酶工程10酶的应用2012ppt课件.ppt

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酶工程EnzymeEngineering,第十课酶的应用ApplicationofEnzymes,酶的应用,酶,方法手段,固定化酶,水相有机相气相固相超临界相离子液体胶束体系,修饰酶,食品,医药,环境,能源,农业,专一性强,催化效率高,反应温和,反应器,酶的应用,工业用酶制剂的市场和发展历史1981年，全球工业酶制剂产量65,000t，产值4亿美元1985年，全球工业酶制剂产量75,000t，产值6亿美元1998年，全球酶制剂年销售额达16亿美元2001年，中国工业酶制剂总产量超过32万吨，产值6亿多元2008年，全球工业酶制剂销售额超过30亿美元,酶的应用,工业用酶制剂的市场和发展历史全球主要的酶制剂生产厂商NovoNordisk（诺和诺德，丹麦）Genencor（杰能科，美国）Gist-Brocades（荷兰，已被Genencor收购）Cultor（科特，芬兰）Solvay（苏尔威，比利时，已被Genencor收购）Chr.Hansen（汉森，丹麦）RhonePonlenc（罗兰普朗克，法国）Quest（荷兰）,酶的应用,工业用酶制剂的市场和发展历史NovoNordisk公司简介1923年成立，总部位于哥本哈根，是世界领先的生物制药公司，在全球70个国家设有分支机构，销售遍及超过179个国家，在胰岛素开发和生产方面居世界领先地位Novozymes（诺维信）是NovoNordisk下属子公司，专门生产各种酶制剂产品Novozymes还出版发行BioTimes杂志1994年Novozymes在天津经济技术开发区建立全球酶制剂生产基地，在北京中关村设立中国首家外资生物技术研发中心,酶的应用,工业用酶制剂的市场和发展历史工业酶制剂的来源目前所用的工业酶中水解酶占了80%以上，其中蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶是目前工业应用的三大酶系植物来源的酶木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶、麦芽淀粉水解酶、辣根过氧化物酶、大豆脂肪氧合酶等动物来源的酶猪胰蛋白酶、胃蛋白酶、马肝过氧化物酶、蛇毒磷酸酯酶等微生物来源的酶酵母醇脱氢酶、假单孢菌脂肪酶、青霉素酰化酶等,酶的应用,工业用酶制剂的市场和发展历史工业酶制剂的等级工业级食品级医药级工业酶制剂对酶稳定性的要求干燥品：

25oC保持6个月；4oC保持12个月液体酶：

25oC保持3个月；4oC保持6个月酶制剂的纯度和催化活力决定了酶制剂的价格！

注意：

酶是通过催化活性来识别和出售，而不是质量！

酶的应用,工业用酶制剂的市场和发展历史酶制品研究开发的热点食品加工用酶，特别是生产低聚糖的酶类饲料用酶，重点是植酸酶纺织用酶，特别是原果胶酶（protopectinase）的开发与应用化妆品用酶药用酶：

临床诊断用酶、治疗用酶等,酶的应用,酶的应用酶在医药方面的应用酶在食品方面的应用酶在轻工和化工领域的应用酶在环境保护方面的应用酶在生物技术方面的应用,酶的应用,酶在医药方面的应用医用酶简史2500多年前，中国用麴治疗消化不良的疾病1894年，日本高峰让吉利用米曲霉淀粉酶治疗消化不良20世纪初，用胰岛素治疗糖尿病；1978年，Genentech公司在E.coli中表达出胰岛素酶在医药方面的应用可归纳为下列三方面用酶进行疾病的诊断用酶治疗各种疾病用酶制造各种药物,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断酶学诊断根据体内原有酶活性的变化来诊断某些疾病利用酶来测定体内某些物质的含量，从而诊断某些疾病基本原理和依据健康人体内某些酶量和活力是恒定在一定范围内的人体患病时，由于组织、细胞受到损伤，或者代谢异常，导致体内某些酶活性发生相应的变化,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断体内酶活性变化与相应的疾病（表）,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断体内酶活性变化与相应的疾病（续表）,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断体内酶活性变化与相应的疾病（续表）,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断根据体内酶活性变化诊断疾病实例

