南京工業(yè)大學(xué)生命工程與技術(shù)概論限選課酶工程

第九章酶工程

酶（ENZYME）是一種生物催化劑，酶的功能特異與生物的生命活動密切相關(guān)，如執(zhí)行具體生理活動，參與外來物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與解毒，協(xié)同激素發(fā)揮效應(yīng)、催化代謝反應(yīng)等等，沒有酶，就沒有生物體的一切生命活動。

在近代開始逐漸工業(yè)化生產(chǎn)酶，1894年日本利用米曲霉生產(chǎn)淀粉酶用于促進消化。1914年法國生產(chǎn)出細菌α-淀粉酶用于紡織工業(yè)。50年代，日本第一個用深層液體發(fā)酵法生產(chǎn)α-淀粉酶開創(chuàng)了現(xiàn)代酶制劑工業(yè)。酶工程已成為一門新興學(xué)科★本文檔共29頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期三\22點2分(一）酶的概述1、酶的化學(xué)本質(zhì)一般情況下，酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，是具有特殊催化功能的蛋白質(zhì)組成：單成分酶的組成成分只有酶蛋白，而全酶含有酶蛋白和輔助因子，兩者必須結(jié)合組成復(fù)合物才能有催化活性

但是，20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)了核酶，其本身屬于一種RNA，并非蛋白質(zhì)，但也能特異性地催化某個反應(yīng)。本文檔共29頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期三\22點2分例如：許多脫氫酶需要NAD或NADP為輔酶（煙酰胺核苷酸）NAD：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸

NADP：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸

本文檔共29頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期三\22點2分2、酶的結(jié)構(gòu)與催化功能1.酶的催化功能是由酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)，特別是由酶的特殊的空間構(gòu)象決定的。⒉酶的活性部位：酶的活性部位（活性中心）是酶蛋白分子中直接與底物結(jié)合，進行催化反應(yīng)的部位，是由相關(guān)酶對底物結(jié)合和催化的氨基酸殘基在空間上組成一個與酶顯示活性直接相關(guān)的區(qū)域。

本文檔共29頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期三\22點2分活性中心有氨基酸殘基（有的有輔酶），一般由幾個氨基酸組成，它們在肽連中所處的位置可能相距較遠，但在空間結(jié)構(gòu)中卻必須按一定的相對位置靠近在一起。因此酶的活性部位只有在酶蛋白保持一定的空間構(gòu)象時才能存在并發(fā)揮其催化功能。溶菌酶分子的三級結(jié)構(gòu)本文檔共29頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期三\22點2分3.酶的催化特性酶是一種催化劑，可以加快反應(yīng)速度但不改變平衡點具有以下催化特性：

（1）酶的催化反應(yīng)條件溫和。一般在常壓和較低的溫度下即可發(fā)生酶催化反應(yīng)。

（2）酶的催化效率高。酶比一般化學(xué)催化劑要高得多。

Fe作催化劑，0℃時1克分子鐵10-5molH2O2/秒H2O2酶作催化劑，0℃時1克分子酶105H2O2/秒，高1010倍（3）酶的催化具有專一性。

本文檔共29頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期三\22點2分酶的專一性（1）結(jié)構(gòu)專一性①相對專一性：一種酶能催化一類具有相同化學(xué)鍵或基團的物質(zhì)進行某種類型的反應(yīng)脂類脂肪酸醇酯基本文檔共29頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期三\22點2分②絕對專一性一種酶只能催化一種化合物進行一種反應(yīng)

幾乎不催化尿素以外的任何物質(zhì)發(fā)生水解本文檔共29頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期三\22點2分（2）立體異構(gòu)專一性①旋光異構(gòu)專一性：

當(dāng)?shù)孜镏泻胁粚ΨQ碳原子時，酶只能作用于異構(gòu)體的一種，而對另一種則全無作用。

L-乳酸②

幾何異構(gòu)專一性本文檔共29頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期三\22點2分酶的專一性在實踐中很有意義。在科研和生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。利用這一特性，可以從原料得到單一的產(chǎn)物，防止副產(chǎn)物生成。如：某些藥物只有某一種構(gòu)型才有生理作用，而有機合成的藥物只能是消旋產(chǎn)物，利用酶進行不對稱合成。

