1、药剂教研室昝 旺生命的催化剂生命的催化剂酶 工 程2023-9-2722023-9-273酶人人植物植物动物动物微生物微生物2023-9-2742023-9-2752023-9-2762023-9-277酶与医药酶与医药1 1、疾病诊断：、疾病诊断：谷丙转氨酶诊断肝炎、葡萄糖氧化酶诊断糖尿病谷丙转氨酶诊断肝炎、葡萄糖氧化酶诊断糖尿病2 2、疾病治疗：、疾病治疗：胃蛋白酶、溶菌酶、超氧化物歧化酶（胃蛋白酶、溶菌酶、超氧化物歧化酶（SODSOD）、尿）、尿激酶、激酶、L-L-天冬酰胺酶（治疗白血病）、细胞色素天冬酰胺酶（治疗白血病）、细胞色素C C等等3 3、药物生产：、药物生产：应用酶的特异性催
2、化功能将相应前体物质转化成药应用酶的特异性催化功能将相应前体物质转化成药物，如青霉素酰化酶制造头孢霉素和半合成青霉素物，如青霉素酰化酶制造头孢霉素和半合成青霉素4 4、分析检测：、分析检测：酶联免疫检测酶联免疫检测2023-9-278一一掀起酶的盖头来掀起酶的盖头来2023-9-279什么是酶？什么是酶？2023-9-2710维尔斯塔特维尔斯塔特 酶既不是蛋白质，也酶既不是蛋白质，也不是糖类，想得到纯净的不是糖类，想得到纯净的酶是不可能的！酶是不可能的！酶都有两个部分：活酶都有两个部分：活性基团和胶质载体。性基团和胶质载体。2023-9-2711酶是蛋白质酶是蛋白质酶是催化剂酶是催化剂酶是具有
3、催化作酶是具有催化作用的蛋白质用的蛋白质萨姆纳萨姆纳小样儿，你小样儿，你OUTOUT了！了！2023-9-2712酶有哪些特点呢？酶有哪些特点呢？催化效率高催化效率高专一性强专一性强反应条件温和反应条件温和催化活性受到调节和控制催化活性受到调节和控制酶的催化效率是其它类型催化酶的催化效率是其它类型催化剂的剂的107-1013107-1013倍，即比没有催倍，即比没有催化剂时高化剂时高1 1千万到千万到1010万亿倍！万亿倍！2023-9-2713二二酶的故乡在哪里酶的故乡在哪里2023-9-2714酶从哪里来？酶从哪里来？化学合成化学合成从生物中分离提取从生物中分离提取u微生物微生物种类繁多，
4、酶种类繁多，酶的种类齐全的种类齐全u生长繁殖快，生产周生长繁殖快，生产周期短，产量高期短，产量高u培养方法简单，原料培养方法简单，原料来源丰富，价廉经济效来源丰富，价廉经济效益好益好u微生物有较强的适应微生物有较强的适应性，可通过基因工程培性，可通过基因工程培育新的高产菌株育新的高产菌株2023-9-2715 近年来，科学家们从微生物里近年来，科学家们从微生物里发现的酶就有发现的酶就有25002500多种，各国申请多种，各国申请的酶制剂方面的专利有的酶制剂方面的专利有10001000多种。多种。2023-9-2716微生物产酶：微生物产酶：菌种选育菌种选育 发酵生产发酵生产 分离纯化分离纯化2
5、023-9-2717三三人类为什么离不开酶人类为什么离不开酶2023-9-2718酶与生命同行酶与生命同行享受美味佳肴需要酶享受美味佳肴需要酶“吃的是草，挤的是奶吃的是草，挤的是奶”2023-9-2719四四理解酶促反应理解酶促反应2023-9-2720什么是酶促什么是酶促反应？反应？酶促反应（酶促反应（Enzyme catalysisEnzyme catalysis）又称酶催化或酵素催化作用，又称酶催化或酵素催化作用，指的是由酶作为催化剂进行催指的是由酶作为催化剂进行催化的化学反应。化的化学反应。2023-9-2721酶促反应有哪些特点呢？酶促反应有哪些特点呢？高度特异性高度特异性高度催化效
