酶工程教學(xué)課件：第一章 酶工程

酶工程什么是酶工程？/亞太地區(qū)公認(rèn)的酶法制糖技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，其連續(xù)噴射液化酶法制糖技術(shù)，榮獲中國(guó)輕工科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)//中糧生化/listcase_3_1.htm/en/Pages/default.aspx西達(dá)本胺/

微芯生物全球首個(gè)獲準(zhǔn)上市的亞型選擇性組蛋白去乙?；缚诜种苿彩侵袊?guó)首個(gè)授權(quán)美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家專利使用的原創(chuàng)新藥。魯先平，中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué)分子生物學(xué)與腫瘤生物學(xué)博士，美國(guó)加州大學(xué)藥理系博士后。2001年，他和另外5位海歸創(chuàng)立了微芯生物，從事原創(chuàng)新藥的研發(fā)。第一章緒論酶工程的定義：酶的生產(chǎn)及應(yīng)用的技術(shù)過程稱為酶工程。廣義上說就是如何高效地利用酶的特性為人類服務(wù)。1.1研究?jī)?nèi)容服務(wù)如產(chǎn)品、疾病診斷等酶酶的獲取提高效率自身效率：如固定化環(huán)境效率：反應(yīng)器等應(yīng)用拓展研究?jī)?nèi)容即獲得所需的酶并通過各種方法充分發(fā)揮酶的功能，并不斷拓展和挖掘酶的應(yīng)用范圍。1.2酶的基本概念必須用發(fā)展的觀點(diǎn)酶都是蛋白質(zhì)?82年發(fā)現(xiàn)RNA酶Ribozyme.模擬酶：利用有機(jī)化學(xué)的方法合成一些比酶簡(jiǎn)單的非蛋白質(zhì)分子模擬酶的絡(luò)合與催化特性。特點(diǎn)催化高效、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。85年Bender等人利用環(huán)糊精等模擬出胰凝乳蛋白酶。（催化特性相當(dāng)）酶是生物催化劑。1.2.1酶的特性專一性催化作用效率高催化作用條件溫和一、酶的專一性絕對(duì)專一性：一種酶只能催化一種物質(zhì)進(jìn)行一種反應(yīng)。

當(dāng)酶作用的底物或形成的產(chǎn)物含有不對(duì)稱碳原子時(shí)，酶只能作用于異構(gòu)體的一種。這種絕對(duì)專一性又稱為立體異構(gòu)專一性。（用于手性合成）立體專一性例子CH3C=OCOOHCOOHCH3H－C－OHCOOHCH3HO－C－HD-乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶丙酮酸D-乳酸L-乳酸DCHOHOCHH－C－OHHCOHHCOHCH2OHCHOHOCHHO－C－HHCOHHCOHCH2OHL-葡萄糖D-葡萄糖×2.相對(duì)專一性一種酶能夠催化一類結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)進(jìn)行某種相同類型的反應(yīng)。例如胰蛋白酶選擇性地水解含有賴氨酸或精氨酸的羰基的鍵。通常消化相關(guān)酶都是相對(duì)專一的。二、酶的催化作用效率高酶加快反應(yīng)速度通常為1014倍,通常在常溫常壓下反應(yīng)。底物 催化劑 溫度K 反應(yīng)速度脲（水解） H+ 335 7.4×10-7

脲酶 294 5.0×106H2O2水解

Fe2+ 295 56

過氧化氫酶 295 3.5×107三、條件溫和常溫常壓pH接近中性700-900K,10-90MPa，化學(xué)催化劑298K,常壓，固氮酶1.2.2酶的分類與命名俗名混亂：一種酶有幾個(gè)名稱，一個(gè)名稱卻又用于表示多個(gè)酶。

一酶多名：如淀粉酶，液化淀粉酶，α-淀粉酶

一名多用：琥珀酸脫氫酶

琥珀酸氧化酶琥珀酸半醛脫氫酶

NAD(P)+琥珀酸半醛脫氫酶

國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)命名(蛋白類酶)1、推薦名：以慣用名為基礎(chǔ)進(jìn)行選擇和修改而成。

名稱＝底物名＋催化反應(yīng)類型＋酶(-ase)

如葡萄糖氧化酶當(dāng)反應(yīng)類型為水解反應(yīng)時(shí)可以省去“水解”二字

如淀粉酶2、系統(tǒng)命名詳細(xì)底物名＋作用基團(tuán)＋催化反應(yīng)類型＋酶(-ase)

