生物技术制药-07 第七章酶工程制药
生物技术制药-07 第七章 酶工程制药
第七章酶工程制药 第一节概述 ■第二节酶的来源和生产 第三节酶和细胞的固定化 第四节固定化酶和固定化细胞的反应器 ■第五节酶工程在医药工业中的应用 ■第六节酶工程研究的进展
第七章 酶工程制药 ◼ 第一节 概述 ◼ 第二节 酶的来源和生产 ◼ 第三节 酶和细胞的固定化 ◼ 第四节 固定化酶和固定化细胞的反应器 ◼ 第五节 酶工程在医药工业中的应用 ◼ 第六节 酶工程研究的进展
第一节概述 酶的特性 酶、酶促反应的定义 酶除具有一般催化剂的共性外,还有其特 有的特点:①催化效率高;②专一性强; ③反应条件温和;④酶的催化活性受到调 节和控制 ■1961年按酶所催化的反应类型将酶分成6大 类:①氧化还原酶类:②转移养: 水解酶类;④裂合酶类;⑤异构酶类; 合成酶(或称连接酶)类
第一节 概述 ◼ 一、酶的特性 ◼ 酶、酶促反应的定义 ◼ 酶除具有一般催化剂的共性外，还有其特 有的特点：①催化效率高；②专一性强； ③反应条件温和；④酶的催化活性受到调 节和控制。 ◼ 1961年按酶所催化的反应类型将酶分成6大 类：①氧化还原酶类；②转移酶类； ③ 水解酶类；④裂合酶类；⑤异构酶类；⑥ 合成酶（或称连接酶）类
酶工程简介 酶工程是酶学和工程学相互渗透结合、发展而形成 的一门新的技术科学。它是从应用的目的出发研究 酶、应用酶的特异性催化功能,并通过工程化将相 应原料转化成有用物质的技术 20世纪20年代初:酶工程名称出现于自然酶制剂在 工业上的大规模应用; ■1953年,羧肽酶、淀粉糖化酶、胃蛋白酶和核糖核 酸酶等用重氮化聚氨基聚苯乙烯树脂进行固定。 1969年,固定化酶技术拆分DL氨基酸 1971年,lst国际酶工程会议:酶的生产、分离纯化 酶的固定化、酶及固定化酶的反应器、酶及固定化 酶的应用等
二、酶工程简介 ◼ 酶工程是酶学和工程学相互渗透结合、发展而形成 的一门新的技术科学。它是从应用的目的出发研究 酶、应用酶的特异性催化功能，并通过工程化将相 应原料转化成有用物质的技术。 ◼ 20世纪20年代初：酶工程名称出现于自然酶制剂在 工业上的大规模应用； ◼ 1953年，羧肽酶、淀粉糖化酶、胃蛋白酶和核糖核 酸酶等用重氮化聚氨基聚苯乙烯树脂进行固定。 ◼ 1969年，固定化酶技术拆分DL-氨基酸 ◼ 1971年，1st国际酶工程会议：酶的生产、分离纯化、 酶的固定化、酶及固定化酶的反应器、酶及固定化 酶的应用等
二、酶工程 ■从现代观点来看,酶工程主要有以下几个方面 的研究内容:①酶的分离、提纯、大批量生 及新酶和酶的应用开发;②酶和细胞的固定化 及酶反应器的研究(包括酶传感器、反应检测 等);③酶生产中基因工程技术的应用及遗传 修饰酶(突变酶)的研究;④酶的分子改造与 化学修饰、以及酶的结构与功能之间关系的研 究;⑤有机相中酶反应的研究;⑥酶的抑制剂、 激活剂的开发及应用研究:;⑦抗体酶、核酸酶 的研究;⑧模拟酶、合成酶及酶分子的人工设 计、合成的研究
二、酶工程简介 ◼ 从现代观点来看，酶工程主要有以下几个方面 的研究内容：①酶的分离、提纯、大批量生产 及新酶和酶的应用开发；②酶和细胞的固定化 及酶反应器的研究（包括酶传感器、反应检测 等）；③酶生产中基因工程技术的应用及遗传 修饰酶（突变酶）的研究；④酶的分子改造与 化学修饰、以及酶的结构与功能之间关系的研 究；⑤有机相中酶反应的研究；⑥酶的抑制剂、 激活剂的开发及应用研究；⑦抗体酶、核酸酶 的研究；⑧模拟酶、合成酶及酶分子的人工设 计、合成的研究
酶的来源和生 酶的来源 酶的来源主要是动植物和微生物,动植物 细胞培养的方法可用于酶生产,目前工业 化生 般以微生物为主要来源。利用微 生物生产酶的优点是:①微生物种类繁多 动植物体内存在的酶,几乎都可从微生物 中得到;②微生物繁殖快、生产周期短、 培养简便,并可以通过控制培养条件来提 高酶的产量;③微生物具有较强的适应性, 通过各种遗传变异的手段,能培育出新的 高产菌株
第二节 酶的来源和生产 ◼ 一、酶的来源 ◼ 酶的来源主要是动植物和微生物，动植物 细胞培养的方法可用于酶生产，目前工业 化生产一般以微生物为主要来源。利用微 生物生产酶的优点是：①微生物种类繁多， 动植物体内存在的酶，几乎都可从微生物 中得到；②微生物繁殖快、生产周期短、 培养简便，并可以通过控制培养条件来提 高酶的产量；③微生物具有较强的适应性， 通过各种遗传变异的手段，能培育出新的 高产菌株
