移酶、极端环境微生物和不可培养微生物的新品种等。 酶工程的应用 酶工程的发展日新月异，现举几个例子更加形象地说明酶工程地应用： 酶工程在污染处理中的作用：可利用过氧化物酶和聚酚氧化酶处理含酚废水和造纸废水，如辣根过氧化物酶，木质素过氧化物酶，植物来源的过氧化物酶；酪氨酸酶，漆酶等；可利用氰化物酶和氰化物水合酶处理含氰废水；利用蛋白酶，淀粉酶处理食品加工废水；并且，可以通过设计复合代谢途径，拓宽氧化酶的专一性等基因工程的运用，提高微生物的降解速率;拓宽底物的专一性;维持低浓度下的代谢活性;改善有机污染物降解过程中的生物催化稳定性等。酶在废物处理及资源化过程中正在发挥重要作用, 利用基因工程和蛋白质工程扩展酶的代谢途经, 是治理难降解有毒污染物的重要方法。
酶工程的研究进展及前景展望
酶工程的研究进展及前景展望 摘要：概述了21 世纪国际上酶工程研究的新进展和新趋势。本文意在阐述近年来酶工程在分子水平的研究进展,并对其未来前景进行了展望。简单介绍了酶工程研究的进展, 对酶工程的发展前景进行了探讨。介绍了酶工程的应用现状，并对酶工程的作用和发展做出了展望。 关键词: 酶工程; 抗体酶；酶的固定化；开发研究; 进展； Abstract:An overview of the enzyme engineering in the 21st century international research progress and new trends. This paper aims to elaborate in recent years, progress in enzyme engineering research at the molecular level, and its future prospects. Briefly introduced the progress of the study of enzyme engineering, discussed the prospects for the development of enzyme engineering. Introduced the application status of the enzyme works , and the role and development of enzyme engineering to make the outlook. Keywords:Enzyme Engineering; Antibody enzyme; Immobilization; Research and development;Progress 1 前言 跨入21 世纪,人们在20 世纪认识生命本质高度一致性的基础上,迎来了后基因组时代,将有可能从整个基因组及其全套蛋白质产物的结构- 功能机理的角度,进一步阐明生命现象的核心和本质, 并系统整合生物学的全部知识,建立起真
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
酶工程的发展状况及其应用前景
酶工程的发展状况及其应用前景 摘要：酶在现代生物生产中扮演着重要角色，酶作为一种生物催化剂，因其催化作用具有高度专一性、催化条件温和、无污染等特点，以及酶工程不断的技术性突破，使得酶在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛。 关键词：酶工程生物催化剂酶的固定 正文： 随着酶生产的不断发展，酶的应用越来越广泛。现在，酶工程已在医药、食品工业、农业、饲料、环保、能源、科研等领域广泛应用。成为基因工程、细胞工程、蛋白质工程等新技术领域的科学研究和技术开发中不可取代的工具。 一、酶工程的发展及应用现状 （一）国内外酶制剂的发展现状 BCC最新研究报告显示，未来4年全球工业酶制剂市场价值将以％的复合年增长率继续增长，由2011年的39亿美元增加至2016年的约61亿美元。该报告将工业酶市场细分成3个部分：生物酶、食品和饮料酶以及其他酶制剂。2011年生物酶的市场价值达12亿美元，预计还将以％的复合年增长率继续增长，2016年达17亿美元。2011年食品和饮料活性酶的市场价值接近13亿美元，未来4年还将以％的年均复合增长率增长，预计2016年达21亿美元。2011年其他酶制剂的市场价值为15亿美元，预计还将以％的复合年增长率增长，到2016年市场价值将达到22亿美元①。 我国酶制剂工业面经过近几十年的发展，初步具有一定的规模，取得了很大的进步。但是，国外酶制剂公司仍然处于绝对的领先地位，特别是一些比较出色的公司，例如，诺和诺德公司（Novo Nordisk）、丹尼斯克公司（Danisco）等②。 （二）酶工程的应用现状 一、酶工程技术在医药工业中的应用 1、酶的固定化技术 酶的固定化(enzyme immobilization)是指采用有机或无机固体材料作为载体(carrierorsupport)，将酶包埋起来或束缚、限制于载体的表面和微孔中，使其仍具有催化活性，并可回收及重复使用的酶化学方法与技术。