6、率高度催化效率高度不稳定性高度不稳定性酶活力的调节控制酶活力的调节控制2023-9-2722影响酶促反应的因素有哪些？影响酶促反应的因素有哪些？底物浓度底物浓度酶浓度酶浓度pHpH值值温度温度激活剂激活剂/抑制剂抑制剂2023-9-2723什么是酶工什么是酶工程？程？酶工程（酶工程（enzyme engineeringenzyme engineering）：）：利用酶或细胞所具有的特异催化利用酶或细胞所具有的特异催化功能，或对酶进行修饰改造，并功能，或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。产人类所需产品的一项技术。酶工程就是将酶或
7、者微生物细胞，动植物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，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，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，轻工业以及医药工主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。业中。2023-9-2724酶
8、工程酶工程酶制剂在工业上的大规模应酶制剂在工业上的大规模应用用 酶的生产酶的生产酶的改性酶的改性酶的应用酶的应用酶的生产与酶的生产与应用的技术应用的技术过程过程酶的生物合成酶的生物合成酶的提取酶的提取酶的分离纯化酶的分离纯化酶分析修饰酶分析修饰酶分子定向进化酶分子定向进化酶固定化酶固定化酶非水相催化酶非水相催化酶反应器酶反应器各领域中的酶各领域中的酶2023-9-27252023-9-2726一、酶的生产一、酶的生产酶的生物合成酶的生物合成酶的提取酶的提取酶的分离纯化酶的分离纯化2023-9-2727二、酶的改性二、酶的改性酶分析修饰酶分析修饰酶分子定向进化酶分子定向进化酶固定化酶固定化酶非水
9、相催化酶非水相催化2023-9-2728三、酶的应用三、酶的应用酶反应器酶反应器各领域中的酶各领域中的酶2023-9-2729对产酶细胞有哪些要求呢？对产酶细胞有哪些要求呢？产酶量高（最好是产胞外酶的菌）产酶量高（最好是产胞外酶的菌）非致病菌、安全可靠、无毒性非致病菌、安全可靠、无毒性产酶性能稳定，不易退化，不易感染噬菌体产酶性能稳定，不易退化，不易感染噬菌体利于酶的分离纯化利于酶的分离纯化一、产酶细胞的选择一、产酶细胞的选择2023-9-2730目前常用的产酶微生物：目前常用的产酶微生物：大肠杆菌（分泌胞内酶）、枯草大肠杆菌（分泌胞内酶）、枯草杆菌、啤酒酵母、青霉、链霉菌等。杆菌、啤酒酵母、
10、青霉、链霉菌等。另外，另外，植物细胞植物细胞、动物细胞动物细胞也常有使用。也常有使用。2023-9-2731二、产酶工艺条件的优化与调节控制二、产酶工艺条件的优化与调节控制1.pH1.pH值值2.2.温度温度3.3.溶解氧溶解氧2023-9-2732三、提高产酶量的措施三、提高产酶量的措施（一）微生物发酵产酶（一）微生物发酵产酶 1.1.添加诱导物添加诱导物 2.2.控制阻遏物的浓度控制阻遏物的浓度 3.3.添加表面活性剂添加表面活性剂 4.4.添加产酶促进剂添加产酶促进剂2023-9-2733（二）植物细胞培养产酶（二）植物细胞培养产酶 1.1.温度控制温度控制 2.pH2.pH值控制值控制
11、 3.3.溶解氧的控制溶解氧的控制 4.4.光照的控制光照的控制 5.5.前体的添加前体的添加 6.6.刺激剂的应用刺激剂的应用2023-9-2734（三）动物细胞培养产酶（三）动物细胞培养产酶 1.1.温度的控制温度的控制 2.pH2.pH值的控制值的控制 3.3.渗透压的控制渗透压的控制 4.4.溶解氧的控制溶解氧的控制2023-9-2735酶的分离提纯过程应注意以下要求酶的分离提纯过程应注意以下要求l低温操作低温操作l不能剧烈搅拌不能剧烈搅拌l加保护剂，如加保护剂，如EDTAEDTAl对纯化过程进行监测对纯化过程进行监测想一想：想一想：为什么需要有这些为什么需要有这些注意事项？注意事项？
