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1、2010-10-211酶工程与技术酶工程与技术2010.10.21什么是酶? 生物催化剂（蛋白质） 自然界所有生命活动的分子引擎 高效、节能、环保酶的作用原理 酶分子上具有一定空间构象的部位，该部位化学基 团集中，直接参与将底物转变为产物的反应过程， 这一部位就称为酶的活性中心。 活性中心的组成：催化部位和结合部位。最适pH、温度 pH、温度稳定范围酶的性质最适pHpH稳定范围最适温度温度稳定范围最适pHpH稳定范围最适温度温度稳定范围分子量的测定方法 蛋白质电泳、分子筛酶的性质蛋白质迁移方向蛋白质迁移方向酶的动力学 米氏方程 双倒数作图法求取Km、Vmax-4-202468100.00.20
2、.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v斜率斜率=Km/Vmax-1/Km1/VmaxV=Vmax SKm + S2010-10-212 酶技术又称酶工程，其主要任务是通过预先 设计，经人工操作而获得大量所需的酶，并 利用各种方法使酶发挥其最大的催化功能， 为人类和社会服务。 酶的生产 酶的分离、提纯 酶的分子改造 酶和细胞的固定化 酶反应器的开发和应用 酶的应用性开发什么是酶技术?酶与人类生活的关系工业酶制剂成长中的市场 2007年40 亿美元 每年7.6 %的增长速度 预计2011年将达到60亿美元 全球10000名从业者工业酶制剂高附加值产业 丹麦诺维信公司* 2007
3、 年销售额 14.8 亿美元*利润 3 亿美元* 4500名员工* 人均创造价值 6.7 万美元/年2007人均GDP(万美元/年): 美国4.5；中国 0.24；平均0.8。酶的研发酶的 分子改造酶的筛选酶的生产酶的 分子改造酶的筛选酶的生产酶的应用酶的应用工业酶制剂的产业化研发平台工业酶制剂的产业化研发平台从无到有由少到多由弱到强从实验室到工厂酶的工业化发酵：生物 反应过程发酵：生物 反应过程 上游 加工过程加工过程下游成本经济学上游 加工过程加工过程下游成本经济学原料原料的生物具有 应用价值 的生物具有 应用价值目的产物大规模 工艺开发目的产物大规模 工艺开发传统诱 变、分子 生物学、
4、组学传统诱 变、分子 生物学、 组学2010-10-213酶的筛选 微生物的筛选（野生菌）筛子的选择很重要 酶基因的筛选（基因工程菌）基因的来源很重要酶的来源 人工合成 动物 植物 微生物酶的高效表达 酶的野生菌高效表达 诱变 发酵优化 酶的基因工程菌高效表达 表达体系的选择 发酵条件优化 总原则：防止酶的变性失活 低温；合适的pH；避免激烈搅拌，减少泡沫；去除重金属、微生物、蛋白酶等 发酵液酶液酶沉淀酶制 盐溶、盐析酶的提取Salting-out:Ionic strengthAmmoniumsulfateSodium sulfateA little salting-in effect溶 解
5、度酶的分子改造 化学修饰 定点突变* 根据酶的结构与功能关系* 理性改造 定向进化* 利用随机或人为的基因重排* 非理性* 筛选很重要定向进化流程 突变库的构建基因重组/洗牌进化酶基因筛选 突变库的构建： 随机突变、家族突变库（family shuffling） 基因重组方法：无引物PCR重组、交错延伸重组、 临时模板随机嵌合生长等 进化酶基因的筛选：根据进化目标建立高通量筛选 方法，筛选催化效率、稳定性、最适范围和催化专 一性得到改善的目标酶基因2010-10-214酶生产的研发流程 实验室规模： 菌种筛选发酵工艺提取工艺 放大 发酵放大提取放大 分子改造提高酶的性能化学修饰、定点突变、定向进化酶的固定化 固定化酶概念：指在一定空间内呈闭锁状态存在的酶，能连续地进行反应，反应后的酶，可以回收重复使用。 与游离酶相比：仅适用于水溶性底物；可回收利用；酶的稳定性提高，但催化效率降低。
