第一章-酶工程.ppt

酶 工 程 编：陈 守 文 酶工程 教材和教学参考书  教材： 《 酶工程 》 （第二版）  陈守文编著  科学出版社  2015 课 程 简 介  教材和教学参考书  教学参考书 《 酶工程 》 （第三版），郭勇，科学出版社， 2009 《 现代酶学 》 （第二版），袁勤生，华东理工大学出版社， 2001 《 酶学原理与酶工程 》 ，周晓云，中国轻工业出版社， 2007 《 酶工程 》 （第二版） ，罗贵民，化学工业出版社， 2008 课 程 简 介  课程主要内容  酶工程（第一章）  酶的生产  酶的发酵 （第二章）  酶的分离工程（第三章）  酶的改性  固定化酶与固定化细胞（第四章）  化学酶工程 （第五章）  生物酶工程 （第六章）  非水相酶催化（第七章）  酶的应用  酶反应器和酶传感器（第八章）  酶及酶制剂的应用 （第九章） 课 程 简 介  教学目的和要求  以酶学的内容为基础，酶的工程应用为主，融入各章节内容中  通过本课程的学习，要求系统地掌握酶的生产、改性与应用的技术过程  理解和掌握酶工程的主要理论、概念，掌握酶工程的研究方法，熟悉工程应用  了解相关的新进展  考核方式  期末笔试（闭卷） 70分， 实验： 20分，平时成绩： 10分 课 程 简 介 酶 工 程 一 章 酶 工 程 第一节：酶工程概述 第二节：酶的催化特点以及影响因素 第三节：酶的活力测定 第四节：酶反应动力学 第一章 酶工程 第一章 酶 工 程 酶及酶工程的研究意义 酶 白质 ， 能够在生命体内 （包括动物、植物和微生物） 催化化学反应，维持生命特征。

第一 章 酶 工 程 生物技术 基因工程 发酵工程 细胞工程 酶工程 ： 酶的生产和应用的技术过程 在 食品、轻工、医药、化工、能源、环保、科研等领域得到广泛的应用 催化效率高 专一性强 反应条件温和 第一 章 酶 工 程 ： 基因拼接技术和 ： 改变生物的结构和功能 ： 把微生物应用于工业生产过程 酶工程 —— 利用酶或细胞的催化作用，在特定的生物反应器，将原料转化成所需的产品并应用于社会生活的一门科学技术 第一 章 酶 工 程 酶及酶工程的研究意义 酶的研究简史 最早 4000年前的夏禹时代 —— 酿酒技术 公元前 10世纪 —— 豆酱的制作 2700年前的周代 —— 利用麦芽制麦芽糖 2500年前 —— 利用酒曲治疗消化疾病 春秋战国时期 —— 漆酶制作油漆 中国古代 第一章 酶 工 程 最早 6000年前 —— 古巴比伦人利用麦芽酿酒 古埃及时代 —— 酵母发酵面包 磨粉、去糠、打碎 麦芽萌发、浸润 成酒发酵、装瓶 酶的研究简史 第一章 酶 工 程 古巴比伦人 巴斯德 微生物学的奠基人 李比希 有机化学创始人 发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用 发酵是细胞中的某些物质起作用，这些物质只有在酵母细胞死亡裂解释放之后才能发挥作用 第一章 酶 工 程 巴斯德和李比希的论战 1833 帕耶恩和珀索兹从大麦芽中分离出淀粉酶 酒精处理麦芽水抽提液，得到白色无定形粉 末，命名为 变构模型”，定量解释某些酶活性可以通过与效应物结合进行调节，揭示了酶的调控作用 1961 莫诺提出“变构模型” 一章 酶 工 程 酶的研究简史 近代 —— 酶作用学说的提出 1894年， — 锁钥学说 酶分子和底物在结构上需有严格的互补关系 底物须契合到酶活性中心，如钥匙插入锁中 一章 酶 工 程 酶的研究简史 1913 米彻利斯和曼吞建立米氏方程。

