酶工程1-第一章：酶工程.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,*,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,*,酶工程,什么是酶工程？,亚太地区公认的酶法制糖技术的领导者，其连续喷射液化酶法制糖技术，荣获中国轻工科技进步二等奖,中粮生化,西达本胺,微芯生物,全球首个获准上市的亚型选择性组蛋白去乙酰化酶口服抑制剂，也是中国首个授权美国等发达国家专利使用的原创新药。,鲁先平，中国协和医科大学分子生物学与肿瘤生物学博士，美国加州大学药理系博士后。,2001,年，他和另外,5,位海归创立了微芯生物，从事原创新药的研发。,第一章绪论,酶工程的定义：酶的生产及应用的技术过程称为酶工程。,广义上说就是如何高效地利用酶的特性为人类服务。,1.1,研究内容,服务如产品、疾病诊断等,酶,酶的获取,提高效率,自身效率：如固定化,环境效率：反应器等,应用拓展,研究内容,即获得所需的酶并通过各种方法充分发挥酶的功能，并不断拓展和挖掘酶的应用范围。,1.2,酶的基本概念,必须用发展的观点,酶都是蛋白质,?82,年发现,RNA,酶,Ribozyme.,模拟酶：利用有机化学的方法合成一些比酶简单的非蛋白质分子模拟酶的络合与催化特性。特点催化高效、结构稳定。,85,年,Bender,等人利用环糊精等模拟出胰凝乳蛋白酶。（催化特性相当）,酶是生物催化剂。,1.2.1,酶的特性,专一性,催化作用效率高,催化作用条件温和,一、酶的专一性,绝对专一性：一种酶只能催化一种物质进行一种反应。当酶作用的底物或形成的产物含有不对称碳原子时，酶只能作用于异构体的一种。这种绝对专一性又称为立体异构专一性。（用于手性合成）,立体专一性例子,CH,3,C=O,COOH,COOH,CH,3,H,C,OH,COOH,CH,3,HO,C,H,D-,乳酸脱氢酶,乳酸脱氢酶,丙酮酸,D-,乳酸,L-,乳酸,D,CHO,HOCH,H,C,OH,HCOH,HCOH,CH,2,OH,CHO,HOCH,HO,C,H,HCOH,HCOH,CH,2,OH,L-,葡萄糖,D-,葡萄糖,2.,相对专一性,一种酶能够催化一类结构相似的物质进行某种相同类型的反应。,例如胰蛋白酶选择性地水解含有赖氨酸或精氨酸的羰基的键。通常消化相关酶都是相对专一的。,二、酶的催化作用效率高,酶加快反应速度通常为,10,14,倍,通常在常温常压下反应。,底物催化剂温度,K,反应速度,脲（水解）,H,+,3357.410,-7,脲酶,2945.010,6,H,2,O,2,水解,Fe,2+,29556,过氧化氢酶,2953.510,7,三、条件温和,常温,常压,pH,接近中性,700-900K,10-90MPa,，化学催化剂,298K,常压，固氮酶,1.2.2,酶的分类与命名,俗名混乱：一种酶有几个名称，一个名称却又用于表示多个酶。一酶多名：如淀粉酶，液化淀粉酶，,-,淀粉酶一名多用：,琥珀酸脱氢酶,琥珀酸氧化酶,琥珀酸半醛脱氢酶,NAD(P),+,琥珀酸半醛脱氢酶,国际酶学委员会命名,(,蛋白类酶,),1,、推荐名：以惯用名为基础进行选择和修改而成。名称底物名催化反应类型酶,(-ase),如葡萄糖氧化酶,当反应类型为水解反应时可以省去,“,水解,”,二字如淀粉酶,2,、系统命名,详细,底物名,作用基团,催化反应类型酶,(-ase),例葡萄糖氧化酶系统命名,-D-,葡萄糖，,氧,1,-,氧化还原酶,系统编号：,4,码编号,EC1.1.3.4,国际酶学委员会,大类号,1,、氧化还原酶,2,、转移酶,3,、水解酶,4,、裂合酶,5,、异构酶,6,、合成酶,亚类号,亚类中的小类,小类中序号,核酸类酶,(Ribozyme),分子内催化,R,酶,自我剪切酶,自我剪接酶,分子间催化,R,酶,RNA,剪切酶,DNA,剪切酶,多肽剪切酶,多糖剪接酶,多功能,R,酶,其他,R,酶,1.2.3,、酶的活力测定,酶活力：酶催化效率指标。是指在一定条件下酶所催化的反应速度。,v,=-d,s,/d,t,=d,p,/d,t,酶活力单位：特定条件,(,温度可选用室温或其它选用温度，,pH,等条件均选用最适条件）下每,1min,催化,1mol,的底物转化为产物的酶量为,1,个活力单位。国际单位,IU,。,要注意的是实际应用的酶活单位大多不是,IU,。,酶比活力：指在特定条件下每,1mg,酶蛋白所具有的酶活力单位。用于比较酶制剂的纯度和活力高低。,酶活测定基本步骤：,在,一定条件,下将酶与作用底物,混合均匀,，反应一段时间后，,测定,反应液中,底物或产物变化的量,。,要点：,1,、选择适宜的底物和底物浓度。要求底物均匀，且浓度足够大。至少为,K,m,的,10,倍。,2,、确定酶反应的,pH,、温度等条件。保持,pH,恒定通常用缓冲液，有些酶还需加激活剂。,3,、产物测定或底物含量测定可采用连续方式或间歇方式，要求快速、简便。如不能立即测出需中止反应。,中止反应常用方法：,加热法：反应时间到取出反应液置于沸水浴中使酶失活,降温法：反应液置于冰粒堆中，或冰盐溶液中，使反应温度迅速降低至,10,以下。,调节,pH:,加入酸或碱溶液使反应,pH,远离催化反应的最适,pH,。,使用变性剂：如加入三氯醋酸，使酶变性失活。,酶活测定实例：,淀粉酶酶活测定。,特点：测定方法多，酶活定义不一。,世界酶制剂市场分配额,2014,48%,在酶制剂市场中两大公司独占鳌头,丹麦的,Novozymes,公司和美国的,DuPont(Danisco,Genencor),公司各占,47%,和,21%,。,酶制剂发展展望,新酶的研究与开发：,新酶的研究与开发，可借助基因组学和蛋白质组学的最新知识，借助,DNA,重排和细胞、噬菌体表面展示技术。目前最令人瞩目的新酶有核酸类酶、抗体酶和端粒酶等。,新型酶Cellic CTec2正式问世,2010年2月16日，美国佛罗里达州诺维信推出了第一种利用农作物废料生产生物燃料的商用酶制剂。这项酶制剂技术领域前所未有的突破使得纤维素生物燃料成为一种具有竞争力的汽油替代品。,利用诺维信推出的新型,Cellic,CTec2,酶制剂，生物燃料行业能够以低于每加仑,2.00,美元的价格为计划于,2011,年投产的首个规模化商业工厂生产出纤维素乙醇。按照目前美国市场的价格，此价格与汽油和传统乙醇的价格持平。,2.,酶的优化生产,用于生产酶的细胞大多数都是经过基因转移或基因改造的细胞，传统的方法已不能适应酶工程发展的要求，采用先进的调控技术对酶的生物合成进行全面的调节控制，并采用先进的生化分离技术，才能达到优化生产的目的,.,3.,酶的高效应用,提高酶的应用效率是酶工程应用研究的主要目标,.,要实现酶的高效应用，采用固定化、分子修饰和非水相催化等技术以及先进的酶反应器,.,应用实例,食品添加剂,保龄保2015中报,