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1、酶工程第九章酶的应用现在学习的是第1页，共99页概述概述酶催化的高效性、特异性、催化的高效性、特异性、产品的高效回收和反品的高效回收和反应体系的体系的简单等等优点使点使酶工程技工程技术成成为现代生物代生物技技术的生要支柱之一的生要支柱之一随着随着酶的工的工业化生化生产发展展,酶已广泛已广泛应用于工用于工业,农业，医，医药、环保及科研等保及科研等领域域酶分子修分子修饰、酶和固定化和固定化酶等等酶工程技工程技术的的发展，使展，使酶的的应用用显示出更加广示出更加广阔美好的前景。美好的前景。酶工程技工程技术已成已成为生物技生物技术和和产业之之间的重要的重要桥梁梁酶的的应用包括各种游离用包括各种游离酶、
2、固定化、固定化酶以及修以及修饰酶等在食品加工、等在食品加工、轻工工业、医学和能源等各个、医学和能源等各个领域域的的应用。用。现在学习的是第2页，共99页多于多于80%80%的工的工业酶是水解是水解酶;蛋白蛋白酶、淀粉、淀粉酶、脂肪、脂肪酶是目前工是目前工业应用的三大用的三大酶系；系；植物来源的植物来源的酶木瓜蛋白木瓜蛋白酶、菠、菠萝蛋白蛋白酶、无花果蛋白、无花果蛋白酶、麦芽淀粉水解、麦芽淀粉水解酶、大豆脂肪氧合、大豆脂肪氧合酶动物物酶猪胰蛋白猪胰蛋白酶、胃脂肪、胃脂肪酶酶制制剂等等级工工业级、食品、食品级、医、医药级酶是通是通过催化活性来催化活性来识别和出售，而不是和出售，而不是质量量工工业酶
3、制制剂对酶稳定性要求定性要求干燥品，干燥品，2525保持保持6 6个月；个月；4 4保持保持1212个月；个月；液体液体酶,25,25保持保持3 3个月；个月；4 4保持保持6 6个月个月酶制制剂的价格与其活力及的价格与其活力及纯度有很大关系。度有很大关系。工业酶制剂的来源及特点工业酶制剂的来源及特点现在学习的是第3页，共99页(1)食品加工用食品加工用酶，特，特别是生是生产低聚糖的低聚糖的酶类；(2)饲料用料用酶，重点是植酸，重点是植酸酶；(3)纺织用用酶，特，特别提到的是原果胶提到的是原果胶酶（protopectinase)的开的开发与与应用；用；(5)临床床诊断用断用酶、治、治疗用用酶、
4、化、化妆品用品用酶。目前发达国家酶制品开发热点：目前发达国家酶制品开发热点：现在学习的是第4页，共99页第一节第一节 酶在医药方面的应用酶在医药方面的应用当身体内缺乏某种当身体内缺乏某种酶时,代代谢反反应受到障碍受到障碍,导致疾病的致疾病的产生生,因此因此酶制制剂作作为药物可以治物可以治疗很多疾病很多疾病,具有具有疗效效显著著,副作用小的特点副作用小的特点.随着随着酶分子修分子修饰和和酶固定化等固定化等酶技技术的的发展展,将将不断不断扩大大酶在医在医药方面的方面的应用用.原理原理现在学习的是第5页，共99页主要的医药用酶主要的医药用酶主要的医药用酶主要的医药用酶 酶酶 名名 来来 源源主要用途
