第六章-酶工程制藥課件

1、第六章 酶工程制藥本章重點: 產(chǎn)酶菌的要求； 酶和細胞的固定化； 本章難點：酶的人工模擬； 酶的化學(xué)修飾； 有機相的酶反應(yīng)。“綠色健康，“酶”力無限醫(yī)藥、洗滌劑、紡織、淀粉制糖、發(fā)酵、酒精、食品（包括果蔬汁、啤酒釀造、谷物食品、蛋白水解、和功能食品以及食用油脂）、飼料、皮革、造紙和化工等工業(yè)領(lǐng)域 第一節(jié) 概述一、酶工程簡介 酶工程是酶學(xué)和工程學(xué)相互滲透結(jié)合發(fā)展而形成一門新的技術(shù)學(xué)科。它是從應(yīng)用的目的出發(fā)研究酶、應(yīng)用酶的特異性催化功能，并通過工程化將相應(yīng)原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)的技術(shù)。二、酶的來源目前工業(yè)生產(chǎn)酶制劑一般都以微生物為主要來源，原因：1.微生物種類多，酶的品種齊全2.微生物生長繁殖快，生產(chǎn)

2、周期短，產(chǎn)量高3.培養(yǎng)方法簡單，原料來源豐富，價格低廉，經(jīng)濟效益高，可通過控制控制培養(yǎng)基來提高酶的產(chǎn)量。4.微生物具有較強的適應(yīng)性和應(yīng)變能力?？赏ㄟ^各種遺傳變異的手段，培育出新的高產(chǎn)菌株。故目前工業(yè)上應(yīng)用的酶大多采用微生物發(fā)酵法來生產(chǎn)。三、酶的生產(chǎn)菌種1.對菌種的要求一個優(yōu)良的菌種應(yīng)具備以下幾點要求：（1）繁殖快、產(chǎn)酶量高、酶的性質(zhì)應(yīng)符合使用要求，最好是產(chǎn)胞外酶的菌；（2）不是病原菌，也不產(chǎn)生有毒物質(zhì)；（3）產(chǎn)酶性能穩(wěn)定，不易變異退化，不易感染噬菌體；（4）能利用廉價的原料，發(fā)酵周期短，易于培養(yǎng)。2.生產(chǎn)菌的來源（了解）生產(chǎn)菌種可從有關(guān)保藏機構(gòu)獲得，但大部分是從自然界中分離篩選得來的。篩選的主

3、要步驟：菌樣采集 菌種的分離初篩 純化 復(fù)篩 生產(chǎn)性能鑒定通過遺傳學(xué)原理改良菌種的基本途徑有：基因突變、基因轉(zhuǎn)移和基因克隆。3.目前常用的產(chǎn)酶微生物 工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)酶菌有： 大腸桿菌、枯草芽孢桿菌。四、酶在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用（了解）1.在疾病診斷方面的應(yīng)用包括兩個方面：根據(jù)體內(nèi)酶活力的變化來診斷疾?。挥妹笢y定體液中某些物質(zhì)的量診斷疾病。2.在疾病治療方面：酶作為藥物作用于人體具有種類多、用量少、純度高的特點。3.在藥物生產(chǎn)方面的應(yīng)用：利用酶的催化作用將前體物質(zhì)轉(zhuǎn)化為藥物。4.在分析檢測方面的應(yīng)用：是以酶的專一性為基礎(chǔ)、以酶作用后物質(zhì)的變化為依據(jù)來進行的。第二節(jié) 酶的固定化一、什么是固定化酶？

