酶工程期末考試重點

1、酶:是由活細胞產(chǎn)生的，在細胞內(nèi)、外一定條件下都能起催化作用的具有高效率和高度專一性的一類特殊蛋白質或核酸，酶能在機體內(nèi)十分溫和的條件下高效率地起催化作用，使得生物體內(nèi)的各種物質處于不斷的新陳代謝中。酶工程:酶的生產(chǎn)與應用的技術過程,是酶學基本原理與化學工程相結合而形成的一門新興的技術科學.研究酶制劑大規(guī)模生產(chǎn)及應用所涉及的理論與技術方法.酶的應用:通過酶的催化作用獲得人們所需的物質或除去不良物質,或許所需信息的技術過程.酶的提取:又稱酶的抽提,指在一定的條件下用適當?shù)娜軇┗蛉芤禾幚砗肝锪?使酶充分溶解到溶劑或溶液中的技術過程.膜分離:又稱膜過濾.采用各種高分子膜為過濾介質,將不同大小,不同形

2、狀的物質分離的技術過程.凝膠層析:又稱凝膠過濾,分子篩層析等.指以各種多孔凝膠為固定相,利用流動相中所含各種組分的相對分子質量的不同而達到物質分離的一種層析技術.超臨界萃取:又稱超臨界流體萃取,是利用預分離物質與雜志在超臨界流體中的溶解度不同而達到的分離的一種萃取技術.酶固定化:采用各種方法,將酶與水不溶性的載體結合,制備固定化酶的過程.固定化酶:用物理,化學等方法將水溶性的酶固定到特定的載體上使之成為水不溶性的酶.非水相催化:酶在非水介質中的催化作用稱為酶的非水相催化.水活度:用體系中水的蒸汽壓和相同條件下純水的蒸汽壓之比表示.水活度與溶劑的極性大小關系不大，所以采用水活度作為參數(shù)來研究有機

3、介質中水對酶催化作用的影響更為準確.必需水:緊緊吸附在酶分子表面維持酶活化性所必需的最少水量.反膠束體系:反膠束是在大量水不相混溶的有機溶劑中,含有少量的水溶液,加入表面活性劑后形成油包水的微小液滴.膠束體系:膠束是在大量水溶液中含有少量與水相不相混溶的有機溶劑,加入便面活性劑后形成水包油的微小液滴.酶分子修飾:通過各種方法使酶分子的結構發(fā)生某些改變,從而改變酶的某些特性和功能的技術過程稱為酶分子修飾.酶反應器:酶作為催化劑進行反應所需的裝置稱為酶反應器.噴射式反應器：利用高壓蒸汽的噴射作用實現(xiàn)酶與底物的混合是進行高溫短時催化反應的一種反應器.酶活力單位:是表示酶活力大小的尺度;1個酶活力單位

4、是指在特定條件(25,其它為最適條件)下,在1分鐘內(nèi)能轉化1微摩爾底物的酶量.酶的比活力:是酶純度的量度,是指單位質量酶蛋白所具有的酶活力,單位為IU/mg。.比活力越大,酶純度越高.是用來度量酶純度的指標.是生產(chǎn)和酶學研究中經(jīng)常使用的基本數(shù)據(jù).酶的生產(chǎn)方法:提取分離法;生物合成法;化學合成法.酶的發(fā)酵生產(chǎn)方式:固體培養(yǎng)發(fā)酵;液體深層發(fā)酵;固體化微生物細胞發(fā)酵;固定化微生物原生質體發(fā)酵.細胞破碎方法:機械;物理;破碎;酶促破碎.凝膠材料:葡萄糖;瓊脂糖;聚丙烯酰胺.有機溶劑沉淀發(fā)的優(yōu)點:一般比鹽析法析出的沉淀易于分離或過濾分離不含無機鹽分辨率也很高.影響電泳的因素:顆粒本身所帶的凈電荷量.顆粒