不使用固体材料作为载体，通过酶分子之间的相互交联形成聚集体，也可将酶固定化，称为无载体酶固定化。由于酶的蛋白质属性，进人人体后产生免疫反应，因稀释效应，而无法集中于靶器官组织，常不能保持最适合的治疗浓度，而固定化酶则很好的克服了游离酶的这些缺点，应用于治疗镁缺乏症、代谢异常症及制造人工内脏方面，如固定化L-天冬酰胺酶用于治疗白血病。葡萄糖氧化酶被固定化在纳米微带金电极上可用于活体检测的微生物传感器③。 固定化酶技术可用于治疗一些代谢障碍疾病。已知人类关于新陈代谢的疾病已过120余种，很多病因归结为人体缺乏某种酶的活性，一种可能的治疗方法就是通过某种方式给病人提供他所缺乏的酶。其提供的方式主要有：①将固定化酶用于体内作为治疗药物；②将固定化酶组装成体外生物反应器，通过体外循环作为临床治疗剂。将固定化酶用于临床诊断的例子很多，如各种酶测试盒层出不穷，采用固定化酶柱反应器的FIA(流动注射法)可用于临床诊断检测尿酸、葡萄糖、氨、尿素、胆甾醇、谷氨酸、乳酸、无机磷等。 2、酶催化技术 主要介绍非水相介质中的酶催化，传统的酶催化反应主要在水相中进行，但自1987年Kilibanov等。用脂肪酶粉或固定化酶在几乎无水的有机溶剂中成功地催化合成了肽以及手性的醇、脂和酰胺以来，对酶在非水相介质的催化反应技术的开发及研究报道迅速增加，特别在手性药物的不对称合成及手性药物拆分的生物技术开发中得到了很多应用。目前非水相中的酶催化技术已衍生出以下几类体系：①水与有机溶剂的互溶均相体系；②水与有机溶剂形
生物制药工艺学题库
第一章生物药物概述 1、生物药物(biopharmaceuticals) 指运用生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织、细胞、体液或其代谢产物，综合利用化学、生物技术、分离纯化工程和药学等学科的原理和方法加工、制成的一类用于预防、治疗和诊断疾病的物质。 2、抗生素（antibiotics）： 抗生素是生物，包括微生物，植物和动物在内，在其生命活动过程中所产生的(或由其它方法获得的)，能在低微浓度下有选择地抑制或影响它种生物机能的化学物质”。 3、生化药品 从生物体分离纯化得到的一类结构上十分接近人体内的正常生理活性物质，具有调节人体生理功能，达到预防和治疗疾病的物质 4、生物制品（biological products） 是指用微生物（包括细菌、噬菌体、立克次体、病毒等）、微生物代谢产物、动物毒素、人或动物的血液或组织等直接加工制成，或用现代生物技术方法制成，作为预防、治疗、诊断特定传染病或其他有关疾病的免疫制剂。 5、基因工程药物 采用新的生物技术方法，利用细菌、酵母或哺乳动物细胞作为活性宿主，进行生产的作为治疗、诊断等用途的多肽和蛋白质类药物 6、生物药物分类 按生理功能和用途分类 （1）治疗药物：对疑难杂症如肿瘤、爱滋病、免疫性疾病、内分泌障碍等具有特殊的作用；（2）预防药物：对传染病的预防； （3）诊断药物：免疫诊断试剂、单克隆抗体诊断试剂、酶诊断试剂、放射性诊断药物和基因诊断药物等；某些生物活性物质亦是检测疾病的指标，如谷草转氨酶等； （4）其它生物医药用品：生物药物在其他方面应用也很广泛：如生化试剂、保健品、化妆品、食品、医用材料等。 按原料的来源分类 （1）人体组织来源的生物药物：主要有人血液制品类、人胎盘制品类、人尿制品类；（2）动物组织来源的生物药物：动物的脏器、其他小动物制得的药物如蛇毒、蜂毒等。（3）植物组织来源的生物药物：中草药、有效成分； （4）微生物来源的药物：抗生素、酶、氨基酸、维生素等； （5）海洋生物来源的药物； 7、生物药物的特性 （1）药理学特性 （2）在生产、制备中的特殊性 （3）检验上的特殊性 （4）剂型要求的特殊性 （5）保藏及运输的特殊性 第二章生物药物的质量管理与控制 1、生物药物质量检验的程序与方法 基本程序：取样、鉴别、检查、含量测定、写出检验报告 2、药物的ADME A: absorption，药物在生物体内的吸收； D: distribution, 药物在生物体内的分布； M: metabolism，药物在体内的代谢转化； E: excretion，药物及其代谢产物自体内的排除。 3、药物的三级质量标准 1. 国家药典：凡例、正文、附录三大部分； 2. 部颁药品标准：性质与药典相同，具有法律的约束力。收载《中国药典》未收载的，但常用的药品及制剂。 3. 地方药品标准：对药典以外的某地区常用的药品、制剂的规格和标准，常制定地区性的
酶工程在医药上的应用
