酶工程 第八章 酶的应用

酶工程发展概况及应用前景

酶工程发展概况及应用前景 【摘要】酶的生产和应用的技术过程称为酶工程。其主要任务是通过预先设计,经人工操作而获得大量所需的酶,并利用各种方法使酶发挥其最大的催化功能。本文意在阐述近年来酶工程在分子水平的研究进展,展示酶工程在医药、农业、食品、环境保护等领域的应用进展,并对其未来前景进行了展望。 【关键词】酶工程；概况；应用；前景 酶工程，从定义上来说，是酶制剂在工业上的大规模应用，主要由酶的生产、酶的分离纯化、酶的固定化和生物反应器四个部分组成。简而言之，酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶的反应器等方面内容。 酶工程的前景 酶因其反应的专一性，高效性和温和性的特点，已和生物工程，信息科学和材料科学构成了当今的三大前沿科学。而作为生物工程的重要组成部分，将在未来的发展中，在世界科技和经济发展中起着主导和支柱作用。而工业用酶日益广泛地应用于化学，医药，纺织，农业，日化，食品，能源，化妆品以及环保等行业。据报道，到2003年，欧洲工业用酶的市场增加至9亿美元，年增长率达百分之十；而2000年的中国，酶制剂总产量达272吨，同比增长8.8%，可谓发展迅速，前景十分广阔。 酶工程的发展 酶工程的发展，是一部科学的成长史。在二次世界大战后,酶工程发展成为新的工业领域—酶工程工业。酶工程的发展历史从那时算起, 至今已经三十多个年头了。六十年代以后, 由于固定化酶、固定化细胞及固定化活细胞的崛起, 使酶制剂的应用技术面貌一新。七十年代以后，伴随着第二代酶——固定化酶及其相关技术的产生，酶工程才算真正登上了历史舞台。固定化酶正日益成为工业生产的主力军，在化工医药、轻工食品、环境保护等领域发挥着巨大的作用。几十年来酶制剂的品种和应用不断扩大。不仅如此，还产生了威力更大的第三代酶，它是包括辅助因子再生系统在内的固定化多酶系统，它正在成为酶工程应用的主角。近年来, 国际上酶工程技术发展迅速, 硕果累累,主要有基因工程、蛋白质工程、人工合成酶、模拟酶、核酸酶、抗体酶、酶的定向固定化技术、酶化学技术、非水酶学、糖生物学、糖基转移酶、极端环境微生物和不可培养微生物的新品种等。 酶工程的应用 酶工程的发展日新月异，现举几个例子更加形象地说明酶工程地应用： 酶工程在污染处理中的作用：可利用过氧化物酶和聚酚氧化酶处理含酚废水和造纸废水，如辣根过氧化物酶，木质素过氧化物酶，植物来源的过氧化物酶；酪氨酸酶，漆酶等；可利用氰化物酶和氰化物水合酶处理含氰废水；利用蛋白酶，淀粉酶处理食品加工废水；并且，可以通过设计复合代谢途径，拓宽氧化酶的专一性等基因工程的运用，提高微生物的降解速率;拓宽底物的专一性;维持低浓度下的代谢活性;改善有机污染物降解过程中的生物催化稳定性等。酶在废物处理及资源化过程中正在发挥重要作用, 利用基因工程和蛋白质工程扩展酶的代谢途经, 是治理难降解有毒污染物的重要方法。

酶工程的应用及发展前景.

酶工程的应用及发展前景 生物技术一班 41208220 杨青青

酶工程的应用及发展前景 杨青青 （陕西师范大学生命科学学院生物技术专业1201班） 摘要：酶工程是现代生物技术的重要组成部分，它作为一项高新技术将为各工业的发展起重要推动作用。本文概要介绍了酶工程的概念，酶工程在农产品加工、医药工业、食品工业、污染治理工业、蛋白质高值化加工等方面的应用以及探讨了在各个工业中的发展前景。 关键词：酶工程、应用、发展前景 一、酶工程的概念 酶是由生物体产生的具有催化活性的蛋白质，它能特定的促成某个化学反应而本身却不参加反应，且具有反应率高、反应条件温和、反应产物污染小、能耗低、反应容易控制等特点。这些特点比传统的化学反应具有较大的优越性。酶的应用不仅可以增强产量，提高质量，降低原材料和能源消耗，改善劳动条件，降低成本，而且可以生产出用其他方法难得到的产品，促进新产品、新技术和新工艺迅速发展。随着现代生物技术的兴起，酶工程技术应运而生，并在制药、食品工业和农产品加工显示出强大的生命力。酶工程就是利用酶催化作用，

通过适当的反应器工业化的生产人类所需的产品或是达到某一目的，它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术。酶工程包括自然酶的开发和利用、固定化酶、固定化细胞、多酶反应器（生物反应器）、酶传感器等。 二、酶工程的应用以及发展前景 1、酶工程在农产品加工上的应用与前景 以前，人们认为氨基酸是人体吸收蛋白质的主要途径。随着研究的发现，蛋白质经消化道中的酶水解后，主要以小肽的形式被吸收，比完全游离的氨基酸更易吸收利用。这一发现启发了科研工作者采用酶工程技术用蛋白质生产生物活性肽的新思路。生物活性肽是蛋白质中20种天然氨基酸以不同排列组合方式构成的从二肽到复杂的线性或环形结构的不同肽类的总称，是源于蛋白质的多功能化合物。活性肽具有多种人体代谢和生理调节功能。主要是通过酶法降解蛋白质而制得。 目前已经从大豆蛋白、玉米蛋白、牛奶蛋白、水产蛋白的酶解物中制得一系列功能各异的生物活性肽。因为各类蛋白质存在的差异性，所以在生产活性肽方面有略微的不同。不论哪种方法，都会用到一定的酶类水解蛋白质。比如：文献报道采用中性蛋白酶、木瓜蛋白酶水解大豆蛋白，配合活性炭的吸附处理、超滤、真空浓缩和喷雾干

