蛋白质与酶工程第八章 酶应用

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1、Chapter 8 The application of enzyme,酶的应用 曹友志 13588167843 677843 yzcao,“绿色健康，“酶”力无限 医药、洗涤剂、纺织、淀粉制糖、发酵、酒精、食品（包括果蔬汁、啤酒酿造、谷物食品、蛋白水解、和功能食品以及食用油脂）、饲料、皮革、造纸和化工等工业领域,酶参与了生物体内所有的生命活动和生命过程,执行具体的生理功能-唾液、胃液中的消化酶，凝血酶等 清除有害物质,起保卫作用-过氧化物酶，朝氧化物岐化酶等 协同激素等生理活性物质在体内发挥信号转换,传递与放大作用,调节生理功能-蛋白激酶 催化代谢反应,建立各种各样代谢体系与代谢途径-葡萄糖

2、、氨基酸、核酸代谢,酶是生物学有力的研究工具,基因工程工具酶 基因组学 蛋白组学,酶和工农业生产与医学实践有着密切的关系,工业用酶：淀粉糖业 农业用酶：饲料 医疗用酶：蛋白酶 检测试剂 抗病毒等新药物开发,自20世纪中叶以来，工业用酶制剂的市场得到了蓬勃发展。据统计数据表明： 1981年工业酶制剂生产量约65 000t，产值4亿美元； 1985年工业酶制剂约生产75 000 t，产值约6亿美元。 进入20世纪90年代后，市场对酶制剂的需求增强，以世界上最大的酶制剂生产商丹麦的Novo Nordisk公司为例： 1993年酶制剂销售为9亿美元； 1998年产业用酶的销售额为15.18亿美元。,目

3、前在世界上最有影响的酶制剂厂主要有： 丹麦的Novo Nordisk公司(在全世界50个国家有13 000个从业人员，在140个国家销售其产品) 荷兰的GistBrocades公司 美国的Genencor公司，其产品占市场的74.3%,酶制剂的来源 1. 工业用酶制剂的数量及主要种类： 自然界发现的酶有数千种，但工业上常用的酶只有数十种，而目前大量生产的仅有十余种。 其中80的工业酶是水解酶，主要用于降解自然界中的高聚物，如淀粉、蛋白质、脂肪等物质。 故蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶是目前工业应用的3大主要酶制剂。 蛋白酶可用于去污剂、奶制品业、皮革业等； 淀粉酶用于烘焙、酿造、淀粉糖化和纺织业， 脂

4、肪酶用于去污剂、食品和精细化工工业等。,2. 动植物来源的酶： 大多数生物都是有用酶的来源，但只有有限数量的植物和动物是经济的酶源，多数酶是从微生物获得的。植物和动物来源的酶一般是食品工业的重要用酶。 植物来源的酶主要有： 木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶、麦芽淀粉水解酶、大豆脂肪氧合酶等。 动物酶来源的酶主要有： 猪胰蛋白酶和胃脂肪酶等。,3. 微生物来源的酶： 微生物是酶制剂的重要来源，这是因为微生物具备如下优势：, 微生物繁殖速度快 细菌在合适的条件下2030 min就可以繁殖一代，其生长速度为农作物的500倍，为家畜的l 000倍。 微生物种类繁多，酶的品种全 在不同环境下生存的微

5、生物有不同的代谢途径，可以产生适应不同环境的酶分子，如高温酶、中温酶和低温酶，耐高盐酶，耐酸、碱酶等。, 微生物培养方法简单 微生物培养所用的原料大多为农副产品，来源丰富，机械化程度高，易于大批量生产。连续发酵生产可以提供经济有效的酶制剂产品。 利用微生物可以生产一些极端酶 由于酶在应用过程中常出现不稳定现象，尤其在高温、强酸、强碱和高渗等极端条件下更易失活，因此限制了酶在工业上的应用。利用嗜极菌生产的极端酶可克服这一缺陷。第一个极端酶嗜热DNA聚合酶已成功地应用于PCR技术 。 一些嗜极菌极端酶的应用见下表：,Contents of chapter 8,1、酶在医药方面的应用,2、酶在食品方

6、面的应用,3、酶在轻工、化工方面的应用,4、酶在环境保护中的应用,Go,Go,Go,Go,5、酶在生物技术方面的应用,Go,8.1 酶在医药方面的应用,用酶进行疾病的诊断 用酶进行疾病的治疗 用酶制造各种药物,一、酶在疾病诊断方面的应用 酶学诊断是通过酶的催化作用测定体内某些物质的含量变化了，或者通过体内原有酶活力的变化情况进行疾病诊断的方法。 酶学诊断可靠、简便又快捷。 (1)、通过酶活力变化进行疾病诊断 (2)、用酶测定物质的量的变化进行疾病诊断,1、通过酶活力变化进行疾病诊断,2用酶测定体液中某些物质的量诊断疾病 酶具有专一性强、催化效率高等特点，可以利用酶来测定体液中某些物质的含量，从