12、2023-9-2736一、酶分离纯化的一般程序一、酶分离纯化的一般程序l原材料的选择和预处理原材料的选择和预处理l酶的分离酶的分离l酶的精制酶的精制l酶的浓缩干燥和结晶酶的浓缩干燥和结晶综上所诉，就是：综上所诉，就是：细胞破碎细胞破碎、抽提抽提、纯化纯化2023-9-2737二、酶的提取二、酶的提取（一）细胞破碎（一）细胞破碎机械破碎法机械破碎法物理破碎法物理破碎法化学破碎法化学破碎法酶学破碎法酶学破碎法2023-9-2738机械破碎法：机械破碎法：通过机械运动所产生的剪切力作用，通过机械运动所产生的剪切力作用，使细胞破碎的方法，称为机械破碎法。使细胞破碎的方法，称为机械破碎法。1.1.捣碎法
13、捣碎法2.2.研磨法研磨法3.3.匀浆法匀浆法2023-9-2739物理破碎法：物理破碎法：通过各种物理因素（如温度、压力、超通过各种物理因素（如温度、压力、超声波等）的作用，使细胞破碎的方法。声波等）的作用，使细胞破碎的方法。1.1.温度差破碎法温度差破碎法2.2.压力差破碎法压力差破碎法3.3.超声波破碎法超声波破碎法2023-9-2740化学破碎法：化学破碎法：通过各种化学试剂对细胞膜的作用，通过各种化学试剂对细胞膜的作用，而使细胞破碎的方法。而使细胞破碎的方法。酶促破碎法：酶促破碎法：通过存在于细胞内部的酶系或外加酶通过存在于细胞内部的酶系或外加酶制剂的催化作用，使细胞外层结构受制剂的
14、催化作用，使细胞外层结构受到破坏，而达到细胞破碎的方法。到破坏，而达到细胞破碎的方法。2023-9-2741（二）酶的抽提（二）酶的抽提（extractionextraction）在一定的条件下，用适当的溶剂（或在一定的条件下，用适当的溶剂（或溶液）处理含酶原料，使酶充分溶解到溶溶液）处理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂（或溶液）中的过程。剂（或溶液）中的过程。2023-9-2742在酶的抽提过程中，在酶的抽提过程中，首先应当做什么呢？首先应当做什么呢？应当根据酶的结构和应当根据酶的结构和溶解特性，选择适当溶解特性，选择适当的溶剂。的溶剂。2023-9-2743l盐溶液提取盐溶液提取 盐溶现象，即
15、低浓度的中性盐可使电解盐溶现象，即低浓度的中性盐可使电解质的溶解度大大增加。质的溶解度大大增加。原理是由于盐离子和电解质离子的极性基原理是由于盐离子和电解质离子的极性基团间的静电作用而导致溶质溶解度增加。团间的静电作用而导致溶质溶解度增加。盐浓度一般在盐浓度一般在0.05-0.2mol/L0.05-0.2mol/L。2023-9-2744l稀酸稀碱溶液提取稀酸稀碱溶液提取 注意：注意：pHpH值不能太极端！值不能太极端！2023-9-2745l有机溶剂提取有机溶剂提取 适用于与脂质结合比较牢固或分子中非适用于与脂质结合比较牢固或分子中非极性侧链较多的酶。极性侧链较多的酶。常用的有机溶剂有乙醇和
16、丙酮等。常用的有机溶剂有乙醇和丙酮等。通常在通常在00下搅拌进行。下搅拌进行。2023-9-2746（三）沉淀分离（三）沉淀分离 通过改变某些条件或添加某种物质，使通过改变某些条件或添加某种物质，使酶在溶液中的溶解度降低，从溶液中析出沉酶在溶液中的溶解度降低，从溶液中析出沉淀，而与其它溶质分离的技术过程。淀，而与其它溶质分离的技术过程。盐析沉淀法盐析沉淀法等电沉淀法等电沉淀法有机溶剂沉淀法有机溶剂沉淀法复合沉淀法复合沉淀法选择性变性沉淀法选择性变性沉淀法2023-9-2747盐析沉淀法盐析沉淀法利用不同蛋白质在不同的盐浓度条件下溶解度不同的特利用不同蛋白质在不同的盐浓度条件下溶解度不同的特性，
