現(xiàn)代生物技術(shù)第五章酶工程

1、酶工程概述酶工程概述1酶的生產(chǎn)與分離純化酶的生產(chǎn)與分離純化2 酶反應(yīng)器和酶傳感器酶反應(yīng)器和酶傳感器5第五章 酶工程 化學(xué)修飾酶與化學(xué)人工酶化學(xué)修飾酶與化學(xué)人工酶3固定化酶固定化酶4第一節(jié) 酶工程的概述n酶工程（enzyme engineering)n又稱酶技術(shù)，是指利用酶催化的作用，在一又稱酶技術(shù)，是指利用酶催化的作用，在一定的生物反應(yīng)器中，將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成所定的生物反應(yīng)器中，將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成所需要的產(chǎn)品的過程，它是酶學(xué)理論與化學(xué)技需要的產(chǎn)品的過程，它是酶學(xué)理論與化學(xué)技術(shù)相結(jié)合而形成的一門新技術(shù)。術(shù)相結(jié)合而形成的一門新技術(shù)。n酶工程是生物工程的重要組成部分，它與基酶工程是生物工程的重要組成

2、部分，它與基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程相互依存、相因工程、細胞工程、發(fā)酵工程相互依存、相互促進，它們在生物工程的研究、開發(fā)和產(chǎn)互促進，它們在生物工程的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化過程中要靠彼此合作來實現(xiàn)。業(yè)化過程中要靠彼此合作來實現(xiàn)。酶工程與發(fā)酵工程、基因工程、細胞工程的關(guān)系酶工程與發(fā)酵工程、基因工程、細胞工程的關(guān)系基因工程基因工程基因工程菌基因工程菌發(fā)酵工程發(fā)酵工程酶酶酶工程酶工程細胞工程細胞工程酶酶轉(zhuǎn)基因動物轉(zhuǎn)基因動物轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因植物菌體細胞菌體細胞固定化菌體細胞固定化菌體細胞細胞細胞 一、酶工程的內(nèi)容 1. 1.酶工程的分類：酶工程的分類：n（1 1）化學(xué)酶工程化學(xué)酶工程：自然酶、化學(xué)修飾酶、

3、固：自然酶、化學(xué)修飾酶、固定化酶、化學(xué)人工酶的研究和應(yīng)用。定化酶、化學(xué)人工酶的研究和應(yīng)用。n（2 2）生物工程酶生物工程酶： 用基因工程技術(shù)大量生產(chǎn)酶（克隆酶）；用基因工程技術(shù)大量生產(chǎn)酶（克隆酶）； 修飾酶基因產(chǎn)生遺傳修飾酶（突變酶）；修飾酶基因產(chǎn)生遺傳修飾酶（突變酶）； 設(shè)計新酶基因，合成自然界不曾有的酶設(shè)計新酶基因，合成自然界不曾有的酶（新酶）。（新酶）。2.酶工程的內(nèi)容（1）酶的產(chǎn)生 n酶制劑的來源，有微生物、動物和植物，但酶制劑的來源，有微生物、動物和植物，但是，主要的來源是微生物。由于微生物比動是，主要的來源是微生物。由于微生物比動植物具有更多的優(yōu)點，因此，一般選用優(yōu)良植物具有更多的

4、優(yōu)點，因此，一般選用優(yōu)良的產(chǎn)酶菌株，通過發(fā)酵來產(chǎn)生酶。為了提高的產(chǎn)酶菌株，通過發(fā)酵來產(chǎn)生酶。為了提高發(fā)酵液中的酶濃度，選育優(yōu)良菌株、研制基發(fā)酵液中的酶濃度，選育優(yōu)良菌株、研制基因工程菌、優(yōu)化發(fā)酵條件。工業(yè)生產(chǎn)需要特因工程菌、優(yōu)化發(fā)酵條件。工業(yè)生產(chǎn)需要特殊性能的新型酶，如耐高溫的殊性能的新型酶，如耐高溫的淀粉酶、淀粉酶、耐堿性的蛋白酶和脂肪酶等，因此，需要研耐堿性的蛋白酶和脂肪酶等，因此，需要研究、開發(fā)生產(chǎn)特殊性能新型酶的菌株。究、開發(fā)生產(chǎn)特殊性能新型酶的菌株。 （2）酶的制備 u 酶的分離提純技術(shù)是當前生物技術(shù)酶的分離提純技術(shù)是當前生物技術(shù)“后處理后處理工藝工藝”的核心。采用各種分離提純技術(shù)，

5、從的核心。采用各種分離提純技術(shù)，從微生物細胞及其發(fā)酵液，或動、植物細胞及微生物細胞及其發(fā)酵液，或動、植物細胞及其培養(yǎng)液中分離提純酶，制成高活性的不同其培養(yǎng)液中分離提純酶，制成高活性的不同純度的酶制劑，為了使酶制劑更廣泛地應(yīng)用純度的酶制劑，為了使酶制劑更廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟各個方面，必須提高酶制劑的活于國民經(jīng)濟各個方面，必須提高酶制劑的活性、純度和收率，需要研究新的分離提純技性、純度和收率，需要研究新的分離提純技術(shù)。術(shù)。（3）酶和細胞固定化 u酶和細胞固定化研究是酶工程的中心任務(wù)。為了提酶和細胞固定化研究是酶工程的中心任務(wù)。為了提高酶的穩(wěn)定性，重復(fù)使用酶制劑，擴大酶制劑的應(yīng)高酶的穩(wěn)定性，重復(fù)使用

6、酶制劑，擴大酶制劑的應(yīng)用范圍，采用各種固定化方法對酶進行固定化，制用范圍，采用各種固定化方法對酶進行固定化，制備了固定化酶，如固定化葡萄糖異構(gòu)酶、固定化氨備了固定化酶，如固定化葡萄糖異構(gòu)酶、固定化氨基?；傅?，測定固定化酶的各種性質(zhì)，并對固定基?；傅?，測定固定化酶的各種性質(zhì)，并對固定化酶作各方面的應(yīng)用與開發(fā)研究。目前固定化酶仍化酶作各方面的應(yīng)用與開發(fā)研究。目前固定化酶仍具有強大的生命力。它受到生物化學(xué)、化學(xué)工程、具有強大的生命力。它受到生物化學(xué)、化學(xué)工程、微生物、高分子、醫(yī)學(xué)等各領(lǐng)域的高度重視。微生物、高分子、醫(yī)學(xué)等各領(lǐng)域的高度重視。（3）酶和細胞固定化n固定化細胞是在固定化酶的基礎(chǔ)發(fā)發(fā)展起

7、來的。用固定化細胞是在固定化酶的基礎(chǔ)發(fā)發(fā)展起來的。用各種固定化方法對微生物細胞、動物細胞和植物細各種固定化方法對微生物細胞、動物細胞和植物細胞進行固定化，制成各種固定化生物細胞胞進行固定化，制成各種固定化生物細胞. .研究固定研究固定化細胞的酶學(xué)性質(zhì)，特別是動力學(xué)性質(zhì)，研究與開化細胞的酶學(xué)性質(zhì)，特別是動力學(xué)性質(zhì)，研究與開發(fā)固定化細胞在各方面的應(yīng)用，是當今酶工程的一發(fā)固定化細胞在各方面的應(yīng)用，是當今酶工程的一個熱門課題。個熱門課題。n固定化技術(shù)是酶技術(shù)現(xiàn)代化的一個重要里程碑，是固定化技術(shù)是酶技術(shù)現(xiàn)代化的一個重要里程碑，是克服天然酶在工業(yè)應(yīng)用方面的不足之處，而又發(fā)揮克服天然酶在工業(yè)應(yīng)用方面的不足之