第八章 酶

第八章酶 8.1概述 8.1.1酶的化学本质 酶是生物催化剂，是一类具有催化活性和特定空间构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。 酶分子的组成与结构： 据酶蛋白结构特征分类单体酶 寡聚酶 多酶复合体 只有一条具有活性部位的多肽链，即仅由单一的三 级结构蛋白质构成。——通常为水解酶类。 由多个具有三级结构的亚基聚合而成， 亚基聚合时有活性，解聚后失活。 由几种功能相关的酶靠非共价键嵌合而成的复 合体。 金属离子 小分子有机化合物 酶蛋白-决定反应专一性 辅助因子-决定反应性质 仅由蛋白质组成，水解---氨基酸单纯蛋白酶： 结合蛋白酶 （全酶） 据酶分 子组成 分类

酶的辅助因子（决定酶促反应的类型） 根据与酶蛋白结合牢固程度划分： 辅酶：与酶蛋白结合疏松，可用透析法除去 辅助因子 辅基：与酶蛋白结合紧密，用透析法不能除去 从化学本质上划分： 金属离子：稳定酶分子构象；参与传递电子； 辅助因子在酶与底物间起连接作用；降低反应的静电斥力 维生素B族衍生物 8.1.2酶的专一性 酶的催化效率： 和一般化学催化剂相比，酶具有下列的共性和特点。 共性：①具有很高的催化效率，但酶本身在反应前后并无变化。②不改变化学反应的平衡常数。③降低反应的活化能。 特有的性质：①高效性：反应速度是普通催化剂的107～1013； ②反应条件温和：pH5-8，20-40°C； ③酶活力条件可控：生成与降解量的调节，催化效力 的调节，改变底物浓度对酶进行调节等； ④专一性（specificity），即酶只能催化一种化学反应或 一类相似的化学反应，酶对底物有严格的选择。根 据专一程度的不同可分为以下4种类型。 键专一性：这种酶只要求底物分子上有合适的化

抗体酶的研究及其应用

抗体酶的研究及其应用 郝文杰生物化学与分子生物学 201421191526 摘要：抗体酶又称催化性抗体，是具有催化活性的免疫球蛋白，在其可变区赋予了酶的属性，是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力巧妙结合的产物，它可促进许多用普通化学方法很难完成，或者天然酶尚未能催化的新奇转变，特别是自然界不存在的高效催化剂，对生物学、化学和医学等多种学科有重要的理论意义和实用价值。本文就催化抗体的结构、性质、产生方法、筛选方法、酶学特征及应用进行了综述。 关键词：抗体酶；催化；高度选择性；催化剂；实用价值；结构 抗体酶是具有催化性质的抗体。从1883年Payen和Personz发现第一个酶以来，自从1986年Schultz和Lerner首次证实由过渡态类似物为半抗原，通过杂交瘤技术产生的抗体具有类似酶的催化活性以来，直至20世纪80年代初期，整整一个半世纪，发现的酶已经超过了4000种[1]。1986年，Schultz和Lerner 同时在《Science》周刊上发表了他们各自独立领导的研究组对抗体酶的研究报告，并将之命名为Abzyme。Abzyme本质为免疫球蛋白（Ig），只是在易变区被赋予了酶的属性，故又被称为催化抗体。酶的催化机制在于它能结合底物产生过渡态，降低能垒，改变化学反应的速度。抗体酶显示出在许多领域的潜在应用价值，包括许多困难和能量不利的有机合成反应，前药设计，临床治疗，材料科学等多个方面。抗体酶这种兼具抗体和酶的性质的崭新物质，它集生物学、免疫学、化学于一身，它的发现打破了只有天然酶才有的分子识别和加速催化反应的传统观念，为酶工程学开创了新的领域，同时也为验证天然酶的催化机制，进行酶的人工摸拟，以及研究天然酶催化作用的起源提供了很好的帮助。抗体酶的应用前景是十分广阔又充满希望的。 1.抗体酶的发展历史 抗体酶(abzyme),又称催化抗体(catalytic antibody),是指通过一系列化学与生物技术方法制备出的具有催化活性的抗体,它既具有相应的免疫活性,又能像酶那样催化某种化学反应[2]。1946年,Linus Pauling阐明了酶的催化实质,同时指出稳定的反应过渡态类似物可以竞争性抑制酶活性的实质。酶之所以具有催化活力是因为其和反应的过渡态(底物激活)发生特异性结合,形成酶-底物复合物,大大降低了反应的活化能,从而加速了反应速率。酶产生的生物局限性是酶催化高效性无法普遍化的局限因素,突破限制就能人为地控制酶的产生。高等动物的免疫系统为我们提供了方便[3]。1969年,Jencks提供免疫诱导产生抗底物基态的抗体,该抗体具有类似酶的催化活性,这个抗体酶设想的提出,使得任何一个化学反应构造一个专一性催化酶成为可能。然而在抗体酶的研制中遇到了两个问题:1.底物基态瞬间存在,无法提取。根据Pauling的酶的竞争抑制实质,可以构造过渡态的稳定类似物作为实际抗原。2.抗原在分子量上有一定的要求,所以一般将类似物作为半抗原接到适当载体上构成抗原。1975年,Kohler和Milstein 发明了具有历史意义的单克隆技术,使抗体酶的获得成为可能。1986年,美国Scripps Clinic研究所的R.A.Lerner等宣布研制成功首例对羧酸酯水解具有催化活力的抗体酶。同年,加州大学的P.Schultz等宣布单克隆的MOPC167抗体可以催化对硝基苯氧基羧基胆碱的水解。抗体技术的发展经历了三个阶段,一是通过免疫动物产生血清多克隆抗体;二是细胞工程阶段,即用杂交瘤技术产生单克隆抗体;三是利用基因工程途径表达和改造抗体。

