高中生物 第3章 第2节 酶在工业生产中的应用课件人教版选修二

酶的家族酶的家族根据存在部位不同根据存在部位不同 包内酶包内酶 包外酶包外酶根据酶催化的作用根据酶催化的作用 氧化还原酶氧化还原酶 水解酶水解酶 裂解酶裂解酶 连接酶连接酶 转移酶转移酶 异构酶异构酶 3 3、2 2 酶在工业生产上的应用酶在工业生产上的应用 酶工程酶工程(enzyme engineering)(enzyme engineering)是在是在19711971年第一届国际酶工程会议年第一届国际酶工程会议上才得到命名的一项新技术。上才得到命名的一项新技术。 酶工程主要研究酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修酶工程主要研究酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修饰和改造以及在工农业、医药卫生和理论研究等方面的应用。饰和改造以及在工农业、医药卫生和理论研究等方面的应用。 对新酶开发，现采用两种方法。对新酶开发，现采用两种方法。 一是化学方法一是化学方法，即通过对酶的化学修饰或固定化处理，改善酶的，即通过对酶的化学修饰或固定化处理，改善酶的性质以提高酶的效率和降低成本，甚至通过化学合成法制造人工性质以提高酶的效率和降低成本，甚至通过化学合成法制造人工酶，（酶，（化学酶工程化学酶工程）；）； 另一种是用基因重组技术生产酶以及对酶基因进行修饰或设计新另一种是用基因重组技术生产酶以及对酶基因进行修饰或设计新基因基因，从而生产性能稳定，具有新的生物活性及催化效率更高的，从而生产性能稳定，具有新的生物活性及催化效率更高的酶。（酶。（生物酶工程生物酶工程） 一、化学酶工程一、化学酶工程 主要包括：主要包括：天然酶天然酶（从生物材料中分离纯化得到酶）（从生物材料中分离纯化得到酶） 化学修饰酶化学修饰酶（对酶分子的化学修饰改善酶（对酶分子的化学修饰改善酶的性能）的性能）固定化酶固定化酶（将水溶性酶用物理或化学方法（将水溶性酶用物理或化学方法处理，使之成为不溶于水的，但仍具有酶处理，使之成为不溶于水的，但仍具有酶活性的状态）活性的状态） 人工模拟酶人工模拟酶( (用化学合成了人工酶催化剂用化学合成了人工酶催化剂) ) 固定化酶的优点固定化酶的优点经过固定化的酶不仅仍具有高的催化效率经过固定化的酶不仅仍具有高的催化效率和高度专一性，而且固定化酶提高了对酸和高度专一性，而且固定化酶提高了对酸碱和温度的稳定性，增加了酶的使用寿命；碱和温度的稳定性，增加了酶的使用寿命；可简化工艺，可简化工艺，反应后易与反应产物分离，反应后易与反应产物分离，减少了产物分离纯化的困难，而提高了产减少了产物分离纯化的困难，而提高了产量和质量。量和质量。 二、生物酶工程二、生物酶工程 生物酶工程是酶学和以生物酶工程是酶学和以DNADNA重组技术为主的现代分子重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的产物，称为高级酶工程。主要包生物学技术相结合的产物，称为高级酶工程。主要包括括3 3个方面内容：个方面内容： 1 1. .用基因工程技术大量生产酶用基因工程技术大量生产酶( (克隆酶克隆酶) )； 2.2.对酶基因进行修饰，产生遗传修饰酶对酶基因进行修饰，产生遗传修饰酶( (突变酶突变酶) )； 3.3.设计新酶基因，合成自然界不曾有的新酶设计新酶基因，合成自然界不曾有的新酶 请列举酶催化的反应有哪些优点和缺点？请列举酶催化的反应有哪些优点和缺点？ 酶催化反应的优点主要表现在以下几个方面酶催化反应的优点主要表现在以下几个方面。 1）酶催化的反应类型十分广泛。具有极其广泛的应）酶催化的反应类型十分广泛。具有极其广泛的应用范围。用范围。 2）酶催化的反应具有极高的选择性（专一性），几）酶催化的反应具有极高的选择性（专一性），几乎没有副反应，反应的转化率和产率高。乎没有副反应，反应的转化率和产率高。 3）酶催化的反应速度高。酶催化的反应速度大约比）酶催化的反应速度高。酶催化的反应速度大约比化学催化剂催化的反应速度高化学催化剂催化的反应速度高1010倍，因此，酶催倍，因此，酶催化的反应时间短，设备利用率高，生产效率高。化的反应时间短，设备利用率高，生产效率高。 4）酶催化的反应条件温和，一般是在常温、常压、）酶催化的反应条件温和，一般是在常温、常压、近乎中性近乎中性pH条件下反应，因此，能耗低，设备要求条件下反应，因此，能耗低，设备要求低，使用时间长，反应成本和操作成本低。低，使用时间长，反应成本和操作成本低。 1）酶是蛋白质，在不适宜的条件下容易发生变性、失活，因此，）酶是蛋白质，在不适宜的条件下容易发生变性、失活，因此，在使用和保存酶时要十分小心，要尽可能保持适宜的条件。由于在使用和保存酶时要十分小心，要尽可能保持适宜的条件。由于酶对温度、酶对温度、pH和有机溶剂敏感，稳定性差，使之在某些应用上和有机溶剂敏感，稳定性差，使之在某些应用上受到限制。受到限制。 2）绝大多数酶溶于水，催化反应结束后，多数酶还有活性，因）绝大多数酶溶于水，催化反应结束后，多数酶还有活性，因而直接从反应液中将酶与产物分离回收十分困难。而直接从反应液中将酶与产物分离回收十分困难。 3）有些酶，如氧化还原酶，转移酶，某些裂解酶，在催化相应）有些酶，如氧化还原酶，转移酶，某些裂解酶，在催化相应反应时，需要特殊的辅助因子，如反应时，需要特殊的辅助因子，如NAD+、NADH、NADP+、NADPH、FAD、FMA、ATP，以及金属离子等。因此，在酶催化，以及金属离子等。因此，在酶催化反应时，需在反应系统中添加相关的辅助因子。辅酶一般十分昂反应时，需在反应系统中添加相关的辅助因子。辅酶一般十分昂贵，在酶催化的反应中不可能大量使用。贵，在酶催化的反应中不可能大量使用。酶催化反应的缺点主要有以下几个方面。酶催化反应的缺点主要有以下几个方面。