17、通过在酶液中添加一定浓度的中性盐，使酶或杂质性，通过在酶液中添加一定浓度的中性盐，使酶或杂质从溶液中析出沉淀，从而使酶与杂质分离。从溶液中析出沉淀，从而使酶与杂质分离。等电点沉淀法等电点沉淀法利用两性电解质在等电点时溶解度最低，以及不同的两利用两性电解质在等电点时溶解度最低，以及不同的两性电解质有不同的等电点这一特性，通过调节溶液的性电解质有不同的等电点这一特性，通过调节溶液的pHpH，使酶或杂质沉淀析出，从而使酶与杂质分离。使酶或杂质沉淀析出，从而使酶与杂质分离。有机溶剂沉淀法有机溶剂沉淀法利用酶与其他杂质在有机溶剂中的溶解度不同，利用酶与其他杂质在有机溶剂中的溶解度不同，通过添加一定量的某
18、种有机溶剂，使酶或杂质通过添加一定量的某种有机溶剂，使酶或杂质沉淀析出，从而使酶与杂质分离。沉淀析出，从而使酶与杂质分离。复合沉淀法复合沉淀法在酶液中加入某些物质，使它与酶形成复合物在酶液中加入某些物质，使它与酶形成复合物而沉淀下来，从而使酶与杂质分离。而沉淀下来，从而使酶与杂质分离。选择性变性沉淀法选择性变性沉淀法选择一定的条件使酶液中存在的某些杂质变性选择一定的条件使酶液中存在的某些杂质变性沉淀，而不影响所需的酶，从而使酶与杂质分沉淀，而不影响所需的酶，从而使酶与杂质分离。离。2023-9-2748酶的分离纯化方法还有：酶的分离纯化方法还有：离心分离、过滤与膜分离、离心分离、过滤与膜分离、
19、层析分离、电泳分离、萃取分离层析分离、电泳分离、萃取分离等等等等。等等等等。2023-9-2749酶分子修饰（酶分子修饰（enzyme molecule enzyme molecule modificationmodification）通过各种方法直接使酶分子的结构发生通过各种方法直接使酶分子的结构发生某些改变，从而改进酶的催化特性的技术过程。某些改变，从而改进酶的催化特性的技术过程。酶分子的主链修饰酶分子的主链修饰酶分子的侧链基团修饰酶分子的侧链基团修饰酶分子的组成单位置换修饰酶分子的组成单位置换修饰酶分子的金属离子置换修饰酶分子的金属离子置换修饰酶分子的物理修饰酶分子的物理修饰2023-9
20、-2750酶分子的主链修饰酶分子的主链修饰主链切断修饰主链切断修饰主链连接修饰主链连接修饰若主链的断裂引起酶活性中心的破坏，酶将若主链的断裂引起酶活性中心的破坏，酶将丧失其催化功能；丧失其催化功能；若主链断裂后，仍然可以维持酶活性中心的若主链断裂后，仍然可以维持酶活性中心的空间构想，则酶的催化功能可以保持不变或损空间构想，则酶的催化功能可以保持不变或损失不多，但其抗原性等特性将发生改变；失不多，但其抗原性等特性将发生改变；若主链的断裂有利于酶活性中心的形成，则若主链的断裂有利于酶活性中心的形成，则可使酶分子显示其催化功能或使酶活性提高。可使酶分子显示其催化功能或使酶活性提高。2023-9-27
21、51酶分子的侧链修饰酶分子的侧链修饰 通过酶的侧链基团修饰，可以提高酶的活性、增通过酶的侧链基团修饰，可以提高酶的活性、增加酶的稳定性、降低酶的抗原性，并且可能引起酶催加酶的稳定性、降低酶的抗原性，并且可能引起酶催化特性和催化功能的改变，以提高酶的使用价值。化特性和催化功能的改变，以提高酶的使用价值。蛋白类酶主要由蛋白质组成，酶蛋白的蛋白类酶主要由蛋白质组成，酶蛋白的侧链基团是指组成蛋白质的氨基酸残基上的侧链基团是指组成蛋白质的氨基酸残基上的功能团，主要包括氨基、羧基、巯基、胍基、功能团，主要包括氨基、羧基、巯基、胍基、酚基、咪唑基、吲哚基。酚基、咪唑基、吲哚基。核酸类酶主要核糖核酸组成，酶核
