第八章-酶的应用.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Chapter 8 The application of enzyme,酶的应用,制作：崔建东,cjd007cn,“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，超氧化物岐化酶等,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、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,Contents of chapter 8,1、酶在医药方面的应用,2、酶在食品方面的应用,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,第八章 酶的应用,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,体检表中有关酶的选项,酶,测定的物质,用 途,葡萄糖氧化酶,葡萄糖,测定血糖、尿糖，诊断糖尿病,葡萄糖氧化酶+过氧化物酶,葡萄糖,测定血糖、尿糖，诊断糖尿病,尿素酶,尿素,测定血液、尿液中尿素的量，,诊断肝脏、肾脏病变,谷氨酰胺酶,谷氨酰胺,测定脑脊液中谷氨酰胺的量，,诊断肝昏迷、肝硬化,胆固醇氧化酶,胆固醇,测定胆固醇含量，诊断高血脂等,DNA聚合酶,基因,通过基因扩增，基因测序，,诊断基因变异、检测癌基因,第八章 酶的应用,1、酶在医药方面的应用,1）、酶在疾病诊断方面的应用,苯丙酮尿症(PKU)的检测,PKU临床表现为智力低下、癫痫、精神情绪异常等症状，患者主要是新生儿。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,。,第八章 酶的应用,1、酶在医药方面的应用,1）、酶在疾病诊断方面的应用,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。,第八章 酶的应用,1、酶在医药方面的应用,苯丙酮尿症(PKU)的防治,第八章 酶的应用,1、酶在医药方面的应用,1）、酶在疾病诊断方面的应用,苯丙酮尿症(PKU)的检测,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。,第八章 酶的应用,1、酶在医药方面的应用,2）、酶在疾病治疗方面的应用,酶 名,来 源,用 途,淀粉酶,胰脏、麦芽、微生物,治疗消化不良，食欲不振,蛋白酶,胰脏、胃、植物、微生物,治疗消化不良，食欲不振，消炎，消肿，除去坏死组织，促进创伤愈合，降低血压,脂肪酶,胰脏、微生物,治疗消化不良，食欲不振,纤维素酶,霉菌,治疗消化不良，食欲不振,溶菌酶,蛋清、细菌,治疗各种细菌性和病毒性疾病,尿激酶,人尿,治疗心肌梗塞，结膜下出血，黄斑部出血,链激酶,链球菌,治疗血栓性静脉炎，咳痰，血肿，下出血，骨折,青霉素酶,蜡状芽孢杆菌,治疗青霉素引起的变态反应,L-天冬酰胺酶,大肠杆菌,治疗白血病,超氧化物歧化酶,微生物，植物，动物,预防辐射损伤，治疗红斑狼疮，皮肌炎，结肠炎,凝血酶,动物，蛇，细菌，酵母等,治疗各种出血病,胶原酶,细菌,分解胶原，消炎，化脓，脱痂，治疗溃疡,右旋糖酐酶,微生物,预防龋齿,胆碱酯酶,细菌,治疗皮肤病，支气管炎，气喘,溶纤酶,蚯蚓,溶血栓,弹性蛋白酶,胰脏,治疗动脉硬化，降血脂,核糖核酸酶,胰脏,抗感染，祛痰，治肝癌,尿酸酶,牛肾,治疗痛风,酪氨酸酶治疗白斑病,L-天冬酰胺酶治疗白血病,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，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,W,F,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,第八章 