生物催化技術(shù)知識點總結(jié)

第一章 緒論生物技術(shù)、生物催化和酶的定義生物技術(shù)是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)原理，依靠生物作用劑〔biologicalagent〕的作用將物料進展加工以供給產(chǎn)品為社會效勞的技術(shù)”。這里所謂的生物作用劑〔biologicalagent〕是指酶、整體細胞或生物體，一般也稱生物催化劑。醫(yī)藥生物技術(shù):1982農(nóng)業(yè)生物技術(shù):1996工業(yè)生物技術(shù):生物鋼、聚乳酸相繼上市1、工業(yè)生物技術(shù)用微生物和生物催化劑來供給產(chǎn)品和效勞大規(guī)模利用生物體系〔如細胞或酶〕作為催化劑實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化。進展空間：提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生物能源環(huán)境生物技術(shù)生物材料2、生物催化〔Biocatalysis)定義：利用酶或有機體〔細胞或細胞器等〕作為催化劑實現(xiàn)化學(xué)轉(zhuǎn)化的過程。生物催化是工業(yè)生物技術(shù)的核心技術(shù)德國德固賽、德國BASF、荷蘭DSM、瑞士羅氏Roche、丹麥諾維信生物催化進展的主要推動力產(chǎn)品需求(社會壓力)-安康：醫(yī)藥、檢測-日用品：洗滌用品、乳品、生物可降解塑料環(huán)境(法律法規(guī)壓力)－綠色化學(xué)、能源、溫室效應(yīng)覺察或根底爭論(技術(shù)壓力〕－基因工程/定點突變/定向進化、代謝工程、組合化學(xué)得益/本錢降低(商業(yè)壓力)-生物分別生物催化工程的目標開發(fā)生物催化劑：催化性能更好、更快，本錢更低改善性能:穩(wěn)定性,活性，溶劑兼容性開發(fā)分子模型:酶的快速重設(shè)計3、當(dāng)前生物催化的爭論熱點酶或已有酶的功能的開發(fā)依據(jù)已有底物開發(fā)的酶反響利用突變或定向進化技術(shù)改善生物催化劑性能利用重組DNA技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)生物催化劑利用有機溶劑或共溶劑開發(fā)的反響體系體內(nèi)或體外合成的多酶體系抑制底物和產(chǎn)物抑制精細化工品或醫(yī)藥合成技術(shù)的放大輔因子再生生物催化劑的修飾生物催化劑的固定化4、酶工程就是將酶或者微生物，動植物細胞，細胞器等在肯定的生物反響裝置中，利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)并應(yīng)用于社會生活的一門科學(xué)技術(shù)。世界三大酶制劑公司諾維信〔Novo〕〔丹麥〕杰能科〔GenencorInternational〕(美國〕DSM(荷蘭〕5、酶是生物細胞產(chǎn)生的、具有催化力量的生物催化劑。6、酶的特征只能進展熱力學(xué)上允許進展的反響可以縮短化學(xué)反響到達平衡的時間而，不轉(zhuǎn)變反響的平衡點通過降低活化能加快化學(xué)反響速度7、酶的分類命名氧化復(fù)原酶Oxidoreductase轉(zhuǎn)移酶Transferase水解酶hydrolase裂合酶Lyase異構(gòu)酶Isomerase合成酶LigaseorSynthetase8、國際命名法：乳酸脫氫酶EC1.1.1.27〔第一大類，第一亞類，第一亞亞類，亞亞類流水編號〕酶的覺察及爭論歷史J.B.Sumner從刀豆制備出脲酶結(jié)晶1982T.Cech1RNA——ribozyme〔核酶〕9、酶的組成 單純酶結(jié)合酶=酶蛋白+輔因子〔輔基、輔酶、金屬激活劑〕核酸類酶〔R〕10、必需基團：這些基團假設(shè)經(jīng)化學(xué)修飾使其轉(zhuǎn)變，則酶的活性喪失。