4、水溶性酶水不溶性載體固定化技術(shù)水不溶性酶（固定化酶）固定化酶：是被固定在某一有限空間內(nèi)不再能自 由流動而仍有催化活性的酶。 優(yōu)點：不溶于水，易于與產(chǎn)物分離；可反復(fù)使用，反應(yīng)易于控制；可連續(xù)化生產(chǎn)；穩(wěn)定性好。缺點：固定化過程中往往會引起酶的失活。 增加了生產(chǎn)的成本 只能用于水溶性底物，而且較適用于小分子底物 胞內(nèi)酶必須經(jīng)過酶的分離純化過程 不適宜用于多酶反應(yīng)酶和細胞固定化方法 酶和細胞固定化方法 載體結(jié)合法 交聯(lián)法 包埋法 網(wǎng)格型 微囊型物理吸附法 離子結(jié)合法 共價結(jié)合法 熱處理（細胞）酶和細胞固定化模式（1）載體結(jié)合法酶被吸附于惰性的固相載體或離子交換劑。根據(jù)酶分子與載體吸附的性質(zhì)有物理吸附、

5、離子吸附和共價結(jié)合三種。物理吸附法 使用對酶蛋白有高度吸附能力的硅膠、活性炭，氧化鋁、高嶺土、石英沙、火棉膠、多孔玻璃等在一定條件下與水溶酶作用制得。 這些具有吸附能力的物質(zhì)就叫做載體。優(yōu)點：操作簡單，反應(yīng)條件溫和，酶活力損失少，載體可反復(fù)使用。缺點：易引起蛋白質(zhì)表面變性，且由于結(jié)合力 弱，當(dāng)反應(yīng)液的pH值、離子強度、溫度、底物濃度等發(fā)生變化時，會導(dǎo)致酶易從載體上部分或全部脫落。離子結(jié)合法利用含有離子交換基團的固相載體（如具有交換基團的葡聚糖凝膠或纖維素）與酶蛋白分子的帶電基團互相吸引（靠離子鏈）而形成絡(luò)合物。優(yōu)點：制作簡單，處理條件緩和，酶蛋白的活性中心和高級結(jié)構(gòu)破壞較少，可以制得活力較高的

6、固定化酶。缺點：離子鍵結(jié)合較松散，如在高離子強度下進行反應(yīng)時，酶與載體易分開。第一個離子結(jié)合法固定化酶：DEAE Cellulose固定化過氧化氫酶第一個工業(yè)化的固定化酶：DEAE-Sephadex A-50固定化氨基?；腹矁r結(jié)合法 酶蛋白的非必需基團通過共價鍵和載體形成不可逆的連接。一般在溫和條件下能參與偶聯(lián)的蛋白質(zhì)基團包括：游離羧基（包括肽鏈C-末端的-羧基等）、游離氨基（如肽鏈N-末端的-氨基）等。優(yōu)點：此法制得的固定化酶，酶分子和載體間的共價鍵較牢固，在介質(zhì)組成發(fā)生改變和進行反應(yīng)時，都不會造成酶的脫落，因而可以反復(fù)使用。缺點：制取固定酶較復(fù)雜，反應(yīng)條件比較劇烈，所以要制得酶活力很高的

7、固定化酶較為困難。制作方法：有重氮化法、烷基化和芳基化法、肽法和戊二醛法等。（2）交聯(lián)法依靠雙功能基團的試劑，使酶蛋白分子之間發(fā)生交聯(lián)，凝集成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而成為固定化酶，最常用的雙功能試劑有戊二醛、順丁稀二酸酐和乙烯共聚物等。那么酶蛋白中的游離氨基、酚基、咪唑基及巰基均可參與交連反應(yīng)。雙功能試劑：常用的是戊二醛 O OH C CH2 CH2 CH2 C H使用戊二醛的酶固定化的交聯(lián)方式： 酶分子之間共價交聯(lián)和與水不溶性載體共價結(jié)合酶分子；(a）酶分子之間用雙功能基團的化學(xué)交聯(lián)試劑相互交聯(lián)成水不溶性的固定化酶；（b）酶分子被結(jié)合到水不溶性載體上形成水不溶性的固定化酶（3）包埋法 將酶包埋在凝膠的微小

