文档介绍：生物技术制药-07
第七章 酶工程制药
生物技术制药
第七章 酶工程制药
第一节 概述
第二节 酶的来源和生产
第三节 酶和细胞的固定化
第四节 固定化酶和固定化细胞的反应器
第五节 酶工程在医药工业中的应用
第六节 酶工程研究的进展
生物技术制药
第一节 概述
一、酶的特性
酶、酶促反应的定义
酶除具有一般催化剂的共性外，还有其特有的特点：①催化效率高；②专一性强；③反应条件温和；④酶的催化活性受到调节和控制。
1961年按酶所催化的反应类型将酶分成6大类：①氧化还原酶类； ②转移酶类； ③ 水解酶类；④裂合酶类； ⑤异构酶类；⑥合成酶（或称连接酶）类。
生物技术制药
二、酶工程简介
酶工程是酶学和工程学相互渗透结合、发展而形成的一门新的技术科学。它是从应用的目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功能，并通过工程化将相应原料转化成有用物质的技术。
20世纪20年代初：酶工程名称出现于自然酶制剂在工业上的大规模应用；
1953年，羧肽酶、淀粉糖化酶、胃蛋白酶和核糖核酸酶等用重氮化聚氨基聚苯乙烯树脂进行固定。
1969年，固定化酶技术拆分DL-氨基酸
1971年，1st国际酶工程会议：酶的生产、分离纯化、酶的固定化、酶及固定化酶的反应器、酶及固定化酶的应用等。
生物技术制药
二、酶工程简介
从现代观点来看，酶工程主要有以下几个方面的研究内容：①酶的分离、提纯、大批量生产及新酶和酶的应用开发；②酶和细胞的固定化及酶反应器的研究（包括酶传感器、反应检测等）；③酶生产中基因工程技术的应用及遗传修饰酶（突变酶）的研究；④酶的分子改造与化学修饰、以及酶的结构与功能之间关系的研究；⑤有机相中酶反应的研究；⑥酶的抑制剂、激活剂的开发及应用研究；⑦抗体酶、核酸酶的研究；⑧模拟酶、合成酶及酶分子的人工设计、合成的研究。
生物技术制药
第二节 酶的来源和生产
一、酶的来源
酶的来源主要是动植物和微生物，动植物细胞培养的方法可用于酶生产，目前工业化生产一般以微生物为主要来源。利用微生物生产酶的优点是：①微生物种类繁多，动植物体内存在的酶，几乎都可从微生物中得到；②微生物繁殖快、生产周期短、培养简便，并可以通过控制培养条件来提高酶的产量；③微生物具有较强的适应性，通过各种遗传变异的手段，能培育出新的高产菌株。
生物技术制药
二、酶的生产菌
1、对菌种的要求： （1）产酶量、酶的性质、最好是胞外酶；（2）不是致病菌；（3）稳定，不易产生变异退化，不易感染噬菌体；（4）能利用廉价的原料，发酵周期短，易于培养。
2、生产菌的来源：菌种保藏机构和有关研究部门，但大量的工作应是从自然界中分离筛选——菌样采集、菌种分离初筛、纯化、复筛和生产性能鉴定等。还应包括改良（如基因突变、基因转移和基因克隆）。
3、目前常用的产酶微生物：大肠杆菌、枯草杆菌、啤酒酵母、青霉菌、木霉菌、根霉菌链霉菌等。
生物技术制药
第三节 酶和细胞的固定化
酶反应几乎都在水溶液中进行，属均相反应，自然简便，但缺点是游离酶只能一次性使用，不仅造成酶的浪费，而且会增加产品分离的难度和费用，影响产品的质量；另外溶液酶很不稳定，容易变性和失活。将酶制剂制成既能保持其原有的催化活性、性能稳定、又不溶于水的固形物，即固定化酶，则可象一般固定催化剂那样使用和处理，就可以大大提高酶的饿利用率。与酶类似，细胞也能固定化，固定化细胞既有细胞特性和生物催化的特性，也具有固相催化剂的特点。
生物技术制药
一、固定化酶的制备
1、固定化酶的定义：是指限制或固定于特定空间位置的酶，具体来说，是指经物理或化学方法处理，使酶变成不易随水流失即运动受到限制，而又能发挥催化作用的酶制剂。制备固定化酶的过程叫做酶的固定化。固定化所采用的酶，可以是经提取分离后得到的有一定纯度的酶，也可以是结合在菌体（死细胞）或细胞碎片上的酶或酶系。
生物技术制药
2、固定化酶的特点：酶类可粗分为天然酶和修饰酶，固定化酶属于修饰酶，修饰酶类还包括经过化学修饰的酶和用分子生物学方法在分子水平上进行改良的酶等。固定化酶最大特点是既具有生物催化剂的功能，又具有固相催化剂的特性。固相酶还具有以下优点：①可多次使用，而且在多数情况下，酶的稳定性提高。如固定化的葡萄糖异构酶可以在60~65℃条件下连续使用超过1000h；②反应后，酶与底物和产物易于分开，产物中无残留酶，易于纯化，产品质量高；③反应条件易于控制，可实现转化反应的连续化和自动控制；④酶的利用效率高，单位酶催化的底物量增加，用酶量减少；⑤比水溶性酶更适合于多酶反应。
生物技术制药