活性部位：酶分子中直接與底物結(jié)合，并和酶催化作用直接有關(guān)的部位。11、酶的專一性 立體異構(gòu)專一性 相對專一性〔基團/族〕+確定專一性〔特底〕構(gòu)造專一性12、影響酶催化因素：溫度、PH、底物濃度、酶濃度、抑制劑、激活劑〔氯淀〕13、競爭性抑制：指抑制劑和底物競爭與酶分子結(jié)合而引起的抑制作用。與酶分子結(jié)合，從而對酶的催化起到抑制作用。例如，丙二酸是琥珀酸的構(gòu)造類似物。丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑。非競爭性抑制〔nonpetitiveinhibition〕：指抑制劑與底物分別與酶分子上的不同位點結(jié)合，而引起酶活性降低的抑制作用。可能與底物分子的構(gòu)造毫不相關(guān)。增加底物濃度也不能使非競爭性抑制作用逆轉(zhuǎn)。反競爭性抑制(unpetitiveinhibition)：在底物與酶分子結(jié)合生成中間復(fù)合物后，抑制劑再與中間復(fù)合物結(jié)合而引起的抑制作用。能結(jié)合并產(chǎn)生抑制作用。所以亦不能通過增加底物濃度使反競爭抑制作用逆轉(zhuǎn)。14、酶活力：在特定條件下〔溫度可承受25℃或其它選用的溫度，pH等條件均承受最適條件〕，1min1μmol的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的酶量定義為1個酶活力單位15、酶與底物結(jié)合模型：鎖鑰學(xué)說、誘導(dǎo)契合學(xué)說16、酶生物合成過程提取分別生物合成：酶的生物合成主要是指細胞內(nèi)RNA和蛋白質(zhì)的合成過程.化學(xué)合成17、優(yōu)良的產(chǎn)酶微生物具備的條件：酶的產(chǎn)量高；產(chǎn)酶穩(wěn)定性好；簡潔培育和治理；利于酶的分別純化；安全牢靠、無毒性等。18、酶的發(fā)酵方式固體培育發(fā)酵液體深層發(fā)酵固定化微生物細胞發(fā)酵固定化微生物原生質(zhì)體發(fā)酵19、常見產(chǎn)酶微生物細菌：肽聚糖、二分裂，原核；球、桿、螺旋；G+:磷壁酸、L-賴氨酸、紫G-：脂多糖、二氨基庚二酸、紅放線菌：原核；菌絲狀生長，孢子生殖；G+酵母菌：甘露聚糖、葡聚糖；出芽生殖；糖酸；真核霉菌：根本單位是菌絲；真核；孢子生殖酶生物合成過程ThebiosynthesisprocessofEnzyme中心法則RNA蛋白質(zhì)的生物合成〔Jaco〔Mono于1960theory〕來說明的。常見產(chǎn)酶微生物根本要求不是致病菌發(fā)酵周期短,產(chǎn)酶量高不易變異退化最好是產(chǎn)生胞外酶的菌種,利于分別。對醫(yī)藥和食品用酶,還應(yīng)考慮安全性：凡從可食局部或食品加工中傳統(tǒng)使用的微生物生產(chǎn)的酶,安全!由非致病微生物制取的酶,需作短期毒性試驗。格外見微生物制取的酶,需做廣泛的毒性試驗,包括慢性中毒試驗。酶的發(fā)酵工藝條件及掌握20、培育基〔medium〕是人工配制的，適合微生物生長生殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的養(yǎng)分基質(zhì)。