8、空格內(nèi)或埋于半透膜的微型膠束內(nèi)，但底物仍能滲入到里面與酶接觸。 微膠囊包埋法將酶包埋在半透性聚合體膜內(nèi)，形成的直徑為1100um。例如，天門冬酰胺酶（asparaginase)就是用這種方法作成微膠囊。膠格包埋法首先被采用的膠格包埋法是： 固定化胰蛋白酶 木瓜蛋白酶 淀粉酶Enzyme+N, N-甲叉雙丙稀酰胺, 丙稀酰胺引發(fā)劑inactiation優(yōu)點：利用此法制得的固定化酶，由于酶分子僅僅是被包埋起來，而未受到化學(xué)作用。酶蛋白幾乎不起變化，可適用與多種不溶酶的制備。缺點：酶被包埋在內(nèi)部，對大分子底物很難發(fā)生催化作用。所以用包埋法制備的酶，一般只適用與小分子底物。二、固定化細胞1.定義：將細

9、胞限制或定位于特定空間位置的方法。被限制或定位于特定空間位置的細胞稱為固定化細胞。2.固定化細胞的特點優(yōu)點（1）無需進行酶的分離純化 （2）細胞保持酶的原始狀態(tài)，固定化過程中酶可回收； （3）細胞內(nèi)酶比固定化酶穩(wěn)定性更高； （4）細胞內(nèi)酶的輔因子可再生； （5）細胞本身含多酶體系，可催化一系列反應(yīng)； （6）抗污染能力強。缺點（1）利用的僅是胞內(nèi)酶； （2）細胞膜、細胞壁和載體都存在擴散限制作用； （3）載體形成的孔隙影響高分子底物的通透性。 （1) 直接固定法 （無載體法） 不使用載體，借助物理（如加熱、冰凍）、化學(xué)方法（如檸檬酸、各種絮凝劑）將細胞直接固定。 一般只用于單酶或少數(shù)幾種酶催化的

10、反應(yīng)。 （2)載體結(jié)合法：將細胞懸液直接與水不溶性的載體相結(jié)合的方法。原理同吸附法。 （3)包埋法：將細胞定位于凝膠網(wǎng)格內(nèi)的技術(shù)。應(yīng)用最多的方法。操作方法與包埋酶法相同。 （4）交聯(lián)法：用多功能試劑對細胞進行交聯(lián)的固定化方法。較少使用（所用試劑對細胞毒性較大）3. 固定化方法三、固定化方法與載體的選擇依據(jù)（了解）1.固定化方法的選擇應(yīng)考慮以下幾個因素：（1）固定化酶應(yīng)用的安全性：應(yīng)盡可能選擇無毒性試劑參與固定化。（2）固定化酶在操作中的穩(wěn)定性：應(yīng)選擇最佳的固定化方法，以制備穩(wěn)定性高的固定化酶。才能長期反復(fù)使用。（3）固定化的成本：包括水、電、氣、設(shè)備和勞務(wù)投資。2.載體的選擇最好選擇工業(yè)化生產(chǎn)

11、中已大量使用的廉價材料為載體。 四、固定化酶和固定化細胞的性狀和性質(zhì)1、形狀（1）顆粒狀固定化酶：包括酶珠、酶塊酶片和酶粉。特點：制備方法簡單，比表面積大，轉(zhuǎn)化效率高，適用于各種類型的反應(yīng)器。（2）纖維狀固定化酶：特點：比表面大，轉(zhuǎn)化效率高，但只適用于填充床反應(yīng)器。（3）膜狀固定化酶：特點：表面積大，滲透阻力小，可用于酶電極，破碎后也可用于填充式反應(yīng)器。（4）管狀固定化酶：特點：機械強度大，切短后可用于填充床式反應(yīng)器，也可組裝成列管式反應(yīng)器。2.固定化酶的性質(zhì) （1）酶的活性 ： 通常低于天然酶（有例外）。 如：氨基?；福?70，15分鐘，酶失去活性。 而固定化后， 70，15分鐘，有80%