5、主要用途淀粉淀粉酶胰胰脏、麦芽、微生物、麦芽、微生物治治疗消化不良消化不良蛋白蛋白酶胰胰脏、胃、植物、微生物、胃、植物、微生物治治疗消化不良、消炎、消消化不良、消炎、消肿、促愈合、降血、促愈合、降血压脂肪脂肪酶胰胰脏、微生物、微生物治治疗消化不良消化不良纤维素素酶霉菌霉菌治治疗消化不良消化不良溶菌溶菌酶蛋清、蛋清、细菌菌治治疗手手术性出血、咯血、性出血、咯血、镇痛、浮痛、浮肿尿激尿激酶人尿人尿治治疗心肌梗塞、心肌梗塞、结膜下出血膜下出血链激激酶链球菌球菌治治疗血栓性静脉炎、咳痰、血血栓性静脉炎、咳痰、血肿、骨折、外、骨折、外伤链道道酶链球菌球菌治治疗炎症、血管栓塞、清炎症、血管栓塞、清洁外外伤
6、面面青霉素青霉素酶蜡状芽蜡状芽孢杆菌杆菌治治疗青霉素引起的青霉素引起的变态反反应L-天冬天冬酰胺胺酶大大肠杆菌杆菌治治疗血病血病青霉素青霉素酰化化酶微生物微生物制造半合成青霉素、制造半合成青霉素、头孢霉素霉素超氧物岐化超氧物岐化酶微生物、血液、肝微生物、血液、肝脏预防防辐射，治射，治疗红斑狼斑狼疮、皮肌炎、皮肌炎、结肠炎、氧中毒炎、氧中毒现在学习的是第6页，共99页酶在医在医药方面的方面的应用可用可归纳为下列下列3 3方面方面:(1)(1)用用酶进行疾病的行疾病的诊断断(2)(2)用用酶治治疗各种疾病各种疾病(3)(3)用用酶制造各种制造各种药物物现在学习的是第7页，共99页一、酶在疾病诊断方
7、面的应用一、酶在疾病诊断方面的应用诊断的准确性很大程度上决定了治断的准确性很大程度上决定了治疗效果的好坏效果的好坏;由于由于酶的催化特点使的催化特点使酶学学诊断方法成断方法成为可靠、可靠、简便又便又快捷的快捷的诊断方法断方法;酶学诊断方法包括两个方面酶学诊断方法包括两个方面一是根据体内原有一是根据体内原有酶活力的活力的变化来化来诊断某些疾病断某些疾病;二是利用二是利用酶来来测定体内某些物定体内某些物质的含量，从而的含量，从而诊断某些疾病断某些疾病现在学习的是第8页，共99页（一）根据体液内酶活力的变化诊断疾病（一）根据体液内酶活力的变化诊断疾病健康人体液内所含有的某些健康人体液内所含有的某些酶
8、的量是恒定在某一范的量是恒定在某一范围的。的。若出若出现某些疾病，某些疾病，则体液内的某种或某些体液内的某种或某些酶的活力将会的活力将会发生相生相应的的变化。故此，可以根据体液内某些化。故此，可以根据体液内某些酶活力活力变化情况，而化情况，而诊断出某些疾病。断出某些疾病。原理原理现在学习的是第9页，共99页表表表表9-1 酶在疾病诊断方面的应用酶在疾病诊断方面的应用酶在疾病诊断方面的应用酶在疾病诊断方面的应用 酶酶 疾疾 病病 与与 酶酶 活活 力力 变变 化化淀粉淀粉酶胰胰脏疾病，疾病，肾脏疾病疾病时升高；肝病升高；肝病时下降下降胆碱胆碱酯酶肝病肝病时下降下降酸性磷酸酸性磷酸酶前列腺癌、肝炎