8、處，而又發(fā)揮酶反應(yīng)特點的突破性技術(shù)?？梢哉f沒有固定化技術(shù)酶反應(yīng)特點的突破性技術(shù)?？梢哉f沒有固定化技術(shù)的開發(fā)，就沒有現(xiàn)代的酶技術(shù)。的開發(fā)，就沒有現(xiàn)代的酶技術(shù)。（4）酶分子改造 n又稱為酶分子修飾。為了提高酶的穩(wěn)定性，又稱為酶分子修飾。為了提高酶的穩(wěn)定性，降低抗原性，延長藥用菌在機體內(nèi)的半衰期，降低抗原性，延長藥用菌在機體內(nèi)的半衰期，采用各種修飾方法對酶分子結(jié)構(gòu)進行改造，采用各種修飾方法對酶分子結(jié)構(gòu)進行改造，以便創(chuàng)造出天然酶所不具備的某些優(yōu)良特性以便創(chuàng)造出天然酶所不具備的某些優(yōu)良特性( (如較高的穩(wěn)定性、無抗原性、抗蛋白酶水解如較高的穩(wěn)定性、無抗原性、抗蛋白酶水解等等) )，甚至于創(chuàng)造出新的酶活性

9、，擴大酶的應(yīng)，甚至于創(chuàng)造出新的酶活性，擴大酶的應(yīng)用，從而提高酶的應(yīng)用價值，達到較大的經(jīng)用，從而提高酶的應(yīng)用價值，達到較大的經(jīng)濟效益和社會效益。濟效益和社會效益。（4）酶分子改造 酶分子改造可以從兩個方面進行：酶分子改造可以從兩個方面進行： n(1)(1)用蛋白質(zhì)工程技術(shù)對酶分子結(jié)構(gòu)基因進行用蛋白質(zhì)工程技術(shù)對酶分子結(jié)構(gòu)基因進行改造，期望獲得一級結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)較為合改造，期望獲得一級結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)較為合理的具有優(yōu)良特性、高活性的新酶理的具有優(yōu)良特性、高活性的新酶( (突變酶突變酶) )。n(2)(2)用化學(xué)法或酶法改造酶蛋白的一級結(jié)構(gòu)，用化學(xué)法或酶法改造酶蛋白的一級結(jié)構(gòu)，或者用化學(xué)修飾法對酶分子中

10、側(cè)鏈基團進行或者用化學(xué)修飾法對酶分子中側(cè)鏈基團進行化學(xué)修飾以便改變酶學(xué)性質(zhì)。這類酶在酶化學(xué)修飾以便改變酶學(xué)性質(zhì)。這類酶在酶學(xué)基礎(chǔ)研究上和醫(yī)藥上特別有用。學(xué)基礎(chǔ)研究上和醫(yī)藥上特別有用。 （5）有機介質(zhì)中的酶反應(yīng) n由于酶在有機介質(zhì)中的催化反應(yīng)具有許多優(yōu)由于酶在有機介質(zhì)中的催化反應(yīng)具有許多優(yōu)點。因此，近年來，酶在有機介質(zhì)中催化反點。因此，近年來，酶在有機介質(zhì)中催化反應(yīng)的研究，已受到不少人的重視，成為酶工應(yīng)的研究，已受到不少人的重視，成為酶工程中一個新的發(fā)展方向。酶在有機介質(zhì)中要程中一個新的發(fā)展方向。酶在有機介質(zhì)中要呈現(xiàn)很高的活性，必須具備哪些條件呈現(xiàn)很高的活性，必須具備哪些條件? ?有機介有機介質(zhì)

11、對酶的性質(zhì)有哪些影響質(zhì)對酶的性質(zhì)有哪些影響? ?如何影響如何影響? ?近年來，近年來，對這些問題的研究，已取得重要進展。對這些問題的研究，已取得重要進展。（6）酶傳感器 n 又稱為酶電極。酶電極是由感受器又稱為酶電極。酶電極是由感受器( (如固定如固定化酶化酶) )和換能器和換能器( (如離子選擇性電極如離子選擇性電極) )所組成的所組成的一種分析裝置，用于測定混合物溶液中某種一種分析裝置，用于測定混合物溶液中某種物質(zhì)的濃度，其研究內(nèi)容包括：酶電極的種物質(zhì)的濃度，其研究內(nèi)容包括：酶電極的種類、結(jié)構(gòu)與原理；酶電極的制備、性質(zhì)及應(yīng)類、結(jié)構(gòu)與原理；酶電極的制備、性質(zhì)及應(yīng)用。用。（7）酶反應(yīng)器n酶反應(yīng)

12、器是完成酶促反應(yīng)的裝置。其研究內(nèi)酶反應(yīng)器是完成酶促反應(yīng)的裝置。其研究內(nèi)容包括：酶反應(yīng)器的類型及特性；酶反應(yīng)器容包括：酶反應(yīng)器的類型及特性；酶反應(yīng)器的設(shè)計、制造及選擇等。的設(shè)計、制造及選擇等。（8）抗體酶、人工酶和模擬酶 n抗體酶抗體酶是一類具有催化活性的抗體。是抗體的高度專一性與是一類具有催化活性的抗體。是抗體的高度專一性與酶的高效催化能力二者巧妙結(jié)合的產(chǎn)物。其研究內(nèi)容是：抗酶的高效催化能力二者巧妙結(jié)合的產(chǎn)物。其研究內(nèi)容是：抗體酶的制備、結(jié)構(gòu)、特性、作用機理、催化反應(yīng)類型、應(yīng)用體酶的制備、結(jié)構(gòu)、特性、作用機理、催化反應(yīng)類型、應(yīng)用等。等。n人工酶人工酶是用人工合成的具有催化活性的多肽或蛋白質(zhì)。據(jù)

13、是用人工合成的具有催化活性的多肽或蛋白質(zhì)。據(jù)1977年年Dhar等人報道，人工合成的等人報道，人工合成的GluPheAlaGluGluAlaSerPhe八肽具有溶菌酶的活性。其活性八肽具有溶菌酶的活性。其活性為天然溶菌酶的為天然溶菌酶的50%。n利用有機化學(xué)合成的方法合成了利用有機化學(xué)合成的方法合成了 些比酶結(jié)構(gòu)簡單得多的具些比酶結(jié)構(gòu)簡單得多的具有催化功能的非蛋白質(zhì)分子。這些物質(zhì)分子可以模擬酶對底有催化功能的非蛋白質(zhì)分子。這些物質(zhì)分子可以模擬酶對底物的結(jié)合和催化過程。既可以達到酶催化的高效率，又能夠物的結(jié)合和催化過程。既可以達到酶催化的高效率，又能夠克服酶的不穩(wěn)定性。這樣的物質(zhì)稱為克服酶的不穩(wěn)

14、定性。這樣的物質(zhì)稱為模擬酶模擬酶。用環(huán)糊精已成。用環(huán)糊精已成功地模擬了胰凝乳蛋白酶等多種酶。功地模擬了胰凝乳蛋白酶等多種酶。（9）酶技術(shù)的應(yīng)用u在醫(yī)學(xué)、食品、發(fā)酵、紡織、制革、化學(xué)分析、氨在醫(yī)學(xué)、食品、發(fā)酵、紡織、制革、化學(xué)分析、氨基酸合成、有機酸合成、半合成抗生素合成、能源基酸合成、有機酸合成、半合成抗生素合成、能源開發(fā)以及環(huán)境工程等方面的應(yīng)用都很廣泛。開發(fā)以及環(huán)境工程等方面的應(yīng)用都很廣泛。 運用酶技術(shù)生產(chǎn)有重要價值的產(chǎn)品。運用酶技術(shù)生產(chǎn)有重要價值的產(chǎn)品。 利用酶制劑改進生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)率，利用酶制劑改進生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。降低生產(chǎn)成本。二、酶工程的意義、發(fā)

15、展及展望1.酶工程的研究意義n一切生物的生命活動都是由新陳代謝的正常運轉(zhuǎn)來維持的，一切生物的生命活動都是由新陳代謝的正常運轉(zhuǎn)來維持的，而代謝中的各種化學(xué)反應(yīng)是由各種酶的催化來實現(xiàn)的。沒有而代謝中的各種化學(xué)反應(yīng)是由各種酶的催化來實現(xiàn)的。沒有酶，代謝就會停止，生命亦就停止。個別酶的缺乏或者酶活酶，代謝就會停止，生命亦就停止。個別酶的缺乏或者酶活性受到抑制性受到抑制 就會使代謝受阻或紊亂，從而引起疾病。因此，就會使代謝受阻或紊亂，從而引起疾病。因此，研究酶的結(jié)構(gòu)與功能以及動力學(xué)，對于闡明生命的本質(zhì)和活研究酶的結(jié)構(gòu)與功能以及動力學(xué)，對于闡明生命的本質(zhì)和活動規(guī)律，對于闡明發(fā)病機理以及診斷治療，具有極其重