酶在环境保护方面的应用

酶在环境保护方面的应用 摘要：随着科学技术的迅速发展，人类赖以生存的环境质量,是目前举世瞩目的重大问题。对日益严峻的全球化环境污染问题，酶在环保方面的应用日益受到关注，呈现出良好的发展前景。为环境保护污染治理提供了新的技术手段。?本文介绍了酶工程基本技术，包括酶制剂的生产、酶的分离纯化，酶的固定化技术、酶的改造和修饰等，综述了酶在环境保护方面，包括水净化、石油和工业废油的处理、白色污染的治理和环境监测等方面的研究和应用现状。 关键词：酶工程；环境保护；环境监测；废水处理；可生物降解材料开发；石油和工业废油 众所周知,酶作为一种高效生物催化剂,能在十分温和的条件下起高数率的催化作用, 并且具有高度的区域选择性和立体专一性。因此, 它有着化学催化剂所无可比组的优越性, 已经广泛应用在食品工业、药物工业和洗议剂工业。 近年来环境污染越来越严重，酶的作用也从工业生产转移至环境治理中来。 人类的生产和生活与自然环境密切相关，随着科学技术的不断发展，地球环境由于受到各方面因素的影响，正在不断恶化，人类开发利用自然资源的能力和范围不断扩大，随之而来的环境污染问题也越来越严重，已经成为举世瞩目的重大问题。环境污染已成为制约人类社会发展的重要因素，我国每年排放大量废水(416亿t)、废气和烟尘(2000万t)以及固体废弃物(i000亿t)，污染达到相当严重的地步。因此环境保护问题越来越受到人们的重视。20世纪以来，在化学和生物学之间的交叉地带形成的生物

技术占据了重要的地位，在工业、农业、医药、食品等方面得到了广泛的应用，并对解决当代资源、能源、环保等多方面问题起着举足轻重的作用。而作为生物工程的重要组成部分，酶和酶工程受到生物化学工作者的重视，几种新兴的技术产业已成为优先发展的高科技领域。 酶在环境保护方面的应用 1.酶在环境监测方面的应用 环境监测是了解环境情况、掌握环境质量变化，进行环境保护的一个重要环节。酶在环境监测方面的应用越来越广泛，已经在农药污染的监测、重金属污染的监测、微生物污染的监测等方面取得重要成果。? （1）利用胆碱酯酶检测有机磷农药污染? 最近几十年来，为了防治农作物的病虫害，大量使用各种农药。农药的大量使用，对农作物产量的提高起了一定的作用，然而由于农药，特别是有机磷农药的滥用，造成了严重的环境污染，破坏了生态环境。 为了监测农药的污染，人们研究了多种方法，其中采用胆碱酯酶监测有机磷农药的污染就是一种具有良好前景的检测方法。?胆碱酯酶可以催化胆碱酯水解生成胆碱和有机酸：?有机磷农药是胆碱酯酶的一种抑制剂，可以通过检测胆碱酯酶的活性变化，来判定是否受到有机磷农药的污染。20世纪50年代，就有人通过检测鱼脑中乙酰胆碱酯酶活力受抑制的程度，来检测水中存在的极低浓度的有机磷农药。现在可以通过固定胆碱酯酶的受抑制情况，检测空气或水中微量的酶抑制剂（有机磷等），灵敏度可达L。（2）利用乳酸脱氢酶的同工酶监测重金属污染?

酶工程的发展状况及其应用前景

酶工程的发展状况及其应用前景 摘要：酶在现代生物生产中扮演着重要角色，酶作为一种生物催化剂，因其催化作用具有高度专一性、催化条件温和、无污染等特点，以及酶工程不断的技术性突破，使得酶在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛。 关键词：酶工程生物催化剂酶的固定 正文： 随着酶生产的不断发展，酶的应用越来越广泛。现在，酶工程已在医药、食品工业、农业、饲料、环保、能源、科研等领域广泛应用。成为基因工程、细胞工程、蛋白质工程等新技术领域的科学研究和技术开发中不可取代的工具。 一、酶工程的发展及应用现状 （一）国内外酶制剂的发展现状 BCC最新研究报告显示，未来4年全球工业酶制剂市场价值将以％的复合年增长率继续增长，由2011年的39亿美元增加至2016年的约61亿美元。该报告将工业酶市场细分成3个部分：生物酶、食品和饮料酶以及其他酶制剂。2011年生物酶的市场价值达12亿美元，预计还将以％的复合年增长率继续增长，2016年达17亿美元。2011年食品和饮料活性酶的市场价值接近13亿美元，未来4年还将以％的年均复合增长率增长，预计2016年达21亿美元。2011年其他酶制剂的市场价值为15亿美元，预计还将以％的复合年增长率增长，到2016年市场价值将达到22亿美元①。 我国酶制剂工业面经过近几十年的发展，初步具有一定的规模，取得了很大的进步。但是，国外酶制剂公司仍然处于绝对的领先地位，特别是一些比较出色的公司，例如，诺和诺德公司（Novo Nordisk）、丹尼斯克公司（Danisco）等②。 （二）酶工程的应用现状 一、酶工程技术在医药工业中的应用 1、酶的固定化技术 酶的固定化(enzyme immobilization)是指采用有机或无机固体材料作为载体(carrierorsupport)，将酶包埋起来或束缚、限制于载体的表面和微孔中，使其仍具有催化活性，并可回收及重复使用的酶化学方法与技术。不使用固体材料作为载体，通过酶分子之间的相互交联形成聚集体，也可将酶固定化，称为无载体酶固定化。由于酶的蛋白质属性，进人人体后产生免疫反应，因稀释效应，而无法集中于靶器官组织，常不能保持最适合的治疗浓度，而固定化酶则很好的克服了游离酶的这些缺点，应用于治疗镁缺乏症、代谢异常症及制造人工内脏方面，如固定化L-天冬酰胺酶用于治疗白血病。葡萄糖氧化酶被固定化在纳米微带金电极上可用于活体检测的微生物传感器③。 固定化酶技术可用于治疗一些代谢障碍疾病。已知人类关于新陈代谢的疾病已过120余种，很多病因归结为人体缺乏某种酶的活性，一种可能的治疗方法就是通过某种方式给病人提供他所缺乏的酶。其提供的方式主要有：①将固定化酶用于体内作为治疗药物；②将固定化酶组装成体外生物反应器，通过体外循环作为临床治疗剂。将固定化酶用于临床诊断的例子很多，如各种酶测试盒层出不穷，采用固定化酶柱反应器的FIA(流动注射法)可用于临床诊断检测尿酸、葡萄糖、氨、尿素、胆甾醇、谷氨酸、乳酸、无机磷等。 2、酶催化技术 主要介绍非水相介质中的酶催化，传统的酶催化反应主要在水相中进行，但自1987年Kilibanov等。用脂肪酶粉或固定化酶在几乎无水的有机溶剂中成功地催化合成了肽以及手性的醇、脂和酰胺以来，对酶在非水相介质的催化反应技术的开发及研究报道迅速增加，特别在手性药物的不对称合成及手性药物拆分的生物技术开发中得到了很多应用。目前非水相中的酶催化技术已衍生出以下几类体系：①水与有机溶剂的互溶均相体系；②水与有机溶剂形