21、常見碳源：糖類、醇類、脂類、有機酸、烴類、蛋白質(zhì)及其降解物氮源：蛋白胨、酵母膏、牛肉膏、銨鹽、硝酸鹽無機鹽參與酶的組成、構(gòu)成酶活性基、激活酶活性維持細胞構(gòu)造的穩(wěn)定性調(diào)整細胞滲透壓掌握細胞的氧化復(fù)原電位有時可作某些微生物生長的能源物質(zhì)長需求的有機物質(zhì)?；瘜W(xué)構(gòu)造分成維生素、氨基酸、嘌呤〔或嘧啶〕及其衍生物和類脂成分等四類。功能：以輔酶與輔基的形式參與代謝中的酶促反響22、培育基的設(shè)計原則1、選擇適宜的養(yǎng)分物質(zhì)2、養(yǎng)分物的濃度及配比適宜3、物理、化學(xué)條件適宜4、經(jīng)濟節(jié)約5、細心設(shè)計、試驗比較23、試驗室的常用培育基：細菌：牛肉膏蛋白胨培育基〔或簡稱一般肉湯培育基〕；1酵母菌：麥芽汁培育基；霉菌：查氏合成培育基；例如枯草芽孢桿菌：一般培育：肉湯培育基或LB自然轉(zhuǎn)化：根底培育基；觀看芽孢：生孢子培育基；產(chǎn)蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產(chǎn)酶培育基；發(fā)酵條件及掌握pH溫度的調(diào)整掌握溶解氧的調(diào)整掌握調(diào)整 通氣量調(diào)整氧的分壓轉(zhuǎn)變培育液的性質(zhì)調(diào)整氣液接觸時間調(diào)整氣液接觸面積24、提高酶產(chǎn)量的措施添加誘導(dǎo)物。酶的作用底物：乳糖誘導(dǎo)大腸桿菌β-半乳糖苷酶。L-苯丙氨酸誘導(dǎo)苯丙氨酸解氨酶的合成等。酶的催化反響產(chǎn)物：半乳糖醛酸是果膠酶催化果膠水解的產(chǎn)物，β-硫代半乳糖苷〔IPTG〕對β-半乳糖苷酶的誘導(dǎo)效果比乳糖高幾百倍掌握阻遏物的濃度。產(chǎn)物阻遏和分解代謝物阻遏添加外表活性劑。將適量的非離子型外表活性劑，如吐溫〔Tween〕、曲通(Triton)劑對細胞有毒害作用，尤其是季胺型外表活性劑〔如‘潔而滅’等〕是消毒劑，對細胞的毒性較大，不能在酶的發(fā)酵生產(chǎn)中添加到培育基中。1～20〔Polyvinylalcohol〕可以提高糖化酶的產(chǎn)量。25、細胞生長的四個時期：調(diào)整期、生長期、平衡期、衰退期通過分析比較細胞生長與酶4〔米曲霉在含有單寧或者沒食子酸的培育基中生長，在單寧或沒食子酸的誘導(dǎo)作用下，合成單寧酶〔tanaseEC3.1.1.20〕〕，〔在黑曲霉在以半乳糖醛酸或果膠為單一碳源的培育基中培育，可以誘導(dǎo)聚半乳糖醛酸酶〔Polygalacturonase，EC3.2.1.15〕〕，中期合成型〔枯草桿菌堿性磷酸酶〔Alkalinephophatase，EC3.1.3.1)的生物合成模式屬于中期合成型?！硿蠛铣尚汀彩艿脚嘤写嬖诘淖瓒粑锏淖瓒糇饔?。只有隨著細胞的生長，阻遏物幾乎被細胞用完而使阻遏解除后，酶才開頭大量合成?！尺B續(xù)合成型生長就有酶產(chǎn)生，直至細胞生進步入平衡期以后，酶還可以連續(xù)合成一段較長的時間。26、monod27、細胞裂開〔胞內(nèi)酶〕機械裂開物理裂開4〕酶解裂開28、層析分別是利用混合液中各組分的物理化學(xué)性質(zhì)〔力、分子親和力、安排系數(shù)等〕的不同，使各組分以不同比例分布在兩相中。層析方法 分別依據(jù)吸附層析 利用吸附劑對不同物質(zhì)的吸附力不同而使混合物中各組分分別〔解吸吸附、再解吸、再吸附〕安排層析 利用各組分在兩相中的安排系數(shù)不同，而使各組分分別〔活性基團對各種離子的親和力不同而到達分別目的。在溶液的pH值大于酶的等電點時，酶分子帶負電荷，可用陰離子交換劑進展層析分別；當(dāng)溶液pH值小于酶的等電點時，酶分子帶正電荷，則要承受陽離子交換劑進展分別?！