16、要的動規(guī)律，對于闡明發(fā)病機理以及診斷治療，具有極其重要的作用。作用。n由于酶是生物催化劑，與化學(xué)催化劑相比既有共性，又有由于酶是生物催化劑，與化學(xué)催化劑相比既有共性，又有個性。因此，對酶的研究成果必然能充實，發(fā)展催化劑理論，個性。因此，對酶的研究成果必然能充實，發(fā)展催化劑理論，而且，還能為催化劑設(shè)計、藥物設(shè)計、疾病的診斷治療，提而且，還能為催化劑設(shè)計、藥物設(shè)計、疾病的診斷治療，提供重要的依據(jù)和新思想、新概念。供重要的依據(jù)和新思想、新概念。1.酶工程的研究意義n有些酶是蛋白質(zhì)和核酸一級結(jié)構(gòu)測定和基因工程研有些酶是蛋白質(zhì)和核酸一級結(jié)構(gòu)測定和基因工程研究的重要工具。例如：胰蛋白酶羧肽酶，脂肪酶等究的

17、重要工具。例如：胰蛋白酶羧肽酶，脂肪酶等作為測定蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的工具酶；限制性內(nèi)切酶、作為測定蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的工具酶；限制性內(nèi)切酶、T7DNAT7DNA聚合酶、核糖核酸酶、核酸酶等作為測定核聚合酶、核糖核酸酶、核酸酶等作為測定核酸一圾結(jié)構(gòu)的工具酶：限制性內(nèi)切酶、酸一圾結(jié)構(gòu)的工具酶：限制性內(nèi)切酶、DNADNA連接酶，連接酶，TaqDNATaqDNA聚合酶等作為基因工程的工具酶。由此可見，聚合酶等作為基因工程的工具酶。由此可見，工具酶是研究分子生物學(xué)的重要手段之一。它在一工具酶是研究分子生物學(xué)的重要手段之一。它在一定程度上推動了分子生物學(xué)的發(fā)展。定程度上推動了分子生物學(xué)的發(fā)展。n酶技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

18、上已有日益廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生酶技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上已有日益廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟效益和社會效益。了較大的經(jīng)濟效益和社會效益。2.酶工程的研究進展 兩個方向：酶的應(yīng)用研究、酶技術(shù)研究；酶的理論研究。 （1 1）酶的應(yīng)用研究進展）酶的應(yīng)用研究進展n19261926年，索姆奈年，索姆奈(Sumner)(Sumner)首次從刀豆中制備出脲酶結(jié)晶，并首次從刀豆中制備出脲酶結(jié)晶，并提出，酶是具有催化能力的蛋白質(zhì)。從此以后人們開展了提出，酶是具有催化能力的蛋白質(zhì)。從此以后人們開展了各種酶的分離提純的研究，制備了各種不同規(guī)格的酶制劑。各種酶的分離提純的研究，制備了各種不同規(guī)格的酶制劑。從從2020世紀世紀“

19、50“50年代起，大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的酶制劑品種愈來愈年代起，大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的酶制劑品種愈來愈多?，F(xiàn)在，多?，F(xiàn)在，淀粉酶、糖化酶、葡萄搪異構(gòu)酶、果膠酶、淀粉酶、糖化酶、葡萄搪異構(gòu)酶、果膠酶、凝乳酶、乳糖酶、脂肪酶、各種蛋白酶等，已經(jīng)實用化、商凝乳酶、乳糖酶、脂肪酶、各種蛋白酶等，已經(jīng)實用化、商品化。上述酶制劑在食品加工，發(fā)酵上業(yè)，制革工業(yè)，紡織品化。上述酶制劑在食品加工，發(fā)酵上業(yè)，制革工業(yè)，紡織工業(yè)，氨基酸、有機酸和半合成抗生素的合成工業(yè)，醫(yī)療衛(wèi)工業(yè)，氨基酸、有機酸和半合成抗生素的合成工業(yè)，醫(yī)療衛(wèi)生，能源開發(fā)以及環(huán)境工程中、有日益廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮了生，能源開發(fā)以及環(huán)境工程中、有日益廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮

20、了重要的作用。重要的作用。u酶工程是在人類原始的應(yīng)用酶的催化作用的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)酶工程是在人類原始的應(yīng)用酶的催化作用的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的。二十世紀以來，特別是二十世紀五十年代以來，展起來的。二十世紀以來，特別是二十世紀五十年代以來，酶的應(yīng)用技術(shù)有了很大的進步。五十年代酶制劑的生產(chǎn)有酶的應(yīng)用技術(shù)有了很大的進步。五十年代酶制劑的生產(chǎn)有了迅速發(fā)展，這一時期主要是溶液酶的應(yīng)用；六十年代出了迅速發(fā)展，這一時期主要是溶液酶的應(yīng)用；六十年代出現(xiàn)了固定化酶技術(shù)，六十年代來已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)；七十現(xiàn)了固定化酶技術(shù)，六十年代來已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)；七十年代出現(xiàn)了固定化細胞的技術(shù)，至目前又發(fā)展了固定化增年代出現(xiàn)了固定化細

21、胞的技術(shù)，至目前又發(fā)展了固定化增增細胞的研究，亦發(fā)展了包括輔助因子再生的固定化多酶增細胞的研究，亦發(fā)展了包括輔助因子再生的固定化多酶反應(yīng)體系的研究。反應(yīng)體系的研究。u人類原始應(yīng)用酶的催化作用可謂源遠流長。我國勞動人民人類原始應(yīng)用酶的催化作用可謂源遠流長。我國勞動人民在四千年前已掌握了釀酒技術(shù)，商朝的釀酒業(yè)已相當發(fā)達，在四千年前已掌握了釀酒技術(shù)，商朝的釀酒業(yè)已相當發(fā)達，秦漢前已將麥芽用于制造飴糖等等。但是直到十九世紀人秦漢前已將麥芽用于制造飴糖等等。但是直到十九世紀人們才逐漸建立起們才逐漸建立起“酶酶”的概念。的概念。19081908年羅門等利用胰酶鞣年羅門等利用胰酶鞣制皮革，制皮革，19171

22、917年法國人博伊丁和埃芬特用枯草桿菌產(chǎn)生的年法國人博伊丁和埃芬特用枯草桿菌產(chǎn)生的淀粉酶用作紡織工業(yè)上的退漿劑。此后酶在工業(yè)上應(yīng)用的淀粉酶用作紡織工業(yè)上的退漿劑。此后酶在工業(yè)上應(yīng)用的研究逐漸深入到很多工業(yè)部門。到了研究逐漸深入到很多工業(yè)部門。到了19491949年，由于日本采年，由于日本采用深層培養(yǎng)法生產(chǎn)細菌用深層培養(yǎng)法生產(chǎn)細菌淀粉酶獲得成功，才使酶制劑淀粉酶獲得成功，才使酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用進入工業(yè)化的階段。的生產(chǎn)和應(yīng)用進入工業(yè)化的階段。u從此，蛋白酶、果膠酶、轉(zhuǎn)化酶等相繼投入市場。從此，蛋白酶、果膠酶、轉(zhuǎn)化酶等相繼投入市場。19591959年年由于采用葡萄糖淀粉酶催化淀粉生產(chǎn)葡聚糖的新工藝研

23、究由于采用葡萄糖淀粉酶催化淀粉生產(chǎn)葡聚糖的新工藝研究成功徹底革除了原來葡萄糖生產(chǎn)中需要高溫高壓的酸水成功徹底革除了原來葡萄糖生產(chǎn)中需要高溫高壓的酸水解工藝，使淀粉得糖率由解工藝，使淀粉得糖率由80%80%提高到提高到l00l00，致使日本，致使日本19601960年的精制葡萄糖產(chǎn)量猛增年的精制葡萄糖產(chǎn)量猛增1010倍。由于這項改革的成功，大倍。由于這項改革的成功，大大促進了酶在工業(yè)上應(yīng)用的發(fā)展，先后出現(xiàn)了不少成功的大促進了酶在工業(yè)上應(yīng)用的發(fā)展，先后出現(xiàn)了不少成功的應(yīng)用實例。如應(yīng)用實例。如5-5-磷酸二酯酶用于磷酸二酯酶用于5-5-核苷酸的生產(chǎn)，用核苷酸的生產(chǎn)，用青霉素酰胺酶制備青霉素酰胺酶制備