酶工程在医药上的应用

酶工程在医药上的应用 朱祺琪社科1003班3100104077 【摘要】本文为读书报告，从酶工程制药的工艺和工程化技术方面，以及酶工程在医药上的应用及对未来的展望对酶工程的一个方面进行概述。 【关键词】酶工程酶的固定化酶法手性合成技术非水相酶催化 【引言】酶，它作为一种生物催化剂，已广泛地应用于轻工业的各个生产领域。近几十年来，随着酶工程不断的技术性突破，在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛重组DNA技术促进了各种有医疗价值的酶的大规模生产。用于临床的各类酶品种逐渐增加。酶除了用作常规治疗外，还可作为医学工程的某些组成部分而发挥医疗作用。如在体外循环装置中，利用酶清除血液废物，防止血栓形成和体内酶控药物释放系统等。另外，酶作为临床体外检测试剂，可以快速、灵敏、准确地测定体内某些代谢产物，也将是酶在医疗上一个重要的应用。 【正文】 一、酶工程制药的工艺和工程化技术 1）酶的固定化技术 在４０多年以前，几乎所有的工业化生产中采用的生物催化剂都是用全细胞或组织来进行的。作为生物催化剂的微生物细胞种类繁多，并带动了目前发酵工业的迅速发展。但由于正常发酵过程中的微生物生长和繁殖都需要消耗培养基中的营养物质并产生不必要的副产物，因而导致目的产物必须经过分离步骤才能从最终产物的混合物中分离出来，因此使用微生物细胞进行催化并不是十分有效的方法。

酶的固定化最早在１９１６年由Ｎｅｌｓｏｎ和Ｇｒｉｆｆｉｎ在研究酵母蔗糖酶时提出，他们发现蔗糖酶被吸附在活性炭上后仍然有活性。在２０世纪６０年代，羧肽酶、胃蛋白酶、核糖核酸酶相继被固定化成功，从而使得固定化酶在制药工业中的应用受到越来越大的重视。１９６９年千烟一郎固定化氨基酰化酶工业化生产Ｌ 氨基酸；随后青霉素酰化酶固定化生产。氨基青霉烷酸获得成功。近十几年来，随着工业分离纯化技术的发展和应用，使得工业规模获得酶成为可能，离体酶在制药工业中应用在逐渐增加。其最明显的优势在于具有更有效的底物转化率、更高的投料量和产量以及更好的产物均一性。但这些优点极有可能被酶纯化所增加的成本和纯化过程中酶的失活所抵消掉，造成对酶应用的限制。许多科学家已经开始研究如何去克服这些困难，其中大批量进行酶纯化能够在一定程度上减低成本，但更有效的方法当属固定化酶的方法，这种方法使得酶在使用过程中稳定性提高，可重复使用，降低了生产成本。 2）酶法手性合成技术 近来，小分子与生物大分子间的相互作用引起了人们很大的关注。对于选择性酶抑制剂和受体激动剂或拮抗剂的研究是药用工业中靶目标定位研究的关键之一。在分子水平上对药物作用机制的深入了解引起了人们的广泛注意，意识到手性作为许多药物功效之关键的重要性。现在人们已经知道在许多情况下，药物中仅有一种对映体对功效是必需的，其他对映体或者无活性，或者活性下降，甚至产生毒害。现在制药企业已经意识到，新药的开发必须是单手性的，以此来避免由不需要的对映体引起的不必要的副作用。许多情况下，一旦由消旋体药物向对映体纯化合物的转化成为可能时，就是发展工业化过程的良机。与消旋化合物相比较，单一对映体的优势体现在制备过程和配方上。 手性药物中间体可通过不同途径制备。一个方法是从天然的手性化合物开始，这种手性化合物主要是由发酵过程产生。手性库主要用到廉价的，使用方便的，有旋光性的天然产物。第二种方法是通过拆分消旋化合物实现的，该方法是主要是通过对映体或非对映体结晶性质上的差异以及通过化学或生物催化的方法有效拆分消旋化合物来完成的。最后，也可以用微生物细胞或其代谢产物酶，

第十章 分子生物学在临床上的应用

第十章分子生物学在临床上的应用 一、什么是分子诊断 就是应用分子生物学技术对临床标本进行检验获得信息服务于临床疾病的诊断、治疗以及预后判断。 二、试述分子诊断的对象、原理和途径 1、分子诊断的检测对象： 遗传性疾病和传染性疾病 2、分子诊断的原理： 基因的结构及其表达功能是否正常？ 3、分子诊断的途径： 基因突变检测：遗传性疾病的诊断 基因连锁分析：易感或抑制基因的研究 mRNA检测：表达功能是否正常 三、简述分子诊断的常用技术及其临床应用 1、聚合酶链反应（PCR）：对遗传性疾病和感染性疾病进行诊断及治疗监控。 2、DNA测序（DNA sequencing)：是了解基因结构（序列）的金标准。 3、荧光原位杂交技术（FISH）：用于肿瘤诊断，染色体变异的检测。 4、DNA印迹技术（ DNA printing）：检测癌基因的存在，抑癌基因的杂合性丢失。 5、单核苷酸多态性（SNP）： ⑴第三代遗传标记 ⑵与疾病易感性和药物敏感性关系密切 6、连接酶链反应（LCR）：检测单碱基突变遗传病。 7、基因芯片技术（gene chip）：用于优生优育、疾病诊断、基因配型、法医学等 四、核酸标本的如何收集和保存 真空采血管抽空腹静脉血3ml。 RNA检测的全血标本必须在2h内分离血清，DNA检测的全血标本必须在4h