惭b柱、上柱、洗脫和收集、再生〕而到達物質(zhì)分別〔〕親和層析利用生物分子與配基之間所具有的專一而又可逆的親和力純化層析聚焦 將酶等兩性物質(zhì)的等電點特性與離子交換層析的特性結(jié)合在一起實現(xiàn)組分分別29萃取分別中的兩相一般質(zhì)在超臨界流體中的溶解度不同而到達分別的一種萃取技術(shù)〔supercriticalfluid,SF〕是一種物質(zhì)狀態(tài)，當(dāng)物質(zhì)在超過臨界溫度及臨界壓力以上，氣體與液體的性而且又兼具有類似液體的流淌性，密度一般都介于0.11.0g/ml30、依據(jù)物質(zhì)顆?；蚍肿油ㄟ^薄膜的原理和推動力的不同，膜分別可以分為3加壓膜分別孔徑的物質(zhì)顆粒穿過膜孔，而大于孔徑的顆粒被截留。

依據(jù)所截留的物質(zhì)顆粒的大小不同，加壓膜分別可分為微濾、超濾和反滲透等3種。(2)電場膜分別離子向著與其本身所帶電荷相反的電極移動，透過半透膜，而到達分別的目的?！綦姖B析和離子交換膜電滲析即屬于此類。(3)集中膜分別◆集中膜分別是利用小分子物質(zhì)的集中作用從而到達分別效果。常見的透析就是屬于集中膜分別?！敉肝瞿た捎脛游锬?、羊皮紙、火棉膠或賽璐玢等制成?！敉肝鲋饕糜诿傅壬锎蠓肿拥姆謩e純化，從中除去無機鹽等小分子物質(zhì)。膜產(chǎn)品通常實行如下幾種構(gòu)造形式：管式；中空纖維；卷式；平板式。31、洗脫劑的選擇要留意以下各點：

洗脫劑不會與吸附劑起化學(xué)反響，也不會使吸附劑溶解。

洗脫劑對混合液中的各組分的溶解度大，粘度小，流淌性好，簡潔與被洗脫的組分分別。

洗脫劑要求肯定的純度，以免雜質(zhì)對分別帶來不利影響。32溶酶或固相酶。固定化酶的優(yōu)點〔1〕易將固定化酶與底物、產(chǎn)物分開；產(chǎn)物溶液中沒有酶的殘留，簡化了提純工藝?？梢栽谳^長時間內(nèi)反復(fù)使用，有利工藝的連續(xù)化、管道化。酶反響過程可以嚴格掌握，有利于工藝自動化和微電腦化。在絕大多數(shù)狀況下提高酶的穩(wěn)定性。較能適應(yīng)于多酶反響。酶的使用效率提高，產(chǎn)物得率提高，產(chǎn)品質(zhì)量有保障，本錢低。固定化酶的缺點酶固定化時酶的活力有所損失。同時也增加了固定化的本錢。比較適應(yīng)水溶性底物和小分子底物。與完整細胞比較，不適于多酶反響．3、固定化酶的制備方法：吸附法p，離子強度，蛋白質(zhì)濃度，溫度，吸附速度，載體〕包埋法〔對底物和產(chǎn)物是大分子的酶并不適合〕、共價結(jié)合法〔偶聯(lián)〕交聯(lián)法固定化方法與載體的選擇必需留意維持酶的催化活性和專一性酶與載體結(jié)合結(jié)實載體的機械強度固定化酶要有最小的空間位阻載體穩(wěn)定，不行與底物、產(chǎn)物發(fā)生反響固定化酶要廉價34、無載體固定化酶技術(shù)和反響力量，而無載體固定化酶具有較高的催化劑比外表；較高的酶催化活性，本錢低；受等優(yōu)點。35、固定化細胞將細胞限制或定位于特定空間位置的方法稱為細胞固定化技術(shù)置的細胞稱為固定化細胞。(固定化活細胞或固定化增殖細胞)微生物細胞、植物細胞和動物細胞都可以制成固定化細胞。固定化細胞的特點有細胞特性，生物催化劑功能，固相催化劑特點。優(yōu)點：無須進展酶的分別純化保持酶的原始狀態(tài)，酶回收率高比固定化酶穩(wěn)定性高細胞內(nèi)酶附助因子可再生抗污染力量強36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)，進展共價連接，從而轉(zhuǎn)變酶的構(gòu)造和性質(zhì)。