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1、酶工程课程教学大纲课程名称：酶工程课程类型:必修课总学时：36讲课学时：36学分： 2.5适用对象:生物工程专业先修课程：生物化学基因工程分子生物学细胞生物学微生物学一、课程性质、目的和任务酶工程是研究生物催化剂在工程中的应用的一门科学，是理论与实际应用的一门桥梁学科。它在研究酶的发酵生产、分离纯化和分子工程修饰的基础上着重探讨酶做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，旨在通过酶的动力学特性分析、酶反应器的设计，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，势必对工业生产的发展模式、发展形态产生深远的影响；
2、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、教学基本要求通过本课程的教学，要使学生系统地掌握酶的生产与应用的技术过程, 即通过人工操作, 获得人们所需的酶并通过各种方法使酶发挥其功能, 包括酶的生物合成模式、酶的分离纯化过程、酶分子修饰方法学及应用、酶的固定化技术与在工业中的应用、非水相体系中酶催化的研究、酶反应器的设计与应用等。三、教学内容及要求教学内容教学要求一、绪论酶的基本内容： 酶的基本概念， 酶催化作用特点， 影响酶催化作用了解酶的基本内容；的因素，酶的分类与命名，酶的活力测定；熟悉酶的生产方法：化酶的生产方法：化学，提取与生物合成；
3、学，提取与生物合成；酶工程发展概况： 100 多年的发展，从对酶的认识到酶与载体固定掌握酶工程发展概况化到非水相酶催化应用二、微生物发酵产酶了解操纵子调节等酶蛋酶生物合成的基本理论：操纵子调节等酶蛋白生物合成理论；白生物合成理论，酶发酶发酵生产常用的微生物： 包括细菌、 霉菌、 酵母等微生物在酶发酵生产常用的微生物；酵生产中的应用及产品介绍；熟悉发酵工艺条件及控发酵工艺条件及控制： 细胞扩培， 培养基知识， 发酵产酶工艺的控制，固定化细胞发酵产制（包括 pH、温度、溶解氧等） ，促进产酶的条件；酶，固定化原生质体发酶发酵动力学： 四种酶生物合成模式内涵与特征，细胞生长动力学酵产酶：工艺特征，操
4、分析，产酶动力学分析；作条件等；固定化细胞发酵产酶： 工艺特征， 操作条件及相应的固定化细胞生掌握酶发酵动力学：四长与产酶动力学分析；种酶生物合成模式内涵固定化原生质体发酵产酶：工艺特征，操作条件等与特征，细胞生长动力学分析，产酶动力学分析三、动植物细胞培养产酶了解植物细胞特点，动植物细胞培养产酶： 植物细胞特点， 植物细胞培养条件， 植物细胞物细胞特点；熟悉动植培养工艺（包括流程、培养基配制、产酶过程等）；物细胞培养条件，动物动物细胞培养产酶： 动物细胞特点， 动物细胞培养条件， 动物细胞细胞培养条件；掌握动培养工艺（包括流程、培养基配制、产酶过程等）植物细胞培养工艺（包括流程、培养基配制、
5、产酶过程等）四、酶的提取与分离纯化（详参考生物分离工包括细胞破碎，酶的提取，离心分离，过滤分离，沉淀分离，层析程）分离，电泳分离，酶的结晶与酶产品的浓缩与干燥等一系列过程五、酶分子修饰金属离子置换修饰：修饰的方法，修饰对酶性能改变的作用；大分子结合修饰：结合修饰的方法，修饰的作用；酶分子侧链基团修饰：对典型侧链基团氨基、羧基、巯基、胍基酚了解修饰方法的类别；基等的修饰剂选择与修饰方法；熟悉修饰的方法的作用肽链有限水解修饰：水解修饰的作用与原理；与原理；核苷酸链剪切修饰：剪切修饰的作用与原理；掌握各类修饰方法的操氨基酸置换修饰：蛋白质工程技术的应用过程（如定点突变），置作过程、反应式及作用换修饰
6、的作用；核苷酸置换修饰；酶分子的物理修饰；酶分子修饰的应用：在酶学研究、医药、工业、核酸类酶改造等方面的作用原理与应用实例六、酶、细胞与原生质固定化了解固定化依据分类，酶固定化：固定化依据分类的方法，包括吸附、包埋、结合、交联原生质体固定化；等方法的原理及过程； 酶固定前后特性的改变及原理；固定化酶的熟悉酶固定化，细胞固应用（如工业生产、酶传感器等）；定化，固定化酶的应用细胞固定化： 细胞固定化方法； 微生物细胞固定的特点及应用；植（如工业生产、酶传感物细胞固定的特点及应用；动物细胞固定的特点及应用器等）；掌握方法，包括原生质体固定化：原生质体的制备，原生质体固定化的特别要求吸附、包埋、结合、