内分离血清，-20℃贮存； EDTA抗凝血标本也可以。 五、如何理解免疫诊断与分子诊断的不一致 因为PCR检测的是病毒核酸水平，而血清学指标是病毒蛋白，两者不在一个水平上，也就是说二者测定的不是同一物体，理论上允许有差异。如大三阳患者可能出现PCR阴性，如何对待抗病毒治疗，必须综合分析，动态观察结果，不能只依靠一个指标来诊断。

酶工程在现实方面的应用

酶工程在现实生活的应用 学院：生命科学与食品工程学院 姓名：沈峰学号：5602209078 班级：生工092 摘要：酶是催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体。是生物催化剂，能通 过降低反应的活化能加快反应速度，但不改变反应的平衡点。绝大多数酶的化学本质是蛋白质。具有催化效率高、专一性强、作用条件温和等特点。酶工程技术与我们生活息息相关，比如酿酒，制药工业等等。 Abstract:The enzyme is a specific protein, RNA or its complex which is used to catalytic specific chemical reaction.it's biological catalyst .It can accelerate reaction velocity by reduce the activation energy of reaction ,without changing the point of balance. The vast majority of enzyme's chemical nature is protein.so it have lots of Characteristics as high catalytic efficiency, high specificity, mild conditions and so on.The enzyme engineering is closely linked with our life ,for example,making wine pharmaceutical industry and so on. 关键字：酶工程酶啤酒制药 酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。 如果要了解酶工程在现实生活方面的应用的话，首先先要知道什么是酶，什么是酶工程，和哪些酶可以在起作用及酶的特性有哪些。 首先酶是催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体。目前已发现有2000 多种。分子量在数万至数十万之间。生物体内的含量一般极少，它能参与生物体的各种生理生化活动，起催化剂的作用。酶的种类众多，而在酿酒等工业方面方面应用的酶也不少。比如，曲霉，根霉，红曲霉，拟内孢霉，木霉，青霉，等等。所以没对于现实生活有着广而深的影响，对于酶的特性的了解也就十分必要。 酶工程：酶制剂在工业上的大规模应用，主要由酶的生产、酶的分离纯化、酶的固定化和生物反应器四个部分组成。 酶的特性主要四点：1、酶具有高效率的催化能力；其效率是一般无机催化剂的10的7次幂~~10的13次幂。2、酶具有专一性；（每一种酶只能催化一种或一类化学反应。）3、酶在生物体内参与每一次反应后，它本身的性质和数量都不会发生改变(与催化剂相似)；4、酶的作用条件较温和。 一酶工程在酿酒制造业的作用 总所周知，现实生活中的许多家庭每天都或多或少会在酒的方面消费，还有社交

酶工程技术极其在医药领域的应用

酶工程技术极其在医药领域的应用 摘要：随着生物技术的迅速发展，酶工程在生物工程中的核心地位得到了更好的体现。酶工程作为一种高新技术，已在医药、食品、轻工业、纺织等行业中得到越来越广泛的应用。本文将从酶的固定化技术、酶催化技术、酶的化学修饰、脱氧核酶、抗体酶和酶学诊断等几个方面来对酶工程在医药行业中的应用进行综述。 关键词：酶工程；医药；应用 Enzyme engineering technology and it’s application in the medical field Abstract: With the rapid development of biotechnology, enzyme engineering as a hard core of biological engineering has been better reflected. Enzyme engineering, as a new high-tech, has been widely used in medicine, food, light industry, textile and other industries. This article told the application of enzyme engineering in the medical industry from these aspects ,Enzymes Immobilization, Enzyme Catalysis, Enzymes Modification, Deoxyribozyme, Catalytic Antibody and Enzymatic diagnosis. Key words: Enzyme Engineering; Medicine; Application 1 引言：回顾20世纪，生物科学与生物工程在全球崛起并迅速发展，已经从整体水平发展到细胞水平和分子水平，在基础与应用研究领域取得了举世瞩目的成果。酶工程作为生物工程的重要组成部分，

抗体酶及其应用前景

抗体酶及其应用前景 徐应容，党曦俻,石莹，周烨，顾昱晓 摘要：催化抗体也叫抗体酶，是具有催化活性的免疫球蛋白.由于它兼具抗体的高度选择性和酶的高效催化性，因而催化抗体制备技术的开发预示着可以人为生产适应各种用途的，特别是自然界不存在的高效催化剂，对生物学、化学和医学等多种学科有重要的理论意义和实用价值.综述了催化抗体研究的最新进展，讨论了该领域目前存在的问题，提出了解决这些问题的可能办法。 1．概念介绍： 1.1关于抗体： 当人体（以及其它高等动物）受到外来抗原的刺激时，其免疫系统会根据抗原的特点（抗原表面决定簇）产生特定抗体。一般来说，一种抗原可以刺激产生108种抗体，并且所产生的抗原均具备极高的特异性，即与抗原强烈结合。 1.2关于酶： 首先，酶催化具有两个特征，即高催化效率和高选择性。关于酶的催化机制，已有许多假说，但在众多观点中最有影响的是，鲍林(Pauling) 在1946年用过渡态理论阐明了酶催化的实质，即酶之所以具有催化活力是因为它能特异性结合并稳定化学反应的过渡态(底物激态)，从而降低反应能级。他指出，酶通过某种方式与高能、短寿命的过渡态结合而起催化作用。这个过渡态构型中某些键在形成，另一些键在断裂，存在时间极短，半衰期约为10 ~10 s，实际中极难捕获。 1.3二者对比：

