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1、酶工程教学大纲 课程名称：酶工程适用专业：2016级生物工程（专升本函授）、微生物技术及应用（专科 函授）辅导教材：酶工程（第三版）郭勇编著 科学出版社一、本课程的地位、任务和作用酶工程是研究生物催化剂在工程中应用的一门学科，是现代生物技术的重要组成部分，它与生物工程、细胞工程、发酵工程密切相关不可分割。近代科学把发展酶工程作为现代阶段生物技术的战略重点。本课程的目的是使学生了解酶工程发展概况及新进展，掌握酶的生产、提取、纯化、修饰及固定化技术，了解酶工程的新理论、新技术，酶反应器的特性和发展方向，掌握酶反应器的设计、操作及应用，扩大学生对酶应用技术的知识面。它在研究酶的发酵生产、分离纯化和分
2、子工程修饰的基础上着重探讨酶作为一种高效的工业生物催化剂在工程上如何实际应用的问题以及酶作为一种高效的生物大分子在基因工程中应用问题，使酶能够在工业上发挥其独特、重要的作用。酶作为一种主要的工业催化剂，势必对工业发展的生产模式、发展形态产生深远的影响；酶工程的研究内容向分子水平的拓展，也势必对基因工程等生命前沿学科的发展产生不可估量的影响。二、本课程的相关课程本课程是生物技术、生物工程、食品科学与工程专业的一门专业课，要求学生已掌握酶学基本知识，酶制剂工艺学，微生物学，生物化学，化工原理等课程。三、本课程的基本内容及要求第一篇 酶学基础理论第1章 酶学与酶工程教学要求：重点：酶的基本概念及特征
3、。酶的发展及其主要成就。酶分类与命名。教学内容：酶及酶工程的概念、发展及应用前景：酶与酶工程研究的重要意义；酶学研究简史；酶工程简介。第2章 酶的生物学特征教学要求：重点：酶催化作用的机制，酶催化的化学本质，酶活力的测定。难点：酶催化的化学本质教学内容：酶的命名、分类、组成、结构特点和作用机制；酶催化的化学本质；酶活力的分析。第3章 酶反应动力学教学要求：重点：酶促反应动力学；酶的抑制作用难点：抑制剂对酶反应速度的影响教学内容：单底物动力学：米氏方程推导，米氏方程的意义，Km和Vm的求取。多底物反应动力学：反应机制的分类及反应机制的鉴别。温度、pH、抑制剂、激活剂对反应速度的影响。第二篇 酶的
4、生产与分离纯化第1章 微生物发酵产酶教学要求：重点：酶发酵工艺条件及控制。酶发酵动力学。难点：酶生物合成模式。产酶动力学。教学内容：2.1酶生物合成的基本理论RNA的生物合成转录，蛋白质的生物合成翻译，酶生物合成的调节。2.2酶发酵生产常用微生物微生物发酵产酶必需的条件，酶生产中常用微生物。2.3酶发酵工艺条件及控制蛋白酶、淀粉酶等生产过程中微生物细胞活化与扩大培养，培养基，PH和温度的调节与控制，溶解氧的调节与控制，提高酶产量的措施。2.4酶发酵动力学酶生物合成的模式，细胞生长动力学，产酶动力学。第2章 动、植物细胞培养产酶教学要求：重点：动、植物细胞发酵的特点。动、植物细胞发酵产酶的工艺条
5、件及控制。教学内容：2.1动物细胞培养产酶动物细胞特点2.2植物细胞培养产酶植物细胞特点，植物细胞发酵的特点，植物细胞发酵产酶的工艺过程、工艺条件控制。第3章 酶的提取与分离纯化教学要求：重点：酶分离纯化的各种方法、原理。难点： 层析分离的分类、原理、操作方法。电泳分离的分类、原理。教学内容：3.1 细胞破碎细胞破碎方法选择的原则，机械破碎法，物理破碎法，化学破碎法、酶解破碎法。3.2酶的提取媒体区的主要方法，酶提取过程的注意事项。3.3沉淀分离盐析沉淀法，有机溶剂沉淀法，复合沉淀法。3.4离心分离离心机的种类与用途，离心方法的选择，离心条件的确定。3.5过滤与膜分离粗滤原理与分类，膜分离技术
