第1章酶工程基础1

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,绪 论,酶 工 程,酶,酶工程,课程介绍,参考书及相关网站,酶是具有,生物催化,功能的生物大分子。是生物催化剂,(Biological Catalyst),，酶催化是生物体的一切生命活动的基础，是,生物反应的核心。,一,.,酶,生物催化,（,Biocatalysis),利用酶或有机体（细胞或细胞器等）作为催化剂实现,化学转化,的过程。,生物催化中常用的有机体主要是微生物，其本质是利用微生物细胞内的,酶,进行催化。,夏禹时代，人们掌握了酿酒技术。,公元前,12,世纪周朝，人们酿酒，制作饴糖和酱。,春秋战国时期已知用,麴,(,曲,),治疗消化不良的疾病。,1.,研究简史,李比希（,J,Liebig,1803,1873,），德国化学家,西方国家,19,世纪对酿酒发酵过程进行了大量研究,直到,1897,年，德国,巴克纳,Buchner,兄弟,用石英砂磨碎酵母细胞，制备了不含酵母细胞的抽提液，并证明此不含细胞的酵母提取液也能使糖发酵，说明发酵与细胞的活动无关。从而说明了,发酵,是,酶,作用的化学本质，为此,Buchner,获得了,1907,年诺贝尔化学奖,。,1876,年,昆尼,Kunne,给酶一个统一的名词，叫,Enzyme,，这个字来自希腊文，其意思,“,在酵母中,”,。后来对酶的作用机理及酶的本质做了深入研究。,1926,年，萨姆纳证实酶是一种蛋白质。并由此获得,1946,年诺贝尔化学奖,。,80,年代初发现了具有催化功能的,核酸,核酶,(ribozyme),，这一发现打破了酶是蛋白质的传统观念，开辟了酶学研究的新领域。切克和阿尔曼特获得,1989,年诺贝尔化学奖,。,定量分析,作用机理,酶动力学,酶的结构,2.,酶的基础理论研究,二,.,酶工程,酶学,和,工程学,相互渗透结合形成的一门新的技术科学，是酶学、微生物学的,基本原理,与,化学工程,有机结合产生的。,生产廉价、高效符合规格的酶。,利用生物或化学手段改造酶，有效地发挥催化活性。,二,.,酶工程,酶工程,又称,酶反应技术,，就是将酶、细胞或细胞器等置于特定的,生物反应装置,中，利用酶具有的生物催化功能，借助工程学手段将相应的,原料转化成有用的物质,并应用于社会生活的一门科学技术。,酶工程的,终极目标,是发挥酶在人类生活中的催化潜能。,酶工程,酶的生产,酶的改造,酶的应用,1896,年,日本的,高峰让吉,首先从米曲霉中制得,高峰淀粉酶,用作消化剂,开创了有目的的进行酶生产和应用的先例。,1908,年,德国的,罗姆,制得,胰酶,用于皮革的软化。,1911,年,美国的,华勒斯坦,(Wallestein),制得,木瓜蛋白酶,用于除去啤酒中的蛋白质浑浊。,1917,年,法国的,波伊登,(Boidin),制备了细菌,淀粉酶,应用于纺织品的退浆,此后酶的生产和应用逐步发展。,然而,在,50,年代以前停留在从细胞、动物或植物中提取酶,加以利用阶段。由于当时生产力落后,生产工艺较繁杂,难以进行大规模工业化生产。,1949,年,用,液体深层培养法,进行细菌淀粉酶的发酵生产,揭开了近代酶工业的序幕。,50,年代：开始了,酶固定化研究,。,1953,年德国科学家首先将,聚氨基苯乙烯树脂,与淀粉酶,胃蛋白酶,羧肽酶和核糖核酸酶等结合,制成了固定化酶。,60,年代,，是,固定化酶技术,迅速发展的时期。,1969,年,日本的,千钿一郎,首次在工业上应用固定化氨基酰化酶从,DL-,氨基酸生产,L-,氨基酸。