抗体和酶的根本不同在于前者是结合一个基态分子，并且抗原与抗体结合后会发生沉淀，一般条件下不会自动分离，而抗体选择性的结合一个化学反应的过渡态，帮助反应顺利进行，在完成反应后的瞬间与生成物迅速分离 2.背景知识： 1946年，Pauling用过渡态理论阐明了酶催化的实质，后经过Jencks等人的探索，他们发现，过渡态分子难以捕获，而过渡态类似物是能够模拟一个酶催化反应过渡态的结构的稳定物质，于是设想，只要寻找到与反应中决定性步骤的相应酶紧密结合的酶竞争性抑制剂，就等于发现了过渡态类似物；还有一种思路，就是这种类似物也能根据化学反应机制推测设计出来。然后，以过渡态类似物为半抗原，利用哺乳动物的免疫系统，诱导与其互补构象的抗体产生，这种抗体即具有催化活性；接着，Kohler和Milstein于1975年发明了具有历史意义的单克隆技术，使抗体酶的生产成为可能。 1984年Lerner进一步推测：以过渡态类似物作为半抗原，则其诱发出的抗体即与该类似物有着互补的构象，这种抗体与底物结合后，即可诱导底物进入过渡态构象，从而引起催化作用。根据这个猜想Lerner和P．C．Schultz分别领导各自的研究小组独立地证明了：针对羧酸酯水解的过渡态类似物产生的抗体，能催化相应的羧酸酯和碳酸酯的水解反应。1986年美国《Science》杂志同时发表了他们的发现，并将这类具有催化能力的免疫球蛋白称为抗体酶（abzyme）或催化抗体（catalyticantibody）。 3.抗体酶的制备 3.1抗体酶的制备原则 实现抗体向酶转变的关键是抗原能诱导已具有酶活性的抗体。要使抗体具备催化活性即要使其具备酶的特征，为使抗体具有酶的结构，就必须在抗原的结构上进行改造。而抗体设计的原则就是酶的催化机制，故免疫学原理以及过渡态理论是抗体酶设计的主要依据。 酶－底物、抗体－抗原的结合模式是相近的，即均具有高亲和力和空间结构及电荷分布上的互补特性。但上述两种结合对象不同，由于抗体仅仅与低能结构结合，所以通常情况下抗体不具备催化活性。

生物制药 (完整版)

第一章绪论 1、生物技术药物：一般来说，采用DNA重组技术或其他生物技术研制的蛋白质或核酸类 药物。 2、生物药物按其功能用途可以分为三类：（1）治疗药物；（2）预防药物；（3）诊断药物。 3、生物技术药物的特性：（1）分子结构复杂；（2）具有种属特异性；（3）治疗针对性强， 疗效高；（4）稳定性差；（5）基因稳定性；（6）免疫原性；（7）体内的半衰期短；（8）受体效应；（9）多效性和网络效应；（10）检的特异性 4、生物技术制药的特性：高技术；高投入；长周期；高风险；高收益。 第二章基因工程制药 1、基因工程制药的药物都是用传统方法很难生产的珍贵稀有的药品，主要是医用活性蛋白 和多肽类，包括：(1)免疫性蛋白，各种抗原和单克隆抗体。(2)细胞因子，如各种干扰素,白细胞介素，集落刺激生长因子，表皮生长因子及凝血因子。（3）激素，如胰岛素，生长激素，心钠素。（4）酶类，如尿激酶，链激酶，葡激酶，组织型纤维蛋白溶酶原激活剂及超氧化物歧化酶等。 2、我国科学家经过8年刻苦攻关，成功地研制出世界上第一个采用中国健康人白细胞中克 隆的A1B型干扰素基因，组建杂交质粒，传染大肠杆菌使之高效表达的人A1B干扰素。 3、基因工程技术是将所要重组对象的目的基因插入载体，拼接，转入新的宿主细胞，构建 成工程菌，实现遗传物质的重新组合，并使目的基因在工程菌内进行复制和表达的技术。 4、基因工程药物制造的主要步骤：获得目的基因—组建重组质粒—构建基因工程菌—培养 工程菌—产物分离纯化—除菌过滤—半成品检定—成品检定—包装。 5、简单叙事反转录法克隆基因的主要步骤：mRNA的纯化；CDNA第一链的合成；CDNA 第二链的合成；CDNA克隆；将重组体导入宿主细胞；CDNA文库的鉴定；目的CDNA 的分离和鉴定。 6、目前克隆真核基因常用的方法：化学合成和反转录法。 7、基因表达的微生物宿主细胞分为两类：原核生物，目前常用的有大肠杆菌，枯草芽孢杆 菌，链霉菌。真核生物，常用的有酵母，丝状真菌。 8、目前使用最广泛的宿主菌是大肠杆菌和酿酒酵母。 9、影响目的基因在大肠杆菌中表达的因素：（1）外源基因的剂量；（2）外源基因的表达效 率：启动子的强弱；核糖体结合位点的有效性；SD序列和起始密码的间距；密码子组成。（3）表达产物的稳定性；（4）细胞的代谢负荷；（5）工程菌的培养条件。 10、融合蛋白：融合蛋白的氨基端是原核序列，羧基端是真核序列，这样的蛋白质是由 一条短的原核多肽和真核蛋白结合在一起的。 11、非融合蛋白：是指在大肠杆菌中表达的蛋白以真核的mRNA的AUG为起始，在 其氨基端不含任何细菌多肽序列。 12、质粒的不稳定分为分裂不稳定和结构不稳定。 13、质粒的分裂不稳定：是指工程菌分裂时出现一定比例不含质粒的子代菌的现象，它 主要与两个因素有关，一是含质粒菌产生不含质粒子代菌的频率，质粒丢失率与宿主菌，质粒特性和培养条件有关；二是这两种菌比生长速率差异的大小。 14、提高质粒稳定性的方法：选择合适的宿主菌；选择合适的载体；选择压力；分阶段 控制培养；控制培养条件；固定化。 15、接种量：是指移入的种子液体积和培养液的体积的比例。 16、基因工程药物的分裂纯化特点：（1）目的产物在初始物料中含量低；（2）含目的产 物的初始物料组成复杂；（3）目的产物的稳定性差；（4）种类繁多；（5）应用面广。17、分离纯化的基本过程的5个步骤：包括细胞破碎，固液分离，浓缩与初步纯化，高