12、活性。 （2）酶的穩(wěn)定性 酶的耐熱性、對變性劑、抑制劑、蛋白酶的抵抗力增加。 可能的原因：固定化增加了酶活性構(gòu)象的牢固程度， 可防止酶分子伸展變形；抑制酶的自身降解。固定化部分阻擋了外界不利因素對酶的侵襲。 （3）酶的最適溫度 最適溫度與酶穩(wěn)定性有關(guān)。 多數(shù)酶固定化后熱穩(wěn)定性上升，最適溫度也上升（有例外）。 （4）酶的最適pH 帶負電荷載體 ：最適pH 向堿性偏移。 帶正電荷載體 ：最適pH 向酸性偏移。 （5）酶的動力學(xué)特征 Km是表示酶和底物的親和力大小的客觀指標(biāo) 酶經(jīng)固定化后，Km一般都增大。最大反應(yīng)速度Vm與天然酶接近。 與自然酶基本相同。但大分子底物難于接近酶分子，導(dǎo)致酶的專一性發(fā)生

13、改變。（6）酶的作用專一性 與固定化酶相比，固定化細胞的情況比較復(fù)雜。 （1）有活性升高的現(xiàn)象。（2）穩(wěn)定性的增加 。（3）最適溫度和最適pH常保持不變。3、固定化細胞的性質(zhì) (1)酶(細胞)的活力 固定化酶通常呈顆粒狀，一般用于測定自然酶活力的方法改進后才能用于測定固定化酶。有兩種方法：分批測量和連續(xù)測量。 五、固定化酶（細胞）的評價指標(biāo) (2)偶聯(lián)率及相對活力 偶聯(lián)率=(加入蛋白活力一上清液蛋白活力)/加入蛋白活力100%活力回收=固定化酶總活力/加入酶的總活力100%相對活力=固定化酶總活力/ (加入酶的總活力-上清液中未偶聯(lián)酶活力)100% (3)半衰期 在連續(xù)測定條件下，固定化酶(細

14、胞)的活力下降為最初活力一半所經(jīng)歷的連續(xù)工作時間，以t1/2表示。 是衡量穩(wěn)定性的一項重要指標(biāo)。思考題一、名詞解釋1.固定化酶 2.固定化細胞二、單項選擇1. _只適合于固定作用于小分子底物和產(chǎn)物的酶。A.物理吸附 B.包埋法 C.交聯(lián)法 D.離子結(jié)合法2._反應(yīng)條件比較激烈，固定化酶的酶活回收率較低。A.物理吸附 B.包埋法 C.交聯(lián)法 D.離子結(jié)合法3.固定化細胞應(yīng)用最多的方法是_。A.物理吸附 B.包埋法 C.交聯(lián)法 D.離子結(jié)合法4._固定化酶比表面積大，轉(zhuǎn)化效率高，適用于各種類型的生物反應(yīng)器。A.顆粒狀 B.纖維狀 C.膜狀 D.管狀5.酶被固定化后，活力大都_，穩(wěn)定性_。A.上升，

15、不變 B.不變，上升 C.下降，下降 D.下降，上升6.帶負電荷的載體使固定化酶的最適PH向_偏移。A.酸性 B.堿性 C. 不變7.相比在均相介質(zhì)中的酶，固定化酶的一大優(yōu)點是酶在使用中可以_。 A.活性更高 B.永久 C.耐高溫 D.多次三、多項選擇選擇1.通過遺傳學(xué)原理對產(chǎn)酶菌進行改良，其基本途徑有_。A.基因突變 B.基因克隆 C.基因轉(zhuǎn)移 D.基因連接 E.基因剪切2.應(yīng)用廣泛的產(chǎn)酶菌有。A.金黃色葡萄球菌 B.鏈霉菌 C.枯草芽孢桿菌 D.大腸桿菌 E.啤酒酵母3.固定化酶或細胞,工業(yè)上應(yīng)用的包埋載體主要為 _ 。A.卡拉膠 B.海藻膠 C.碳酸鈣 D.硅膠 E.甲殼素四、簡答、論述