酶工程在医药上的应用 朱祺琪社科1003班3100104077 【摘要】本文为读书报告，从酶工程制药的工艺和工程化技术方面，以及酶工程在医药上的应用及对未来的展望对酶工程的一个方面进行概述。 【关键词】酶工程酶的固定化酶法手性合成技术非水相酶催化 【引言】酶，它作为一种生物催化剂，已广泛地应用于轻工业的各个生产领域。近几十年来，随着酶工程不断的技术性突破，在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛重组DNA技术促进了各种有医疗价值的酶的大规模生产。用于临床的各类酶品种逐渐增加。酶除了用作常规治疗外，还可作为医学工程的某些组成部分而发挥医疗作用。如在体外循环装置中，利用酶清除血液废物，防止血栓形成和体内酶控药物释放系统等。另外，酶作为临床体外检测试剂，可以快速、灵敏、准确地测定体内某些代谢产物，也将是酶在医疗上一个重要的应用。 【正文】 一、酶工程制药的工艺和工程化技术 1）酶的固定化技术 在４０多年以前，几乎所有的工业化生产中采用的生物催化剂都是用全细胞或组织来进行的。作为生物催化剂的微生物细胞种类繁多，并带动了目前发酵工业的迅速发展。但由于正常发酵过程中的微生物生长和繁殖都需要消耗培养基中的营养物质并产生不必要的副产物，因而导致目的产物必须经过分离步骤才能从最终产物的混合物中分离出来，因此使用微生物细胞进行催化并不是十分有效的方法。
酶的固定化最早在１９１６年由Ｎｅｌｓｏｎ和Ｇｒｉｆｆｉｎ在研究酵母蔗糖酶时提出，他们发现蔗糖酶被吸附在活性炭上后仍然有活性。在２０世纪６０年代，羧肽酶、胃蛋白酶、核糖核酸酶相继被固定化成功，从而使得固定化酶在制药工业中的应用受到越来越大的重视。１９６９年千烟一郎固定化氨基酰化酶工业化生产Ｌ 氨基酸；随后青霉素酰化酶固定化生产。氨基青霉烷酸获得成功。近十几年来，随着工业分离纯化技术的发展和应用，使得工业规模获得酶成为可能，离体酶在制药工业中应用在逐渐增加。其最明显的优势在于具有更有效的底物转化率、更高的投料量和产量以及更好的产物均一性。但这些优点极有可能被酶纯化所增加的成本和纯化过程中酶的失活所抵消掉，造成对酶应用的限制。许多科学家已经开始研究如何去克服这些困难，其中大批量进行酶纯化能够在一定程度上减低成本，但更有效的方法当属固定化酶的方法，这种方法使得酶在使用过程中稳定性提高，可重复使用，降低了生产成本。 2）酶法手性合成技术 近来，小分子与生物大分子间的相互作用引起了人们很大的关注。对于选择性酶抑制剂和受体激动剂或拮抗剂的研究是药用工业中靶目标定位研究的关键之一。在分子水平上对药物作用机制的深入了解引起了人们的广泛注意，意识到手性作为许多药物功效之关键的重要性。现在人们已经知道在许多情况下，药物中仅有一种对映体对功效是必需的，其他对映体或者无活性，或者活性下降，甚至产生毒害。现在制药企业已经意识到，新药的开发必须是单手性的，以此来避免由不需要的对映体引起的不必要的副作用。许多情况下，一旦由消旋体药物向对映体纯化合物的转化成为可能时，就是发展工业化过程的良机。与消旋化合物相比较，单一对映体的优势体现在制备过程和配方上。 手性药物中间体可通过不同途径制备。一个方法是从天然的手性化合物开始，这种手性化合物主要是由发酵过程产生。手性库主要用到廉价的，使用方便的，有旋光性的天然产物。第二种方法是通过拆分消旋化合物实现的，该方法是主要是通过对映体或非对映体结晶性质上的差异以及通过化学或生物催化的方法有效拆分消旋化合物来完成的。最后，也可以用微生物细胞或其代谢产物酶，
酶工程在现实方面的应用
酶工程在现实生活的应用 学院：生命科学与食品工程学院 姓名：沈峰学号：5602209078 班级：生工092 摘要：酶是催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体。是生物催化剂，能通 过降低反应的活化能加快反应速度，但不改变反应的平衡点。绝大多数酶的化学本质是蛋白质。具有催化效率高、专一性强、作用条件温和等特点。酶工程技术与我们生活息息相关，比如酿酒，制药工业等等。 Abstract:The enzyme is a specific protein, RNA or its complex which is used to catalytic specific chemical reaction.it's biological catalyst .It can accelerate reaction velocity by reduce the activation energy of reaction ,without changing the point of balance. The vast majority of enzyme's chemical nature is protein.so it have lots of Characteristics as high catalytic efficiency, high specificity, mild conditions and so on.The enzyme engineering is closely linked with our life ,for example,making wine pharmaceutical industry and so on. 