22、酸类酶主要核糖核酸组成，酶RNARNA的侧的侧链基团是指组成链基团是指组成RNARNA的核苷酸残基上的功能团。的核苷酸残基上的功能团。2023-9-2752酶分子组成单位置换酶分子组成单位置换通过修饰可以提高酶的催化效率通过修饰可以提高酶的催化效率通过修饰可以增强酶的稳定性通过修饰可以增强酶的稳定性通过修饰可以使酶的专一性发生改变通过修饰可以使酶的专一性发生改变通过核苷酸置换修饰可以获得各种人造核酸类酶通过核苷酸置换修饰可以获得各种人造核酸类酶2023-9-2753酶分子定向进化（酶分子定向进化（enzyme molecule enzyme molecule directed evolutio
23、ndirected evolution）模拟自然进化过程（随机突变和自然选模拟自然进化过程（随机突变和自然选择），在择），在体外体外进行酶基因的人工突变，建立突进行酶基因的人工突变，建立突变基因文库，在人工控制条件的特殊环境下，变基因文库，在人工控制条件的特殊环境下，定向选择得到具有优良催化特性的酶的突变体定向选择得到具有优良催化特性的酶的突变体的技术过程。的技术过程。2023-9-2754酶分子基因酶分子基因基因随机突变基因随机突变突变基因的突变基因的定向选择定向选择正突变基因正突变基因进化酶进化酶反复进行反复进行去除负突变基因和去除负突变基因和中性突变基因中性突变基因酶分子定向进化的基本过
24、程酶分子定向进化的基本过程2023-9-2755酶固定化（酶固定化（enzyme immobilizationenzyme immobilization）将酶固定在载体上，制备固定化酶的技将酶固定在载体上，制备固定化酶的技术过程。术过程。固定在载体上并在一定的空间范围内进固定在载体上并在一定的空间范围内进行催化反应的酶称为固定化酶行催化反应的酶称为固定化酶（immobilized enzymeimmobilized enzyme）。）。2023-9-2756为什么要对酶进行固化？为什么要对酶进行固化？酶有些不足之处：酶有些不足之处：酶的稳定性较差酶的稳定性较差酶的一次性使用酶的一次性使用产物的
25、分离纯化比较难产物的分离纯化比较难2023-9-2757一、固定化酶的制备一、固定化酶的制备 固定化酶固定化酶（Immobilized Enzyme）通过物理化学手段，将酶束缚于通过物理化学手段，将酶束缚于水不水不溶性的载体溶性的载体上或上或一定空间一定空间内，使酶变成内，使酶变成不易随溶液流失但能发挥催化作用。不易随溶液流失但能发挥催化作用。2023-9-2758一、传统的酶和细胞固定化方法一、传统的酶和细胞固定化方法酶和细胞的酶和细胞的固定化方法固定化方法载体载体结合法结合法交联法交联法包埋法包埋法物理吸附法物理吸附法离子结合法离子结合法共价结合法共价结合法网格型网格型微囊型微囊型2023
26、-9-27591 1、载体结合法、载体结合法 是将酶固定于水不溶性载体上。是将酶固定于水不溶性载体上。2023-9-2760l是利用酶和载体间非特异性物理吸附将酶固定是利用酶和载体间非特异性物理吸附将酶固定在载体表面。在载体表面。常用载体有常用载体有有机载体：纤维素、淀粉等有机载体：纤维素、淀粉等无机载体：氧化铅、皂土、高岭土、多孔玻璃等无机载体：氧化铅、皂土、高岭土、多孔玻璃等物理吸附法物理吸附法l物理吸附作用：范德华力、氢键、疏水，静电物理吸附作用：范德华力、氢键、疏水，静电作用等。作用等。l特点：最早使用，对酶活力影响小，但酶与载特点：最早使用，对酶活力影响小，但酶与载体间结合力弱。体间
27、结合力弱。2023-9-2761l常用载体：二乙基氨基乙基纤维素（常用载体：二乙基氨基乙基纤维素（DEAEDEAE）羧甲基（羧甲基（CMCM）纤维素）纤维素离子结合法离子结合法l是是将酶通过离子键作结合于具有离子交将酶通过离子键作结合于具有离子交换基的水不溶性载体上换基的水不溶性载体上。l特点：操作简单，条件温和；但结合力不强特点：操作简单，条件温和；但结合力不强2023-9-2762共价结合法共价结合法将酶分子上非活性部位功能基团与载体表面反应基团之将酶分子上非活性部位功能基团与载体表面反应基团之间形成共价键间形成共价键。酶的非活性酶的非活性部位功能团部位功能团载体表面反载体表面反应基团应基