9、、前列腺癌、肝炎、红血球病血球病变时，活力升高，活力升高碱性磷酸碱性磷酸酶佝佝偻病、病、软化骨、骨癌、甲状旁腺机能亢化骨、骨癌、甲状旁腺机能亢进时活力升高；活力升高；软骨骨发育不育不全等活力下降。全等活力下降。谷丙谷丙转氨氨酶肝炎等肝病、心肌梗塞等活力升高肝炎等肝病、心肌梗塞等活力升高谷草谷草转氨氨酶肝病、心肌梗塞肝病、心肌梗塞时活力升高活力升高胃蛋白胃蛋白酶胃癌胃癌时活力升高；十二指活力升高；十二指肠溃疡时，活力下降，活力下降磷酸葡糖磷酸葡糖变位位酶肝炎、癌症肝炎、癌症时，活力升高，活力升高醛缩酶癌症、肝病、心肌梗塞等活力升高癌症、肝病、心肌梗塞等活力升高-葡萄糖葡萄糖醛缩酶肾癌及膀胱癌，活
10、力升高癌及膀胱癌，活力升高碳酸碳酸酐酶坏血病、坏血病、贫血病活力升高血病活力升高乳酸脱乳酸脱氢酶癌症、肝病、心肌梗塞活力升高癌症、肝病、心肌梗塞活力升高现在学习的是第10页，共99页1、酸性磷酸酶、酸性磷酸酶前列腺癌患者及出前列腺癌患者及出现肝炎、甲状旁腺机能亢肝炎、甲状旁腺机能亢进，红血球病血球病变等疾病等疾病时，血清中酸性，血清中酸性磷酸磷酸酶的活力都会升高的活力都会升高为了了鉴别血清中增加的酸性磷酸血清中增加的酸性磷酸酶是来自前列腺是来自前列腺还是其它是其它组织器官，可器官，可进一步一步采用某些抑制采用某些抑制剂进行行选择性的抑制作用，有助于性的抑制作用，有助于进一步作出确切的一步作出确
11、切的诊断断2、碱性磷酸酶、碱性磷酸酶佝佝偻疾、疾、软化症、瘤、广泛性化症、瘤、广泛性转移癌、甲状旁腺移癌、甲状旁腺贡能亢能亢进、黄疸性肝、黄疸性肝脏疾病等，患者血疾病等，患者血清中碱性磷酸清中碱性磷酸酶活力升高，再活力升高，再结合其它物理、化学、合其它物理、化学、酶学等学等诊断方法，可断方法，可进一步确一步确诊是是何种疾病何种疾病营养不良引起的佝养不良引起的佝偻疾病，用此法比疾病，用此法比X-射射线灵敏度灵敏度还要高，要高，软发育不全等疾病，引起育不全等疾病，引起患者血清中碱性磷酸患者血清中碱性磷酸酶的活力下降的活力下降现在学习的是第11页，共99页3、转氨酶、转氨酶血清中谷丙血清中谷丙转氨氨
12、酶（GPT）和谷草和谷草转氨氨酶（GOT）的活力的活力测定已在肝定已在肝脏疾病和心肌梗塞等疾病的疾病和心肌梗塞等疾病的诊断中得到广泛的断中得到广泛的应用用;急性急性传染性肝炎、肝硬化和阻塞性黄疸肝炎的患者，其血清中染性肝炎、肝硬化和阻塞性黄疸肝炎的患者，其血清中GOT和和GPT的活力升高。的活力升高。4、乳酸脱氢酶、乳酸脱氢酶5 5、乳酸脱氢酶同工酶、乳酸脱氢酶同工酶在心肌梗死、肝癌、肝炎等患者血清中，在心肌梗死、肝癌、肝炎等患者血清中，酶活力活力显著升高。著升高。同工同工酶：具相同底物特异性而：具相同底物特异性而结构不同的一群构不同的一群酶；病患者同工病患者同工酶含量含量变化；化；用醋酸用醋
13、酸纤维薄膜薄膜电泳或泳或琼脂膜脂膜电泳分离泳分离鉴定。定。现在学习的是第12页，共99页6 6、葡萄糖磷酸异构酶、葡萄糖磷酸异构酶急性肝炎患者血清中此急性肝炎患者血清中此酶活力极度升高；活力极度升高；心肌梗死、心肌梗死、肾炎、炎、脑溢血患者此溢血患者此酶活力活力显著升高；著升高；7 7、胆碱酯酶、胆碱酯酶8 8、端粒酶、端粒酶传染性肝炎、肝硬化、染性肝炎、肝硬化、风湿、湿、营养不良养不良时，活力降低；，活力降低；通通过检测端粒端粒酶活性活性诊断癌断癌变；现在学习的是第13页，共99页（二）用酶测定体液中某些物质的量诊断疾病（二）用酶测定体液中某些物质的量诊断疾病酶具有具有专一性一性强、催化效率