微生物与酶工程制药复习2

二、问答 4. 如何从环境中筛选稀有放线菌中的小单孢菌，并说明各步骤的作用？ （一）所谓的稀有放线菌：即为除链霉菌属外的其它属的放线菌。 如：小单孢菌、小双孢菌、马杜拉放线菌等。 选择培养分离——微生物群落中数量占少数的微生物的分离纯化： （1）抑制大多数其它微生物的生长。 （2）使待分离的微生物生长更快。 →使待分离的微生物在群落中的数量上升，方便用稀释法对其进行纯化。 （3）使待分离的微生物生长“突出”。 →直接挑取分离的微生物的菌落获得纯培养。 1）①利用选择培养法进行直接分离：Ⅰ、高温下培养：分离嗜热细菌。 Ⅱ、培养基中不含N：分离固氮菌。 Ⅲ、培养基加抗生素：分离抗性菌。 ②利用选择平板进行直接分离：Ⅰ、牛奶平板：分离蛋白酶产生菌。 Ⅱ、颜色反应：分离特定的菌株。 Ⅲ、利用特定细菌的滑动特点进行分离纯化。 2）富集培养：特定的环境条件→仅适应于该条件的微生物旺盛生长 →待分离微生物在群落中的数量大大增加→从自然界中分离到所需的特定微生物（二）高选择性分离小单孢菌的程序： 土样自然风干→制成土壤悬浮液→1~5%苯酚处理→涂布平板 （HV琼脂+萘啶酸20mg/L+衣霉素20mg/L）衣霉素和萘啶酸作为细菌、真菌和非目的放线菌的抑制剂。 6. 如何利用同位素标记法研究微生物药物生物合成的机理？ 将同位素标记可疑前体物质加到培养基中→培养后分离目的代谢产物 →测定终产物中同位素含量和分布情况→判断可疑前体物质是否参与代谢产物的合成16. 如想开发生产葡萄糖苷酶的基因工程菌，该如何构建？如想进一步提高该酶的表达量，该如何进行？假如重组表达的酶以包涵体形式存在，以你学到的知识分析应该采取什么措施？ 基因工程酶（蛋白）的构建 （1）基因的获取（通过NCBI搜索欲构建的葡萄糖苷酶的基因序列，再设计引物，以所需的cDNA为模板PCR获得）。 （2）目的基因与表达载体的体外重组。 （3）导入宿主细胞。 （4）筛选和验证。 （5）目的基因的表达。 提高表达量：（1）利用高效表达质粒（强启动子和高拷贝）。 （2）优化密码子。 （3）优化翻译起始区的二级结构。 （4）使ATG和SD序列之间距离为9bp。 （5）优化表达条件。 减少包涵体：（1）降低培养温度。 （2）减少诱导剂的使用量。 （3）

抗体酶

抗体酶综述 陈璇 【摘要】抗体酶是一类以过渡态类似物，为半抗原，可诱导免疫系统产生具有类似天然酶催化活性的免疫球蛋白。抗体酶既具有抗体的高效选择性，又能像酶那样高效催化化学反应，开创了催化剂研究的崭新领域。本文从抗体酶的发展历史、作用原理、制备、应用及研究展望多个角度进行综述。 【关键词】抗体酶；发现史；作用原理；制备；现状及应用前景 抗体酶 抗体酶(abzyme)，又称催化抗体(cat·alytic antibody)，是指通过一系列化学与生物技术方法制备出的具有催化活性的抗体，它除了具有相应免疫学性质，还类似于酶，能催化某种活性反应。抗体与酶相似，它们都是蛋白质分子．酶与底物的结合及抗体与抗原的结合都是高度专一性的，但这两种结合的基本区别在于酶与高能态的过渡态分子相结合，而抗体则与抗原(基态分子)相结合。抗体与天然酶相比，最大的优点在于抗体的种类是巨大的，免疫系统可以拥有10 种抗原特异性不同的抗体分子。制备成功的抗体酶不但能催化一些天然酶能催化的反应，而且还能催化一些天然酶不能催化的反应。 抗体酶的发现 早在l948年，美国斯坦福大学荣誉退休化学教授l』_波林(LinusPaulin'f)就提出过渡态理论(transition state theory) [2]。这一理论认为，酶之所以具有催化能力，是因为它与反应分子(底

物)的牢固结合的方式，有利于反应中的过渡态(transition state)的结构。而这种结构会迅速重新排列成该反应的产物。任何有利于过渡态，而不是其它可能的结构的因素，都能加快化学反应速度。1 969年，布兰戴斯大学生物化学家w ·詹克斯(w ·Jenks)进一步发展了这一理论。他和几位美国科学家认为，如果波林的观点是正确的话，那么利用某一反应过渡态的模拟物作为免疫原，则会得到催化该反应的抗体。这种抗体能特异地识别化学反应的过渡态，并利用其结合能降低反应的活化能。那么，适当的抗体也就能够以一种方式与真正的酶反应物结合．成为“酶家族”中新成员，去催化正常情况下由酶来完成的化学反应。 1986年以后，抗体酶研究进入一个新的阶段。这一年的12月，R．A．Lerner和P．G．SChutz两个小组同时在《科学》(Science)杂志上报道，他们已成功地得到了具有酶活性的抗体酶。SChutz等人认为对硝基苯酚磷酸胆碱酯（PNPPC）作为相应羧酸二酯水解反应的过渡态类似物，推测用这个类似物作为半抗原诱导产生的单克隆抗体可能对羧酸二酯的水解反应有催化活性。通过对单克隆抗体的筛选，找到了一株MOPC167单抗，后来又找到一株抗体酶T15,经证明该催化反应的动力学行为满足米氏方程。[3] Lerner等人，从金属肽酶的研究成果中得到启发，合成了一个含有吡啶甲酸的膦酸酯类似物为半抗原诱导产生一个单抗6D4，用来催化不含吡啶甲酸的相应羧酸酯化合物的水解反应，使反应加速近1000倍，并表现出底物专一性和对介质pH的依赖性等。[3]