5、的形狀大小.電場強度.溶液Ph.離子強度.支持體的特性.金屬離子置換修飾的方法步驟:酶的分離純化除去酶分子中原有的金屬離子加入置換離子.大分子結合修飾的作用:提高酶的催化效率增強酶的穩(wěn)定性降低或消除酶蛋白的抗原性.側鏈基團的修飾:氨基,羧基,巰基, 胍基,酚基,咪唑基,吲哚基,分子內(nèi)交聯(lián)修飾.酶非水相催化的意義:改變了有關酶催化的傳統(tǒng)觀念發(fā)展了酶學的理論體系擴展了酶的應用領域.酶非水相催化的內(nèi)容:有機介質;氣象介質;超臨界流體介質;離子液介質中的酶催化.酶反應器的選擇:酶的應用形式;酶的反應動力學性質;底物或產(chǎn)物的理化性質.用于酶催化的非水介質包括：1)含微量水的有機溶劑.2)與水混合的有機溶

6、劑和水形成的均一體系.3)水與有機溶劑形成的兩相或多相體系.4)膠束與反膠束體系.5)超臨界流體.6)氣相.果葡萄糖漿的生產(chǎn):1)果葡萄漿:果糖42%,葡萄糖55%.2)高果糖漿:果糖55%葡萄糖酶工程的研究內(nèi)容:酶的大批量生產(chǎn),應用;酶的分離純化;酶的固定化和固定化酶反應器;新酶得開發(fā)和應用;遺傳修飾酶的研究;酶生產(chǎn)中基因工程;抗體酶,核酸酶的研究;酶分子改造和修飾;酶的結構和功能關系;模擬酶,合成酶以及酶分子的人工設計;有機介質中酶反應的研究;酶的抑制劑,激活劑.微生物發(fā)酵法生產(chǎn)酶有何優(yōu)點:微生物種類繁多,制備出的酶種類齊全,幾乎所有的酶都能從微生物中得到.微生物繁殖快,生產(chǎn)周期短,培養(yǎng)簡

7、便,并可以通過控制培養(yǎng)條件來提高酶的產(chǎn)量.微生物具有較強的適應性和應變能力,可以通過適應,誘導,誘變以及基因工程等方法培育出新的產(chǎn)酶高的菌株.酶的分類:1)蛋白類酶:氧化還原酶;轉移酶;水解酶;裂解酶;異構酶;合成酶.2)核酸類酶:分子內(nèi)催化的R酶:自我剪切酶;自我剪接酶.分子間催化的R酶:RNA,DNA,多肽氨基酸酯剪切酶;多糖剪接酶;多功能R酶.產(chǎn)酶菌種的要求:發(fā)酵周期短,產(chǎn)量高;容易培養(yǎng)和管理;產(chǎn)酶穩(wěn)定性好,不易變異退化,不易被感染;最好產(chǎn)胞外酶,有利于分離和純化;安全性可靠,非致病菌.酶生物合成的模式及其特點:1)同步合成型(組合酶):指酶的生物合成與細胞生長同步進行的一種合成模式,在

8、細胞進入旺盛生長期時,酶大量生成.細胞生長進入平衡期后停止.2)延續(xù)合成型(組合酶,誘導酶):酶的生物合成在細胞的生長階段開始,在細胞進入生長平衡期后還可繼續(xù)合成.3)中期合成型:在細胞生長一段時間后才開始合成,細胞生長進入平衡期后酶的生物合成停止.4)滯后合成型(水解酶):酶在細胞生長一段時間或進入平衡期以后才開始生物合成并大量積累.提高酶產(chǎn)量措施:1)使用優(yōu)良的產(chǎn)酶細胞.2)使用優(yōu)良的發(fā)酵生產(chǎn)設備.3)采用先進的分離純化技術.4)控制好工藝條件.5)采取行之有效的措施:添加誘導物:對于誘導酶的發(fā)酵生產(chǎn),在發(fā)酵過程中的某個適宜的時機,添加適宜的誘導物,可以顯著提高酶的產(chǎn)量.誘導物一般可以分為

9、3類:酶的作用底物;酶的催化反應產(chǎn)物;用底物的類似物.控制阻遏物濃度:分類:產(chǎn)物阻遏;分解代謝物阻遏.為了減少或者解除分解代謝物阻遏作用，應當控制培養(yǎng)基中葡萄糖等容易利用的碳源的濃度.對于受代謝途徑末端產(chǎn)物阻遏的酶,可以通過控制末端產(chǎn)物的濃度的方法使阻遏解除.添加表面活性劑:其可與細胞膜相互作用,提過細胞的透過性,有利于胞外酶的分泌,從而提高酶的產(chǎn)率.分為:離子型和非離子型.添加產(chǎn)酶促進劑:指可以促進產(chǎn)酶,但作用機理尚未闡明清楚的物質.如聚乙烯醇可提高糖化酶的產(chǎn)量.酶提取的方法:酶的提取是在一定的條件下，用適當?shù)娜軇┗蛉芤禾幚砗冈希姑赋浞秩芙獾饺軇┗蛉芤褐械倪^程.1)鹽溶液提取:胞外酶使