24、6-6-氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸(6-APA)(6-APA)，氨基?；?，氨基酰化酶拆分拆分DL-DL-氨基酸，氨基酸，9-9-酪氨酸酶催化生產(chǎn)酪氨酸酶催化生產(chǎn)L-L-多巴等等。五十多巴等等。五十年代，盡管酶的應(yīng)用有很大發(fā)展，但與酶學(xué)研究的進展相年代，盡管酶的應(yīng)用有很大發(fā)展，但與酶學(xué)研究的進展相比，其發(fā)展還是緩慢的，主要原因是酶的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)比，其發(fā)展還是緩慢的，主要原因是酶的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)落后。由于酶的分離純化比較復(fù)雜，分離的酶穩(wěn)定性顯著落后。由于酶的分離純化比較復(fù)雜，分離的酶穩(wěn)定性顯著下降，并且采用在水溶液中分批反應(yīng)，反應(yīng)后的酶很難回下降，并且采用在水溶液中分批反應(yīng)，反應(yīng)后的酶很難回收，

25、致使成本很高，阻得了酶應(yīng)用的進一步發(fā)展。收，致使成本很高，阻得了酶應(yīng)用的進一步發(fā)展。u從應(yīng)用的目的出發(fā)，從應(yīng)用的目的出發(fā)，CrubhoferCrubhofer和和SchleithSchleith從從19531953年開始研年開始研究酶的固定化。他們將胃蛋白酶、淀粉酶、羧肽酶和核糖核究酶的固定化。他們將胃蛋白酶、淀粉酶、羧肽酶和核糖核酸酶等結(jié)合在重氮化的樹脂上，實現(xiàn)了酶的固定化。酸酶等結(jié)合在重氮化的樹脂上，實現(xiàn)了酶的固定化。19691969年，年，日本千佃一郎首次應(yīng)用固定化氨基?；复笠?guī)模生產(chǎn)日本千佃一郎首次應(yīng)用固定化氨基?；复笠?guī)模生產(chǎn)L-L-氨基氨基酸。從此以后固定化酶研究十分活躍，進展很快

26、?，F(xiàn)在、酸。從此以后固定化酶研究十分活躍，進展很快?，F(xiàn)在、已有十多種固定化酶用于工業(yè)生產(chǎn)。例如：利用固定化葡萄已有十多種固定化酶用于工業(yè)生產(chǎn)。例如：利用固定化葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果葡萄漿；利用固定化青霉素?；干a(chǎn)糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果葡萄漿；利用固定化青霉素?；干a(chǎn)6-6-氨基青霉烷酸；利用固定化乳糖酶生產(chǎn)低乳糖牛奶等。但是，氨基青霉烷酸；利用固定化乳糖酶生產(chǎn)低乳糖牛奶等。但是，大多數(shù)固定化酶的應(yīng)用研究，仍處于實驗室研究階段或中試大多數(shù)固定化酶的應(yīng)用研究，仍處于實驗室研究階段或中試生產(chǎn)階段，要用于工業(yè)生產(chǎn)上有待進一步研究。生產(chǎn)階段，要用于工業(yè)生產(chǎn)上有待進一步研究。u為了減少從微生物細胞中分離提純酶

27、的麻煩，或者有目的地為了減少從微生物細胞中分離提純酶的麻煩，或者有目的地利用微生物細胞內(nèi)的復(fù)合酶系統(tǒng)，從利用微生物細胞內(nèi)的復(fù)合酶系統(tǒng)，從7070年代初起，人們直接年代初起，人們直接對微生物細胞進行固定化研究對微生物細胞進行固定化研究.1973.1973年，干佃一郎首次利用年，干佃一郎首次利用固定化大腸桿菌細胞生產(chǎn)固定化大腸桿菌細胞生產(chǎn)L-L-天冬氨酸。從此以后，微生物細天冬氨酸。從此以后，微生物細胞固定化研究十分活躍，進展很快?，F(xiàn)在，已有愈來愈多的胞固定化研究十分活躍，進展很快?，F(xiàn)在，已有愈來愈多的固定化微生物細胞用于工業(yè)生產(chǎn)。例如：固定化大腸桿菌細固定化微生物細胞用于工業(yè)生產(chǎn)。例如：固定化大

28、腸桿菌細胞生產(chǎn)胞生產(chǎn)6-6-氨基青霉烷酸；固定化產(chǎn)氨短桿菌細胞生產(chǎn)氨基青霉烷酸；固定化產(chǎn)氨短桿菌細胞生產(chǎn)LL蘋蘋果酸；固定化假單孢菌細胞生產(chǎn)果酸；固定化假單孢菌細胞生產(chǎn)L-L-丙氨酸；固定化鏈霉菌細丙氨酸；固定化鏈霉菌細胞生產(chǎn)果葡糖漿；固定化釀酒酵母細胞生產(chǎn)酒精等。但是，胞生產(chǎn)果葡糖漿；固定化釀酒酵母細胞生產(chǎn)酒精等。但是，大多數(shù)固定化微生物細胞的應(yīng)用研究，尚處于實驗室研究階大多數(shù)固定化微生物細胞的應(yīng)用研究，尚處于實驗室研究階段或小試生產(chǎn)階段，向待進一少研究。段或小試生產(chǎn)階段，向待進一少研究。n因為固定化細胞對結(jié)構(gòu)復(fù)雜、化學(xué)合成困難的化合物的生產(chǎn)因為固定化細胞對結(jié)構(gòu)復(fù)雜、化學(xué)合成困難的化合物的生

29、產(chǎn)特別有用，所以近年來已成為酶工程研究中引人注目的領(lǐng)域。特別有用，所以近年來已成為酶工程研究中引人注目的領(lǐng)域。并且用固定化細胞己進行了不少有用化合物的試生產(chǎn)，包括并且用固定化細胞己進行了不少有用化合物的試生產(chǎn)，包括有機酸、氨基酸、抗生素和輔酶等。例如固定化產(chǎn)氨短桿菌有機酸、氨基酸、抗生素和輔酶等。例如固定化產(chǎn)氨短桿菌可以通過五步酶反應(yīng)連續(xù)合成輔酶可以通過五步酶反應(yīng)連續(xù)合成輔酶A A。19831983年在英國倫敦召年在英國倫敦召開的生物工程會議上，日本人小田等介紹了用海藻酸鈣和光開的生物工程會議上，日本人小田等介紹了用海藻酸鈣和光交聯(lián)樹脂兩種方法固定化酵母的增殖細胞連續(xù)生產(chǎn)酒精的研交聯(lián)樹脂兩種方

30、法固定化酵母的增殖細胞連續(xù)生產(chǎn)酒精的研究報告，他們在試驗工廠中用究報告，他們在試驗工廠中用4 4千升的流動柱床反應(yīng)器，以千升的流動柱床反應(yīng)器，以甘蔗糖蜜生產(chǎn)酒精，在柱反應(yīng)器流出液中酒精濃度可達到甘蔗糖蜜生產(chǎn)酒精，在柱反應(yīng)器流出液中酒精濃度可達到8.59.08.59.0，每千升的反應(yīng)器每天能生產(chǎn)純酒精，每千升的反應(yīng)器每天能生產(chǎn)純酒精600600升酒升酒精的轉(zhuǎn)化率達到理論值的精的轉(zhuǎn)化率達到理論值的9595，生產(chǎn)能力超過常規(guī)分批式發(fā)，生產(chǎn)能力超過常規(guī)分批式發(fā)酵工藝的酵工藝的2020倍。用海藻酸鈣包埋的酵母工作穩(wěn)定性達倍。用海藻酸鈣包埋的酵母工作穩(wěn)定性達4 4個月個月以上，用光交聯(lián)樹脂固定的酵母細胞工