14、高等特点，可利用、催化效率高等特点，可利用酶来来测定体内某定体内某些物些物质的含量，从而的含量，从而诊断某些疾病。断某些疾病。原理原理 疾疾 病病体体 内内 物物 质质 酶酶糖尿病糖尿病葡萄糖葡萄糖葡萄糖氧化葡萄糖氧化酶、过氧化氧化氢酶痛痛风病病尿酸尿酸尿酸尿酸酶心血管病心血管病高血高血压胆固醇胆固醇胆碱脂胆碱脂酶、胆固醇氧化、胆固醇氧化酶现在学习的是第14页，共99页实例实例 1、利用葡萄糖氧化、利用葡萄糖氧化酶检测葡萄糖含量，葡萄糖含量，诊断糖尿病断糖尿病2、用葡萄糖氧化、用葡萄糖氧化酶和和过氧化氧化酶检测葡萄糖含量，葡萄糖含量，诊断断糖尿病糖尿病3、利用尿素、利用尿素酶测定尿素含量定尿素
15、含量诊断肝、断肝、肾病病变;4、利用胆固醇氧化、利用胆固醇氧化酶测定胆固醇含量定胆固醇含量诊断高血脂症断高血脂症5、利用谷氨、利用谷氨酰胺胺测定定脑脊液中谷氨脊液中谷氨酰胺含量，胺含量，诊断肝硬化、断肝硬化、肝昏迷肝昏迷;6、利用、利用DNA聚合聚合酶进行基因行基因诊断、断、检测癌基因癌基因现在学习的是第15页，共99页7 7、酶标免疫测定，酶联免疫吸附法、酶标免疫测定，酶联免疫吸附法l把把酶与抗体或抗原与抗体或抗原结合，制成合，制成酶标抗体或抗原；抗体或抗原；l再与待再与待测的抗原（抗体）相的抗原（抗体）相结合成合成酶-抗体抗体-抗原复合体；抗原复合体；l再借助再借助酶的催化特性的催化特性进
16、行定量行定量测量，量，测出复合体中出复合体中酶的含量，从而的含量，从而计算出欲算出欲测的抗体或抗原的量；的抗体或抗原的量；l通通过抗体或抗原的量就可抗体或抗原的量就可诊断某种疾病断某种疾病l常用于常用于检测免疫球蛋白、甲胎蛋白、胰免疫球蛋白、甲胎蛋白、胰鸟素、雌雄激素、乙肝三系等指素、雌雄激素、乙肝三系等指标。l单克隆抗体生克隆抗体生产技技术为酶标免疫免疫测定定带来广来广阔的的应用前景。用前景。（Enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)过程过程现在学习的是第16页，共99页二、酶在疾病治疗方面的应用二、酶在疾病治疗方面的应用酶作作为药物可以治物可以治疗多
17、种疾病而且具有多种疾病而且具有疗效效显著、著、副作用小的特点，副作用小的特点，应用越来越广泛用越来越广泛 酶 来源 用途抗体抗体酶分子修分子修饰、诱导消除致病抗原消除致病抗原降降纤酶蛇毒蛇毒溶血栓溶血栓溶溶纤酶蚯蚓蚯蚓溶血栓溶血栓凝血凝血酶动物、物、细菌、酵母菌、酵母治治疗血病血病现在学习的是第17页，共99页1、蛋白酶、蛋白酶是是临床上使用最早、用途最广的床上使用最早、用途最广的药用用酶之一；之一；功用功用使蛋白使蛋白质构造成和功能构造成和功能发生生变化化,对细胞运胞运动、组织破坏、破坏、变形、激素活化、受体配基相互作用、感染、形、激素活化、受体配基相互作用、感染、细胞增殖都有胞增殖都有影响