本文檔共29頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期三\22點2分4、酶作用專一性機制的假說㈠鎖鑰學(xué)說：酶與底物在表面結(jié)構(gòu)的特定部位其形狀是互補的，一定的酶只能與一定的底物結(jié)合。㈡誘導(dǎo)契合學(xué)說：酶的活性部位在結(jié)構(gòu)上是柔性的，當(dāng)?shù)孜锱c酶的這個部位接觸時，可使酶蛋白發(fā)生構(gòu)象變化，這樣就使反應(yīng)所需基團正確排列、定向，從而易與底物結(jié)合反應(yīng)。本文檔共29頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期三\22點2分5、酶的命名、分類1、由于酶的化學(xué)結(jié)構(gòu)已弄清楚的為數(shù)不多，不能按化學(xué)結(jié)構(gòu)命名。目前有習(xí)慣命名法和系統(tǒng)命名法。A.習(xí)慣命名法：主要根據(jù)酶作用的底物和催化反應(yīng)類型來命名。如：葡萄糖氧化酶；乙酰膽堿酶表示水解乙酰膽堿（水解酶可省水解兩字）；B.系統(tǒng)命名法：1961年，國際酶學(xué)會提出了一個命名原則本文檔共29頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期三\22點2分1、氧化還原酶AH2+BA+BH2、轉(zhuǎn)移酶AX+BA+BX3、水解酶AB+H2OAH+BOH4、裂合酶ABA+B5、異構(gòu)酶L-型D-型6、連接（合成）酶A+BAB本文檔共29頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期三\22點2分商品酶制劑一覽表本文檔共29頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期三\22點2分工業(yè)酶制劑在各領(lǐng)域中的銷售一覽表本文檔共29頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期三\22點2分各公司酶制劑市場占有率本文檔共29頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期三\22點2分NOVO公司在中關(guān)村科技園區(qū)上地開發(fā)區(qū)的中國總部本文檔共29頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期三\22點2分

NOVO公司的酶制劑產(chǎn)品70年代初就已進入中國市場。1994年，NOVO的前身諾和諾德公司董事會通過了在中國實施戰(zhàn)略投資的計劃。目前，NOVO公司已在中國實現(xiàn)投資總額1.65億美元。1997年，位于中關(guān)村科技園區(qū)上地開發(fā)區(qū)的中國總部和生物技術(shù)研究發(fā)展中心竣工并投入使用。1998年，位于天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的大型現(xiàn)代化酶制劑生產(chǎn)企業(yè)建成投產(chǎn)。

NOVO先后在中國建立了2家獨資公司：諾維信(沈陽)生物加工有限公司和諾維信(中國)生物技術(shù)有限公司，及1家合資企業(yè)：蘇州宏達制酶有限公司。1997年又獲準(zhǔn)成立諾維信(中國)投資有限公司(原諾和諾德中國投資有限公司)本文檔共29頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期三\22點2分

位于天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的NOVO公司，占地160,000平方米，綠化面積達25%。一期工程于1998年4月正式投產(chǎn)。

本文檔共29頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期三\22點2分NOVO公司在江蘇太倉的蘇州宏達酶制劑公司本文檔共29頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期三\22點2分產(chǎn)品有：1)蘇宏牌耐高溫α-淀粉酶(22000cu/ml)SuhongAA，主要應(yīng)用于味精和酒精工業(yè)。

2)蘇宏牌高轉(zhuǎn)化率糖化酶(100000cu/ml)SuhongGA，主要應(yīng)用于味精行業(yè)和酒精行業(yè)。

3)蘇宏牌拋光酶(SuhongcellishL)，主要應(yīng)用于紡織行業(yè)的面料生物處理。本文檔共29頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期三\22點2分酶的來源