关键字：酶工程酶啤酒制药 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。 如果要了解酶工程在现实生活方面的应用的话，首先先要知道什么是酶，什么是酶工程，和哪些酶可以在起作用及酶的特性有哪些。 首先酶是催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体。目前已发现有2000 多种。分子量在数万至数十万之间。生物体内的含量一般极少，它能参与生物体的各种生理生化活动，起催化剂的作用。酶的种类众多，而在酿酒等工业方面方面应用的酶也不少。比如，曲霉，根霉，红曲霉，拟内孢霉，木霉，青霉，等等。所以没对于现实生活有着广而深的影响，对于酶的特性的了解也就十分必要。 酶工程：酶制剂在工业上的大规模应用，主要由酶的生产、酶的分离纯化、酶的固定化和生物反应器四个部分组成。 酶的特性主要四点：1、酶具有高效率的催化能力；其效率是一般无机催化剂的10的7次幂~~10的13次幂。2、酶具有专一性；（每一种酶只能催化一种或一类化学反应。）3、酶在生物体内参与每一次反应后，它本身的性质和数量都不会发生改变(与催化剂相似)；4、酶的作用条件较温和。 一酶工程在酿酒制造业的作用 总所周知，现实生活中的许多家庭每天都或多或少会在酒的方面消费，还有社交
酶工程技术极其在医药领域的应用
酶工程技术极其在医药领域的应用 摘要：随着生物技术的迅速发展，酶工程在生物工程中的核心地位得到了更好的体现。酶工程作为一种高新技术，已在医药、食品、轻工业、纺织等行业中得到越来越广泛的应用。本文将从酶的固定化技术、酶催化技术、酶的化学修饰、脱氧核酶、抗体酶和酶学诊断等几个方面来对酶工程在医药行业中的应用进行综述。 关键词：酶工程；医药；应用 Enzyme engineering technology and it’s application in the medical field Abstract: With the rapid development of biotechnology, enzyme engineering as a hard core of biological engineering has been better reflected. Enzyme engineering, as a new high-tech, has been widely used in medicine, food, light industry, textile and other industries. This article told the application of enzyme engineering in the medical industry from these aspects ,Enzymes Immobilization, Enzyme Catalysis, Enzymes Modification, Deoxyribozyme, Catalytic Antibody and Enzymatic diagnosis. Key words: Enzyme Engineering; Medicine; Application 1 引言：回顾20世纪，生物科学与生物工程在全球崛起并迅速发展，已经从整体水平发展到细胞水平和分子水平，在基础与应用研究领域取得了举世瞩目的成果。酶工程作为生物工程的重要组成部分，
第四章 酶工程制药(教案修改)
第四章酶工程制药 教学目的 掌握：酶工程的概念 熟悉：固定化酶、固定化菌体的定义和特点 教学重点 固定化酶 计划学时：4 酶工程制药是生物制药的主要技术之一，主要包括药用酶的生产和酶法制药两方面的技术。 药用酶是指可用于预防和治疗疾病的酶。 酶法制药是指利用酶的催化作用而制造出具有药用功效物质的技术过程。主要包括酶的催化反应、酶的固定化、酶的非水相催化等。 第一节概述 酶是生物催化剂。 所有生物体在一定条件下都可以合成多种多样的酶。生物体内的各种生化反应，几乎都是在酶的催化作用下进行的，所以酶对于生物体的新陈代谢是至关重要的。 一、酶的催化特性 酶是生物催化剂，具有催化剂的共同性质，即可以加快化学反应的速度，但不改变反应的平衡点。 1 酶的专一性强 2 酶的催化效率高 3 酶的作用条件温和 二、影响酶催化作用的主要因素 (一) 底物浓度对酶催化反应的影响 酶催化反应的底物即酶所作用的物质。根据参与反应的底物数量的不同，可分为单底物反应和多底物反应。 单底物反应只有一种底物发生变化。水解酶催化的水解反应有水参与，但由于水的量很大，可视为其浓度是恒定不变的，也属于单底物反应。 多底物反应是有两个或多个底物参与的反应。其底物浓度对反应速度的影响较为复杂，根据底物与酶的结合顺序，可分别用有序机制(Ordered bi bi mechanism)、随机机制(Random bi bi mechanism)和乒乓机制(Ping—pang bi bi mechanism)解释。 1单底物反应中底物浓度对酶促反应速度的影响 从图4—1可以看到，在底物浓度较低的情况下，反应速度与底物浓度成正比。 当底物达到一定浓度时，反应速度的上升不再与底物浓度的增加成正比，而逐步达到一个极限值(最大反应速度V m)。 1902年，Henri根据图4—1的结果，提出中间产物学说。