（1）酸性磷酸酶（acidphosphatase，EC3.1.3.2）来源于骨、肝、肾、胰等，催化磷酸单酯水解（pH56，37oC）诊断依据前列腺癌患者及出现肝炎、甲状旁腺功能亢进，红血球病变等疾病时，血清中酸性磷酸酶的活力都会升高采用某些抑制剂的选择性抑制作用，可以检测特定的病变部位乙醇、酒石酸：

抑制前列腺酸性磷酸酶，对红细胞源性的较弱Cu2+、甲醛：

抑制红细胞酸性磷酸酶，对前列腺源性的较弱活性测定方法定磷法（检测产物磷酸浓度的变化速率，钼蓝显色光度法）其他方法,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断根据体内酶活性变化诊断疾病实例

（2）碱性磷酸酶（alkalinephosphatase，EC3.1.3.1）主要由造骨细胞产生，催化磷酸单酯水解（pH9.510，37oC）诊断依据活性升高骨骼疾病、甲状旁腺功能亢进、黄疸性肝炎等活性降低软骨发育不全佝偻病的检测：

高灵敏度活性测定方法（同“酸性磷酸酶”）,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断根据体内酶活性变化诊断疾病实例（3）谷丙转氨酶（GPT，EC2.6.1.2）和谷草转氨酶（GOT，EC2.6.1.1）GPT催化Ala与-酮戊二酸之间的氨基转移反应GOT催化Asp与-酮戊二酸之间的氨基转移反应,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断根据体内酶活性变化诊断疾病实例（3）谷丙转氨酶（GPT，EC2.6.1.2）和谷草转氨酶（GOT，EC2.6.1.1）诊断依据肝脏疾病致使酶活性升高急性传染性肝炎诊断GPT和GOT活性急剧升高肝病诊断肝硬化和阻塞性黄疸肝炎，GPT和GOT活性升高心肌梗死GOT活性显著升高活性测定方法酮酸与2,4-二硝基苯肼显色法（生成2,4-二硝基苯腙，棕红色）,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断根据体内酶活性变化诊断疾病实例（4）乳酸脱氢酶（LDH，EC1.1.1.27）及其同工酶催化乳酸脱氢生成丙酮酸（2,4-二硝基苯肼显色法测定其活力）诊断依据LDH同工酶可采用醋酸纤维薄膜电泳或琼脂膜电泳分离,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断根据体内酶活性变化诊断疾病实例（5）葡萄糖磷酸异构酶（glucosephosphateisomerase，EC5.3.1.9）催化6-磷酸葡萄糖异构化为6-磷酸果糖（pH7.8，37oC）诊断依据急性肝炎患者血清中此酶活力极度升高心肌梗死、肾炎、脑溢血患者此酶活力显著升高,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断根据体内酶活性变化诊断疾病实例（6）胆碱酯酶（cholinesterase，EC3.1.1.8）催化胆碱酯水解，生成胆碱和有机酸诊断依据：

发生传染性肝炎、肝硬化、风湿、营养不良等疾病时，血清中胆碱酯酶活性下降（7）端粒酶（telomerase）核糖核蛋白的一种，包含蛋白质和RNA，催化端粒合成和延长诊断依据：

人体正常细胞内一般不能检测到端粒酶活性，但在分化程度较低的癌细胞中却可以明显检测到端粒酶活性,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断用酶测定体液中某些物质的量来诊断疾病（表）,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断用酶测定体液中某些物质的量来诊断疾病的实例

（1）糖尿病诊断葡萄糖测定利用葡萄糖氧化酶（glucoseoxidase，EC1.1.3.4）催化葡萄糖氧化的反应来定量检测血液/尿液中的葡萄糖含量可以制作成葡萄糖氧化酶电极进行方便地检测,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断用酶测定体液中某些物质的量来诊断疾病的实例

（1）糖尿病诊断葡萄糖测定葡萄糖氧化反应中生成的H2O2在过氧化物酶催化下与某些化合物反应生成有色化合物，用光谱法进行定量检测可以将葡萄糖氧化酶与过氧化物酶共同制成试纸，便于血液/尿液中葡萄糖的检测,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断用酶测定体液中某些物质的量来诊断疾病的实例