31、作穩(wěn)定性達以上，用光交聯(lián)樹脂固定的酵母細胞工作穩(wěn)定性達2 2年以上。年以上。固定化增殖酵母細胞用于連續(xù)化生產(chǎn)酒精的工藝目前己由實固定化增殖酵母細胞用于連續(xù)化生產(chǎn)酒精的工藝目前己由實驗室轉(zhuǎn)到實驗工廠，看來實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)是很有希望的。固驗室轉(zhuǎn)到實驗工廠，看來實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)是很有希望的。固定化增殖細胞用于處理廢水現(xiàn)在已經(jīng)達到工業(yè)應(yīng)用的水平。定化增殖細胞用于處理廢水現(xiàn)在已經(jīng)達到工業(yè)應(yīng)用的水平。n微生物細胞固定化研究，已從利用微生物細胞固定化研究，已從利用種酶反應(yīng)的固定化死菌種酶反應(yīng)的固定化死菌體，發(fā)展到利用多酶反應(yīng)的固定化活菌體，從固定化休眠菌體，發(fā)展到利用多酶反應(yīng)的固定化活菌體，從固定化休眠菌體、饑

32、餓菌體發(fā)展到固定化增殖茵體。最近，還發(fā)展到固定體、饑餓菌體發(fā)展到固定化增殖茵體。最近，還發(fā)展到固定化基因工程菌?；蚬こ叹?。n從從8080年代起，人們開始把目光放到動物細胞和植物細胞固定年代起，人們開始把目光放到動物細胞和植物細胞固定化上。動物和植物細胞固定化，雖然比微生物細胞固化上。動物和植物細胞固定化，雖然比微生物細胞固d d定化定化難得多，但是，它們能產(chǎn)生微生物難以產(chǎn)生的貴重藥物，如：難得多，但是，它們能產(chǎn)生微生物難以產(chǎn)生的貴重藥物，如：乙肝病毒表面抗原、單克隆抗體、人參皂苷等，目前，動物乙肝病毒表面抗原、單克隆抗體、人參皂苷等，目前，動物細胞和植物細胞的固定化研究，尚處于實驗室研究階

33、段或中細胞和植物細胞的固定化研究，尚處于實驗室研究階段或中試階段，需要深入研究。試階段，需要深入研究。n5050年代末到年代末到6060年代，人們致力于用小分子化合物修改酶分子年代，人們致力于用小分子化合物修改酶分子中的氨基酸殘基側(cè)鏈基團，以研究一些酶活性基團的情況，中的氨基酸殘基側(cè)鏈基團，以研究一些酶活性基團的情況，得到了很有價值的數(shù)據(jù)。得到了很有價值的數(shù)據(jù)。n較早用大分子物質(zhì)修飾酶的是較早用大分子物質(zhì)修飾酶的是KatchalskoKatchalsko等人。他們用等人。他們用DEAEDEAE右旋糖酐、多肽等修飾了酶，使酶的性質(zhì)得到了改善。右旋糖酐、多肽等修飾了酶，使酶的性質(zhì)得到了改善。從從7

34、070年代開始隨著研究的普遍進展，在修飾劑的選用、修年代開始隨著研究的普遍進展，在修飾劑的選用、修飾方法上，都有新的發(fā)展。現(xiàn)在，有一些酶飾方法上，都有新的發(fā)展。現(xiàn)在，有一些酶( (如如L-L-天門冬酰天門冬酰胺酶等胺酶等) )用大分子修飾劑修飾之后，其熱穩(wěn)定性提高，抗失用大分子修飾劑修飾之后，其熱穩(wěn)定性提高，抗失活因子能力加強，抗原性消除，體內(nèi)半衰期延長。由此可見，活因子能力加強，抗原性消除，體內(nèi)半衰期延長。由此可見，酶化學(xué)修飾在一定程度上可以克服天然酶的缺點，使其更適酶化學(xué)修飾在一定程度上可以克服天然酶的缺點，使其更適合于工業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)療上的需要。合于工業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)療上的需要。n近年來，人們對抗

35、體酶、人工酶、模擬酶等；進行了研究，近年來，人們對抗體酶、人工酶、模擬酶等；進行了研究，取得了一些進展，今后將進一步研究。取得了一些進展，今后將進一步研究。n隨著固定化酶隨著固定化酶( (或細胞或細胞) )的研究進展，人們研究、設(shè)計、制造的研究進展，人們研究、設(shè)計、制造了各種各樣的固定化酶反應(yīng)器了各種各樣的固定化酶反應(yīng)器. .其中，有一些巳應(yīng)用于工業(yè)其中，有一些巳應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。目前固定化酶反應(yīng)器的應(yīng)用，尚處于開發(fā)的早期階生產(chǎn)。目前固定化酶反應(yīng)器的應(yīng)用，尚處于開發(fā)的早期階段。其最終目標是實現(xiàn)全自動的最佳控制。第二代新型的固段。其最終目標是實現(xiàn)全自動的最佳控制。第二代新型的固定化酶反應(yīng)器，例如：

36、能實現(xiàn)輔因子定化酶反應(yīng)器，例如：能實現(xiàn)輔因子( (輔酶輔酶和和ATPATP等等) )再生再生的酶反應(yīng)器、兩相或多相酶反應(yīng)器、組合酶反應(yīng)器等，正在的酶反應(yīng)器、兩相或多相酶反應(yīng)器、組合酶反應(yīng)器等，正在研制之中。研制之中。n自從自從19671967年酶電極問世以來，酶電極的研究引起了不少人的年酶電極問世以來，酶電極的研究引起了不少人的極大興趣。現(xiàn)在，不少酶電極已經(jīng)實用化、商品化，用于測極大興趣?，F(xiàn)在，不少酶電極已經(jīng)實用化、商品化，用于測定混合物溶液中某種物質(zhì)的濃度。例如：用葡萄糖氧化酶電定混合物溶液中某種物質(zhì)的濃度。例如：用葡萄糖氧化酶電極測定血液、尿、發(fā)酵液中的葡萄糖濃度；用脲酶電極測定極測定血液

37、、尿、發(fā)酵液中的葡萄糖濃度；用脲酶電極測定血液中的尿素濃度。酶電極在臨床化驗、發(fā)酵生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)血液中的尿素濃度。酶電極在臨床化驗、發(fā)酵生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測以及其他化學(xué)分析等方面，展示了廣闊的前景。近年來，測以及其他化學(xué)分析等方面，展示了廣闊的前景。近年來，人們正在研制各種新型的酶電極，如多功能酶電極、微型酶人們正在研制各種新型的酶電極，如多功能酶電極、微型酶電極、抗干擾酶電極等。電極、抗干擾酶電極等。n酶標免疫分析是酶標免疫分析是6060年代發(fā)展起來的新的免疫測定技術(shù)。酶標年代發(fā)展起來的新的免疫測定技術(shù)。酶標免疫分析是以待測抗原免疫分析是以待測抗原( (或抗體或抗體) )與酶標抗體與酶標抗體( (或

38、抗原或抗原) )的專一的專一性反應(yīng)為基礎(chǔ)，然后通過酶活力測定，來確定抗原性反應(yīng)為基礎(chǔ)，然后通過酶活力測定，來確定抗原( (或抗體或抗體) )含量的含量的類分析法?，F(xiàn)在，已建立了各種酶標免疫分析法，類分析法。現(xiàn)在，已建立了各種酶標免疫分析法，用于測定血液中抗原或抗體的含量，有很高的靈敏度和準確用于測定血液中抗原或抗體的含量，有很高的靈敏度和準確度。度。（2）酶的理論研究進展(1)(1)新酶的發(fā)現(xiàn)和鑒定新酶的發(fā)現(xiàn)和鑒定 n迄今為止迄今為止, ,已發(fā)現(xiàn)的酶有已發(fā)現(xiàn)的酶有2500025000多種，數(shù)千種酶被鑒定，并達多種，數(shù)千種酶被鑒定，并達到不同的純度，數(shù)百種酶得到了結(jié)晶，數(shù)百種酶的一級結(jié)構(gòu)到不同的