7、交联等方法的原理及过程；酶固定前后特性的改变及原理七、酶的非水相催化了解酶非水相催化的研酶非水相催化的研究概况： 非水相体系类别， 非水相体系中酶催化究概况，有机介质中酶原理；催化的应用；有机介质中水和有机溶液剂对酶催化反应的影响：有机介质体系的熟悉：有机介质体系的组成（包括微水体系， 与水溶性有机介质均一体系，正反胶束体系） ； 组成，酶在有机介质中水对有机介质中酶催化的影响（结构影响， 水活度表征与含水量的催化特性的改变及原表征比较）；有机溶剂对有机介质中酶催化影响（对结构与功能因（底物专一性改变，影响，对酶活性中心影响，对底产物分配影响）；对映体选择性、区域选酶在有机介质中的催化特性：底
8、物专一性改变， 对映体选择性、 区择性、键选择性，热稳域选择性、键选择性，热稳定性改变，pH 特性等的原理与表达方定性改变， pH 特性等），法；有机介质中酶催化反应有机介质中酶催化反应的条件及其控制：有机介质中酶催化反应类的条件及其控制；型（合成、转移、醇解、氨解、氧化还原等）；条件控制（酶选择、掌握有机介质中水和有底物选择与浓度控制、有机溶剂选择、水含量控制、温度控制、pH机溶液剂对酶催化反应值控制等）；的影响有机介质中酶催化的应用：手性药物拆分， 高分子聚合物制备，生物柴油生产原理与意义等八、酶反应器了解酶反应器的基本类酶反应器的类型：搅拌罐式反应器（BSTR， CSTR），填充床式反应
9、型，酶反应器的选择的器（ PCR），流化床式反应器 （ FBR），鼓泡式反应器， 膜反应器（ MBR） 依据；代表的反应器类型及操作特点；熟悉酶反应器的操作条酶反应器的选择： 选择的依据 （酶形式、 反应动力学、 底产物特性）； 件确认与调控；酶反应器的设计：热量衡算，物料衡算（动力学参数确定、底物用掌握搅拌罐式反应器量、反应液总体积、酶用量、反应器数目）及相关概念（产物转化（ BSTR，CSTR），填充床率、反应器生产强度 Qp 等）；式反应器（ PCR），流化酶反应器的操作：操作条件确认与调控（温度、pH值、底物浓度、床式反应器（ FBR），鼓酶浓度、搅拌速率与流动速度等） ；反应器操作注
10、意事项泡式反应器，膜反应器（ MBR）代表的反应器类型及操作特点九、酶的应用了解酶在食品方面的应酶在医药方面的应用：疾病诊断、疾病治疗、药物制备等方面；用，酶在生物技术领域酶在食品方面的应用：食品保鲜、食品生产、添加剂生产；的应用；酶在轻工、化工方面的应用：原材料处理、产品制造等；熟悉酶在医药方面的应酶在环境保护方面的应用：环境监测、 废水处理、 可降解材料开发；用，酶在轻工、化工方酶在生物技术领域的应用：大分子切割、 分子拼接为代表的基因工面的应用；程中的应用掌握酶在环境保护方面的应用：环境监测、废水处理、可降解材料开发四、课程的重点和难点第一章绪论重点：酶的基本概念研究历史和酶工程应用与发
11、展情况。第二章微生物发酵产酶重点：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。第三章动植物细胞培养产酶重点：动植物细胞培养特性 动植物细胞培养条件第四章酶的分离纯化 ( 略 )第五章酶分子修饰重点：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。第六章酶、细胞与原生质体固定化重点：酶的固定化方法分类、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酶传感器的结构、原理与应用。第七章酶的非水相催化重点： 有机介质中酶催化原理、特性有机介质催化影响因素与过
12、程 有机介质中酶特性的改变及表达式，表征参数等。难点： 有机介质中水对酶催化的影响有机介质中有机溶剂对酶催化的影响 有机介质中酶催化反应条件及其控制。第八章酶反应器重点：酶反应器的类型及相关特点。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。第九章酶的应用重点：酶在轻工、食品、医药、环境检测等方面的应用。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标免疫检测。五、实践环节独立开课。 在生化基础实验和生化专业实验中安排数个与酶工程教学要求相对应的酶学实验，加强学生对酶学特性、酶的应用的具体认识，深刻领会酶的相关概念，酶的应用工艺过程所要达到的要求，从而掌握酶工程的理论知识和操作技能。六、参考性教学时间安排教学内容授课学时一、绪论2