16、1.為什么工業(yè)生產(chǎn)酶以微生物作為主要原料？2.優(yōu)良的產(chǎn)酶菌應(yīng)具備哪幾點要求？3.固定化酶的常用方法有哪些？ 4.解釋固定化酶活力大都下降的原因。5.舉例說明如何選擇固定化酶的方法。第三節(jié)固定化酶和固定化細胞的反應(yīng)器酶和固定化酶在體外進行催化反應(yīng)時，都必需在一定的反應(yīng)容器中進行，以便控制酶催化反應(yīng)的各種條件和催化反應(yīng)的速度。用于酶進行催化反應(yīng)的容器及其附屬設(shè)備稱為酶反應(yīng)器。酶反應(yīng)器是用于完成酶促反應(yīng)的核心裝置。它為酶催化反應(yīng)提供合適的場所和最佳的反應(yīng)條件，以便在酶的催化下，使底物（原料）最大限度地轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物。它處于酶催化應(yīng)過程的中心地位，是連接原料和產(chǎn)物的橋梁。酶催化反應(yīng)過程示意圖過程調(diào)控生物反

17、應(yīng)器 消毒原料預(yù)處理 產(chǎn)物分離提純 產(chǎn)品生物催化劑制備空氣除菌能量熱量1 理想的酶反應(yīng)器的要求生物反應(yīng)器設(shè)計的主要目標(biāo)：使產(chǎn)品的質(zhì)量最高，生產(chǎn)成本最低。評價生物反應(yīng)器的主要標(biāo)準(zhǔn)：反應(yīng)器生產(chǎn)能力的大小和產(chǎn)品質(zhì)量的高低。(4) 應(yīng)具有最佳的無菌條件，否則，雜菌污染使反應(yīng)器的生產(chǎn)能力下降。(1) 所用生物催化劑應(yīng)具有較高的比活和酶濃度（或細胞濃度），才能得到較大的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率。(2) 能用電腦自動檢測和調(diào)控，從而獲得最佳的反應(yīng)條件。(3) 應(yīng)具有良好的傳質(zhì)和混合性能。傳質(zhì)是指底物和產(chǎn)物在反應(yīng)介質(zhì)中的傳遞。傳質(zhì)阻力是反應(yīng)器速度限制的主要因素。3 各種酶反應(yīng)器的特點（了解）反應(yīng)器類型適用的操作方式適用的酶

18、特點攪拌罐式反應(yīng)器分批式,流加分批式連續(xù)式,游離酶固定化酶反應(yīng)比較完全，反應(yīng)條件容易調(diào)節(jié)控制。填充床式反應(yīng)器連續(xù)式固定化酶密度大，可以提高酶催化反應(yīng)的速度。在工業(yè)生產(chǎn)中普遍使用。流化床反應(yīng)器分批式流加分批式連續(xù)式固定化酶流化床反應(yīng)器具有混合均勻，傳質(zhì)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(yīng)液也可進行催化反應(yīng)。反應(yīng)器類型適用的操作方式適用的酶 特點鼓泡式反應(yīng)器分批式流加分批式連續(xù)式游離酶固定化酶鼓泡式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，剪切力小，混合效果好，傳質(zhì)、傳熱效率高,適合于有氣體參與的反應(yīng)。膜反應(yīng)器連續(xù)式游離酶固定化酶清洗比較困難 噴射式反應(yīng)器連續(xù)式游離酶通入高壓噴