18、影响注意事注意事项抗原反抗原反应、局部、局部过敏敏来源来源动植物，如胰蛋白植物，如胰蛋白酶、菠、菠萝蛋白蛋白酶、胃蛋白、胃蛋白酶等等（1）消化剂）消化剂蛋白蛋白酶在医在医药中最早中最早应用，治用，治疗消化不良和食欲不振；消化不良和食欲不振；类别胰凝乳蛋白胰凝乳蛋白酶，前体在肝，前体在肝脏中生成，在小中生成，在小肠中活化中活化剂型型片片剂给药方式方式口服口服现在学习的是第18页，共99页（2 2）消炎剂）消炎剂）消炎剂）消炎剂l由由Strept omyces griseus K1 生生产数种蛋白数种蛋白酶混合，含中性碱性蛋白混合，含中性碱性蛋白酶、氨基氨基肽酶、羧肽酶等，用于手等，用于手术后、外
19、后、外伤的消炎，的消炎，还可治可治疗副鼻腔炎、咳副鼻腔炎、咳痰困痰困难；l机理机理l分解一些蛋白分解一些蛋白质和多和多肽，使炎症部位坏死，使炎症部位坏死组织溶解，增加溶解，增加组织通透性，抑制通透性，抑制浮浮肿，促，促进病灶附近病灶附近组织积液排出并抑制肉芽的形成液排出并抑制肉芽的形成l给药方式方式口服、局部外敷或肌肉注射口服、局部外敷或肌肉注射。（3）治疗高血压）治疗高血压机理机理蛋白蛋白酶催化运催化运动迟缓素原及胰血管舒素原及胰血管舒张素原水解，除去部分素原水解，除去部分肽段后生成运段后生成运动迟缓素及胰血管舒素及胰血管舒张素，使血素，使血压下降下降副作用副作用引起抗原反引起抗原反应给药方
20、式方式静脉注射静脉注射现在学习的是第19页，共99页改进改进酶分子修分子修饰技技术、蛋白、蛋白质工程、基因工程；工程、基因工程；美国加利福尼美国加利福尼亚应用蛋白用蛋白质工程工程对蛋白蛋白酶改性，除去改性，除去对治治疗部位以外的部位以外的组织毒性相关毒性相关遗传密密码美国美国Genetch公司公司应用基因工程法生用基因工程法生产中性蛋白中性蛋白酶。现在学习的是第20页，共99页2 2、-淀粉淀粉酶治治疗消化不良，食欲不振消化不良，食欲不振3、脂肪酶、脂肪酶治治疗消化不良，食欲不振消化不良，食欲不振现在学习的是第21页，共99页4、溶菌酶（胞壁质酶，、溶菌酶（胞壁质酶，muramidase)在蛋
21、清中含量最高；在蛋清中含量最高；19221922年弗莱明年弗莱明发现并命名了溶菌并命名了溶菌酶；19361936年，麦耶（年，麦耶（Meyer)发表了精制溶菌表了精制溶菌酶报告；告；19451945年，奥年，奥尔德德顿采用膨土岩吸附法从采用膨土岩吸附法从鸡卵蛋白中得到卵蛋白中得到结晶好的溶晶好的溶菌菌酶；具抗菌、消炎、具抗菌、消炎、镇痛作用；痛作用；治治疗手手术性出血、咯血、鼻出血、分解性出血、咯血、鼻出血、分解脓液、消炎液、消炎镇痛，治痛，治疗外外伤性浮性浮肿，增增强放射性治放射性治疗效果效果机理：机理：作用于作用于细菌的菌的细胞壁（胞壁（肽聚糖），可使其溶解死亡聚糖），可使其溶解死亡对人体