39、純度，數(shù)百種酶得到了結(jié)晶，數(shù)百種酶的一級結(jié)構(gòu)被測出來。每年都有新酶被發(fā)現(xiàn)；每年都有不少酶的一級結(jié)被測出來。每年都有新酶被發(fā)現(xiàn)；每年都有不少酶的一級結(jié)構(gòu)被測出構(gòu)被測出 。(2)(2)酶一級結(jié)構(gòu)與活力的關(guān)系酶一級結(jié)構(gòu)與活力的關(guān)系 n 過去主要用化學(xué)修飾的方法研究酶一級結(jié)構(gòu)與活力的關(guān)系，過去主要用化學(xué)修飾的方法研究酶一級結(jié)構(gòu)與活力的關(guān)系，獲得了不少的信息。近年來，除了繼續(xù)用上述技術(shù)以外，還獲得了不少的信息。近年來，除了繼續(xù)用上述技術(shù)以外，還采用下列新技術(shù)對此問題作更深入的研究：過渡態(tài)類似物采用下列新技術(shù)對此問題作更深入的研究：過渡態(tài)類似物技術(shù)自殺性底物技術(shù)?；蚨ㄎ煌蛔兗夹g(shù)計算機模擬技術(shù)自殺性底物技

40、術(shù)。基因定位突變技術(shù)計算機模擬技術(shù)等。技術(shù)等。(3)(3)酶分子高級結(jié)構(gòu)的測定酶分子高級結(jié)構(gòu)的測定n一部分酶的高級結(jié)構(gòu)已經(jīng)被測出來，但是，還有大多數(shù)酶的一部分酶的高級結(jié)構(gòu)已經(jīng)被測出來，但是，還有大多數(shù)酶的高級結(jié)構(gòu)尚待測定。高級結(jié)構(gòu)尚待測定。n對酶分子高級結(jié)構(gòu)的測定，對酶分子高級結(jié)構(gòu)的測定，x-x-射線晶體結(jié)構(gòu)分析法仍然是十射線晶體結(jié)構(gòu)分析法仍然是十分有效的方法。近年來，二維核磁共振技術(shù)的應(yīng)用愈來愈廣。分有效的方法。近年來，二維核磁共振技術(shù)的應(yīng)用愈來愈廣。后者可以測定溶液中酶分子構(gòu)象及其變化過程。運用上述兩后者可以測定溶液中酶分子構(gòu)象及其變化過程。運用上述兩種技術(shù)必將測出更多的酶分子構(gòu)象。種技術(shù)

41、必將測出更多的酶分子構(gòu)象。 (4)(4)酶活性部位結(jié)構(gòu)及催化機理的研究酶活性部位結(jié)構(gòu)及催化機理的研究n 這是酶學(xué)研究的核心的問題。近年來，運用下列新技術(shù)研這是酶學(xué)研究的核心的問題。近年來，運用下列新技術(shù)研究酶活性部位結(jié)構(gòu)及催化機理，取得了重大的進展究酶活性部位結(jié)構(gòu)及催化機理，取得了重大的進展. . 應(yīng)用應(yīng)用x-x-射線晶體結(jié)構(gòu)分析技術(shù)研究酶一底物射線晶體結(jié)構(gòu)分析技術(shù)研究酶一底物( (或底物類或底物類似物似物) )復(fù)合物結(jié)構(gòu)，可以確定酶活性部位結(jié)構(gòu)以及酶分子與復(fù)合物結(jié)構(gòu)，可以確定酶活性部位結(jié)構(gòu)以及酶分子與底物分子的結(jié)合情況。底物分子的結(jié)合情況。 應(yīng)用二維核磁共振技術(shù)可以確定酶活性部位上解離基團應(yīng)

42、用二維核磁共振技術(shù)可以確定酶活性部位上解離基團的的pKpK值以及催化過程中的質(zhì)子轉(zhuǎn)移情況值以及催化過程中的質(zhì)子轉(zhuǎn)移情況. . 關(guān)于酶促反應(yīng)動力學(xué)研究，現(xiàn)在已用電子計算機編程序，關(guān)于酶促反應(yīng)動力學(xué)研究，現(xiàn)在已用電子計算機編程序，對酶與底物的作用方式以及底物反應(yīng)過程中可能存在的酶分對酶與底物的作用方式以及底物反應(yīng)過程中可能存在的酶分子形式，作出判斷。子形式，作出判斷。 應(yīng)用隧道電鏡技術(shù)可以觀察到酶催化過程中質(zhì)子轉(zhuǎn)移和應(yīng)用隧道電鏡技術(shù)可以觀察到酶催化過程中質(zhì)子轉(zhuǎn)移和電子轉(zhuǎn)移的情況。電子轉(zhuǎn)移的情況。（3）我國固定化酶技術(shù)的發(fā)展和取得的成績n我國從事固定化酶的研究開始于我國從事固定化酶的研究開始于197

43、01970年。中國科學(xué)院上海生年。中國科學(xué)院上海生物化學(xué)研究所及微生物研究所相繼把染料工業(yè)中使用的雙功物化學(xué)研究所及微生物研究所相繼把染料工業(yè)中使用的雙功能試劑對能試劑對- -硫酸酯乙砜基苯胺引入固定化酶領(lǐng)域，它與多糖硫酸酯乙砜基苯胺引入固定化酶領(lǐng)域，它與多糖如甘蔗渣纖維、交聯(lián)瓊脂、葡聚糖凝膠等反應(yīng)，得到各種帶如甘蔗渣纖維、交聯(lián)瓊脂、葡聚糖凝膠等反應(yīng)，得到各種帶有苯胺基的載體，然后在十分溫和的條件下與酶共價偶聯(lián)。有苯胺基的載體，然后在十分溫和的條件下與酶共價偶聯(lián)。19721972年，上海生物化學(xué)研究所用這類載體年，上海生物化學(xué)研究所用這類載體ABSE(ABSE(對氨基苯磺對氨基苯磺酰乙基酰乙基

44、)-)-葡聚糖凝膠共價結(jié)合紅酵母的葡聚糖凝膠共價結(jié)合紅酵母的3 -3 -核糖核酸酶，核糖核酸酶，生產(chǎn)生產(chǎn)3-3-核苷酸試劑。我國科研工作者還用這類載體共價結(jié)核苷酸試劑。我國科研工作者還用這類載體共價結(jié)合了多種酶。這些固定化酶都得到滿意的結(jié)果，發(fā)展成為頗合了多種酶。這些固定化酶都得到滿意的結(jié)果，發(fā)展成為頗具我國特點的固定化方法。具我國特點的固定化方法。19771977年底，上海生物化學(xué)研究所年底，上海生物化學(xué)研究所與江門甘蔗化工廠、上海啤酒廠協(xié)作將固定化與江門甘蔗化工廠、上海啤酒廠協(xié)作將固定化5-5-磷酸二酯磷酸二酯酶用于酶用于5-5-核苷酸的生產(chǎn)，這使世界上工業(yè)上實用的固定化核苷酸的生產(chǎn)，這使

45、世界上工業(yè)上實用的固定化酶又增添了新的一員。中國科學(xué)院微生物所用固定化多核苷酶又增添了新的一員。中國科學(xué)院微生物所用固定化多核苷酸磷酸化酶穩(wěn)定地用于制備多聚核苷酸，已在酸磷酸化酶穩(wěn)定地用于制備多聚核苷酸，已在19781978年下半年年下半年進行了鑒定。進行了鑒定。u我國對固定化細胞的應(yīng)用也進行了不少工作。上海生物化我國對固定化細胞的應(yīng)用也進行了不少工作。上海生物化學(xué)研究所，上海第三制藥廠和上海醫(yī)藥工業(yè)研究院用明膠學(xué)研究所，上海第三制藥廠和上海醫(yī)藥工業(yè)研究院用明膠戊二醛使具有青霉素酰胺酶活力的菌體固定化裝柱連續(xù)生戊二醛使具有青霉素酰胺酶活力的菌體固定化裝柱連續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)66氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸7