在酶制劑發(fā)展的早期，酶從動植物中提取，但產(chǎn)量低、又受到環(huán)境、氣候限制，不容易大規(guī)模生產(chǎn)。目前主要以微生物作為生產(chǎn)酶的酶源，產(chǎn)酶微生物的發(fā)酵技術(shù)是酶生產(chǎn)的重要手段。1噸發(fā)酵了2天的芽孢桿菌培養(yǎng)液中提取的淀粉酶相當(dāng)于幾千頭豬胰臟內(nèi)含有的淀粉酶量。本文檔共29頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期三\22點2分（三）酶工程的應(yīng)用酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用1.淀粉加工工業(yè)

用于水解淀粉，生產(chǎn)功能性低聚糖、葡萄糖、果糖、麥芽糖漿，年產(chǎn)1000萬t，大多數(shù)低聚糖由酶水解或酶轉(zhuǎn)移生產(chǎn)。2.蛋白質(zhì)加工工業(yè)在蛋白酶作用下生產(chǎn)多肽、氨基酸、蛋白水解物如生產(chǎn)玉米蛋白多肽、肽系調(diào)味品、肉類加工改善品質(zhì)、增加面制品彈力3.乳品工業(yè)乳糖酶，降解乳糖為半乳糖，增加可消化性凝乳酶，制造奶酪，溶菌酶用于嬰兒奶粉消毒。本文檔共29頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期三\22點2分4.釀酒工業(yè)填加糖化酶，降解淀粉，縮短釀造時間，提高出酒率。中性蛋白酶可分解麥芽汁中的蛋白質(zhì)，提高氨基酸含量，促進酵母發(fā)酵木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等可用于啤酒澄清，延長保質(zhì)期5.果蔬加工工業(yè)常用的有果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶、淀粉酶和阿拉伯糖酶6.面粉烘烤工業(yè)改善面粉質(zhì)量、改善面團性質(zhì)、改變顏色、漂白面粉本文檔共29頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期三\22點2分二.酶在飼料工業(yè)中的應(yīng)用利于飼料的吸收、消除抗?fàn)I養(yǎng)因子、補充內(nèi)源酶不足、提高飼料利用率、增加產(chǎn)量、減少污染。目前我國飼料用酶產(chǎn)量超過13500噸，添加飼料超過1350萬噸。農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)的酶有12種。1.復(fù)合酶制劑2種或幾種酶制劑混合而成，提高飼料的利用價值2.植酸酶能使得飼料中的有機磷得到有效利用。本文檔共29頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期三\22點2分三.酶在輕工業(yè)中的應(yīng)用1.用于制造洗滌劑堿性蛋白酶、堿性脂肪酶、堿性纖維素酶、氧化酶2.在造紙工業(yè)中的應(yīng)用木聚糖酶用于漂白，纖維素酶脫墨、降解纖維素3.在紡織工業(yè)中的應(yīng)用淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、過氧化氫酶用于織物退漿、織物防縮、脫膠、柔軟、漂白4.在皮革工業(yè)中的應(yīng)用蛋白酶用于皮革的脫毛軟化5.在日化工業(yè)中的應(yīng)用延緩衰老、殺菌、染發(fā)6.在油脂工業(yè)中的應(yīng)用油脂水解、酯交換、提取油脂、制皂本文檔共29頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期三\22點2分四.酶在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用1.酶在有機酸合成中的應(yīng)用酶法合成L-酒石酸，L-蘋果酸，長鏈二羧酸，L-乳酸，專一光學(xué)活性2.酶在氨基酸生產(chǎn)中的應(yīng)用酶可用于D、L-氨基酸的光學(xué)拆分，合成氨基酸進行化學(xué)-酶法生產(chǎn)，如L-天冬氨酸、L-苯丙氨酸、L-賴氨酸。3.生產(chǎn)基礎(chǔ)化工原料酶法生產(chǎn)丙烯酰胺、丁二酸4.酶法合成聚合物可生物降解材料，生物膜本文檔共29頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期三\22點2分五.酶在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用1.酶在半合成抗生素工業(yè)中的應(yīng)用利用?；高M行半合成中間體2.藥用酶促進消化酶類、消炎酶類、抗腫瘤酶類、治療心血管疾病、電子傳遞。3.診斷用酶與酶盒快速準(zhǔn)確，自動化程度高4.手性藥物本文檔共29頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期三\22點2分六.酶在科學(xué)研究中