22、副作用小人体副作用小对抗生素有耐抗生素有耐药性的性的细菌同菌同样起溶菌作用；与抗生素起溶菌作用；与抗生素联合使用，可提高合使用，可提高疗效。用量减少到原来效。用量减少到原来1%1%现在学习的是第22页，共99页5、超氧物歧化酶、超氧物歧化酶功用功用抗抗辐射、射、对红斑狼斑狼疮、皮炎、皮炎、结肠炎及氧中毒等有炎及氧中毒等有显著著疗效效机理机理催化超氧催化超氧负离子（离子（O2-）进行氧化行氧化还原反原反应，使机体免遭，使机体免遭（O2-）的的损害害特性特性SOD未未发现有任何明有任何明显的副作用，也不会的副作用，也不会产生抗原性。，是生抗原性。，是一种多功效低毒性的一种多功效低毒性的药用用酶。缺
23、点缺点稳定性差，在血定性差，在血浆中半衰期中半衰期610610min改改进酶分子化学修分子化学修饰现在学习的是第23页，共99页6、L-天门冬酰胺酶天门冬酰胺酶第一种治第一种治疗癌症的癌症的酶。特。特别对白血病有白血病有显著著疗效；效；原理原理L-天冬天冬酰胺胺酶催化天催化天门冬冬酰胺水解生成胺水解生成L-天天门冬氨酸和氨。人体正常冬氨酸和氨。人体正常细胞胞有天有天门冬冬酰胺合成胺合成酶可自已合成可自已合成L-天天门冬冬酰胺而使蛋白胺而使蛋白质合成不受影响，合成不受影响，而癌而癌细胞缺乏此胞缺乏此酶，蛋白合成受阻，蛋白合成受阻，导致癌致癌细胞死亡。胞死亡。注意事注意事项过敏反敏反应（发热、恶心
24、、呕吐、体重下降），体克，使用前心、呕吐、体重下降），体克，使用前应作皮下作皮下试验；19941994年，美国年，美国Enzon公司公司应用聚乙二醇修用聚乙二醇修饰L-天冬天冬酰胺胺酶得到得到FDA认证，用于治用于治疗淋巴性白血病淋巴性白血病现在学习的是第24页，共99页7 7、尿激酶、尿激酶 具溶解血栓功能；通具溶解血栓功能；通过注射注射给药；8 8、纳豆激酶、纳豆激酶9 9、凝血酶、凝血酶催化血催化血纤维蛋白水解，激活蛋白水解，激活纤溶溶酶，溶解血栓功效；，溶解血栓功效；催化血催化血纤蛋白原水解，生成不溶性血蛋白原水解，生成不溶性血纤维蛋白，促蛋白，促进血凝血凝现在学习的是第25页，共99
25、页10、组织纤溶酶原激活剂、组织纤溶酶原激活剂催化催化纤溶溶酶原水解，促原水解，促进纤溶；溶；1111、乳糖酶、乳糖酶1212、核酸类酶、核酸类酶水解乳糖成葡萄糖和半乳糖，治水解乳糖成葡萄糖和半乳糖，治疗腹泻、腹腹泻、腹胀抑制不良基因和某些病毒基因的复制与表达；抑制不良基因和某些病毒基因的复制与表达；现在学习的是第26页，共99页进展：进展：基因工程技术开发新治疗用酶制剂基因工程技术开发新治疗用酶制剂基因工程技术开发新治疗用酶制剂基因工程技术开发新治疗用酶制剂美国美国FDA承承认Genzyme公司公司应用基因工程法生用基因工程法生产的葡萄糖的葡萄糖脑苷苷酯酶，治，治疗高血高血压病；病；意意义改
26、改变了了该酶只能从人的肝只能从人的肝脏中得到的状况；中得到的状况；效益效益19991999年，年，Genzyme公司公司销售售该酶的收入的收入约2.3072.307亿美元美元现在学习的是第27页，共99页三、酶在药物制造方面的应用三、酶在药物制造方面的应用酶在在药物制造方面的物制造方面的应用是利用用是利用酶的催化作用将的催化作用将前体物前体物质转变为药物，物，这方面的利用日益增多，方面的利用日益增多，已有不少已有不少药物包括一些物包括一些贵重的重的药物都是由物都是由酶法生法生产的的现在学习的是第28页，共99页1 1、青霉素酰化酶制造半合成抗生素、青霉素酰化酶制造半合成抗生素是半合成抗菌素生是
