1、第三章环境生物工程基础第三章环境生物工程基础-酶工程酶工程教学内容教学内容一、概述二、酶作用原理三、酶的生产及分离纯化四、酶分子修饰五、酶的固定化六、酶反应器七、酶的应用及发展展望n酶是一类由活细胞产生的，酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物对其特异底物具有高效催化作用的具有高效催化作用的蛋白质。蛋白质。一、概述n所有生命活动或过程都需要酶的参与所有生命活动或过程都需要酶的参与（1 1）执行具体生理机能）执行具体生理机能（2 2）降解大分子）降解大分子（3 3）协同激素起信号转化、传递、放大作用）协同激素起信号转化、传递、放大作用（4 4）催化代谢反应）催化代谢反应n酶的组成和分布是生物进化与
2、组织功能分化的基础酶的组成和分布是生物进化与组织功能分化的基础n在生物进化过程中形成了从酶的合成到酶的结构和活性各种水平在生物进化过程中形成了从酶的合成到酶的结构和活性各种水平的调节机构。的调节机构。（一）结构组成（一）结构组成仅含氨基酸组分仅含氨基酸组分的酶称为的酶称为单纯酶单纯酶有些酶其分子结构仅由氨基酸组成，没有辅助因子。有些酶其分子结构仅由氨基酸组成，没有辅助因子。这类酶称为这类酶称为单纯酶单纯酶（simple enzyme）。）。如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核酸酶等。如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核酸酶等。（二）结构组成中既含氨基酸组分又含非氨基（二）结构组成中既含
3、氨基酸组分又含非氨基酸组分的酶称为酸组分的酶称为结合酶结合酶结合酶结合酶（conjugated enzyme）是除了在其组成中含有由氨是除了在其组成中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有非蛋白质部分基酸组成的蛋白质部分外，还含有非蛋白质部分蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)决定反应的特异性及其催化机制决定反应的特异性及其催化机制决定反应决定反应的性质和的性质和反应类型反应类型辅助因子分类辅助因子分类（按其与酶蛋白结合的紧密程度）（按其与酶蛋白结合的紧密
4、程度）辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松，可用疏松，可用透析或超滤的透析或超滤的方法除去。方法除去。辅基辅基(prosthetic group):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密，不能用紧密，不能用透析或超透析或超滤的方法除去滤的方法除去。必需基团必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关一些与酶活性密切相关的化学基团的化学基团。常见的必需基团常见的必需基团Ser-OHSer-OHHis-His-咪唑基咪唑基CysCys-SH-SHAspAsp、GluGlu-COOH-COOH或称活性
5、部位或称活性部位(active site)，指必需基团指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。化为产物。酶的活性中心酶的活性中心(active center)结合基团结合基团binding group催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。的空间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团底底 物物 活性中心以外的活性中
6、心以外的必需基团必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心（二）分类1、分类：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶、连接酶或合成酶一、概述一、概述CH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADHCH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHOH2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OHHOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOH一、概述一、概述二、酶作用原理二、酶作用原理 （1 1）用量少；效率高；反应前后质和量不变）用量少；效率高；反应前后质和量不变 （2 2）加速化学
7、反应的速度，不改变反应的平衡点）加速化学反应的速度，不改变反应的平衡点 (3)(3)不不能够触发热力学上不能进行的反应。能够触发热力学上不能进行的反应。（4 4）催化可逆反应的酶对正反应、逆反应都有催化）催化可逆反应的酶对正反应、逆反应都有催化作用作用 （5 5）降低反应的活化能。）降低反应的活化能。2 2、作为生物催化剂的特性作为生物催化剂的特性二、酶作用原理二、酶作用原理二、酶作用原理二、酶作用原理二、酶作用原理二、酶作用原理二、酶作用原理二、酶作用原理二、酶作用原理二、酶作用原理三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化
8、三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化半匀浆选材提取液粗酶制品精制细胞器纯酶酶结晶抽取或分散亲和分离法少量酶分离方法结晶法三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生
9、产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化PEESSE（2）载体a.应具有均一、坚实、多孔的网状结构b.亲水c.具有可活化和改变的化学基团d.具有良好的化学稳定性交联琼脂糖凝胶三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化电泳带电物质在直流电场作用下，向着与其电荷相反的电极移动的现象。区带电泳样品溶液在一惰性支持物上进行电泳的过程。电泳后，不同
10、的蛋白质组成被分离形成带状区间。区带的位置可用专一蛋白质染料染色显示，有些也可利用伴有颜色变化的酶催化反应来显示。三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化4.酶分离纯化的电泳技术a 连续凝胶电泳b 不连续凝胶电泳c 浓度梯度凝胶电泳d SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化4.酶分离纯化的电泳技术三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化4.酶分离纯化的电泳技术三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化4.酶分离纯化的电泳技术三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化4.酶分离纯化的电泳技术三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化4.酶分离纯化的电
11、泳技术三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化4.酶分离纯化的电泳技术三、酶的生产及分离纯化三、酶的生产及分离纯化4.酶分离纯化的电泳技术四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰四、酶分子修饰五、固定化五、固定化五、固定化五、固定化五、固定化五、固定化吸附法包埋法结合法五、固定化五、固定化凝胶包埋法半透膜包埋法根据载体材料和方法五、固定化五、固定化五、固定化五、固定化五、固定化五、固定化五、固定化五、固定化五、固定化五、固定化六、酶反应器六、酶反应器六、酶反应器六、酶反应器间歇反应器固定床反应器循环反应器流化床反应器连续搅拌超滤式反应器连续搅拌式反应器（CSTR）六、酶反应器六、酶反应器六、酶反应器六、酶反应器七、酶的应用与发展展七、酶的应用与发展展望望七、酶的应用与发展展七、酶的应用与发展展望望七、酶的应用与发展展七、酶的应用与发展展望望七、酶的应用与发展展七、酶的应用与发展展望望七、酶的应用与发展展七、酶的应用与发展展望望七、酶的应用与发展展七、酶的应用与发展展望望