6、。3.6层析分离吸附层析，离子交换层析，凝胶层析，亲和层析。3.7电泳分离电泳分离的基本知识，凝胶电泳种类、原理及操作，等电聚焦电泳。3.8酶的浓缩、结晶与干燥结晶、浓缩和干燥的原理及方法。第4章 酶分子修饰教学要求：重点：大分子结合修饰的原理、方法及作用。酶蛋白侧链基团修饰的原理、方法及作用。难点：氨基酸置换修饰中的蛋白质工程。大分子结合修饰、酶蛋白侧链修饰的方程式。核苷酸置换修饰教学内容：4.1 酶分子修饰4.2 大分子结合修饰4.3 酶分子侧链基团修饰4.4 肽链有限水解修饰4.5 核苷酸链剪切修饰4.6 氨基酸置换修饰4.7 核苷酸置换修饰4.8 酶分子物理修饰4.9 酶分子修饰的应用
7、第三篇 酶的工业化应用第1章 固定化酶与固定化细胞教学要求：重点： 酶、细胞的固定化方法分类、原理。固定化酶的性质改变。难点：酶的结合法固定化类别与相关反应方程式。生物传感器的结构、原理与应用。教学内容：1.1 酶和菌体固定化固定化的方法：吸附法、包埋法、结合法、交联法，固定化酶的性质及应用。1.2 微生物、植物和动物细胞的固定化细胞固定化的方法，固定化细胞的应用。1.3 原生质体固定化原生质体的制备，原生质体固定化，固定化原生质体的特点及应用。1.4 生物传感器生物传感器的原理，生物传感器的分类：酶传感器、微生物传感器、组织传感器、免疫传感器。第2章 酶反应器教学要求：重点：酶反应器的类型及
8、相关特点。酶反应器设计原理、相关参数。难点：BSTR、CSTR、PFR、FBR的概念及各自代表的意义。酶反应器设计中反应动力学的推导。教学内容：2.1 酶反应器的特点及类型游离酶反应器，固定化酶反应器。2.2 酶反应器的选择根据应用形式、动力学特性、底物或产物的性质选择。2.3 酶反应器的设计酶反应器的选型，酶反应器的设计。2.4 酶反应器的操作酶反应器的操作条件的确定及其控制，酶反应器的操作注意事项。第3章 酶的非水相催化教学要求：重点：酶在有机介质中的催化特点。酶在有机介质中的催化条件及控制。难点：有机介质体系的极性对酶结构、功能及催化特性的影响。教学内容：3.1 酶非水相催化的研究概念
9、3.2 有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响 有机介质反应体系，水、有机溶剂对有机介质中酶催化的影响。 3.3酶在有机介质中的催化特性 底物的专一性，键、区域、对映体的选择性，热稳定性，pH值特性。 3.4 有机介质中酶催化的条件及控制 催化反应的类型，酶的选择，底物的选择及浓度控制，有机溶剂的选择，温度、pH、水含量的控制。 3.5 有机介质中酶催化的应用 手性药物的拆分，高分子聚合物的制备，导电、发光有机聚合物的合成，食品添加剂的生产，多肽的合成等。第四章 酶的应用教学要求：重点：酶在轻工、食品、医药、分析检测等方面的应用。难点：酶作为一种工业生物催化剂在生产中运用原理及过程。酶在大分
10、子切割、连接方面的应用。教学内容：4.1 酶在医药方面的应用酶进行疾病的诊断，酶治疗各种疾病，酶制造各种药物。4.2 酶在食品、轻工方面的应用食品保鲜、食品生产、食品添加剂、蛋白质制品加工、果蔬加工中的应用。4.3 酶在轻工、化工方面的应用酶进行原料预处理、酶生产各种产品、酶增强产品使用效果。4.4 酶在环境保护方面的应用酶在环境监测、废水处理和生物降解材料开发方面的应用。4.5 酶在分析检测方面的应用酶在去除细胞壁方面的应用，酶在大分子切割、连接方面的应用补充说明：教学方式与考核方式教学方式：面授辅导、平时作业考核方式：考勤、作业和考试酶工程复习重点一、酶的基本概念及特性1、酶活力单位的定义2、比活力的定义3、酶活与相对酶活的关系二、酶的生物学特性 1、酶的催化机制及特点 2、酶催化的化学本质3、酶的活力测定三、酶反应动力学1、酶促反应动力学 米氏方程2、酶的抑制作用四、酶的生产与分离纯化1、酶发酵的工艺条件及控制 2、酶分离纯化的各种方法及原理3、酶的修饰的原理4、酶定向进化的特点五、酶的工业化应用1、酶、细胞固定化的方法2、酶反应器的种类与特点3、酶的非水相催化特点4、酶的应用 医药、食品、轻工化工、环保、分析检测等6