28、团氨基、羧基、氨基、羧基、咪唑基、巯基等咪唑基、巯基等2023-9-2763l优点：结合牢固，稳定性好，可重复使优点：结合牢固，稳定性好，可重复使 用，是目前研究最为活跃的方法。用，是目前研究最为活跃的方法。l缺点：反应剧烈，酶活性易受影响。缺点：反应剧烈，酶活性易受影响。2023-9-27642 2、交联法、交联法 酶分子的交联基团：酶分子的交联基团：NH2NH2、OHOH、SHSH等。等。常用交联剂：戊二醛常用交联剂：戊二醛l用双功能和多功能试剂，使酶与交联试用双功能和多功能试剂，使酶与交联试剂之间形成共价键的固定化方法。剂之间形成共价键的固定化方法。l类似于共价结合法，区别在于载体不同。
29、类似于共价结合法，区别在于载体不同。l制备较困难，活性损失较大。制备较困难，活性损失较大。2023-9-27653 3、包埋法、包埋法l载体与酶溶液混合后，通过物理作用将酶限定载体与酶溶液混合后，通过物理作用将酶限定在载体的网格中。在载体的网格中。常用载体：常用载体：明胶、琼脂、琼脂糖、聚丙烯酰胺、海藻酸明胶、琼脂、琼脂糖、聚丙烯酰胺、海藻酸钠等。钠等。l优点：条件温和，酶活力回收较高。优点：条件温和，酶活力回收较高。l缺点：酶易泄漏，扩散受限。缺点：酶易泄漏，扩散受限。2023-9-2766网格型网格型将酶或者细胞包埋于高分子凝胶细微网格中。将酶或者细胞包埋于高分子凝胶细微网格中。微囊型微囊
30、型将酶或者细胞包埋于高分子半透膜中。将酶或者细胞包埋于高分子半透膜中。2023-9-2767酶的固定化方法酶的固定化方法2023-9-2768固定化细胞的制备固定化细胞的制备v 细胞固定化技术，也称为第二代固定化酶。细胞固定化技术，也称为第二代固定化酶。v为了减少从微生物细胞中分离提纯酶的麻烦，为了减少从微生物细胞中分离提纯酶的麻烦，直接利用微生物细胞内的复合酶系统，所以直接利用微生物细胞内的复合酶系统，所以将细胞固定化。将细胞固定化。2023-9-2769二、固定化酶的性质和指标二、固定化酶的性质和指标v酶固定化后结构发生变化，酶固定化后结构发生变化，活力下降。活力下降。v带来扩散限制效应、
31、空间障碍、载体的分配效带来扩散限制效应、空间障碍、载体的分配效应等应等2023-9-27701.1.固定化后酶活力的改变固定化后酶活力的改变l大多数情况下，固定化后酶活力下降。大多数情况下，固定化后酶活力下降。固定化胰蛋白酶对底物酪蛋白只显示原活力的固定化胰蛋白酶对底物酪蛋白只显示原活力的30%30%，而对底物苯酞精氨酸，而对底物苯酞精氨酸-对硝基酰替苯胺的活对硝基酰替苯胺的活力保持力保持80%80%。l一般认为高分子底物受空间位阻的影响比低分一般认为高分子底物受空间位阻的影响比低分子底物大。子底物大。2023-9-2771酶活力改变的原因酶活力改变的原因l空间构象发生变化，酶的活性中心的重空
32、间构象发生变化，酶的活性中心的重要氨基酸与载体发生了结合。要氨基酸与载体发生了结合。l空间位阻，即酶活性中心与底物接近受空间位阻，即酶活性中心与底物接近受阻。阻。l包埋时，酶被高分子半透膜包围，大分包埋时，酶被高分子半透膜包围，大分子不能透过。子不能透过。2023-9-27722.2.酶的稳定性变化酶的稳定性变化l指对温度、指对温度、pHpH、蛋白酶变性剂和抑制剂的耐受程、蛋白酶变性剂和抑制剂的耐受程度，固定化酶稳定性一般都升高。度，固定化酶稳定性一般都升高。（1 1）热稳定性）热稳定性 耐热性提高，最适温度提高，反应能在较高温度下进行耐热性提高，最适温度提高，反应能在较高温度下进行（2 2）