酶的应用,1、酶在医药方面的应用,3）、酶医药制造在方面的应用,酶,主要来源,用途,青霉素酰化酶,微生物,制造半合成青霉素和头孢菌素,11-羟化酶,霉菌,制造氢化可的松,L-酪氨酸转氨酶,细菌,制造多巴（L-二羟苯丙氨酸）,-酪氨酸酶,植物,制造多巴,-甘露糖苷酶,链霉菌,制造高效链霉素,核苷磷酸化酶,微生物,生产阿拉伯糖腺嘌呤核苷（阿糖腺苷）,酰基氨基酸水解酶,微生物,生产L-氨基酸,5-磷酸二酯酶,桔青霉等微生物,生产各种核苷酸,多核苷酸磷酸化酶,微生物,生产聚肌胞，聚肌苷酸,无色杆菌蛋白酶,细菌,由猪胰岛素（Ala-30）转变为人胰岛素（Thr-30）,核糖核酸酶,微生物,生产核苷酸,蛋白酶,动物、植物、微生物,生产L-氨基酸,-葡萄糖苷酶,黑曲霉等微生物,生产人参皂甙-Rh,2,青霉素酰化酶与抗生素改造,B,PAL酶法生产L-Phe,糖尿病,肥胖病患者,氨基酸失衡,肿瘤患者,老人,妇女美容美发,L-苯丙氨酸,阿斯巴甜,氨基酸复合试剂,抗肿瘤药物,皮肤增白保湿,染发护发,2000,2005,1990,1997,1984,year,1998,2002,2005,y ear,L-Phe生产工艺,生产方法,蛋白质,水解法,化学合成法,微生物发酵法,酶法,优点,缺点,工艺简单,产量极低,提取容易,原料价格高,收率低，,工艺烦琐,可利用廉价原料,产物浓度低，,生产周期长,工艺简便，,产物浓度、转化高,酶活稳定性差,解氨酶基因工程菌,种子培养,发酵培养菌体,生物转化,肉桂酸,氨水,提取分离得到苯丙氨酸,PAL来源,Digest with EcoRI and BamHI,Recovery tac,Digest with EcoRI,BamHI，SalI and PstI,Obtain pal gene with PCR,Digest with SalI and PstI,第八章 酶的应用,2、酶在食品方面的应用,1）、酶在食品工业方面的应用,酶 名,来 源,主 要 用 途,淀粉酶,枯草杆菌、米曲霉、黑曲霉,淀粉液化，制造糊精、葡萄糖、饴糖、果葡糖浆，,淀粉酶,麦芽、巨大芽孢杆菌、,多粘芽孢杆菌,制造麦芽，啤酒酿造,糖化酶,根霉、黑曲霉、红曲霉、,内孢霉,淀粉糖化，制造葡萄糖、果葡糖,异淀粉酶,气杆菌、假单胞杆菌,制造直链淀粉、麦芽糖,蛋白酶,胰脏、木瓜、枯草杆菌、霉菌,啤酒澄清，水解蛋白、多肽、氨基酸,右旋糖酐酶,霉菌,糖果生产,果胶酶,霉菌,果汁、果酒的澄清,葡萄糖异构酶,放线菌、细菌,制造果葡糖、果糖,葡萄糖氧化酶,黑曲霉、青霉,蛋白加工、食品保鲜,柑苷酶,黑曲霉,水果加工，去除桔汁苦味,橙皮苷酶,黑曲霉,防止柑桔罐头及桔汁出现浑浊,氨基酰化酶,霉菌、细菌,由DL,氨基酸生产L,氨基酸,天冬氨酸酶,大肠杆菌、假单胞杆菌,由反丁烯二酸制造天冬氨酸,磷酸二酯酶,桔青霉、米曲霉,降解RNA，生产单核苷酸用作食品增味剂,色氨酸合成酶,细菌,生产色氨酸,核苷磷酸化酶,酵母,生产ATP,纤维素酶,木霉、青霉,生产葡萄糖,溶菌酶,蛋清，微生物,食品杀菌保鲜,淀粉酶类与淀粉糖业,果汁生产与果胶酶,乳制品与凝乳酶,果胶酶可以软化果肉组织中的果胶质，使葡萄汁的黏度下降，原来存在于葡萄汁中的固形物失去依托而沉降下来，以增强澄清效果，同时也可加快过滤速度，提高出汁率。,利用蛋白酶进行啤酒澄清,糖化酶,水解酶进行糊化,第八章 酶的应用,3、酶在轻工化工方面的应用,用酶进行原料处理。,用酶生产各种轻工、化工产品。,用酶增强产品的使用效果。,第八章 酶的应用,3、酶在轻工化工方面的应用,1）、酶在原料处理方面的应用,(1)发酵原料的处理：淀粉酶、糖化酶等,(2)纺织原料的处理：蛋白酶在羊毛纤维减量中起作用。,(3)制浆、造纸原料的处理：纤维素酶、木聚糖酶,(4)生丝的脱胶处理：蛋白酶用于生丝脱胶与丝织物水洗整理。,第八章 酶的应用,3、酶在轻工化工方面的应用,1）、酶在原料处理方面的应用,(5)羊毛的除垢处理：蛋白酶,(6)皮革的脱毛处理：蛋白酶和纤维素酶,(7)烟草原料的处理：,酚氧化酶处理烟草以降低多酚含量,(8)甜菜糖蜜的处理：糖化酶,生物抛光是一种用纤维素酶改善纤维素纤维制品表面的整理工艺,以达到持久的抗起毛起球并增加织物的光洁度和柔软度,酶水解了毛根部的毛囊蛋白而使毛松动,脱落,。蛋白酶分解皮纤维间质中的可溶性蛋白质，使皮纤维进一步松散,软化,。,加速蛋白质的分解,染色温度降低,皮革脱毛与软化,加酶洗涤剂,生丝脱胶与羊毛染色,蛋白酶,回本章目录,第八章 酶的应用,3、酶在轻工化工方面的应用,2)、酶在轻工、化工产品制造方面的应用,利用酶的催化作用可将原料转变为所需的轻工、化工产品，也可利用酶的催化作用除去某些不需要的物质而得到所需的产品。