10、用的0.14mol/L氯化鈉溶液,0.02-0.05磷酸緩沖液提取.2)胰蛋白酶可使用0.12mol/L硫酸溶液提取.3)堿溶液提取:L-天冬酰胺酶可用pH11-12.5的堿溶液.4)有機溶劑提取:琥珀酸脫氫酶用丁醇提取.影響酶提取主要因素:1)pH:首先考慮酶的穩(wěn)定性,其次應遠離等電點,一般選擇pH4-6為宜.2)溫度:般控制在0-4 0C,如果酶比較穩(wěn)定可以例外.3)抽提液用量:常采用材料量的3-5倍.4)其它:加入蛋白酶抑制劑、半胱 氨酸或細胞色素C等，來穩(wěn)定抽提系統(tǒng).過濾的介質濾紙,濾布,纖維多孔陶瓷,燒結金屬,微濾膜,微孔陶瓷,超濾膜,反滲透膜.過濾的分類:1)根據(jù)介質不同:膜過濾,

11、非膜過濾.2)根據(jù)截留顆粒大小:粗慮,微濾,超濾,反滲透.凝膠層析基本原理：在層析柱中填充凝膠介質,加入待分離的酶溶液,然后用適當?shù)木彌_液洗脫,樣品自上而下擴展,大于凝膠孔徑的分子不能進入膠粒內(nèi)部而從膠粒間空隙擴展,下移速度較快,而小于凝膠孔徑的分子進入膠粒內(nèi)部,下移速度較慢,經(jīng)過一定時間后不同大小分子按先大后小的順序從層析柱中流出.鹽析的原理,常用鹽.注意事項:鹽析(定義,原理):利用不同的酶在不同的鹽濃度條件下溶解度不同的特性,使酶或雜質從溶液中析出沉淀,從而使酶與雜質分離的過程.常用鹽:中性鹽有硫酸銨,硫酸鈉,硫酸鉀,硫酸鎂,氯化鈉,磷酸鈉.硫酸銨最為常用.注意事項:防止酶的變性失活;在

12、分離純化過程中的每一步都應檢測酶的活性，以確定酶的純化程度和回收率.雙水相萃取的原理常用溶劑：雙水相萃取是利用溶質在兩個互不相容的的水相中的溶解度不同達到分離的萃取技術.雙水相萃取中使用的雙水相一般由按一定百分比組成的互不相容的鹽溶液和高分子溶液或者兩種互不相容的高分子溶液組成.酶固定化方法:1)包埋法:將酶或含酶菌體包埋在各種多孔載體中,使酶固定化的方法.2)結合法:共價鍵或離子鍵將酶與載體結合在一起的固定化方法.3)吸附法:利用各種吸附劑將酶或含酶菌體吸附在其表面,是酶固定的方法.4)交聯(lián)法:借助雙功能試劑使酶分子之間發(fā)生交聯(lián)作用制成網(wǎng)狀結構的固定化酶的方法.酶固定化技術的原則:1)必須注

13、意維持酶的催化活性及專一性.2)固定化酶應該有利于生產(chǎn)自動化,連續(xù)化.3)制備固定化酶時所選載體應盡可能地不阻礙酶和底物的接近.4)在制備固定化酶時,應使酶和載體盡可能地結合牢固.5)載體不與廢物,產(chǎn)物或反應液發(fā)生化學反應.6)固定化酶應易與產(chǎn)物分離.7)固定化酶成本要低，有利于推廣的產(chǎn)品，以便于工業(yè)使用.固定化酶的特性:1)穩(wěn)定性:固定化酶的穩(wěn)定性一般比游離酶的穩(wěn)定性好.熱穩(wěn)定性提高,可以耐受較高溫度.保存穩(wěn)定性好,可以保存較長時間.對蛋白酶的抵抗性增強,不易被蛋白酶水解.對變性劑的耐受性提高,在尿素,有機溶劑和鹽酸胍等蛋白變性劑的作用下,保持較高酶活力等.2)固定化酶的最適溫度變化:酶反應