33、对有机试剂及酶抑制剂的稳定性提高）对有机试剂及酶抑制剂的稳定性提高 l具体表现在：具体表现在：（3 3）对）对pHpH、蛋白酶、储存和操作条件的稳定性提高、蛋白酶、储存和操作条件的稳定性提高2023-9-27733.3.固定化酶的最适温度变化固定化酶的最适温度变化l由于固定化后，酶的热稳定性提高，所由于固定化后，酶的热稳定性提高，所以最适温度也随之提高。以最适温度也随之提高。2023-9-27744.4.固定化酶的最适固定化酶的最适pHpH发生变化发生变化l酶固定化后，对底物作用的最适酶固定化后，对底物作用的最适pHpH和酶和酶活力活力-pH-pH曲线常发生偏移。曲线常发生偏移。l发生偏移的原
34、因是微环境表面电荷性质发生偏移的原因是微环境表面电荷性质的影响。的影响。2023-9-27755.5.固定化酶的米氏常数变化固定化酶的米氏常数变化l主要是由于高级结构的变化及载体的影主要是由于高级结构的变化及载体的影响引起酶与底物亲和力变化响引起酶与底物亲和力变化2023-9-2776l酶反应器（酶反应器（enzyme reactorenzyme reactor）：）：用于各种酶进行催化反应的容器及用于各种酶进行催化反应的容器及其附属设备。其附属设备。生物反应器生物反应器发酵罐发酵罐2023-9-2777反应器的种类 1.1.搅拌罐反应器搅拌罐反应器（batch stirred tank re
35、actor,BSTR)batch stirred tank reactor,BSTR)特点：底物与酶一次性投入反应器，反应完成后产物一特点：底物与酶一次性投入反应器，反应完成后产物一次性取出。次性取出。优点：装置较简单造价较低，传质阻力很小。优点：装置较简单造价较低，传质阻力很小。缺点：固定化酶经反复回收使用时易失去活缺点：固定化酶经反复回收使用时易失去活 性故在性故在工业生产中，很少用于固定化酶，主要用于游离工业生产中，很少用于固定化酶，主要用于游离酶反应。酶反应。2023-9-27782.2.连续流动搅拌罐反应器连续流动搅拌罐反应器 （continuous stirred tank rea
36、ctor,CSTRcontinuous stirred tank reactor,CSTR）l向反应器投入固定化酶和底物溶液。不断搅拌，向反应器投入固定化酶和底物溶液。不断搅拌，反应达平衡之后，再以恒定的流速连续流入底反应达平衡之后，再以恒定的流速连续流入底物溶液同时以相同流速输出反应液（含产物溶液同时以相同流速输出反应液（含产物）。物）。缺点：缺点：搅拌桨产生的剪切力较大，搅拌桨产生的剪切力较大，容易引起固定化酶的破坏。容易引起固定化酶的破坏。2023-9-27793.3.填充床反应器填充床反应器 （pack bed reactor,PBR)pack bed reactor,PBR)l将固定
37、化酶填充于反应器内，制成稳将固定化酶填充于反应器内，制成稳l定的柱床，然后，通入底物溶液，以定的柱床，然后，通入底物溶液，以l一定的流速收集输出的转化液（含产物一定的流速收集输出的转化液（含产物)。l工业生产中常采用上向方式，可以避免下向流动的液压对工业生产中常采用上向方式，可以避免下向流动的液压对柱床的影响柱床的影响n目前应用最普遍，发表的文章也最多。目前应用最普遍，发表的文章也最多。n当底物溶液含固体颗粒或黏度很大时，不宜采用当底物溶液含固体颗粒或黏度很大时，不宜采用PBRPBR，因，因为固体颗粒易堵塞柱床。为固体颗粒易堵塞柱床。2023-9-27804.4.流化床反应器流化床反应器（pa
38、ck bed reactor,PBRpack bed reactor,PBR）l底物溶液以足够大的流速，从反底物溶液以足够大的流速，从反应器底部向上通过固定化酶柱床，应器底部向上通过固定化酶柱床，使固定化酶颗粒始终处于流化状使固定化酶颗粒始终处于流化状态。态。l适于处理粘性强和含有固体颗粒适于处理粘性强和含有固体颗粒的底物。的底物。2023-9-27815.5.循环反应器循环反应器（recycle reactor,RCR)recycle reactor,RCR)l进料口与出料口以管道进料口与出料口以管道相连，反应过程中部分相连，反应过程中部分输出液与新加入的底物输出液与新加入的底物液混合，再进