从刀豆种子里分离出一种纯结晶体 ,然后把结晶体放进人尿中 ,这时人尿素便很快就分解成了二氧化碳和氨 它的作用和脲酶一样 证明这种结晶体就是脲酶 萨姆纳证明脲酶确实是一种蛋白质 第一章 酶 工 程 酶的研究简史 1926 萨姆纳得到尿酶结晶，证实酶的蛋白质本质 近代 —— 酶的本质和结构研究 1926年， J. 刀豆中提取脲酶（ 首次获得酶的结晶体 1937年又获得过氧化氢酶结晶 证实了酶是蛋白质 获得 1946年诺贝尔化学奖 H 2 N N H 2 OU r e a s H 3 C O 2+第一章 酶 工 程 酶的研究简史 现代酶学 —— 快速发展时期 核酸类酶（ 发现 1982年， 26S 化得成熟的 一章 酶 工 程 酶的研究简史 酶工程发展概况  酶工程开始于人类有意识地去生产酶和酶制剂，并进行工业应用  1894年， 峰让吉）  利用米霉菌固体培养法生产 第一个商品酶制剂 ）， 并用作消化剂，开创了酶生产和应用的先例， 其方法至今仍被采用  1908年，胰酶  皮革的软化  1908年，细菌淀粉酶  纺织品褪浆  1911年，木瓜蛋白酶  啤酒的澄清 第一章 酶 工 程 酶工程发展概况  酶生产方法的突破加速了酶工程的发展  从天然生物提取  生物发酵生产 —— 质的飞跃  1949年，微生物液体深层发酵生产细菌  1960年，操纵子学说  酶生物合成的调控  揭示酶合成机制  1980s，动植物细胞培养技术  扩展了酶的来源 第一章 酶 工 程 酶工程发展概况  酶的改性和固定化技术是酶工程发展的里程碑  最早的固定化酶 —— 1916年，发现吸附在骨碳上的蔗糖酶仍显示催化活力  物理法  1953年，用重氮化聚氨基苯乙烯树脂共价结合水解酶  化学法  1969年，固定化酶的工业应用 —— 氨基酰化酶拆分  1971年，第一届国际酶工程学术会议在美国召开  1973年，以 E. 载体固定天冬氨酸酶生产  1978年，固定化细胞生产  1980发了固定化原生质体技术 第一章 酶 工 程 酶的催化特点及影响因 素  酶的催化特 点  1. 极高的催化效率 酶的催化速率是没有催化剂催化的化学反应速率的 1012～ 1020倍，比一般催化剂催化反应的速率高 107～ 1013倍 。

 例如： 分解反应  催化，效率为 6× 10-4 s)  过氧化氢酶催化，效率为 6× 106 s)  过氧化氢酶将 解反应的活化能从 kJ·kJ·一章 酶 工 程  C a t a l y s t 1 22 2 2 2H O H O + O 酶催化作用的特点  酶催化作用效率高 酶与非酶催化时所需的活化能示意图 图中酶催化反应和非酶催化反应的活化能差异显著 非酶催化反应 酶催化反应 活化能 反应过程 第一章 酶 工 程 酶的催化特点及影响因素 酶的催化特点 2. 高度的专一性 绝对专一性：只作用于一种底物； 相对专一性：作用于一类化合物或一类化学键； 立体异构专一性：旋光异构专一性、几何异构专一性 第一章 酶 工 程 酶催化作用的特点  酶催化作用专一性的相关学说  “ 三点结合 ” 的催化理论  酶与底物的结合处至少有三个点，而且只有一种情况是完全结合的形式只有这种情况下，不对称催化作用才能实现 E n z y m e E n z y m 酶 工 程 酶催化作用的特点  酶催化作用专一性的相关学说  锁－钥学说  整个酶分子的天然构象是 刚性 的，酶表面具有特定的形状  酶与底物的结合，如同一把 “ 钥匙 ” 对一把 “ 锁 ” 一样 E n z y m eE n z y m eS u b s t r a t e d o n o t m a t c ht h e b i n d i n g s i t eS u b s t r a t e c a n m a t c ht h e b i n d i n g s i t 酶 工 程 酶催化作用的特点  酶催化作用专一性的相关学说  诱导契合学说  该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状 E n z y m e E n z y m e+ +S u b s t r a t e P r o d u c t - 1P r o d u c t - 2T r a n s i t i o n s t a t ec o n f o r m a t i o 酶 工 程 3. 活性的可调节性 4. 活性的不稳定性 酶促反应受一系列外界理化性质的影响，如： ①底物浓度及酶与底物的相对浓度； ②温度； ③ ④激活剂； ⑤抑制剂； ⑥强酸 /强碱； ⑦重金属盐； ⑧紫外线 酶活性调控 酶含量调控 酶的催化特点及影响因素 第一章 酶 工 程 酶的催化特点 影响酶催化作用的因素 1. 底物浓度的影响 υ S m 1/2形双曲线：一级反应；混合反应；零级反应。

底物抑制：有些酶在高底物浓度下，速度没有维持较高水平，反而下降的现象 第一章 酶 工 程 酶的催化特点及影响因素 3. 酶浓度的影响 υ=κ· [ E ] 底物浓度够高的条件下，酶催化反应速度与酶浓度成正比 2. 产物浓度的影响 反馈调节作用：许多代谢途径的中间产物或终产物 是酶的变构剂，使酶变构从而影响其反应速度 影响酶催化作用的因素 第一章 酶 工 。