例葡萄糖氧化酶系統(tǒng)命名

β-D-葡萄糖，氧1-氧化還原酶系統(tǒng)編號(hào)：4碼編號(hào)

EC國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)大類號(hào)1、氧化還原酶

2、轉(zhuǎn)移酶

3、水解酶

4、裂合酶

5、異構(gòu)酶

6、合成酶亞類號(hào)亞類中的小類小類中序號(hào)核酸類酶(Ribozyme)分子內(nèi)催化R酶自我剪切酶自我剪接酶分子間催化R酶RNA剪切酶DNA剪切酶多肽剪切酶多糖剪接酶多功能R酶其他R酶1.2.3、酶的活力測(cè)定酶活力：酶催化效率指標(biāo)。是指在一定條件下酶所催化的反應(yīng)速度。

v=-ds/dt=dp/dt酶活力單位：特定條件(溫度可選用室溫或其它選用溫度，pH等條件均選用最適條件）下每1min催化1μmol的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的酶量為1個(gè)活力單位。國(guó)際單位IU。要注意的是實(shí)際應(yīng)用的酶活單位大多不是IU。酶比活力：指在特定條件下每1mg酶蛋白所具有的酶活力單位。用于比較酶制劑的純度和活力高低。酶活測(cè)定基本步驟：在一定條件下將酶與作用底物混合均勻，反應(yīng)一段時(shí)間后，測(cè)定反應(yīng)液中底物或產(chǎn)物變化的量。要點(diǎn)：1、選擇適宜的底物和底物濃度。要求底物均勻，且濃度足夠大。至少為Km的10倍。2、確定酶反應(yīng)的pH、溫度等條件。保持pH恒定通常用緩沖液，有些酶還需加激活劑。3、產(chǎn)物測(cè)定或底物含量測(cè)定可采用連續(xù)方式或間歇方式，要求快速、簡(jiǎn)便。如不能立即測(cè)出需中止反應(yīng)。中止反應(yīng)常用方法：加熱法：反應(yīng)時(shí)間到取出反應(yīng)液置于沸水浴中使酶失活降溫法：反應(yīng)液置于冰粒堆中，或冰鹽溶液中，使反應(yīng)溫度迅速降低至10℃以下。調(diào)節(jié)pH:加入酸或堿溶液使反應(yīng)pH遠(yuǎn)離催化反應(yīng)的最適pH。使用變性劑：如加入三氯醋酸，使酶變性失活。。酶活測(cè)定實(shí)例：α淀粉酶酶活測(cè)定。特點(diǎn)：測(cè)定方法多，酶活定義不一。世界酶制劑市場(chǎng)分配額201448%在酶制劑市場(chǎng)中兩大公司獨(dú)占鰲頭丹麥的Novozymes公司和美國(guó)的DuPont(Danisco,Genencor)公司各占47%和21%。酶制劑發(fā)展展望新酶的研究與開發(fā)：新酶的研究與開發(fā)，可借助基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的最新知識(shí)，借助DNA重排和細(xì)胞、噬菌體表面展示技術(shù)。目前最令人矚目的新酶有核酸類酶、抗體酶和端粒酶等。新型酶Cellic?CTec2正式問世2010年2月16日，美國(guó)佛羅里達(dá)州——諾維信推出了第一種利用農(nóng)作物廢料生產(chǎn)生物燃料的商用酶制劑。這項(xiàng)酶制劑技術(shù)領(lǐng)域前所未有的突破使得纖維素生物燃料成為一種具有競(jìng)爭(zhēng)力的汽油替代品。利用諾維信推出的新型Cellic?

CTec2酶制劑，生物燃料行業(yè)能夠以低于每加侖2.00美元的價(jià)格為計(jì)劃于2011年投產(chǎn)的首個(gè)規(guī)?；虡I(yè)工廠生產(chǎn)出纖維素乙醇。按照目前美國(guó)市場(chǎng)的價(jià)格，此價(jià)格與汽油和傳統(tǒng)乙醇的價(jià)格持平。2.酶的優(yōu)化生產(chǎn)用于生產(chǎn)酶的細(xì)胞大多數(shù)都是經(jīng)過基因轉(zhuǎn)移或基因改造的細(xì)胞，傳統(tǒng)的方法已不能適應(yīng)酶工程發(fā)展的要求，采用先進(jìn)