39、入反应床液混合，再进入反应床进行循环。进行循环。l转化率较高。转化率较高。2023-9-2782 酶反应器多种多样，不同的反酶反应器多种多样，不同的反应器有不同特点。那么，应该怎么应器有不同特点。那么，应该怎么选择酶反应器呢？选择酶反应器呢？2023-9-2783（一）根据酶的应用形式选择反应器（一）根据酶的应用形式选择反应器1.1.游离酶反应器的选择游离酶反应器的选择 搅拌罐式反应器、膜反应器、鼓泡式搅拌罐式反应器、膜反应器、鼓泡式反应器、喷射式反应器等混合效果较好，反应器、喷射式反应器等混合效果较好，较为适合游离酶的催化反应。较为适合游离酶的催化反应。2023-9-2784游离酶催化反应最
40、常用的反应器是搅拌罐式游离酶催化反应最常用的反应器是搅拌罐式反应器。反应器。对于以气体作为反应底物的酶催化反应，通对于以气体作为反应底物的酶催化反应，通常采用鼓泡式反应器。常采用鼓泡式反应器。对于某些反应产物的相对分子质量较小、较对于某些反应产物的相对分子质量较小、较难获得、价格较高的酶，可采用游离酶膜反难获得、价格较高的酶，可采用游离酶膜反应器，以利于酶的回收利用。应器，以利于酶的回收利用。对于某些耐高温的酶可以选用喷射式反应器。对于某些耐高温的酶可以选用喷射式反应器。2023-9-27852.2.固定化酶反应器的选择固定化酶反应器的选择 在应用固定化酶进行催化反应的过程在应用固定化酶进行催
41、化反应的过程中，首先应根据固定化酶的中，首先应根据固定化酶的形状形状、颗粒大、颗粒大小和稳定性的不用等特点选择固定化酶反小和稳定性的不用等特点选择固定化酶反应器。应器。固定化酶的形状主要有颗粒状、固定化酶的形状主要有颗粒状、平板状、直管状、螺旋管状等。平板状、直管状、螺旋管状等。通常为颗粒状固定化酶。通常为颗粒状固定化酶。2023-9-2786 颗粒状固定化酶可以选用搅拌罐式反应颗粒状固定化酶可以选用搅拌罐式反应器、填充床式反应器、流化床式反应器、鼓器、填充床式反应器、流化床式反应器、鼓泡式反应器等进行催化反应。泡式反应器等进行催化反应。2023-9-2787（二）根据酶反应动力学性质选择反应
42、器（二）根据酶反应动力学性质选择反应器在酶进行催化反应的过程中，首先酶要与底物在酶进行催化反应的过程中，首先酶要与底物结合，然后再进行催化。结合，然后再进行催化。底物浓度对酶催化反应速率有显著影响。底物浓度对酶催化反应速率有显著影响。有些酶催化反应的产物对酶有反馈抑制作用，有些酶催化反应的产物对酶有反馈抑制作用，当产物达到一定浓度后，会使反应速度明显降低。当产物达到一定浓度后，会使反应速度明显降低。某些酶可以耐受某些酶可以耐受100100以上的高温，最好选用喷以上的高温，最好选用喷射式反应器，利用高压蒸汽喷射，实现酶与底物射式反应器，利用高压蒸汽喷射，实现酶与底物的快速混合和反应。的快速混合和反应。2023-9-2788酶反应器应用的注意事项酶反应器应用的注意事项 酶反应器的操作条件主要包括温度、酶反应器的操作条件主要包括温度、pHpH、底、底物浓度、酶浓度、反应液的混合与流动等。物浓度、酶浓度、反应液的混合与流动等。保持酶反应器的操作稳定性保持酶反应器的操作稳定性保持反应器中流体的流动方式和状态保持反应器中流体的流动方式和状态防止酶的变性失活防止酶的变性失活防止微生物污染防止微生物污染2023-9-2789酶在医药领域的应酶在医药领域的应用用诊断疾病诊断疾病预防和治疗疾病预防和治疗疾病制造药物制造药物
