第一章 酶學(xué)與酶工程 (1節(jié))

第一章酶學(xué)與酶工程第一節(jié)酶工程的概述第一節(jié)酶工程的概述一．酶工程的概念：二．酶學(xué)研究簡史三.酶工程的應(yīng)用簡史四．酶工程的研究內(nèi)容一．概念：酶工程（EnzymeEngineering）從應(yīng)用目的出發(fā)研究酶，在一定的生物反應(yīng)裝置中利用酶的催化性質(zhì)，將相應(yīng)原料轉(zhuǎn)化成有用的物質(zhì)。是酶學(xué)和工程學(xué)相互滲透結(jié)合形成的一門新的技術(shù)科學(xué)，是酶學(xué)、微生物學(xué)的基本原理與化學(xué)工程有機(jī)結(jié)合而產(chǎn)生的邊緣科學(xué)。二.酶學(xué)研究簡史1783意大利的斯巴蘭讓“老鷹實(shí)驗(yàn)”證明胃具有化學(xué)消化作用。其巧妙設(shè)計(jì)：將肉塊放入小巧的金屬籠中，然后讓老鷹把小籠吞下去，這樣肉塊就可以不受胃的物理性消化的影響，過一段時間后取出，發(fā)現(xiàn)肉塊消失。1833Payen和Person從麥芽的水抽提物中用酒精沉淀得到了一種對熱不穩(wěn)定的活性物質(zhì)，它可促進(jìn)淀粉水解成可溶性糖，稱其為淀粉酶制劑（diastase)。有人認(rèn)為他們首先發(fā)現(xiàn)了酶。1878德國的Kuhne定義Enzyme原意為在酵母中1896德國的Buchner證明了酵母無細(xì)胞提取液的酒精發(fā)酵作用（1907年諾貝爾獎）1926美國的Sumner從刀豆中得到脲酶結(jié)晶（1946年諾貝爾獎）1969日本固定化氨基?；?，第一次將固定化酶成功地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)?！腹こ陶Q生1970美國的Smith發(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶（1979年諾貝爾獎）1986美國cech和Altnan發(fā)現(xiàn)核酶（1989年諾貝爾獎）1908年,德國的羅姆制得胰酶,用于皮革的軟化。1908年,法國的波伊登(Boidin)制備了細(xì)菌淀粉酶,應(yīng)用于紡織品的退漿。1911年,美國的華勒斯坦(Wallestein)制得木瓜蛋白酶,用于除去啤酒中的蛋白質(zhì)渾濁。此后,酶的生產(chǎn)和應(yīng)用逐步發(fā)展。然而在50年代以前停留在從微生物，動物或植物中提取酶,加以利用階段.由于當(dāng)時生產(chǎn)力落后,生產(chǎn)工藝較繁雜,難以進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。三.酶工程的應(yīng)用簡史1949年,用液體深層培養(yǎng)法進(jìn)行細(xì)菌淀粉酶的發(fā)酵生產(chǎn),揭開了近代酶工業(yè)的序幕。50年代以后,隨著生化工程的發(fā)展,大多數(shù)酶制劑的生產(chǎn)已轉(zhuǎn)向微生物流體深層發(fā)酵的方法。酶的應(yīng)用越來越廣泛。50年代：開始了酶固定化研究。1953年德國科學(xué)家首先將聚氨基苯乙烯樹脂與淀粉酶,胃蛋白酶,羧肽酶和核糖核酸酶等結(jié)合,制成了固定化酶。60年代，是固定化酶技術(shù)迅速發(fā)展的時期。1969年,日本的千煙一郎首次在工業(yè)上應(yīng)用固定化氨基酰化酶從DL-氨基酸生產(chǎn)L-氨基酸?！腹こ陶Q生1971年第一屆國際酶工程學(xué)術(shù)會議在美國召開,當(dāng)時的主題即是固定化酶，進(jìn)一步開展了對微生物細(xì)胞固定化的研究。1973年,千煙一郎首次利用固定化的大腸桿菌細(xì)胞生產(chǎn)L-天冬氨酸。1978年,日本的鈴木等固定化細(xì)胞生產(chǎn)α-淀粉酶研究成功.所以說,70年代是固定化細(xì)胞技術(shù)取得進(jìn)展的時期.80年代，固定化細(xì)胞已能用于生產(chǎn)胞外酶,因此,80年代又發(fā)展了固定化原生質(zhì)體技術(shù),排除了細(xì)胞壁這一障礙。在酶的固定化技術(shù)發(fā)展的同時,酶分子修飾技術(shù)也取得了進(jìn)展。60年代，用小分子化合物修飾酶分子側(cè)鏈基團(tuán),使酶性質(zhì)發(fā)生改變;70年代,修飾劑的選用、修飾方法上又有了新的發(fā)展。此外,對抗體酶,人工酶,模擬酶等方面,以及酶的應(yīng)用技術(shù)研究,在近20年均取得了較大進(jìn)展,使酶工程不斷向廣度和深度發(fā)展,顯示出廣闊而誘人的前景。21世紀(jì)酶工程的發(fā)展主題（一）新酶的研究與開發(fā)（二）酶的優(yōu)化生產(chǎn)（三）酶的高效應(yīng)用三．酶工程的研究內(nèi)容（一）新酶的研究與開發(fā)1.核酶（Ribozyme)80年代初期，美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校的ThomasCech和美國耶魯大學(xué)的SidneryAltan各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)RNA具有生物催化功能.從而改變了生物催化劑的傳統(tǒng)概念。應(yīng)用：根據(jù)病毒基因組的全部序列，就可以設(shè)計(jì)并合成出防治由這些病毒引起的疾病的核酶。還可以用作研究核酸圖譜和基因表達(dá)的工具等其他方面的應(yīng)用（一）新酶的研究與開發(fā)2.抗體酶（Abzyme)是一種具有催化功能的抗體分子，在其可變區(qū)（V區(qū)）賦予了酶的催化活性