19、射蒸汽，實現(xiàn)酶與底物的混合，進行高溫短時催化反應(yīng)，適用于某些耐高溫酶的反應(yīng)(1)間歇式酶反應(yīng)器又稱為批量反應(yīng)器（Batch Reactor BSTR）、間歇式攪拌罐、攪拌式反應(yīng)罐。其特點是：底物與酶一次性投入反應(yīng)器內(nèi)，產(chǎn)物一次性取出；反應(yīng)完成之后，固定化酶（細胞）用過濾法或超濾法回收，再轉(zhuǎn)入下一批反應(yīng)。 優(yōu)點是：裝置較簡單，造價較低，傳質(zhì)阻力很小，反應(yīng)能很迅速達到穩(wěn)態(tài)。缺點是：操作麻煩，固定化酶經(jīng)反復(fù)回收使用時，易失去活性，故在工業(yè)生產(chǎn)中，間歇式酶反應(yīng)器很少用于固定化酶，但常用于游離酶。(2) 連續(xù)式酶反應(yīng)器又稱為連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器（Continuous Stirred Tank Reacto

20、r, CSTR）、連續(xù)式攪拌罐。向反應(yīng)器投入固定化酶和底物溶液，不斷攪拌，反應(yīng)達到平衡之后，再以恒定的流速連續(xù)流入底物溶液，同時，以相同流速輸出反應(yīng)液（含產(chǎn)物）。優(yōu)點是：在理想狀況下，混合良好，各部分組成相同，并與輸出成分一致。缺點是：攪拌漿剪切力大，易打碎磨損固定化酶顆粒。底物溶液進口 反應(yīng)液出口 (3) 填充床反應(yīng)器填充床反應(yīng)器（Packed Reactor,PBR）,又稱固定床反應(yīng)器。將固定化酶填充于反應(yīng)器內(nèi)，制成穩(wěn)定的柱床，然后，通入底物溶液，在一定的反應(yīng)條件下實現(xiàn)酶催化反應(yīng)，以一定的流速，收集輸出的轉(zhuǎn)化液（含產(chǎn)物）。優(yōu)點是：高效率、易操作、結(jié)構(gòu)簡單等，因而，PBR是目前工業(yè)生產(chǎn)及研究

21、中應(yīng)用最為普遍的反應(yīng)器。它適用于各種形狀的固定化酶和不含固體顆粒、黏度不大的底物溶液，以及有產(chǎn)物抑制的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。缺點是：傳質(zhì)系數(shù)和傳熱系數(shù)相對較低。當(dāng)?shù)孜锶芏群腆w顆?；蝠ざ群艽髸r，不宜采用PBR。(4) 流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器（Fluidized Bed Reactor, FBR）。特點是：底物溶液以足夠大的流速，從反應(yīng)器底部向上通過固定化酶柱床時，便能使固定化酶顆粒始終處于流化狀態(tài)。其流動方式使反應(yīng)液的混合程度介于CSTR的全混型和PBR的平推流型之間。FBR可用于處理黏度較大和含有固體顆粒的底物溶度，同時，亦可用于需要供氣體或排放氣體的酶反應(yīng)（即固、液、氣三相反應(yīng)）。但因FBR混合均勻

22、，故不適用于有產(chǎn)物抑制的酶反應(yīng)。(5) 鼓泡式反應(yīng)器鼓泡式反應(yīng)器(bubble column reactor, BCR)是利用從反應(yīng)器底部通入的氣體產(chǎn)生的大量氣泡，在上升過程中起到提供反應(yīng)底物和混合兩種作用的一類反應(yīng)器。也是一種無攪拌裝置的反應(yīng)器。鼓泡式反應(yīng)器可以用于游離酶和固定化酶的催化反應(yīng)。在使用鼓泡式反應(yīng)器進行固定化酶的催化反應(yīng)時，反應(yīng)系統(tǒng)中存在固、液、氣三相，又稱為三相流化床式反應(yīng)器。鼓泡式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡單，操作容易, 剪切力小，物質(zhì)與熱量的傳遞效率高，是有氣體參與的酶催化反應(yīng)中常用的一種反應(yīng)器。例如氧化酶催化反應(yīng)需要供給氧氣，羧化酶的催化反應(yīng)需要供給二氧化碳等。 (6) 膜反應(yīng)器膜反