酶每的生产菌 1、对菌种的要求:(1)产酶量、酶的性质、 最好是胞外酶;(2)不是致病菌;(3)稳定 不易产生变异退化,不易感染噬菌体;(4 利用廉价的原料,发酵周期短,易于培养。 2、生产菌的来源:菌种保藏机构和有关研究 部门,但大量的工作应是从自然界中分离筛 选——菌样采集、菌种分离初筛、纯化、复筛 和生产性能鉴定等。还应包括改良(如基因突 变、基因转移和基因克隆) ■3、目前常用的产酶微生物:大肠杆菌、枯草 杆菌、啤酒酵母、青霉菌、木霉菌、根霉菌链 母 菌
二、酶的生产菌 ◼ 1、对菌种的要求：（1）产酶量、酶的性质、 最好是胞外酶；（2）不是致病菌；（3）稳定， 不易产生变异退化，不易感染噬菌体；（4） 能利用廉价的原料，发酵周期短，易于培养。 ◼ 2、生产菌的来源：菌种保藏机构和有关研究 部门，但大量的工作应是从自然界中分离筛 选——菌样采集、菌种分离初筛、纯化、复筛 和生产性能鉴定等。还应包括改良（如基因突 变、基因转移和基因克隆）。 ◼ 3、目前常用的产酶微生物：大肠杆菌、枯草 杆菌、啤酒酵母、青霉菌、木霉菌、根霉菌链 霉菌等
第三节酶和细胞的固定化 ■酶反应几乎都在水溶液中进行,属均相反应, 自然简便,但缺点是游离酶 次性使用, 不仅造成酶的浪费,而且会增加产品分离的难 度和费用,影响产品的质量;另外溶液酶很不 稳定,容易变性和失活。将酶制剂制成既能保 持其原有的催化活性、性能稳定、又不溶于水 的固形物,即固定化酶,则可象一般固定催化 剂那样使用和处理,就可以大大提高酶的饿利 用率。与酶类似,细胞也能固定化,固定化细 胞既有细胞特性和生物催化的特性,也具有固 相催化剂的特点
第三节 酶和细胞的固定化 ◼ 酶反应几乎都在水溶液中进行，属均相反应， 自然简便，但缺点是游离酶只能一次性使用， 不仅造成酶的浪费，而且会增加产品分离的难 度和费用，影响产品的质量；另外溶液酶很不 稳定，容易变性和失活。将酶制剂制成既能保 持其原有的催化活性、性能稳定、又不溶于水 的固形物，即固定化酶，则可象一般固定催化 剂那样使用和处理，就可以大大提高酶的饿利 用率。与酶类似，细胞也能固定化，固定化细 胞既有细胞特性和生物催化的特性，也具有固 相催化剂的特点
固定化酶的制备 口1、固定化酶的定义:是指限制或固定于 特定空间位置的酶,具体来说,是指经 物理或化学方法处理,使酶变成不易随 水流失即运动受到限制,而又能发挥催 化作用的酶制剂。制备固定化酶的过程 叫做酶的固定化。固定化所采用的酶, 可以是经提取分离后得到的有一定纯度 的酶,也可以是结合在菌体(死细胞) 或细胞碎片上的酶或酶系
一、固定化酶的制备 ◼ 1、固定化酶的定义：是指限制或固定于 特定空间位置的酶，具体来说，是指经 物理或化学方法处理，使酶变成不易随 水流失即运动受到限制，而又能发挥催 化作用的酶制剂。制备固定化酶的过程 叫做酶的固定化。固定化所采用的酶， 可以是经提取分离后得到的有一定纯度 的酶，也可以是结合在菌体（死细胞） 或细胞碎片上的酶或酶系
2、固定化酶的特点:酶类可粗分为天然酶和修 饰酶,固定化酶属于修饰酶,修饰酶类还包括 过化学修饰的酶和用分子生物学方法在分子 水平上进行改良的酶等。固定化酶最大特点是 既具有生物催化剂的功能,又具有固相催化剂 的特性。固相酶还具有以下优点:①可多次使 用,而且在多数情况下,酶的稳定性提高。如 固定化的葡萄糖异构酶可以在60~65℃条件下连 续使用超过1000h:②反应后,酶与底物和产物 易于分开,产物中无残留酶,易于纯化,产品 质量高;③反应条件易于控制,可实现转化反 应的连续化和自动控制:;④酶的利用效率高, 单位酶催化的底物量增加,用酶量减少;⑤比 水溶性酶更适合于多酶反应
◼ 2、固定化酶的特点：酶类可粗分为天然酶和修 饰酶，固定化酶属于修饰酶，修饰酶类还包括 经过化学修饰的酶和用分子生物学方法在分子 水平上进行改良的酶等。固定化酶最大特点是 既具有生物催化剂的功能，又具有固相催化剂 的特性。固相酶还具有以下优点：①可多次使 用，而且在多数情况下，酶的稳定性提高。如 固定化的葡萄糖异构酶可以在60~65℃条件下连 续使用超过1000h；②反应后，酶与底物和产物 易于分开，产物中无残留酶，易于纯化，产品 质量高；③反应条件易于控制，可实现转化反 应的连续化和自动控制；④酶的利用效率高， 单位酶催化的底物量增加，用酶量减少；⑤比 水溶性酶更适合于多酶反应