生物制药 (完整版)
第一章绪论 1、生物技术药物：一般来说，采用DNA重组技术或其他生物技术研制的蛋白质或核酸类 药物。 2、生物药物按其功能用途可以分为三类：（1）治疗药物；（2）预防药物；（3）诊断药物。 3、生物技术药物的特性：（1）分子结构复杂；（2）具有种属特异性；（3）治疗针对性强， 疗效高；（4）稳定性差；（5）基因稳定性；（6）免疫原性；（7）体内的半衰期短；（8）受体效应；（9）多效性和网络效应；（10）检的特异性 4、生物技术制药的特性：高技术；高投入；长周期；高风险；高收益。 第二章基因工程制药 1、基因工程制药的药物都是用传统方法很难生产的珍贵稀有的药品，主要是医用活性蛋白 和多肽类，包括：(1)免疫性蛋白，各种抗原和单克隆抗体。(2)细胞因子，如各种干扰素,白细胞介素，集落刺激生长因子，表皮生长因子及凝血因子。（3）激素，如胰岛素，生长激素，心钠素。（4）酶类，如尿激酶，链激酶，葡激酶，组织型纤维蛋白溶酶原激活剂及超氧化物歧化酶等。 2、我国科学家经过8年刻苦攻关，成功地研制出世界上第一个采用中国健康人白细胞中克 隆的A1B型干扰素基因，组建杂交质粒，传染大肠杆菌使之高效表达的人A1B干扰素。 3、基因工程技术是将所要重组对象的目的基因插入载体，拼接，转入新的宿主细胞，构建 成工程菌，实现遗传物质的重新组合，并使目的基因在工程菌内进行复制和表达的技术。 4、基因工程药物制造的主要步骤：获得目的基因—组建重组质粒—构建基因工程菌—培养 工程菌—产物分离纯化—除菌过滤—半成品检定—成品检定—包装。 5、简单叙事反转录法克隆基因的主要步骤：mRNA的纯化；CDNA第一链的合成；CDNA 第二链的合成；CDNA克隆；将重组体导入宿主细胞；CDNA文库的鉴定；目的CDNA 的分离和鉴定。 6、目前克隆真核基因常用的方法：化学合成和反转录法。 7、基因表达的微生物宿主细胞分为两类：原核生物，目前常用的有大肠杆菌，枯草芽孢杆 菌，链霉菌。真核生物，常用的有酵母，丝状真菌。 8、目前使用最广泛的宿主菌是大肠杆菌和酿酒酵母。 9、影响目的基因在大肠杆菌中表达的因素：（1）外源基因的剂量；（2）外源基因的表达效 率：启动子的强弱；核糖体结合位点的有效性；SD序列和起始密码的间距；密码子组成。（3）表达产物的稳定性；（4）细胞的代谢负荷；（5）工程菌的培养条件。 10、融合蛋白：融合蛋白的氨基端是原核序列，羧基端是真核序列，这样的蛋白质是由 一条短的原核多肽和真核蛋白结合在一起的。 11、非融合蛋白：是指在大肠杆菌中表达的蛋白以真核的mRNA的AUG为起始，在 其氨基端不含任何细菌多肽序列。 12、质粒的不稳定分为分裂不稳定和结构不稳定。 13、质粒的分裂不稳定：是指工程菌分裂时出现一定比例不含质粒的子代菌的现象，它 主要与两个因素有关，一是含质粒菌产生不含质粒子代菌的频率，质粒丢失率与宿主菌，质粒特性和培养条件有关；二是这两种菌比生长速率差异的大小。 14、提高质粒稳定性的方法：选择合适的宿主菌；选择合适的载体；选择压力；分阶段 控制培养；控制培养条件；固定化。 15、接种量：是指移入的种子液体积和培养液的体积的比例。 16、基因工程药物的分裂纯化特点：（1）目的产物在初始物料中含量低；（2）含目的产 物的初始物料组成复杂；（3）目的产物的稳定性差；（4）种类繁多；（5）应用面广。17、分离纯化的基本过程的5个步骤：包括细胞破碎，固液分离，浓缩与初步纯化，高
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。
生物技术制药期末