,第八章 酶的应用,3、酶在轻工化工方面的应用,2)、酶在轻工、化工产品制造方面的应用,(1)酶法生产L氨基酸：,利用酶或固定化酶的催化作用，可以将各种底物转化为L氨基酸，或将DL-氨基酸拆分而生产L氨基酸。,(2)酶法生产有机酸：,各种有机酸是一类有重要应用价值的轻工、化工产品。通过酶的催化作用可以生产各种有机酸。,乙酰-DL Ala L Ala+乙酸,乙酰-D Ala,Aminoacylase,氨 基 酰 化 酶,泵,储,罐,反应产物,离心机,消旋反应器,固定化酶柱子,晶体 L-Ala,L-Ala A-D-Ala,A-L-Ala,A-D-Ala,酶制剂在国外饲料工业中得到不断应用，不仅提高了饲料原料的转化率，也促进了对饲料的消化。,植酸酶Bio-Feed Phytase(Ronozyme P)主要用于提高植酸磷的消化率，并相应改善钙和其它矿物元素的利用率。,大大降低了动物粪便中磷的排放量，有益环保。,第八章 酶的应用,（3）酶法制造化工原料：,化工原料的生产通常采用化学合成法，需要在高温高压的条件下进行反应。对设备的要求高，投资大，甚至造成环境污染。如果采用酶催化，则由于酶具有作用条件温和等显著特点，所以可以在常温常压的条件下生产许多化工原料，从而减少设备投资，降低生产成本。例如，腈水合酶可以催化腈类化合物加水，合成丙烯酰胺，烟酰胺，5-腈基苯戊胺等重要的化工原料。,第八章 酶的应用,（3）酶法制造化工原料：,加酶增强产品的使用效果,在某些轻工产品中添加一定量的酶，可以显著地增强产品的使用效果。如：,(1)加酶洗涤剂,(2)加酶牙膏、牙粉和漱口水,(3)加酶饲料,(4)加酶护肤用品,第八章 酶的应用,4.酶在环境保护方面的应用,1）、酶在环境监测方面的应用：,(1)利用胆碱酯酶检测有机磷农药污染：,(2)利用乳酸脱氢酶的同工酶监测重金属污染：,(3)通过-葡聚糖苷酸酶监测大肠杆菌污染：,(4)利用亚硝酸还原酶检测水中亚硝酸盐浓度：,第八章 酶的应用,4.酶在环境保护方面的应用,2）、酶在废水处理方面的应用：,不同的废水，含有各种不同的物质，要根据所含物质的不同，采用不同的酶进行处理。,有的废水中含有淀粉、蛋白质、脂肪等各种有机物质，可以在有氧和无氧的条件下用微生物处理，也可以通过固定化淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等进行处理。,冶金工业产生的含酚废水，可以采用固定化酚氧化酶进行处理。,第八章 酶的应用,4.酶在环境保护方面的应用,含有硝酸盐、亚硝酸盐的地下水或废水，可以采用固定化硝酸还原酶、亚硝酸还原酶和氧化一氮还原酶进行处理。使硝酸根、亚硝酸根逐步还原，最终成为氮气。,第八章 酶的应用,4.酶在环境保护方面的应用,3）、酶在可生物降解材料开发方面的应用：,利用酶在有机介质中的催化作用合成的可生物降解材料主要有：利用脂肪酶的有机介质催化合成聚酯类物质、聚糖酯类物质；利用蛋白酶或脂肪酶合成多肽类或聚酰胺类物质等。,在脂肪酶催化下，己二酸（或癸二酸）与蔗糖在己烷溶液中进行酯化反应，能够生成,聚糖酯高聚物,：,回本章目录,第八章 酶的应用,5.酶在生物技术方面的应用,主要包括：酶在除去细胞壁方面的应用，酶在大分子切割方面的应用以及酶在大分子连接方面的应用。,第八章 酶的应用,1）、酶在除去细胞壁方面的应用,在生物工程方面，很多时候都需要除去细胞壁。,(1)胞内物质的提取,(2)原生质体的制备,第八章 酶的应用,1）、酶在除去细胞壁方面的应用,(1)胞内物质的提取,溶壁酶能分解真菌细胞壁的多糖。导致破壁,第八章 酶的应用,1）、酶在除去细胞壁方面的应用,(2)原生质体的制备,微生物原生质体融合是通过两个遗传性状不同的亲株原生质体融合而达到杂交目的，双亲本原生质体在促融剂作用下相互接触，融合成一个细胞，然后核融合，最终强制性地将双亲基因组融合、DNA交换、重组并产生新性状。,第八章 酶的应用,1）、酶在除去细胞壁方面的应用,(2)原生质体的制备,原生质体制备,原生质体融合,原生质体再生,融合子筛选,第八章 酶的应用,1）、酶在除去细胞壁方面的应用,(2)原生质体的制备,现代基因工程的创始人,P,伯格,（美国,1926）在1960年以敏锐的科学预见力提出一个大胆的设想：是否可以创造出一种人工方法，把外界的遗传基因引入动物体内，以达到改变遗传性状和治疗某些疾病的需要呢？