基因工程技术在环境保护中的应用

基因工程技术在环境保护中的应用 基因工程技术在环境保护中的应用随着科技的发展,人类在为自己生产出越来越多生活资料的同时,产生有害物质的数量和种类也大幅度增加,环境污染已远远超出了自然界微生物的净化能力，已成为人们十分关注的问题。基因工程技术是在DNA分子水平上按照人们的意愿进行的定向改造生物的新技术。而利用基因工程技术提高微生物净化环境的能力是用于环境治理的一项关键技术。这一技术发展到今天,正形成产业化并列为世界领先专业技术领域之一,广泛应用于食品、医药、化工、农业、环保、能源和国防等许多部门,并日益显示出其巨大的潜力。 一、基因工程在废水处理中的应用 基因工程技术应用于废水处理是水处理领域一项具有广泛应用前景的新兴技术。常规的废水处理方法有物化法、生物法等。由于一般的物化方法只是污染物的转移，不能从根本上治理，且容易造成二次污染，成本也较高，生物法逐渐成为废水处理的主要方法。但是由于废水的多样性及其成分的复杂性，自然进化的微生物降解污染物的酶活性往往有限，如果能利用基因工程技术对这些菌株进行遗传改造，提高微生物酶的降解活性，并可大量繁殖，就可以定向获得具有特殊降解性状的高效菌株，方便有效地应用于水污染处理。因此，构建基因工程菌成为现代废水处理技术的一个重要研究方向，且日益受到人

们的重视。基因工程技术在废水处理中的应用有以下几个方面。 1、基因工程在环境污染监测中的应用 目前，聚合酶反应（简称PCR）技术和核酸探针技术是常用于水环境中微生物的检测技术。PCR技术是一种在体外模拟自然DNA复制过程的核酸扩增技术，常用于监测海洋环境中存在的微生物。标记的核酸探针可以用于待测核酸样本中特定基因序列，如监测饮用水中病毒的含量。PCR技术和核酸探针技术可能取代常规的水质分析，发展成为一种快速可靠水体微生物的检测技术，并将在细菌、病毒及其他毒物检测中得以迅速的应用发展。 2、基因工程菌对水体中重金属离子的生物富集 利用基因工程菌代替普通微生物处理重金属是近年来研究的热点。基因工程技术在重金属废水治理中的作用主要体现在提高微生物菌体细胞对重金属离子的富集容量以及提高菌体对特定重金属离子的选择性两个方面。此法采用生物工程技术将微生物细胞中参与富集的主导性基因导入繁殖力强、适应性能佳的受体菌株内,大大提高了菌体对重金属的适应性和处理效率。 2.1提高重组菌重金属离子的富集容量

酶工程与生物制药22

酶工程与生物制药 08生科杨菲200840700055 摘要: 生物技术正在越来越多地从根本上改变进行药物发现和开发的方法。酶工程是生物技术中发展时间较长的一门技术。本文着重从工程和技术化的角度介绍酶工程在制药工业中的应用. 关键词: 酶工程生物制药医药应用研究进展 酶的概述 酶的特性 酶是由活细胞产生的具有特殊催化功能的一类蛋白。其特点：催化效率高,专一性强,反应条件温和,催化活性受到调节和控制 1.酶工程简介 1.1 酶工程，又称酶技术，它是从应用的目的出发，将酶学理论和化学工程相结合，生产、制备、研究酶，利用酶的催化特性，将原料转化为目的产物的一门技术。20世纪20年代初，主要是自然酶制剂在工业上的大规模应用。 在七十年代以后，伴随着第二代酶——固定化酶及其相关技术的产生，酶工程才算真正登上了历史舞台。固定化酶正日益成为工业生产的主力军，在化工医药、轻工食品、环境保护等领域发挥着巨大的作用。不仅如此，还产生了威力更大的第三代酶，它是包括辅助因子再生系统在内的固定化多酶系统，它正在成为酶工程应用的主角。 2.酶的来源 酶作为生物催化剂普遍存在于动物，植物和微生物中，可以直接从生物体中分离提纯。但是，理论上，酶和其他蛋白质一样，也可以通过化学合成法制得。由于当前的条件，试剂和经济条件等多种因素存在，人工合成法来生产酶，还需要相当长的一段时间，所以目前我们还是直接从生物体中直接提取分离。 早期的生产多以动植物为主，从植物中提取的酶有蛋白酶，淀粉酶，氧化酶等，从动物中提取的酶有疑蛋白酶，脂肪酶和用于奶酪生产的凝乳酶等。但是随着酶制剂应用范围大大扩大，原先生产的酶远远供不应求。人们就开始探索利用动植物细胞培养法生产酶的新方法来解决目前存在的问题。在这种进退两难的情形下，有关科学家发现了利用微生物来生产。1．种类多，酶品种齐全。 2．生长繁殖快，生产周期短，产量高。3．培养简单，原料来源丰富，经济效益高。4．适应性和适应力较强。所以目前工业上应用的酶大多数采用微生物发酵法来生产。 3.酶的生产菌 3.1 对菌种的选取。 菌种性能的优劣，产量的高低直接影响微生物发酵的成本，所以作为一个优良的产酶菌必须具备以下几点：1。繁殖快，产酶量高，2。不是致病菌，3。产酶性能稳定。4。廉价，周期短，易于培养。 3.2 生产菌的来源。