第四章抗体制药 1．Ig分子是由二硫键连接起来的4条（两对）条多肽链构成的。 2．单克隆抗体制备时对动物的免疫方法分为体内免疫和体外免疫。 3．一般来说PEG的相对分子质量和浓度越大，细胞的融合率越高。 1.Ig分子的抗原结合部位是由（V L和V H的CDR区）共同构成。 2.制备单克隆抗体时一般采用与（骨髓瘤细胞）供体同一品系的动物进行免疫。 3.生物药物检验要求（理化指标和生物活性指标缺一不可）。 4.下列不属于基因产品液态保存的方法是（低浓度保存） 5.前预防乙型肝炎使用的生物制品属于（疫苗）。 单克隆抗体：由单一的B淋巴细胞克隆产生的，这种抗体是针对一种抗原决定簇的抗体，称为单克隆抗体。 双功能抗体：就是双特异性单链抗体，将抗A抗原抗体的轻链可变区基因与抗B抗原抗体的重链可变区通过短肽链接子连接构建成双链抗体的表达质粒，表达后形成双特异性抗体。多克隆抗体：病原微生物含有多种抗原决定簇的抗原物质，因此这些抗体制剂也是多种抗体的混合物，故称多克隆抗体。 抗体：是指能与相应抗原特异性结合具有免疫功能的球蛋白。 克隆化：指单个细胞通过无性繁殖而获得细胞集团的整个培养过程。 免疫球蛋白：将具有抗体活性及化学结构与抗体相似的球蛋白统称为免疫球蛋白。 类型基本结构 人-鼠嵌和抗体人IgC-小鼠IgV 改型抗体小鼠CDR替换人CDR Fab 完整L链和Fd Fv V H和V L 单链抗体（scFv） V H-或-V L 单域抗体 V H或 V L 最小识别单位（MRU）一个CDR 人-鼠嵌和抗体：由于抗体同抗原结合的功能决定于抗体分子的可变区（V），同种性免疫原决定于抗体分子的稳定区（C）,如果在基因水平上把鼠源性单克隆抗体的重链（H）和轻链（L）可变区分离出来，分别与人Ig的重链的稳定区（C）基因连接成人-鼠嵌合体的H 和L链基因，再共转染骨髓瘤细胞，就能表达出完整的人-鼠嵌合抗体。 Fab抗体：用胃蛋白可将IgG的重链在铰链区的C端处裂解，获得两个完全相同的抗原结合片段，在Fab片段之间仍保留有铰链区与二硫键，为Fab双体，具有完整的双价抗体活性，但相对分子质量减少了1/3，为10000，在人体内产生的抗鼠蛋白的排斥反应也相应降低30%，由于仍保持抗体分子的立体构型，因此在人体任然很稳定，成为小分子抗体的锥形。 单链抗体：是由一段弹性链接肽把抗体可变区重链（VH）与轻链（vl）相连而成，是具有亲代抗体全部抗原结合特异性的最小功能单位。 单域抗体：抗体的V H-或-V L是具有结合抗原特异性的小抗体片段。 改形抗体：Ig 分子中参与构成抗原结合部位的区域是H和L链V区中的互补决定区（CDR 区），而不是整个可变区。 H和L链各有三个CDR，其它部分称框架区。用鼠源单抗的CDR 序列替换人Ig 分子中CDR序列，则可使人的Ig 分子具有鼠源单抗的抗原结合特异性。可消除免疫源性。又称CDR移植抗体。 （单克隆抗体）免疫导向疗法障碍有：1，单克隆抗体均是鼠源性抗体，应用于人体内可产生人抗鼠抗体，加速了排斥反应，难以维持有效药物作用靶组织时间；2，完整的抗体分子，
微生物与酶工程制药复习2
二、问答 4. 如何从环境中筛选稀有放线菌中的小单孢菌，并说明各步骤的作用？ （一）所谓的稀有放线菌：即为除链霉菌属外的其它属的放线菌。 如：小单孢菌、小双孢菌、马杜拉放线菌等。 选择培养分离——微生物群落中数量占少数的微生物的分离纯化： （1）抑制大多数其它微生物的生长。 （2）使待分离的微生物生长更快。 →使待分离的微生物在群落中的数量上升，方便用稀释法对其进行纯化。 （3）使待分离的微生物生长“突出”。 →直接挑取分离的微生物的菌落获得纯培养。 1）①利用选择培养法进行直接分离：Ⅰ、高温下培养：分离嗜热细菌。 Ⅱ、培养基中不含N：分离固氮菌。 Ⅲ、培养基加抗生素：分离抗性菌。 ②利用选择平板进行直接分离：Ⅰ、牛奶平板：分离蛋白酶产生菌。 Ⅱ、颜色反应：分离特定的菌株。 Ⅲ、利用特定细菌的滑动特点进行分离纯化。 2）富集培养：特定的环境条件→仅适应于该条件的微生物旺盛生长 →待分离微生物在群落中的数量大大增加→从自然界中分离到所需的特定微生物（二）高选择性分离小单孢菌的程序： 土样自然风干→制成土壤悬浮液→1~5%苯酚处理→涂布平板 （HV琼脂+萘啶酸20mg/L+衣霉素20mg/L）衣霉素和萘啶酸作为细菌、真菌和非目的放线菌的抑制剂。 6. 如何利用同位素标记法研究微生物药物生物合成的机理？ 将同位素标记可疑前体物质加到培养基中→培养后分离目的代谢产物 →测定终产物中同位素含量和分布情况→判断可疑前体物质是否参与代谢产物的合成16. 如想开发生产葡萄糖苷酶的基因工程菌，该如何构建？如想进一步提高该酶的表达量，该如何进行？假如重组表达的酶以包涵体形式存在，以你学到的知识分析应该采取什么措施？ 基因工程酶（蛋白）的构建 （1）基因的获取（通过NCBI搜索欲构建的葡萄糖苷酶的基因序列，再设计引物，以所需的cDNA为模板PCR获得）。 （2）目的基因与表达载体的体外重组。 （3）导入宿主细胞。 （4）筛选和验证。 （5）目的基因的表达。 提高表达量：（1）利用高效表达质粒（强启动子和高拷贝）。 （2）优化密码子。 （3）优化翻译起始区的二级结构。 （4）使ATG和SD序列之间距离为9bp。 （5）优化表达条件。 减少包涵体：（1）降低培养温度。 （2）减少诱导剂的使用量。 （3）
酶工程与生物制药22