7、而诊断某些疾病。 例如：利用葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的联合作用，检测血液或尿液中葡萄糖的含量，从而作为糖尿病临床诊断的依据，这两种酶都可以固定化后制成酶试纸或酶电极，从而十分方便地用于临床检测。 利用尿酸酶测定血液中尿酸的含量，从而诊断痛风病。固定化尿酸酶巳在临床诊断中使用。 利用胆碱酯酶或胆固醇氧化酶测定血液中胆固醇的含量，从而诊断心血管疾病和高血压等这两种酶都经固定化制成酶电极使用。,用酶测定物质的量的变化进行疾病诊断,PKU苯丙酮尿症 脑发育受阻，严重脑力呆滞，智商 050,苯丙氨酸代谢途径关系到三种遗传病,苯丙酮尿症(PKU) PKU临床表现为智力低下、癫痫、精神情绪异常等症状，患者主

8、要是新生儿。全球大约每10000人中就有1名患者。中国PKU患者已经达到约四万人，每年新增患儿2000多人。河北省自2006-2008年三年筛查了新生儿1530000例，其中有604人确诊为PKU患者，发病率高达1/2500。,苯丙酮尿症(PKU)的检测 发病机理：由于肝脏苯丙氨酸羟化酶缺乏或活性减低而导致苯丙氨酸代谢障碍的一种遗传性疾病。 在苯丙氨酸解氨酶（PAL)作用下检测血液中的苯丙氨酸的含量。,1、酶在医药方面的应用 苯丙酮尿症(PKU)的防治,体检表中有关酶的选项,二、酶在疾病治疗方面的应用,酶作为药物可以治疗多种疾病。而且具有疗效显著，副作用小的特点。应用日益广泛。 1蛋白酶 ：

9、蛋白酶可用于治疗多种疾病，是在临床上使用最早，最广的药用酶之一。 蛋白酶可作为消化剂，用于治疗消化不良和食欲不振。使用时往往与淀粉酶，脂肪酶等制成复合制剂，以增加疗效。作为消化剂使用时，蛋白酶一般制成片剂，以口服方式给药 蛋白酶可作为消炎剂，治疗各种炎症有很好的疗效。蛋白酶之所以有消炎作用，是由于它能分解一些蛋白质和多肽，使炎症部位的坏死组织溶解，增加组织的通透性，抑制浮肿，促进病灶附近组织积液的排出井抑制肉芽的形成。给药方式可以口服、局部外敷或肌肉注射等。,蛋白酶经静脉注射，可治疗高血压。这是由于蛋白酶催化运动迟缓素原及胰血管舒张素原水解部分肽段而生成运动迟缓素和胰血管舒张素，使血压下降。

10、蛋白酶注射入人体后，可能引起抗原反应。通过酶分子修饰技术，可使抗原性降低或消除。另外，蛋白酶在使用时还可能产生某些局部过敏反应，要引起注意。 目前临床上使用的蛋白酶大部分来自动物和植物酶，胃蛋白酶和菠萝蛋白酶等,2溶菌酶 溶苗酶也是一种应用广泛的药用酶，具有抗菌、消炎、镇痛等作用 溶菌酶作用于细菌的细胞壁，可使病原菌，腐败性细菌等溶解死灭，对抗生素有耐药性的细菌同样起溶菌作用，具有显著疗效而对人体的副作用很小，是一种较为理想的药用酶，溶菌酶与抗生素联合使用，可显著提高抗生素的疗效。,溶菌酶,栓溶酶类与心血管疾病,凝血酶,健美生消化酶帮助肠胃蠕动 【产品规格】90片瓶 【食用方法】成人每日3片，

11、随主餐服用 【成分(每片含)】 1)消化蛋白质：木瓜蛋白酶50毫克、菠萝蛋白酶30毫克； 2)消化脂肪：脂肪酶30毫克； 3)消化碳水化合物/淀粉：淀粉酶50毫克； 4)消化乳制品：乳糖酶30毫克； 5)消化纤维：纤维素酶15毫克。 另含：能抑制过多胃酸的葡萄糖酸钙，能缓解反胃薄荷叶和茴香 【适用人群】 消化不良者 肠胃疾病患者 大病初愈者,消化酶类,SOD,美国医学家WF安德森等人对腺苷脱氨酶缺乏症（ADA缺乏症）的基因治疗，是世界上第一个基因治疗成功的范例。,1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩谢德尔进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先

