第九章微生物和酶制剂工业 9.1概述 酶是一种具有催化活性的蛋白质,因此酶具有催化剂的特点,即:能够加快特定反应 的速率但不能改变反应的平衡,在反应中不消耗,反应结束时回复到原来的形态;同时酶又 具有蛋白质的属性,即:酶由氨基酸通过肽键连接而成,只有在适当的温度,pH和离子强 度下才具有生物活性,有些酶还需要辅酶或者辅因子。由于酶催化反应能够在常温常压下进 行,而且具有很高的效率和专一性,酶的应用日益受到了人们的重视。 在细胞中有数以千计的酶同时催化着成千上万个反应,因此可以毫不夸张地说,酶是 一切生命活动的基础。目前已经知道的酶超过了2000种,但是根据最简单的原核生物大肠 杆菌染色体的基因图谱分析,就可能包含3000-4500种不同酶蛋白的信息,所以还有更多的 酶有待于鉴别。 人类早在认识酶以前就知道利用酶为生产和生活服务,例如面粉发酵,酿造,鞣革及 制造奶酪等已经有几千年的历史,都是人类不自觉地利用酶的例子。1783年, Spallanzani 提出消化不是磨碎而是胃液在起作用的概念,对酶有了初步的认识:到了十九世纪人们已 经认识到了酶的存在,建立了酶的概念。1833年 Payer用乙醇抽提麦芽,并用于淀粉水解 和织物退浆;1887年Bˇ chner发现磨碎的酵母仍然能够使糖液发酵产生酒精和二氧化碳 1926年 Sumner第一次分离出脲酶并获得了该蛋白质的结晶:四十年代末,生产a-淀粉酶 的液体深层发酵首先在日本实现了工业化生产,标志着现代酶制剂工业的开始。 商品酶制剂根据其来源可以分为动物、植物及微生物酶;依据其用途可分为工业用、 分析用及药用:而且不同用途酶制剂产品的价格和生产规模也有很大的差别,见表9.1.1 由于用微生物发酵的方法能够不受原料的限制,实现大规模工业化的酶制剂生产,成本低、 效率高,因此在目前己经能够大规模工业化生产的100多种酶中,极大部分都是通过微生物 发酵生产的 表9.1.1商品酶的来源、用途及生产规模 工业用醇 分析用酶 药用酶 生产规模 以吨计 毫克一克 毫克克 粗酶制剂 纯结晶 纯结晶 微生物 微生物、动物、植物微生物、动物、植物 产品价格 9.1.1酶的分类和命名 我们知道,酶可以分为六个大类。根据酶委员会( Enzyme Commission)的命名规则,酶 的命名以酶委员会英文的头一个字母E.C.开始,后面跟随着四组数字,第一个数字表示酶 的大类,第二和第三个数字代表所催化的反应,第四个数字用于根据所催化的底物区分具有 类似功能的酶 1)氧化还原酶( Oxidoreductase)这类酶催化将氢或氧或电子从一种底物转移到另一种物 质的反应,常称为氧化酶或脱氢酶,如葡萄糖氧化酶及乙醇脱氢酶。氧化还原酶的前三 位数字的意义是 第一个数字 第二个数字 第三个数字 1.(氧化还原酶) 1.醇 1.NAD或NADP 2.醛或酮1 第九章 微生物和酶制剂工业 9．1 概述 酶是一种具有催化活性的蛋白质，因此酶具有催化剂的特点，即：能够加快特定反应 的速率但不能改变反应的平衡，在反应中不消耗, 反应结束时回复到原来的形态；同时酶又 具有蛋白质的属性，即：酶由氨基酸通过肽键连接而成，只有在适当的温度, pH 和离子强 度下才具有生物活性，有些酶还需要辅酶或者辅因子。由于酶催化反应能够在常温常压下进 行，而且具有很高的效率和专一性，酶的应用日益受到了人们的重视。 在细胞中有数以千计的酶同时催化着成千上万个反应，因此可以毫不夸张地说，酶是 一切生命活动的基础。目前已经知道的酶超过了 2000 种，但是根据最简单的原核生物大肠 杆菌染色体的基因图谱分析, 就可能包含 3000-4500 种不同酶蛋白的信息，所以还有更多的 酶有待于鉴别。 人类早在认识酶以前就知道利用酶为生产和生活服务，例如面粉发酵，酿造，鞣革及 制造奶酪等已经有几千年的历史，都是人类不自觉地利用酶的例子。1783 年，Spallanzani 提出消化不是磨碎而是胃液在起作用的概念，对酶有了初步的认识； 到了十九世纪人们已 经认识到了酶的存在，建立了酶的概念。1833 年 Payer 用乙醇抽提麦芽，并用于淀粉水解 和织物退浆；1887 年 Bchner 发现磨碎的酵母仍然能够使糖液发酵产生酒精和二氧化碳； 1926 年 Sumner 第一次分离出脲酶并获得了该蛋白质的结晶；四十年代末，生产α-淀粉酶 的液体深层发酵首先在日本实现了工业化生产，标志着现代酶制剂工业的开始。 商品酶制剂根据其来源可以分为动物、植物及微生物酶；依据其用途可分为工业用、 分析用及药用；而且不同用途酶制剂产品的价格和生产规模也有很大的差别，见表 9.1.1。 由于用微生物发酵的方法能够不受原料的限制，实现大规模工业化的酶制剂生产，成本低、 效率高，因此在目前已经能够大规模工业化生产的 100 多种酶中，极大部分都是通过微生物 发酵生产的。 表 9.1.1 商品酶的来源、用途及生产规模 工业用酶 分析用酶 药用酶 生产规模 以吨计 毫克-克 毫克-克 纯度 粗酶制剂 纯结晶 纯结晶 来源 微生物 微生物、动物、植物 微生物、动物、植物 产品价格 低 中—高 中—高 9．1．1 酶的分类和命名 我们知道，酶可以分为六个大类。根据酶委员会(Enzyme Commission)的命名规则，酶 的命名以酶委员会英文的头一个字母 E.C.开始，后面跟随着四组数字，第一个数字表示酶 的大类，第二和第三个数字代表所催化的反应，第四个数字用于根据所催化的底物区分具有 类似功能的酶。 1） 氧化还原酶(Oxidoreductase) 这类酶催化将氢或氧或电子从一种底物转移到另一种物 质的反应，常称为氧化酶或脱氢酶，如葡萄糖氧化酶及乙醇脱氢酶。氧化还原酶的前三 位数字的意义是： 第一个数字 第二个数字 第三个数字 1．（氧化还原酶） 1.醇 1.NAD+或 NADP+ 2.醛或酮 2.Fe3+