14、的最適溫度是酶熱穩(wěn)定性與反應速度的綜合結果.由于固定化后,酶的熱穩(wěn)定性提高,所以最適溫度也隨之提高.3)最適pH變化:酶由蛋白質組成,其催化能力對外部環(huán)境特別是pH非常敏感.酶固定化后,對底物作用的最適 pH和pH-活性曲線常常發(fā)生偏移.4）底物特異性:固定化酶的底物特異性與游離酶比較可能有些不同,其變化與底物分子量的大小有一定關.固定化酶底物特異性的改變,是由于載體的空間位阻作用引起的.有機酶反應的優(yōu)點:1.有利于疏水底物的反應2.可提高酶的熱穩(wěn)定性3.能催化在水中不能進行的反應4.可防止有水應起的副反應5.可控制底物專一性6.可擴大反應PH值得適應癥7.酶易于實現(xiàn)固定化8.沒和產(chǎn)物易于回收

15、9.可避免微生物的污染有機酶反應具備的條件:1.保證必學的含水量2.選擇合適的酶及酶形式3.選擇合適的溶劑及反應體系4.選擇最佳PH.酶在有機介質中的特性:底物專一性:不同的有機溶劑具有不同的極性，故酶的底物專一性也不一樣.極性較強的有機溶劑中,疏水性較強的底物容易反應;反之亦然.立體選擇性:酶在對稱的外消旋化合物中識別一種異構體的能力大小的指標.在水溶液中的立體選擇性較強,而在疏水性強的有機介質中,酶的立體選擇性較差.區(qū)域選擇性:酶能夠選擇底物分子中某一區(qū)域的基團優(yōu)先進行反應.鍵選擇性:鍵選擇性與酶的來源和有機介質的種類有關.研究表明在不同的有機介質中,氨基?；土u基?；某潭纫膊煌?熱穩(wěn)定

16、性：許多酶在有機介質中的熱穩(wěn)定性比在水溶液中的熱穩(wěn)定性更好. 酶反應器的類型,適用酶,特點:1)攪拌罐式反應器(游離酶,固定化酶):反應比較完全,反應條件容易調(diào)節(jié)控制.2)填充床式反應器(固定化酶):密度大,可以提高酶催化反應的速度.在工業(yè)生產(chǎn)中普遍使用.3)流化床反應器(固定化酶):流化床反應器具有混合均勻,傳質和傳熱效果好,溫度和pH值的調(diào)節(jié)控制比較容易,不易堵塞,對粘度較大反應液也可進行催化反應.4)鼓泡式反應器(游離酶):結構簡單,操作容易,剪切力小,混合效果好,傳質,傳熱效率高,適合于有氣體參與的反應.5)膜反應器(游離酶,固定化酶):結構緊驟,集反應與分離于一體,利于連續(xù)化生產(chǎn).但

17、清洗比較困難.6)噴射式反應器(游離酶):通入高壓噴射蒸汽,實現(xiàn)酶與底物的混合,進行高溫短時催化反應,適用于某些耐高溫酶的反應.酶在醫(yī)藥方面的應用:1.用酶進行疾病的診斷2.用酶進行疾病的治療3.用酶制造各種藥物.酶在食品保鮮的應用:1)常見的保鮮技術主要有添加防腐劑或保鮮劑和冷凍,加熱,干燥,密封,腌制,煙熏等.2)酶法保鮮的原理:利用酶的催化作用,防止或消除外界因素對食品的不良影響,在較長時間內(nèi)保持食品原有的品質和風味.3)目前應用較多的是葡萄糖氧化酶和溶菌酶的酶法保鮮.溶菌酶的應用:溶酶菌是一種催化細菌細胞壁中的肽多糖水解的水解酶,具有廣泛的用途.醫(yī)藥方面:用于預防和治療細菌引起的各種疾病,可使病原菌,腐敗性細菌等溶解死亡,具有顯著的抗菌消炎效果.食品方面:用于食品