27、半合成抗菌素生产上有重要作用的上有重要作用的酶.19281928年年发现第一个抗生素青霉素，第一个抗生素青霉素，临床床应用抗生素已用抗生素已有有4040多年多年历史。史。长期大量使用抗生素，造成期大量使用抗生素，造成细菌的抗菌的抗药性，使天然的青霉素性，使天然的青霉素疗效下降效下降,因此研究因此研究细菌耐菌耐药性性原因，改造原有青霉素原因，改造原有青霉素结构，用人工的方法合成。构，用人工的方法合成。青霉素青霉素酰化化酶在其中具重要作用。在其中具重要作用。现在学习的是第29页，共99页由由6-6-APA合成新型青霉素或由合成新型青霉素或由7-7-ACA合成新型合成新型头孢霉素霉素;青霉素和青霉素
28、和头孢菌素同属于菌素同属于-内内酰胺抗生素胺抗生素,是最有是最有发展展前途的抗生素前途的抗生素.催化如下逆反应催化如下逆反应头孢霉素头孢霉素青霉素酰化酶青霉素酰化酶7-ACA(7-氯基头孢霉烷酸氯基头孢霉烷酸)现在学习的是第30页，共99页(1)(1)不同来源的青霉素不同来源的青霉素酰化化酶对温度和温度和pH值的要求不同的要求不同;(2)(2)同一来源的青霉素同一来源的青霉素酰化化酶在催化水解反在催化水解反应和合成反和合成反应时所要求的反所要求的反应条件不相同条件不相同.(3)(3)催化反催化反应时还要注意要注意6-6-APA(7-ACA)与与侧链羟酸衍生酸衍生物物(R-COOH)的比例的比例
29、.注意点注意点:现在学习的是第31页，共99页2 2、-酪氨酸酶制造多巴酪氨酸酶制造多巴酪氨酸酶制造多巴酪氨酸酶制造多巴背景背景:帕金森帕金森综合症是合症是18171817年英国医年英国医师Parkinson所描述的一种大所描述的一种大脑中枢中枢神神经系系统发生病生病变的老年性疾病；主要症状是手指的老年性疾病；主要症状是手指颤抖，肌肉僵直，抖，肌肉僵直，行行动不便。不便。病因病因:由于由于遗传原因或人体代原因或人体代谢失失调，不能由酪氨酸生成多巴（，不能由酪氨酸生成多巴（dopa)或多或多巴胺（神巴胺（神经介介质）多巴是治多巴是治疗帕金森氏帕金森氏综合症的重要合症的重要药物。物。-酪氨酸酪氨酸
30、酶 可催化可催化L-酪氨酸或酪氨酸或邻苯二酚生成二苯二酚生成二羟苯甲氨酸（多巴）。苯甲氨酸（多巴）。反应式反应式注意点：注意点：（1 1）温度、）温度、pH（2）控制好氧化控制好氧化进程。程。现在学习的是第32页，共99页3 3、核苷磷酸化酶制造阿糖腺苷、核苷磷酸化酶制造阿糖腺苷可催化核苷生成阿糖苷。阿糖苷是抗癌和抗病毒可催化核苷生成阿糖苷。阿糖苷是抗癌和抗病毒药物，其中物，其中阿糖腺苷阿糖腺苷疗效效显著。著。阿糖腺苷（阿拉伯糖腺阿糖腺苷（阿拉伯糖腺嘌呤核苷）可由呤核苷）可由嘌呤核苷磷酸化呤核苷磷酸化酶催化阿催化阿糖尿苷（阿拉伯尿糖尿苷（阿拉伯尿嘧啶核苷）核苷）转化而成。化而成。过程过程尿苷尿