46、 7個月，活力幾乎不變，達到世界先進個月，活力幾乎不變，達到世界先進水平。中國科學(xué)院微生物研究所與太原制藥廠協(xié)作也成功水平。中國科學(xué)院微生物研究所與太原制藥廠協(xié)作也成功地用瓊脂、戊二醛包埋大腸桿菌用于工業(yè)生產(chǎn)地用瓊脂、戊二醛包埋大腸桿菌用于工業(yè)生產(chǎn)66氨基青氨基青霉烷酸霉烷酸19781978年年1212月化工部醫(yī)藥局對這二項工藝通過了鑒月化工部醫(yī)藥局對這二項工藝通過了鑒定。定。u中國科學(xué)院微生物所于中國科學(xué)院微生物所于19771977年和年和19791979年分別用固定化菌體年分別用固定化菌體生產(chǎn)天門冬氨酸和蘋果酸獲得成功。近幾年，不少單位采生產(chǎn)天門冬氨酸和蘋果酸獲得成功。近幾年，不少單位采用

47、固定化細胞和固定化酶生產(chǎn)高果糖漿的研究取得重要進用固定化細胞和固定化酶生產(chǎn)高果糖漿的研究取得重要進展，展， 準備工業(yè)生產(chǎn)。準備工業(yè)生產(chǎn)。u近年來，我國在輔酶的固定化、固定化酶在醫(yī)療和人工器近年來，我國在輔酶的固定化、固定化酶在醫(yī)療和人工器官上的應(yīng)用做了不少探索。官上的應(yīng)用做了不少探索。u固定化酶在分析及親和層析方面的應(yīng)用也取得了一些進展。固定化酶在分析及親和層析方面的應(yīng)用也取得了一些進展。如華北制藥廠用固定化青霉素酶對青霉素效價的測定；上如華北制藥廠用固定化青霉素酶對青霉素效價的測定；上海生物化學(xué)研究所用固定化海生物化學(xué)研究所用固定化55磷酸二酯酶和固定化堿性磷酸二酯酶和固定化堿性磷酸單酯酶進

48、行寡核苷酸序列分析；北京大學(xué)曾試用固定磷酸單酯酶進行寡核苷酸序列分析；北京大學(xué)曾試用固定化酶提純胰蛋白酶抑制劑等等?；柑峒円鹊鞍酌敢种苿┑鹊取５诙?jié) 食品酶的生產(chǎn)與分離純化酶的生產(chǎn)酶的生產(chǎn)酶的提取酶的提取酶的分離純化酶的分離純化制成酶制劑后制成酶制劑后直接利用直接利用制成固定化酶制成固定化酶（或固定（或固定化細胞）后利用化細胞）后利用用于治療疾病用于治療疾病用于加工和生用于加工和生產(chǎn)一些產(chǎn)品產(chǎn)一些產(chǎn)品用于化驗診斷用于化驗診斷和水質(zhì)臨界測定和水質(zhì)臨界測定用于生物技術(shù)用于生物技術(shù)其他分支領(lǐng)域其他分支領(lǐng)域酶制劑的利用酶制劑的利用酶制劑的生產(chǎn)酶制劑的生產(chǎn) 一、酶的生產(chǎn) n酶的生產(chǎn)：酶的生產(chǎn)：經(jīng)過預(yù)先

49、設(shè)計，并且通過人工控經(jīng)過預(yù)先設(shè)計，并且通過人工控制而獲得所需要的酶的過程。制而獲得所需要的酶的過程。n3 3種方法種方法：提取法、微生物發(fā)酵法、化學(xué)合成：提取法、微生物發(fā)酵法、化學(xué)合成法。法。n最常用的是微生物發(fā)酵法。最常用的是微生物發(fā)酵法。1.微生物發(fā)酵生產(chǎn)法的優(yōu)點 u微生物菌株種類繁多，酶的品種齊全。微生物菌株種類繁多，酶的品種齊全。u微生物生長繁殖快，生活周期短，酶的產(chǎn)微生物生長繁殖快，生活周期短，酶的產(chǎn)量高。量高。u微生物培養(yǎng)方法簡單，生產(chǎn)原料來源豐富，微生物培養(yǎng)方法簡單，生產(chǎn)原料來源豐富，價格低廉，機械化程度高，經(jīng)濟效益高。價格低廉，機械化程度高，經(jīng)濟效益高。u微生物有較強的適應(yīng)性和

50、應(yīng)變能力，可以微生物有較強的適應(yīng)性和應(yīng)變能力，可以通過適應(yīng)、誘導(dǎo)、誘變及基因工程等方法培通過適應(yīng)、誘導(dǎo)、誘變及基因工程等方法培育出新的產(chǎn)酶菌種。育出新的產(chǎn)酶菌種。 2.微生物發(fā)酵法制酶對生產(chǎn)菌的要求 n安全可靠，非致病菌，不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)。安全可靠，非致病菌，不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)。n產(chǎn)酶性能穩(wěn)定，不易退化，不易感染噬菌體。產(chǎn)酶性能穩(wěn)定，不易退化，不易感染噬菌體。n繁殖快，產(chǎn)酶量高，而且最好產(chǎn)生胞外酶。繁殖快，產(chǎn)酶量高，而且最好產(chǎn)生胞外酶。n能利用廉價的原料，發(fā)酵周期短，易培養(yǎng)。能利用廉價的原料，發(fā)酵周期短，易培養(yǎng)。n產(chǎn)生的酶容易分離純化。產(chǎn)生的酶容易分離純化。3. 發(fā)酵方法與發(fā)酵條件 （1）發(fā)酵方

51、法）發(fā)酵方法n固體發(fā)酵法固體發(fā)酵法：以麩皮、米糠等為基本原料，：以麩皮、米糠等為基本原料，加無機鹽和適量水分（通常加無機鹽和適量水分（通常50%左右）進行左右）進行的微生物培養(yǎng)。的微生物培養(yǎng)。n方法：淺盤法（培養(yǎng)基不超過方法：淺盤法（培養(yǎng)基不超過5cm） 轉(zhuǎn)鼓法（培養(yǎng)基在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)翻動）轉(zhuǎn)鼓法（培養(yǎng)基在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)翻動） 通氣式厚發(fā)酵（培養(yǎng)基可達通氣式厚發(fā)酵（培養(yǎng)基可達2030mm）3. 發(fā)酵方法與發(fā)酵條件 n液體發(fā)酵法液體發(fā)酵法：利用合成的液體培養(yǎng)基在發(fā)：利用合成的液體培養(yǎng)基在發(fā)酵罐內(nèi)進行攪拌通氣培養(yǎng)的發(fā)酵方法。酵罐內(nèi)進行攪拌通氣培養(yǎng)的發(fā)酵方法。n方法：間歇發(fā)酵法方法：間歇發(fā)酵法 連續(xù)發(fā)酵法連續(xù)發(fā)酵法

52、 3. 發(fā)酵方法與發(fā)酵條件（2）發(fā)酵條件的控制n 發(fā)酵條件既要有利菌體生長繁殖，又不影響酶的形發(fā)酵條件既要有利菌體生長繁殖，又不影響酶的形成。一般處理是先確定菌體生長的最適條件，然后成。一般處理是先確定菌體生長的最適條件，然后作出調(diào)整以滿足酶生成的需要。首先，培養(yǎng)基組成作出調(diào)整以滿足酶生成的需要。首先，培養(yǎng)基組成對菌的生長和酶的合成具有最直接的影響。其次，對菌的生長和酶的合成具有最直接的影響。其次，通風(fēng)量、培養(yǎng)溫度等因素不僅影響菌體生長，也影通風(fēng)量、培養(yǎng)溫度等因素不僅影響菌體生長，也影響酶的合成。一般來說在低于生長溫度下產(chǎn)酶量高。響酶的合成。一般來說在低于生長溫度下產(chǎn)酶量高。培養(yǎng)溫度還影響酶活