12、天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将含有这个女孩自己的白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中，这种白血球都已经过改造，有缺陷的基因已经被健康的基因所替代。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。经治疗后，免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活。,谢德尔，1999,三、酶医药制造在方面的应用 酶在药物制造方面的应用是利用酶的催化作用将前体物质转变为药物。现已有不少药物包括一些贵重药物都是由酶法生产的。,酶在药物制造方面的应用,青霉素酰化酶与抗生素改造,青霉素酰化酶(pennicillin acylase)是在半合成抗生素的生产上有重要作用的一种酶

13、。它可催化青霉素或头孢霉素水解生成6-氨基青霉烷酸(6-APA)或7-氨基头孢霉烷酸(7-ACA)，又可催化酰基化反应，由6-APA合成新型青霉素或由7-ACA合成新型头孢霉素。其化学反应式如图所示。,-酪氨酸酶(-tyrosinase)可催化L-酪氨酸氧化，生成二羟苯丙氨酸(DOPA，多巴)。反应如下：,多巴是治疗帕金森氏(Parkinson)综合症的一种重要药物。,B,PAL酶法生产L-Phe,L-Phe生产工艺,PAL来源,8.2 酶在食品方面的应用,生物技术在食品工业中应用的代表就是酶的应用，目前已经有几十种酶成功用于食品工业。 食品加工 食品添加剂生产 改善食品风味 食品保鲜,一、酶

14、在食品保鲜方面的应用 1、食品除氧保鲜 氧气是影响食品质量的主要因素之一。氧的存在容易引起花生、奶粉、冰淇淋、奶油、饼干、油炸食品等富含油脂的食品发生氧化作用，引起油脂酸败，产生不良的味道和气味，降低营养价值，甚至产生有毒物质；氧化还会使去皮的马铃薯、苹果等水果及果汁、果酱等果蔬制品变色；氧化也会使肉类褐变。 解决氧化问题的根本方法是除氧。葡萄糖氧化酶(glucose oxidase，EC 1.1.3.4)是一种有效的除氧保鲜剂。,2、蛋类制品脱糖保鲜 蛋类制品如蛋白粉、蛋白片、全蛋粉等，由于蛋白中含有0.5O.6葡萄糖，会与蛋白质反应生成小黑点，并影响其溶解性，从而影响产品质量。 为了尽可能

15、地保持蛋类制品的色泽和溶解性，必需进行脱糖处理，将蛋白中含有的葡萄糖除去。以往多采用接种乳酸菌的方法进行蛋白的脱糖，但是处理时间较长，效果不大理想。应用葡萄糖氧化酶进行蛋白的脱糖处理，是将适量的葡萄糖氧化酶加到蛋白液或全蛋液中，采用适当的方法通进适量的氧气，通过葡萄糖氧化酶作用，使所含的葡萄糖完全氧化从而保持蛋品的色泽和溶解性。,3、食品灭菌保鲜 微生物的污染会引起食品的变质、腐败。防止微生物的污染是食品保鲜的主要任务。杀灭微生物污染的方法很多，诸如加热、添加防腐剂等，但这些方法可能引起食品品质的改变，防腐剂的添加还可能对人体健康带来某些不良的影响。如果采用溶菌酶进行食品保鲜，则不但效果好，而

16、且不存在食品安全问题。 溶菌酶(1ysozyme，EC 3.2.1.17)是一种催化细菌细胞壁中的肽多糖水解的水解酶。专一地作用于肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖之间的-1，4糖苷键，从而破坏细菌的细胞壁，使细菌溶解死亡。溶菌酶一般从蛋清中分离得到。 用溶菌酶处理食品，可以杀灭存在于食品中的细菌，以达到防腐保鲜的效果。在干酪、水产品、啤酒、清酒、鲜奶、奶粉、奶油、生面条等生产中得到广泛应用 。,二、酶在淀粉类食品生产方面的应用 含有大量淀粉或者以淀粉为主要原料加工制成的食品。 1、葡萄糖的生产 现在国内外葡萄糖的生产大都采用酶法。酶法生产葡萄糖是以淀粉为原料，先经a一淀粉酶液化成糊精，再用糖化酶催化生成葡萄糖。 在葡萄糖的生产过程中，淀粉先加水配制成30 %40的淀粉浆，pH值一般调至6.06.5，添加一定量的淀粉酶后，在8590的温度下保温45 min左右，使淀粉液化成糊精。 液化完成后，将液化淀粉液冷却至5560