（2）肝脏、肾脏疾病检测脲（尿素）测定脲酶（urease，EC3.5.1.5）专一性催化尿素的水解反应：

尿液中尿素氮占总氮的8090%；血液中尿素氮占非蛋白总氮的4065%诊断依据肾机能障碍时，尿液中脲含量减少而血液中脲增加肝脏实质性病变时，脲的生成量减少，血液和尿液中的脲含量均下降,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病诊断用酶测定体液中某些物质的量来诊断疾病的实例（3）基因检测癌症相关基因的检测DNA聚合酶（DNApolymerase，EC2.7.7.7）依赖于DNA的DNA聚合酶以DNA为模板和引物，催化脱氧核苷三磷酸聚合成DNAPCR扩增测序与正常基因序列比对,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病预防和治疗药用酶直接将酶作为药物治疗疾病药用酶专一性较强，疗效较好，但可能存在免疫排斥问题部分疾病的治疗用酶（表）,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病预防和治疗部分疾病的治疗用酶（续表）,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病预防和治疗部分疾病的治疗用酶（续表）,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病预防和治疗用酶进行治疗的实例

（1）蛋白酶（proteinase）来源：

以动植物来源为主，如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、菠萝蛋白酶、胃蛋白酶等主要功能：

使蛋白质的构造和功能发生变化，对细胞运动、组织破坏、变形、激素活化、受体和配基相互作用、感染、细胞增殖等过程都有影响给药方式：

口服给药，局部外敷、肌肉注射、静脉注射副作用：

注射给药可引起人体免疫反应，过敏反应等（可以通过分子修饰降低抗原性）,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病预防和治疗用酶进行治疗的实例

（1）蛋白酶（proteinase）治疗消化不良和食欲不振与淀粉酶、脂肪酶等制成复合制剂胰酶：

胰蛋白酶+胰脂肪酶+胰淀粉酶；口服给药作为消炎剂治疗炎症机理：

分解蛋白质和多肽，使炎症部位坏死组织溶解，增加组织通透性，抑制浮肿，促进病灶附近组织积液排出，并抑制肉芽的形成治疗高血压机理：

蛋白酶催化运动迟缓素原及胰血管舒张素原水解，除去部分肽段后，生成运动迟缓素及胰血管舒张素，使血压下降,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病预防和治疗用酶进行治疗的实例

（2）溶菌酶（lysozyme）1922年由弗莱明发现并命名；溶菌酶在蛋清中含量最高，具有抗菌、消炎、镇痛作用杀菌机理作用于细菌的细胞壁（肽聚糖），可使其溶解死亡；对人体副作用小对抗生素有耐药性的细菌同样可起到溶菌作用，因此可与抗生素联合使用，提高抗生素的疗效抗病毒机理与带负电荷的病毒蛋白、核酸等结合，形成复合物,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病预防和治疗用酶进行治疗的实例（3）超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD，EC1.15.1.1）催化超氧负离子（O2-）的氧化还原，生成O2和H2O2来源广泛，从动物血液、多种植物中均可提取，也可通过微生物发酵获得功效：

抗氧化、抗衰老、抗辐射，主要用于治疗红斑狼疮、皮肌炎、结肠炎、氧中毒等疾病给药：

注射、口服、外用等方式，未见明显副作用,酶的应用,酶在医药方面的应用疾病预防和治疗用酶进行治疗的实例（4）L-天冬酰胺酶（L-asparaginase，EC3.5.1.1）第一种治疗癌症的酶，对白血病有显著疗效（商品名Leunase）作用机理癌细胞缺乏L-天冬酰胺合成酶，只能摄取外来的L-Asn而存活；L-天冬酰胺酶进入癌细胞后，分解L-Asn，切断了癌细胞的营养供应，从而导致癌细胞死亡有过敏反应！

酶的应用,酶在医药方面的应用疾病预防和治疗用酶进行治疗的实例（5）尿激酶（urokinase，UK，EC3.4.21.73）碱性蛋白酶，主要