酶工程与生物制药 08生科杨菲200840700055 摘要: 生物技术正在越来越多地从根本上改变进行药物发现和开发的方法。酶工程是生物技术中发展时间较长的一门技术。本文着重从工程和技术化的角度介绍酶工程在制药工业中的应用. 关键词: 酶工程生物制药医药应用研究进展 酶的概述 酶的特性 酶是由活细胞产生的具有特殊催化功能的一类蛋白。其特点：催化效率高,专一性强,反应条件温和,催化活性受到调节和控制 1.酶工程简介 1.1 酶工程，又称酶技术，它是从应用的目的出发，将酶学理论和化学工程相结合，生产、制备、研究酶，利用酶的催化特性，将原料转化为目的产物的一门技术。20世纪20年代初，主要是自然酶制剂在工业上的大规模应用。 在七十年代以后，伴随着第二代酶——固定化酶及其相关技术的产生，酶工程才算真正登上了历史舞台。固定化酶正日益成为工业生产的主力军，在化工医药、轻工食品、环境保护等领域发挥着巨大的作用。不仅如此，还产生了威力更大的第三代酶，它是包括辅助因子再生系统在内的固定化多酶系统，它正在成为酶工程应用的主角。 2.酶的来源 酶作为生物催化剂普遍存在于动物，植物和微生物中，可以直接从生物体中分离提纯。但是，理论上，酶和其他蛋白质一样，也可以通过化学合成法制得。由于当前的条件，试剂和经济条件等多种因素存在，人工合成法来生产酶，还需要相当长的一段时间，所以目前我们还是直接从生物体中直接提取分离。 早期的生产多以动植物为主，从植物中提取的酶有蛋白酶，淀粉酶，氧化酶等，从动物中提取的酶有疑蛋白酶，脂肪酶和用于奶酪生产的凝乳酶等。但是随着酶制剂应用范围大大扩大，原先生产的酶远远供不应求。人们就开始探索利用动植物细胞培养法生产酶的新方法来解决目前存在的问题。在这种进退两难的情形下，有关科学家发现了利用微生物来生产。1．种类多，酶品种齐全。 2．生长繁殖快，生产周期短，产量高。3．培养简单，原料来源丰富，经济效益高。4．适应性和适应力较强。所以目前工业上应用的酶大多数采用微生物发酵法来生产。 3.酶的生产菌 3.1 对菌种的选取。 菌种性能的优劣，产量的高低直接影响微生物发酵的成本，所以作为一个优良的产酶菌必须具备以下几点：1。繁殖快，产酶量高，2。不是致病菌，3。产酶性能稳定。4。廉价，周期短，易于培养。 3.2 生产菌的来源。
酶工程与抗生素工业
收稿日期:2005-05-16 作者简介:陈红霞,女,生于1962年,副教授,主要从事酶工程及应用的研究。文章编号:1001-8751(2005)06-0248-04 酶工程与抗生素工业 陈红霞 (山东济宁职业技术学院生物化学工程系, 济宁272037) 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。介绍了酶固定化、基因工程菌(细胞)的固定化、植物细胞培养产酶、酶的化学修饰、核酸酶、抗体酶、酶标药物的理论和技术研究的最新进展以及酶工程在医药工业中的应用,对酶工程的发展前景进行了探讨。 关键词: 酶工程; 酶的固定化; 核酸酶; 抗体酶; 抗生素 中图分类号: Q814 文献标识码: A 1 酶工程技术 1.1 固定化酶和固定化细胞 固定化酶是指将可溶的自然酶束缚在特定的支持物上或固定在局限的空间,并能发挥催化作用,而固定含酶的细胞则形成固定化细胞。我国研制过的固定化酶或细胞已有50种左右,可以分为下述3种类型:固定化单酶或含特定酶的细胞;固定化双酶,将2种酶共固定在一种载体上或分别固定后串联在一起使用;固定化各类激酶构成ATP再生系统。目前已有多种固定化生物催化剂用于医药工业化生产。与天然酶相比,固定化酶和固定化细胞有酶稳定性高,可长期反复使用,利用效率高;反应后酶与产物易分离,可装柱进行反应,实现连续化操作及自动控制,设备小型化,节约能源和人力;转化液中产物浓度高,副产物少,产品易纯化,产品收率和质量高,成本低;绿化生产,无三废污染;可与溶菌酶共固定化或向反应液中加入抑菌剂,抗微生物污染能力强等优点。 固定化的方法主要有吸附、共价结合、包埋和选择性热变性等。固定化过程必须使用水不溶性固体支持物(载体)。载体要有良好的稳定性,对酸碱和温度有一定耐受性及亲水性,有一定的疏松网状结构和机械强度,颗粒均匀,能耐受酶和微生物作用,共价结合时可活化基团,并廉价易得。吸附法是利用吸附剂、表面作用力或离子交换剂电性作用将酶(细胞)定位于载体表面的技术,当底物或产物为大分子或水溶性较差的小分子物质时,常采用此法制备固定化生物催化剂。常用载体有活性炭、氧化铝、皂土、白土、高岭土、多孔玻璃、硅胶、石英砂、Amber2 lite I RA、Amberlite I R、DEAEΟ纤维素、C MC、DEAEΟSephadex等,如硅皂土或膨润土吸附青霉素酰化酶和DEAEΟSephadex A25吸附氨基酰化酶等[1]。共价结合法是将酶(细胞)与载体之间通过共价键结合而固定的技术,酶(细胞)与载体结合牢固,不易脱落。常用的载体有纤维素、琼脂、对氨基苯磺酰(ABSE)Ο纤维素、聚丙烯酰胺凝胶、对氨基苯纤维素及苯胺多孔玻璃等,如ABSEΟ纤维素与5′Ο磷酸二酯酶或多核苷酸磷酸化酶的共价结合物、纤维素与葡萄糖氧化酶的共价结合物等。