酶工程复习重点总结doc.docx

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酶工程复习重点总结doc

绪论

酶工程：

在一定的反应装置中利用酶的催化性质，将原料转化为有用的物质，是酶学与工程学相互渗透的一种技术科学，也是酶学，微生物基本原理和化学工程的有机结合而产生的边缘性学科。

生物技术：

主要包括酶工程，细胞工程，基因工程及发酵工程，酶工程是细胞工程、基因工程发酵工程的重要研究对象和工具。

酶：

酶是由生物细胞产生的，具有催化能力的生物催化剂。

第一章

酶的催化机制：

降低催化反应过程的活化能

酶的催化特点：

高效性，专一性（绝对特异性，相对特异性，立体特

异性），可调节性，不稳定性

酶的比活力：

每毫克酶蛋白所具有酶活力

影响酶催化作用的因素：

底物浓度（当底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增加而急剧加快，两者呈正比关系，表现为一级反应；随着底物浓度的升高，反应速度不再呈正比例加快，反应速度增加的幅度不断下降；如果继续加大底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应，此时，无论底物浓度增加多大，反应速度也不再增加）

酶浓度（在底物浓度足够高的情况下，酶催化反应速度与酶浓度成正比）

产物浓度（反馈调节作用）

pH值（酶分子处于最适ph时，催化反应速度达到最大，当偏离最适ph时，会影响酶与底物的结合，进而影响反应速度）

激活剂（能够提高酶活性的物质）

抑制剂（使酶的活性下降而不引起酶蛋白变性的物质）

温度（在一定范围内，反应速度随温度的升高而加快，超过一定范围，酶分子会因为较高的温度而变性失活反应速度随温度的升高而下降）酶活力的测定方法：

分光光度计，量气法，量热法，放射性核素法,荧光法，终止法

酶活力：

在一定条件下，酶催化某一反应的反应速度（一般测初速度，级在酶催化反应过程中，底物浓度消耗不超过5%时的速度）ps:

酶活力是分析酶的含量以及纯度的重要指标

米氏方程：

Km值是指在催化反应过程中反应速度达到最大速度一半时的底物浓度，是表示酶与底物的亲和程度的常数，只与酶的性质有关，与酶的浓度无关，Km值越小，酶与底物的亲和程度就越大，酶催化活性就越高。

米氏方程的意义其为：

①方程反映了反应性质、反应条件、反应速度之间的关系；②反映了反映速度与底物浓度之间的关系，当⑸远大于Km时,反应速度与底物浓度无关;③反映了酶反应速度与酶浓度的关系，当⑸远大于Km时,v=k2[E0]为线性关系，酶活正比于酶浓度。

第二章酶的发酵工程

分解代谢产物：

在细胞中同时存在两种分解产物（碳源或氮源）时,利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有相关酶合成的现象。

酶生物合成的调节：

通过调节酶合成的量来控制微生物代谢速度的调节机制，是在基因转录水平上进行的

葡萄糖效应：

细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长，优先利用葡萄糖，待葡萄糖耗尽后，然后开始利用乳糖，产生了两个对数生长期中间隔开一个生长延滞期的“二次生长现象”