含多酶體系37、酶分子修飾的原理1、修飾劑分子存在多個反響基團，可與酶形成多點交聯(lián)。使酶的自然構(gòu)象產(chǎn)生“剛性”構(gòu)造。從而增加酶自然構(gòu)象的穩(wěn)定性與耐熱性。2、大分子修飾劑與酶結(jié)合后，產(chǎn)生的空間障礙或靜電斥力阻擋抑制劑，“遮蓋”了酶的活性部位。從而保護酶活性部位并起到低抗抑制劑和抗蛋白水解酶的作用。3、酶分子上很多敏感基團交聯(lián)上修飾劑后，削減了受蛋白水解酶破壞的可能性。4、酶蛋白氨基酸組成的抗原打算簇，與修飾劑形成了共價鍵。破壞了抗原打算簇—抗原性5、大分子修飾劑本身是多聚電荷體，能在酶分子外表形成“緩沖外殼”，抵擋外界環(huán)境的極性變化，維持酶活性部位微環(huán)境相對穩(wěn)定。修飾劑的選擇原則修飾劑的分子量及鏈的長度〔要求有較大的分子量〕。修飾劑上反響基團的數(shù)目及位置〔要求有較多的反響活性基團〕。修飾劑上反響基團的活化方法與條件〔要求有完善的方法〕酶分子修飾的根本要求破壞酶活性功能的必需基團，使修飾率高，同時酶的活力回收高。38、大分子修飾〔大分子結(jié)合修飾〕：利用水溶性大分子與酶結(jié)合，使酶的空間構(gòu)造發(fā)生某些精細的轉(zhuǎn)變，從而轉(zhuǎn)變酶的特性與功能的方法。非共價修飾+共價修飾小分子修飾〔酶蛋白側(cè)鏈基團修飾〕：通過選擇性的試劑或親和標記試劑與酶分子側(cè)鏈上特定的功能基團發(fā)生化學(xué)反響。側(cè)鏈基團修飾+特定氨基酸殘基側(cè)鏈基團的化學(xué)修飾39〔自然的或者人為獲得的〕特性的進化酶。定向進化=隨機突變+選擇40、酶的非水相催化：酶在非水介質(zhì)中進展的催化作用稱為酶的非水相催化。非水相酶催化的特性增加非極性基質(zhì)的溶解度；使某些原本在水相不能進展的反響順當(dāng)進展，如肽的合成、酯的合成等；可削減在水相簡潔發(fā)生的副反響，如酸酐的水解、鹵化物的水解等；簡潔分別回收；無微生物污染41、有機介質(zhì)中的酶催化特點：適用于底物、產(chǎn)物兩者或其中之一為疏水性物質(zhì)的酶催化作用。酶在有機介質(zhì)中由于能夠根本保持其完整的構(gòu)造和活性中心的空間構(gòu)象，所以能夠發(fā)揮其催化功能42、氣相介質(zhì)中的酶催化定義：氣相介質(zhì)中的酶催化是指酶在氣相介質(zhì)中進展的催化反響。特點：1〕適用于底物是氣體或者能夠轉(zhuǎn)化為氣體的物質(zhì)的酶催化反響。2〕由于氣體介質(zhì)的密度低，集中簡潔，所以酶在氣相中的催化作用與在水溶液中的催化作用有明顯的不同特點。43、超臨界流體介質(zhì)中的酶催化定義：超臨界介質(zhì)中的酶催化是指酶在超臨界流體中進展的催化反響。條件要求：用于酶催化反響的超臨界流體應(yīng)當(dāng)對酶的構(gòu)造沒有破壞作用，對催化作用沒有明顯的不良影響；具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，對設(shè)備沒有腐蝕性；超臨界溫度不能太高或太低，最好在室溫四周或在酶催化的最適溫度四周；超臨界壓力不能太高，可節(jié)約壓縮動力費用；超臨界流體要簡潔獲得，價格要廉價等44、有機介質(zhì)反響體系微水介質(zhì)〔microaqueousmedia〕體系、與水溶性有機溶劑組成的均一體系、與水不溶性有機溶劑組成的兩相或多相體系、〔正〕膠束體系、反膠束體系45、機介質(zhì)酶催化反響的優(yōu)點因而使通過選擇不同性質(zhì)的溶劑來調(diào)控酶的某些特性成為可能。由于引起酶變性的很多因素都與水的存在有關(guān),因此在有機介質(zhì)中酶