23、應(yīng)器（membrane reactor, MR）是將酶催化反應(yīng)與半透膜的分離作用組合在一起而成的反應(yīng)器。可以用于游離酶的催化反應(yīng)，也可以用于固定化酶的催化反應(yīng)。用于固定化酶催化反應(yīng)的膜反應(yīng)器是將酶固定在具有一定孔徑的多孔薄膜中，而制成的一種生物反應(yīng)器。膜反應(yīng)器可以制成平板型、螺旋型、管型、中空纖維型、轉(zhuǎn)盤型等多種形狀。常用的是中空纖維反應(yīng)器。連續(xù)攪拌罐超濾膜反應(yīng)器 簡稱CSTR-UFR。在CSTR（連續(xù)式攪拌罐）出口處設(shè)置一個超濾器。可以將小分子產(chǎn)物與大分子酶和底物分開，有利于產(chǎn)物回收。該反應(yīng)器適用于顆粒較細的固定化酶、游離酶和細胞以及小分子產(chǎn)物與大分子底物。游離酶在膜反應(yīng)器中進行催化反應(yīng)時，

24、底物溶液連續(xù)地進入反應(yīng)器，酶在反應(yīng)容器的溶液中與底物反應(yīng)，反應(yīng)后，酶與反應(yīng)產(chǎn)物一起，進入膜分離器進行分離，小分子的產(chǎn)物透過超濾膜而排出，大分子的酶分子被截留，可以再循環(huán)使用。3 酶反應(yīng)器的選擇和使用影響酶反應(yīng)器選擇的因素很多，但一般可以從以下幾個方面考慮：酶的形式(游離/固定化.)固定化酶的形狀底物的物理性質(zhì)酶反應(yīng)動力學(xué)性質(zhì)酶的穩(wěn)定性操作要求反應(yīng)器制造、控制成本思考題選擇題1.操作簡單，且適用于溶液酶的酶反應(yīng)器是A.CSTR B.FBR C.BSTR D.RCR2.的轉(zhuǎn)化效率高，可采用高速液流克服外擴散的限制，但其成本高。A.CSTR B.FBR C.BSTR D.RCR3.膜狀和纖維狀的固定

25、化酶僅適宜用于。A.FBR B.PBR C.BSTR D.RCR第四節(jié) 酶的人工模擬一、模擬酶的概念 酶是一類有催化活性的蛋白質(zhì)，它具有催化效率高、專一性強、反應(yīng)條件溫和等特點。酶容易受到多種物理、化學(xué)因素的影響而失活，所以不能用酶廣泛取代工業(yè)催化劑。研究模擬酶主要是為了解決酶的以上缺點。 定義：人工模擬酶是指根據(jù)酶的作用原理，用各種方法認為制造的具有酶性質(zhì)的催化劑。簡稱人工酶或模擬酶。二、模擬酶的分類（按屬性分）（了解內(nèi)容）1.主-客體酶模型最具代表性的是環(huán)糊精（CD），是一種優(yōu)良的模擬酶?？商峁┮粋€疏水的結(jié)合部位并能與一些無機和有機分子形成包結(jié)絡(luò)合物，以此影響和催化一些反應(yīng)。環(huán)糊精的疏水區(qū)

26、處于空穴的內(nèi)側(cè)，親水區(qū)處分子的外側(cè)，與酶分子的微環(huán)境十分相似?？昭ū旧硎杷?，能從水溶液中抽提有機分子，并將其束縛到空穴中，這種現(xiàn)象類似于酶將底物束縛到酶的空穴中。環(huán)糊精對束縛的分子有選擇性，被束縛的分子要空穴中與之“契合”。2.膠束模擬酶近幾年比較活躍的領(lǐng)域之一。膠束在水溶液中提供了疏水微環(huán)境（類似于酶的結(jié)合部位），可對底物束縛，如果將催化基團如咪唑基、羥基等連接到膠束上，就可以提供“活性中心”部位，使膠束成為具有酶活力的膠束模擬酶。3.肽酶模擬天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多肽。4.半合成酶以天然酶為母體，用化學(xué)或基因工程的方法引進適當(dāng)?shù)幕钚圆课换虼呋鶊F。5.印跡酶分子印跡：指制

