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酶工程

酶工程是将酶学理论与化工技术相结合,研究酶的生产和应用的一门新的技术性学科.包括酶

制剂的制备,酶的固定化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容.,酶分离纯化技术的更新,酶制剂的研究得

到不断推进并实现了商业化生产,已开发出多种类型的酶制剂.由于天然酶制剂稳定性较差,使用效率低等特

点,人们发展了酶的固定化技术,并在此基础上发展了多酶体系的固定化技术和细胞的固定化技术,

第一节酶的特性

一,酶是一类生物催化剂

新陈代谢是生命有机体最重要的特征之一,新陈代谢所包括的各种各样的物质变化和能量变化都是在酶的

作用下进行的.酶的参与使得这些生物体内的化学反应以极高的效率协调地进行着.

酶(enzyme)是一类由活细胞产生的,具有催化活性和高度专一性的特殊蛋白质,是一类生物催化剂.酶参与的

化学反应称为酶促反应,被其作用发生化学变化的物质称为底物(substrate).

二,酶的作用特点

酶作为生物催化剂,其作用与一般的无机催化剂或有机催化剂相比,具有显著的特点.

1,极高的催化效率

酶的催化效率比没有催化剂催化的反应高108～1020倍,比一般催化剂催化的反应高107～1013倍,如脲酶

水解尿素的反应效率比酸水解尿素高7×1012倍左右.

2,专一性

大多数是一种酶只催化一种反应或一类反应.许多细胞内的酶只作用于一种特定的底物,表现出对底物高度

的特异性和选择性.不同的酶专一性程度不同,有的酶专一性较低,可以作用于多种底物,例如蛋白酶可以催化

多种蛋白质水解.有些酶专一性很高,只能作用于一种物质,例如L一谷氨酸脱氢酶只能作用于L-谷氨酸,而不

能作用于D一谷氨酸.

3,不稳定性

酶的催化作用一般在常温,常压,接近中性pH等较温和的条件下进行.由于大多数酶都是蛋白质,具有蛋白质

的结构和生物学特性,因此在高温,高压,强酸,强碱或紫外线等不利的物理或化学条件下,容易使酶蛋白变性,

从而失去催化活性.

4,催化活性在体内受到调节控制

生物体内酶的活性受到酶原活化,激活剂和抑制剂的作用,激素调节等各种方式的调节和控制.酶活性的调控

使新陈代谢顺利进行.

5,辅助因子的作用

有些酶必须在辅助因子(如辅酶,辅基或金属离子)存在的情况下,才具有完整的生物学活性.

三,酶的化学本质

大多数酶的化学本质是蛋白质.单纯蛋白酶的分子组成即为蛋白质.结合蛋白酶的分子中除了有蛋白质成分

以外,还有非蛋白质的成分,即辅助因子.辅助因子包括辅酶和辅基两种.结合蛋白酶的活性发挥需要酶蛋白和

辅助因子的完整结构.近年来的一些研究结果表明,某些RNA分子也具有催化活性.

第二节酶的制备

酶的制备主要有两种方法,即直接提取法和微生物发酵生产法.早期酶制剂是以动植物作为原料,从中直接提

取的.由于动植物生长周期长,又受地理,气候和季节等因素的影响,因此原料的来源受到限制,不适于大规模

的工业生产.目前,人们正越来越多地转向以微生物作为酶制备的主要来源.

—,酶的微生物发酵生产法

1,微生物发酵生产法的优点

酶的品种齐全微生物种类繁多,目前已鉴定的微生物约有20万种,几乎自然界中存在的所有的酶,我们都可

以在微生物中找到.酶的产量高微生物生长繁殖快,生活周期短,因而酶的产量高.许多细菌在合适条件下20

min左右就可繁殖一代,为大量制备酶制剂提供了极大的便利.

生产成本低培养微生物的原料,大部分比较廉价,与从动,植物体内制备酶相比要经济得多.

便于提高酶制品获得率由于微生物具有较强的适应性和应变能力,可以通过适应,诱变等方法培育出高产量

的菌种.另外,结合基因工程,细胞融合等现代化的生物技术手段,可以完全按照人类的需要使微生物产

生出目的酶.

正是由于微生物发酵生产具有这些独特的优点,因此目前工业上得到的酶,绝大多数来自于微生物,如淀粉酶

类的α一淀粉酶,β一淀粉酶,葡萄糖淀粉酶以及异淀粉酶等都是从微生物中生产的.

2,微生物发酵生产法中尚待解决的问题

尽管微生物发酵法生产酶制剂存在上述优点,但仍存在一些问题需要解决.

消除毒性微生物发酵法生产的酶制品中会带人一些细菌自身的生理活性物质,这些生理活性物质往往对人

体有害,因此进行毒性实验是必需的.

优良产酶菌种的筛选,培育目前,大多数工业微生物制酶生产采用的菌种较少,仅局限于11种真菌,8种细菌

和4种酵母菌.只有不断寻找更多的适用的产酶菌种,才可能使越来越多的酶采用微生物发酵法进行工业化

生产.

3,微生物发酵生产法