包埋法是将酶(细胞)限制于凝胶网格内或微囊中的技术,如底物及产物为易溶于水的小分子时,可采用此法制备固定化生物催化剂。载体有聚乙烯醇、卡拉胶、海藻胶、琼脂、血纤维、胶原蛋白、聚丙烯酰胺凝胶、丙烯酸高聚物等,如聚丙烯酰胺凝胶包埋DΟ果糖二磷酸醛缩酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和卡拉胶包埋黄色短杆菌、大肠埃希菌等。选择性热变性技术是将酶限制于细胞内,但细胞内酶不变性的技术,如将白色链球菌于60℃加热10m in即成为具有葡萄糖异构酶活性的固定化白色链球菌。在制药工业中包埋法应用较多,其次是吸附法。 由于底物和产物性质、酶的性能反应特点及所有反应器类型的差异,要采用不同物理形状的生物催化剂。目前已用的生物催化剂有酶膜、酶片、酶块、酶纤维、酶珠、酶管和酶微囊等形状。 固定化细胞包括微生物细胞、动物细胞和植物细胞,目前更多地注重活细胞和增殖细胞的固定化。
酶工程复习要点
1、酶的催化作用特点：具有专一性，催化效率高和反应条件温和等显著特点。 2、酶研究的两个方向：理论研究方向和应用研究方向。理论研究方向：酶的理化性质、催化性质、催化机制等。应用研究：促进了酶工程的形成。 3、酶工程的定义：利用酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器，借助于酶的催化作用，通过工程学手段生产产品或提供社会服务的科学体系。 4、酶工程的应用范围：①对生物资源中天然酶的开发和生产②自然酶的分离纯化与鉴定技术③酶的固定化技术④酶反应器的研制与应用⑤与其它生物技术领域的交叉与渗透。 5、酶工程的组成：①酶的发酵生产②酶的分离纯化③酶分子修饰④酶和细胞固定化⑤酶反应器和酶的应用等方面。 6、酶工程的主要任务：通过预先设计，经过人工操作控制而获得大量所需的酶，并通过各种方法使酶发挥其最大的催化功能。 8、酶的分类：第1类，氧化还原酶；第2类，转移酶；第3类，水解酶；第4类，裂合酶；第5类，异构酶；第6类，合成酶；第7类，核酸类酶。 9、酶的作用机制：酶的催化机理可能与几种因素有关：酶与底物结合时，两者构象的改变使它们互相契合，底物分子适当地向酶分子活性中心靠近，并且趋向于酶的催化部位，使活性中心这一局部地区额底物浓度大大增高，并使底物分子发生扭曲，易于断裂。在另一些情况中，可能还有一些其他的因素使酶反应速度稍有一些提高，如酶与底物形成有一定稳定度的过渡态中间物——共价的ES中间物，这种ES中间物又可迅速地分解成产物，又如酶活性中心的质子供体和质子受体对底物分子进行了广义的酸碱催化等。 10、酶的催化能力：酶仅能改变化学反应的速度，并不不能改变化学反应的平衡点。酶本身在反应前后也不发生变化例如肽键遇水自发地进行水解的反应极为缓慢，当有蛋白酶存在时，这个反应则进行得十分迅速，可降低反应的活化能。在一个化学反应体系中，反应开始时，反应物(S)分子的平均能量水平较低为“初态”，在反应的任何一瞬间反应物中都有一部分分子具有了比初态更高一些的能量，高出的这一部分能量称为活化能，使这些分子进入“过渡态”，这时就能形成或打破一些化学键，形成新的物质——产物（P）。即S变为P。这些具有较高能量，处于活化态的分子称为活化分子，反应物中这种活化分子愈多，反应速率就越快。活化能的定义是在一定温度下一摩尔底物全部进入活化态所需要的自由能，单位是焦耳/摩尔。 11、酶的专一性：酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进行某种类型的反应。如果没有酶的专一性，在细胞中有秩序的物质代谢将不复存在，而且酶的应用将如同其他非酶催化剂那样受到局限。酶的专一性可以分为两类：①绝对专一性：一种酶只能催化一种物质进行一种反应，这种高度的专一性称为绝对专一性。②相对专一性：一种酶能够催化一类结构相似的物质进行某种相同类型的反应，这种专一性称为相对专一性。 12、酶的专一性确定过程：首先要选择一种该酶可催化的物质作为该酶的作用底物，通过实验确定其最适PH、温度等反应条件，其次是实验底物浓度对反应速度的影响，确定其米氏常数K m，然后用其他有可能是该酶作用底物的物质，在相同条件下逐个进行实验，有时要在不同条件下逐个试验，观察是否有催化反应发生，从而确定该酶是属于绝对专一性还是相对专一性，可作用于一类物质，可以选择几种有代表性的底物，求出各自的值，在某些情况下，不同底物有不同的最适PH值，而PH对K m有一定的影响，此时必须作出不同底物各自的PH曲线。然后再在各自的最适PH值条件下进行试验，以确定各底物相对应的K m值，在进行酶的专一性试验时，所使用的酶和各种底物都要尽可能地纯。对于有对称碳原子的物质，应分别对不同的光学异构进行试验。 13、酶活力是酶的数量的量度指标，酶的比活力是酶纯度的量度指标，酶转换数是酶催化效率的量度指标，而酶结合效率是酶被固定比例的量度指标。