出现了,“,酶工程,”,这个名词来代表有效利用酶的科学技术领域。,1971,年第一届国际酶工程学术会议在美国召开,当时的,主题即是固定化酶,，进一步开展了对微生物细胞固定化的研究。,1973,年,千,钿,一郎,首次利用固定化的大肠杆菌细胞生产,L-,天冬氨酸,。,70,年代,是,固定化细胞技术,取得进展的时期。,80,年代,，固定化细胞已能用于生产胞外酶,因此,80,年代又发展了,固定化原生质体,技术,排除了细胞壁这一障碍。,在酶的固定化技术发展的同时,酶分子修饰技术,也取得了进展。,60,年代，用小分子化合物修饰酶分子侧链基团,使酶性质发生改变,;,70,年代,修饰剂的选用、修饰方法上又有了新的发展。,此外,对,抗体酶,人工酶,模拟酶,等方面,以及酶的应用技术研究,在近,20,年均取得了较大进展,使酶工程不断向广度和深度发展,显示出广阔而诱人的前景。,化学酶工程,自然酶的开发,酶的化学修饰,酶的固定化,人工合成酶的研究,生物酶工程,酶基因的,克隆,表达,（用基因工程技术大量生产酶）,酶的遗传修饰,（修饰酶基因，产生遗传修饰，突变）,酶的遗传设计,（设计出新酶基因，合成自然界从未有过的酶）,生物技术,酶工程,发酵工程,细胞工程,基因工程,（一）酶工程的发展趋势,从人类不涉足的新生资源中发掘新的酶,依靠微生物基因组测序结果发现新酶,借助定向进化和,DNA,重组技术创造新酶。,（,二）酶制剂工业概况,近代酶制剂工业,国内外酶制剂生产和应用现状,国内外酶制剂生产应用差异,我国酶制剂工业的若干对策建议,1.,近代酶制剂工业,20,世纪,50,年代，葡萄糖淀粉酶催化淀粉生产葡萄糖工艺研究成功。,60,年代中期，欧洲加酶洗衣粉风行，碱性蛋白酶供不应求。,70,年代末。固定化葡萄糖异构酶用于生产果葡糖浆，开创了利用,淀粉生产食糖,的新途径。,现在，各种,试剂酶,用于遗传工程，蛋白质工程,。,Novozymes A/S,诺维信酶制剂公司（,丹麦）,genencor,International,(,杰能科公司，美国,),德国,AB,（,Associated British Foods,）酶制剂公司,Beldem,（焙乐道公司，比利时）,Gist,Brocades(,荷兰,),Quest(,荷兰）,Novo Nordisk(,诺和诺德公司，丹麦,),2.,国内外酶制剂生产和应用现状,2001,年世界酶制剂年销售额约为,16,亿美元,用于制药工业与精细化学工业约,1.2,亿,1.5,亿美元,国际市场酶制剂销售额比例,我国酶工业发展阶段,1965,年 无锡酶制剂厂,BF-7685,淀粉酶,1979,年糖化酶 黑曲,UV-11,糖化酶菌种,1990,年碱性蛋白酶,2709,碱性蛋白酶（颗粒）,1992,年中性蛋白酶,1.398,中性蛋白酶,1993,年 耐高温淀粉酶,1998,年国外大公司纷纷入驻,生物酶制剂中国企业黄页,http:/ 酶的非水相催化,4,个学时 第十讲,酶反应器与,酶传感器,3,个学时第十一讲,酶抑制剂,3,个学时第十二讲,酶的应用,3,个学时,理论结合实践,课堂讲授与专题讨论,文献综述,3.,学习方法,四,.,教材与参考书,1.,酶与酶工程，袁勤生、赵健主编，华东理工大学出版社,，,2005,。,2.,酶工程,，郭勇主编，科学出版社，,1994,。,3.,酶工程,，,罗贵民主编，化学工业出版社，,2002,。,4.,酶制剂工业,张树政主编，科学出版社，,1984,。,5.,酶法分析,，,G.G.,吉尔鲍特著，上海科学技术出版社，,2005,。,相关网站,http:/