1972年，伯格把两种病毒的DNA用同一种,限制性内切酶,切割后，再用,DNA连接酶,把这两种DNA分子连接起来，于是产生了一种新的重组DNA分子，首次实现两种不同生物的DNA体外连接，获得了第一批重组DNA分子，这标志着基因工程技术的诞生。伯格因此获得了1980年诺贝尔化学奖。,第八章 酶的应用,2、酶在大分子切割方面的应用,(1)限制性核酸内切酶,限制性核酸内切酶是一类在特定的位点上，催化双链DNA水解的磷酸二酯酶。,至今为止已发现的核酸内切酶有300多种，已成为基因工程中必不可缺的常用工具酶。,限制性核酸内切酶具有高度的专一性。表现在它能够识别双链DNA中的某段碱基的排列顺序，并且只能在某个特定位点上将DNA分子切开。,一些限制性核酸内切酶的来源与作用位点,酶,识别序列与作用位点53,来 源,Alu,AG,CT,Arthrobacter luteus,Ava,C,PyCGPuG,Anabaena vayiabilis,BamH,G,GATCC,Bacillus amyloliquefaciens,Bgl,A,GATCT,Bacillu globigii,Eco R,G,AATTC,Escherichia coli Rye13,Hae,G,GCC,Hacmophilus aegyptius,Hind,A,AGCTT,Haemophilus influenzae,Hpa,GTT,AAC,Hacmophilus parainfluenzae,Kpn,GGTAC,C,Klebsiella pneumoniae,Pst,CTGCA,G,Providencia stuartii,Sal,G,TCGAC,Streptomyces albus,Sma,CCC,GGG,Serratia marcens,Xba,T,CTAGA,Xanthomonas badrii,Xho,C,TCGAG,Xanthomonas holicola,回本章目录,第八章 酶的应用,2、酶在大分子切割方面的应用,2）、DNA外切核酸酶:,这是一类从脱氧核糖核酸（DNA）分子末端开始逐个除去末端核苷酸的酶。这些酶中有些可以从DNA链的5末端开始作用，有些从3末端开始作用，有些则可同时作用于5末端和3末端。,第八章 酶的应用,2、酶在大分子切割方面的应用,3)碱性磷酸酶,碱性磷酸酶可以除去DNA或RNA链中的5磷酸。在基因工程中主要用在为防止质粒DNA的自我环化而除去5磷酸，或在用32 P对DNA或RNA进行5末端标记之前除去5磷酸。,第八章 酶的应用,3、酶在分子拼接方面的应用,许多酶都具有分子拼接能力，能将两个或多个分子连接在一起而合成较大的分子。这些酶类在生物体内是至关重要的，它们催化各种各样的生物合成反应。,第八章 酶的应用,3、酶在分子拼接方面的应用,(1)DNA连接酶,DNA连接酶是1967年发现的能使双链DNA的缺口封闭的酶。它催化DNA片断的5磷酸基与另一DNA片断的3OH生成磷酸二酯键。在基因工程中，主要采用的是T4DNA连接酶，该酶是基因工程中常用的工具酶。,第八章 酶的应用,3、酶在分子拼接方面的应用,2)DNA聚合酶,DNA聚合酶是一类催化DNA复制和修复DNA分子损伤的酶。主要包括大肠杆菌DNA聚合酶，大肠杆菌DNA聚合酶，大肠杆菌DNA聚合酶和T4DNA聚合酶，水栖耐热菌DNA聚合酶等。,DNA聚合酶的共同特点是：（1）需要模板与引物。（2）不能起始新的DNA链的合成。（3）催化脱氧核苷三磷酸加到DNA链的3OH末端。（4）合成的方向是从5末端至3末端。,第八章 酶的应用,3、酶在分子拼接方面的应用,2)DNA聚合酶,PCR技术的基本过程包括：双链DNA的变性、引物与单链DNA退火结合、引物延伸三个步骤。,第八章 酶的应用,1971年，,美国麻省理工大学（MIT）的Khorana教授提出“经过DNA变性，与合适引物杂交，用DNA聚合酶延伸引物，并不断重复该过程便可克隆tRNA基因”。,1983年，美国Cetus公司的Kary.Mullis建立。,1993年，,Kary.Mullis因发明PCR获得诺贝尔化学奖。,目的基因,基因载体,重组体,分,切,接,转,筛,DNA 连接酶,“分子针线”,限制性内切酶,“分子手术刀”,