27、備對某一特定化合物具有選擇性的聚合物的過程，這個特定化合物叫印跡分子。原理：生物體特異的分子識別功能。思考題一、名詞解釋人工模擬酶分子印跡第五節(jié) 酶的化學(xué)修飾一、 什么是酶化學(xué)修飾？通過各種方法使酶分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生某些改變，從而改變酶的某些特性和功能的技術(shù)過程稱為酶分子修飾。即：在體外將酶分子通過人工的方法與一些化學(xué)基團（物質(zhì)），特別是具有生物相容性的物質(zhì)，進行共價連接，從而改變酶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。酶化學(xué)修飾的意義提高酶的活力；增強酶的穩(wěn)定性； 降低或消除酶的抗原性；研究和了解酶分子中主鏈、側(cè)鏈、組成單位、金屬離子和各種物理因素對酶分子空間構(gòu)象的影響二、酶分子的修飾方法 大分子修飾酶的表面化學(xué)修飾

28、小分子修飾 交聯(lián)修飾 固定化修飾 非催化活性基團的修飾 蛋白主鏈的修飾酶分子內(nèi)部修飾 催化活性基團的修飾 輔助因子的修飾 肽鏈伸展的修飾結(jié)合定點突變的修飾 1.酶的表面化學(xué)修飾（1）大分子修飾可溶性大分子通過共價鍵連接在酶分子表面，形成覆蓋層。應(yīng)用最廣泛的是：PEG類修飾，分子量為500-20000。（2）小分子修飾利用分子化合物對酶的活性部位或活性部位之外外的側(cè)鏈基團進行化學(xué)修飾，以改變酶學(xué)性質(zhì)。廣泛使用的小分子化合物有：氨基葡萄糖、乙酸酐、硬脂酸等。（3）交聯(lián)修飾使用雙功能試劑，如戊二醛、PEG等將酶蛋白分子之間、亞基之間或分子內(nèi)不同肽鏈部分間進行共價交聯(lián)，可提供其穩(wěn)定性，增加其在水溶液中

29、的使用價值。（4）固定化修飾通過酶表面的酸性或堿性殘基，將酶共價連接到惰性載體上后，由于酶所處的微環(huán)境改變，會使酶的性質(zhì)發(fā)生改變。2.酶分子內(nèi)部修飾（1）非催化活性基團的修飾最經(jīng)常修飾的殘基可以是親核的，也可以是親電的，或是可氧化的。修飾后酶的催化動力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。（2）蛋白主鏈的修飾(肽鏈有限水解修飾)利用酶分子主鏈的切斷和連接，使酶分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生某些改變，從而改變酶的特性和功能的方法。蛋白主鏈修飾主要靠酶法。如：將豬胰島素轉(zhuǎn)變成人胰島素。（3）催化活性基團的修飾對催化活性基團可以通過選擇性修飾側(cè)鏈成分來實現(xiàn)氨基酸的取代。（4）輔助因子的修飾有以下三個方面不是共價結(jié)合的輔助因子，可將輔助因子共價結(jié)合到酶上；引入新的或修飾過的輔助因子；將新的輔酶引入結(jié)構(gòu)已經(jīng)清楚的蛋白質(zhì)上；金屬酶中金屬離子的取代?，F(xiàn)在常用的氨基酸置換修飾的方法是定點突變技術(shù)。定點突變是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種基因操作技術(shù)。是指在DNA序列中的某一特定位點上進行