产生葡萄糖效应的原因：

由于葡萄糖降解产物阻遏了分解乳糖酶系的合成。

诱导物：

诱导酶起始合成的物质（通常是酶的底物），可以引起阻遏蛋白的构象变化，使之不利于与操纵基因结合

乳糖操纵子（酶的诱导）：

乳糖操纵子与具有活性的阻遏蛋白结合并使之失活，使阻遏蛋白不能与操纵基因结合，故导致结构基因不能转录，亦不能翻译

色氨酸操纵子（酶的阻遏）：

色氨酸与无活性的阻遏蛋白结合，使之具有活性，不能与操纵基因结合，故导致结构基因可以翻译和转录

提高酶的产量的措施：

条件控制（添加诱导物，产物阻遏，分解代谢阻遏，添加表面活性剂）

表面活性剂有离子型和非离子型；离子型都是对细胞有毒害作用的,例如阴离子型的ATO,在有机相酶的反应中用的最多。

非离子型如吐温80例子：

利用霉菌发酵生产纤维素酶，加入1%的吐温80,可以使纤维素酶的产量增加到几倍到几十倍。

还有吐温100

第三章酶的分离工程

酶的提取：

是指在一定的条件下，用适当的溶剂或溶液处理含酶原料,使酶充分溶解在溶剂或溶液的过程。

酶的提取方法：

盐溶液提取：

有些酶在盐溶液低的溶液中溶解度较大，可以利用将含

酶物质放在0.02-0.5mol/l的盐溶液中提取酶

酸溶液提取：

有些酶在稀酸溶液中溶解度较大，这类酶一般采用酸溶液提取法提取酶，pha可以控制在2-6内，因为ph过低会导致酶变性失活

碱溶液提取：

有机溶剂提取：

有些酶与脂类结合比较牢固或者含有的非极性侧链基团较多，这类酶可以使用有机溶剂提取酶，常用能够与水混合的有机溶剂提取

影响酶提取的主要因素：

影响酶提取的最主要因素是酶在所用溶剂中的溶解度及酶向溶剂中扩散的难易。

酶自身的变化

Ph

温度

搅拌

污染

第四章

酶的固定化方法：

包埋法（网格行，微囊型），交联法（酶直接交联，酶辅助蛋白交联），吸附法（物理吸附法），结合法（共价键结合法,离子键结合法）；

包埋法：

将酶或含酶菌体包埋在多孔性载体中，使酶固定化的方法。

网格型：

将酶或含酶菌体包埋在凝胶细微网格中，制成一定形状的固定化酶。

微囊型包埋法：

将酶或含酶菌体包埋在各种高分子聚合物制成的小球内，制成固定化酶。

细胞固定化的优势：

•留了胞内原有的多酶系统

•保持了胞内酶系的原始状态与天然环境，因而更稳定。

•固定化生长细胞可以增殖，提高细胞的密度，不需要经历普通发酵的多次培养、放大，从而可以缩短发酵周期，提高生产能力。

•可以提高基因工程菌的遗传稳定性，发酵性能较稳定，可以较长时间反复使用或连续使用，有利于生产自动化。

•用固定化细胞发酵时，利于产品的分离纯化和提高产品质量。

•固定化细胞不仅有固定化带来的扩散限制，还增添了细胞膜、细胞壁的扩散限制作用。

固定化酶对酶性质的影响：

酶活性：

固定化的酶活性降低，反应速度下降

酶稳定性：

酶稳定性提高（因为与载体多点连接；酶活力的释放是缓慢的；抑制自身降解，提高了没稳定性）

Ph:

载体带负电荷，ph向碱性方向移动；载体带正电荷，ph向酸性方向移动；催化反应的产物为酸性时，固定化酶的ph值比游离酶的ph值要高，反之则低。

第五章化学酶工程

酶化学修饰的原理：

＞如何增强酶天然结构的稳定性与耐热性

＞如何保护酶活性部位与抗抑制剂

＞如何维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水解酶

＞如何消除酶的抗原性及稳定酶的微环境

酶化学修饰的方法：

酶分子侧链基团的化学修饰（酰化及其相关反应，烷基化反应，氧化还原反应，芳香环取代反应；特定氨基酸残基侧链基团的化学修饰:

毓基，羟基，氨基，咪卩坐基，月瓜基）

有机分子对酶的化学修饰（利用水溶性大分子与水结合，使酶的空间结构发生某些细微的改变，从而改变酶的特性与功能）蛋白质类及其他（戊二醛法，碳二亚胺法，活性酶法）

抗体：

由抗原诱导产生的，在结构上与抗原高度互补，具有与抗原特异性结合功能的免疫球蛋白。

抗体的最显著特征：

专一性和多样性

抗体酶:

一种具有催化功能的抗体分子，在其可变区赋予了酶的属性。

抗体酶的催化特性：

•能催化一些天然酶不能催化的反应

•有更强的专一性和稳定性

抗体酶的催化作用机制：

过渡态理论

抗体酶的制备方法：

诱导法，拷贝法，引入法，化学修饰法。

第六章生物酶工程

酶的定点突变：

突变位点是确定的，突变个数是确定的，突变效应可能是已知的，也可能未知的

寡核昔酸引物突变

PCR突变

盒式突变

酶分子的定向进化：

突变筛选

第七章非水相酶催化

非水介质酶催化反应的特点：

丄•提高非极性底物的溶解度

2•可改变反应平衡移动方向，能催化在水中不能进行的反应

3•能抑制依赖于水的某些不利反应和副产物

4•酶和产物易于回收（低沸点溶剂更易分离纯化产物）

5.可提咼酶的热稳定性和储存稳定性，有效减少反应过程中微生物的污染

6.可以控制底物的特异性、区域选择性和立体选择性

7•实现游离酶的回收与再利用

使一些对温度非常敏感的酶可以在适宜的温度下进行催化反应：

•有机介质中的酶促反应体系：

•酶在与水共溶的有机介质体系中催化反应

•酶在有机介质和水组成的双水相体系

•酶在近乎无水的有机溶剂中

•酶在反胶束体系中

第九章酶的抑制剂

酶的抑制剂：

反能够使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂。

酶的抑制作用：

是由于酶分子上的某些必需基因化学性质的改变，而引起酶活力下降或丧失，但不使酶蛋白变性的现象。

抑制作用类型：

1>不可逆性抑制

2、可能性抑制：

竞争性抑制：

抑制剂与底物结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。

例如丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制。

反竞争性抑制：

抑制剂能与酶和底物的复合物相结合，降低形成

产物的数量。

例如氧化物对芳香硫酸酶的抑制作用

非竞争性抑制：

底物与抑制剂能同时与酶结合，两者无竞争性。

变性与抑制的区别：

变性是指蛋白质空间结构收到了破坏

抑制只是降低了酶的活性，并不改变酶蛋白的空间结构。

6•设计实验固定化酿酒酵母进行乙醇生产。

A活化酵母细胞

B配置氯化钙溶液（现配现用）

C制备多孔性载体（用海藻酸钠与蒸馆水混合，水浴加热，搅拌，冷却）

D将配置好的氯化钙溶液放搅拌器中，打开搅拌器

E将配置好的海藻酸钠溶液与活化好的酵母细胞混合，用注射器吸取注入搅拌器的氯化钙溶液中

F观察凝胶珠的形状，将凝胶珠用蒸馆水冲洗，然后放入葡萄糖溶液中浸泡30分钟，

G封口，发酵

⑴酶在疾病诊断方面的应用1以酶活性的变化作为疾病诊断的指标直接检测人体某种酶活性的变化02以代谢物的含量变化作为疾病诊断指标利用特定的酶来检测人体内某种代谢物的变化O⑵酶在疾病治疗方面的应用⑶酶在药物生产方面的应用1青霉素酰化酶半合成抗生素的生产。

02B—酪氨酸酶用于合成二羟苯丙氨酸（dopa,多巴），多巴是一种治疗帕金森综合症的O重要药物。

⑵

（1）在轻化原料处理方面的应用1发酵原料的处理02纺织原料的处理及加工03生丝的脱胶处理及加工04羊毛的除垢处理及加105制革原料的处理及加工06造纸原料的处理及制浆O

⑶酶在生物技术研究领域中有何应用？

（丄）细菌、霉菌、酵母、植物细胞壁的去除