53、力的穩(wěn)定性。另外，在生產(chǎn)中培養(yǎng)溫度還影響酶活力的穩(wěn)定性。另外，在生產(chǎn)中掌握適宜酶的回收期時也很重要，對于大多數(shù)胞外掌握適宜酶的回收期時也很重要，對于大多數(shù)胞外酶來說，酶合成與菌株生長大致平行，生長停止時酶來說，酶合成與菌株生長大致平行，生長停止時酶產(chǎn)量達最大，再培養(yǎng)酶產(chǎn)量多要下降。酶產(chǎn)量達最大，再培養(yǎng)酶產(chǎn)量多要下降。 4. 產(chǎn)酶常用的微生物（1 1）細菌：）細菌：大腸桿菌、枯草芽孢桿菌等大腸桿菌、枯草芽孢桿菌等（2 2）放線菌：）放線菌：鏈霉菌鏈霉菌（3 3）霉菌：）霉菌：黑曲霉、米曲霉、紅曲霉、青黑曲霉、米曲霉、紅曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉等霉、木霉、根霉、毛霉等（4 4）酵母：）酵母：啤

54、酒酵母、假絲酵母啤酒酵母、假絲酵母 5.微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)：微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)： 在人工控制的條件下，有目的利用微在人工控制的條件下，有目的利用微生物培養(yǎng)來生產(chǎn)所需的酶。生物培養(yǎng)來生產(chǎn)所需的酶。 包括：培養(yǎng)基，發(fā)酵方式的選擇，發(fā)包括：培養(yǎng)基，發(fā)酵方式的選擇，發(fā)酵條件的控制管理等。酵條件的控制管理等。 （1）培養(yǎng)基碳源碳源氮源氮源無機鹽類無機鹽類生長因子生長因子pHpH （2）酶的發(fā)酵生產(chǎn)方式固體發(fā)酵固體發(fā)酵：用于真菌的酶生產(chǎn)，如米曲：用于真菌的酶生產(chǎn)，如米曲霉生產(chǎn)淀粉酶，曲霉和毛霉生產(chǎn)蛋白酶。霉生產(chǎn)淀粉酶，曲霉和毛霉生產(chǎn)蛋白酶。液體深層發(fā)酵液體深層發(fā)酵：控制發(fā)酵條件溫度、通：

55、控制發(fā)酵條件溫度、通氣和攪拌、氣和攪拌、pHpH等發(fā)酵條件。等發(fā)酵條件。 （3）提高酶產(chǎn)量的措施選育優(yōu)良的產(chǎn)酶菌株選育優(yōu)良的產(chǎn)酶菌株添加誘導(dǎo)物：酶的作用底物，酶的反應(yīng)添加誘導(dǎo)物：酶的作用底物，酶的反應(yīng)產(chǎn)物，酶的底物類似物。產(chǎn)物，酶的底物類似物。降低阻遏物濃度降低阻遏物濃度表面活性劑表面活性劑添加產(chǎn)酶促進劑添加產(chǎn)酶促進劑 二、酶的分離純化n酶的分離純化：酶的分離純化：是指從微生物的發(fā)酵液或動是指從微生物的發(fā)酵液或動植物組織提取液及細胞培養(yǎng)液中得到不同純植物組織提取液及細胞培養(yǎng)液中得到不同純度、高質(zhì)量的酶產(chǎn)品。度、高質(zhì)量的酶產(chǎn)品。n酶分離純化的方法是根據(jù)酶的蛋白質(zhì)特性而酶分離純化的方法是根據(jù)酶的蛋

56、白質(zhì)特性而建立的。建立的。酶的分離純化細胞破碎細胞破碎酶的提取酶的提取離心分離離心分離過濾與膜分離過濾與膜分離層析分離層析分離電泳分離電泳分離萃取分離萃取分離濃縮濃縮干燥干燥結(jié)晶結(jié)晶 1、細胞破碎n除胞外酶之外，絕大多數(shù)酶都存在于細胞內(nèi)除胞外酶之外，絕大多數(shù)酶都存在于細胞內(nèi)部部。n先收集細胞，破碎細胞，讓酶從細胞內(nèi)釋放先收集細胞，破碎細胞，讓酶從細胞內(nèi)釋放出來，然后進行酶的提取和分離純化出來，然后進行酶的提取和分離純化n細胞破碎的方法：機械破碎法、物理破碎法、細胞破碎的方法：機械破碎法、物理破碎法、化學(xué)破碎法、酶促破碎法等。化學(xué)破碎法、酶促破碎法等。 細胞破碎方法及原理細胞破碎方法及原理分類分

57、類細胞破碎方法細胞破碎方法細胞破碎原理細胞破碎原理機械破碎法機械破碎法搗碎法搗碎法研磨法研磨法勻漿法勻漿法通過機械運動產(chǎn)生的剪切力，使組織、通過機械運動產(chǎn)生的剪切力，使組織、細胞破碎細胞破碎物理破碎法物理破碎法溫度差破碎法溫度差破碎法壓力差破碎法壓力差破碎法超聲波破碎法超聲波破碎法通過各種物理因素的作用，使組織、通過各種物理因素的作用，使組織、細胞的外層結(jié)構(gòu)破壞，從而使細胞破細胞的外層結(jié)構(gòu)破壞，從而使細胞破碎碎化學(xué)破碎法化學(xué)破碎法添加有機溶劑添加有機溶劑添加表面活性劑添加表面活性劑通過各種化學(xué)試劑對細胞膜的作用，通過各種化學(xué)試劑對細胞膜的作用，而使細胞破碎而使細胞破碎酶促破碎法酶促破碎法自溶法

58、自溶法外加酶制劑法外加酶制劑法通過細胞本身的酶系或外加酶制劑的通過細胞本身的酶系或外加酶制劑的催化作用，使細胞外層結(jié)構(gòu)破壞，而催化作用，使細胞外層結(jié)構(gòu)破壞，而使細胞破碎使細胞破碎 2、酶的提取酶的提取酶的提取過程就是在一定條件下，用適當?shù)倪^程就是在一定條件下，用適當?shù)娜軇┨幚砗冈?，使酶充分地溶解到提取溶劑處理含酶原料，使酶充分地溶解到提取液中的過程。液中的過程。酶的提取方法酶的提取方法：鹽溶液提取法、酸溶液提取：鹽溶液提取法、酸溶液提取法、堿溶液提取法、有機溶劑提取法等。法、堿溶液提取法、有機溶劑提取法等。 酶的主要提取方法酶的主要提取方法提取方法提取方法用于提取的溶劑用于提取的溶劑提取的

59、酶的性質(zhì)提取的酶的性質(zhì)鹽溶液提取鹽溶液提取0.020.5mol/L的鹽溶液的鹽溶液在低鹽溶液中溶解度較大的酶在低鹽溶液中溶解度較大的酶酸溶液提取酸溶液提取pH26的水溶液的水溶液在稀酸溶液中溶解度較大且穩(wěn)定性較在稀酸溶液中溶解度較大且穩(wěn)定性較好的酶好的酶堿溶液提取堿溶液提取pH812的水溶液的水溶液在稀堿溶液中溶解度較大且穩(wěn)定性較在稀堿溶液中溶解度較大且穩(wěn)定性較好的酶好的酶有機溶劑提取有機溶劑提取可與水混溶的有機溶劑可與水混溶的有機溶劑與脂類結(jié)合或者含較多非極性基團的與脂類結(jié)合或者含較多非極性基團的酶酶 2、酶的提取酶的提取酶的提取過程就是在一定條件下，用適當?shù)倪^程就是在一定條件下，用適當?shù)娜?/p>

60、劑處理含酶原料，使酶充分地溶解到提取溶劑處理含酶原料，使酶充分地溶解到提取液中的過程。液中的過程。酶的提取方法酶的提取方法：鹽溶液提取法、酸溶液提?。蝴}溶液提取法、酸溶液提取法、堿溶液提取法、有機溶劑提取法等。法、堿溶液提取法、有機溶劑提取法等。 3、酶的分離純化u酶的純化就是把雜質(zhì)從酶溶液中除掉或從酶酶的純化就是把雜質(zhì)從酶溶液中除掉或從酶溶液中把酶分離出來。溶液中把酶分離出來。u包括：沉淀、過濾、層析、電泳、萃取、結(jié)包括：沉淀、過濾、層析、電泳、萃取、結(jié)晶、干燥等。晶、干燥等。 4、沉淀分離u沉淀分離就是通過改變某些條件或添加某些沉淀分離就是通過改變某些條件或添加某些物質(zhì)，使酶的溶解度降低，