31、苷阿糖尿苷阿糖尿苷阿糖苷阿糖苷化学法化学法阿拉伯糖取代核糖阿拉伯糖取代核糖核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶现在学习的是第33页，共99页4、无色杆菌蛋白酶制造人胰岛素、无色杆菌蛋白酶制造人胰岛素作用作用:催化猪胰催化猪胰岛素（素（A-30）转变为人胰人胰岛素（素（T-30）人胰人胰岛素与猪胰素与猪胰岛素只在素只在B链第第3030位的氨基酸不同，无色短杆菌位的氨基酸不同，无色短杆菌（Achromobacter lydicus)蛋白蛋白酶可特异性催化胰可特异性催化胰岛素素B链羧基末端上的氨基酸置基末端上的氨基酸置换反反应，由猪胰，由猪胰岛素（素（Ala30)转变为人胰人胰岛素素(Thr30)，增加增加疗效
32、。效。过程：程：在无色杆菌蛋白在无色杆菌蛋白酶作用下，猪胰作用下，猪胰岛素第素第3030位的丙氨酸水解除位的丙氨酸水解除去；然后在同一去；然后在同一酶作用下，使之与作用下，使之与苏氨酸丁氨酸丁酯偶偶联；再用三；再用三氟乙酸（氟乙酸（TFA）和苯甲和苯甲醚除去丁醇，得人胰除去丁醇，得人胰岛素素。现在学习的是第34页，共99页5、多核苷酸磷酸化酶生产聚肌胞、多核苷酸磷酸化酶生产聚肌胞l聚肌胞具聚肌胞具诱导干干扰素素(INF)的功能的功能;l广广谱抗病毒、抑制抗病毒、抑制肿瘤瘤细胞生胞生长、增、增强免疫力免疫力6 6、-D-D-葡萄糖苷酶制造抗肿瘤人参皂甙葡萄糖苷酶制造抗肿瘤人参皂甙是人参主要成分，
33、抗是人参主要成分，抗肿瘤效果瘤效果显著；著；现在学习的是第35页，共99页第二节第二节 酶在食品方面的应用酶在食品方面的应用食品和食品和轻工工业部部门是是酶使用最广泛的使用最广泛的领域。大域。大规模工模工业生生产的的-淀粉淀粉酶、糖化、糖化酶、蛋白、蛋白酶、葡萄糖异构、葡萄糖异构酶、果胶、果胶酶、脂肪、脂肪酶、纤维素素酶、葡萄糖氧化葡萄糖氧化酶等大部分都在等大部分都在轻工和食品方面工和食品方面应用。用。酶的作用：的作用：促促进了新了新产品、新工品、新工艺和新技和新技术的的发展；增加展；增加产品品产量，提高量，提高产品品质量，降低原材料消耗，改善量，降低原材料消耗，改善劳动条件，减条件，减轻劳动
34、强度。度。原因：原因：酶具有催化效率高，具有催化效率高，专一性一性强和作用条件温和等特点，固定化和作用条件温和等特点，固定化酶更具有更具有稳定性好，可定性好，可连续生生产较长时间，容易与，容易与产物分离等物分离等优越性越性现在学习的是第36页，共99页酶在食品方面的应用酶在食品方面的应用酶在食品方面的应用酶在食品方面的应用 酶酶 来来 源源 主要用途主要用途-淀粉淀粉酶枯草杆菌、曲霉、黑曲霉枯草杆菌、曲霉、黑曲霉发酵原料淀粉液化、制造葡萄糖、酵原料淀粉液化、制造葡萄糖、饴糖、果葡糖糖、果葡糖浆、纺织品退品退浆-淀粉淀粉酶麦芽、巨大芽麦芽、巨大芽孢杆菌、杆菌、多粘芽多粘芽孢杆菌杆菌制造麦芽，啤酒
35、制造麦芽，啤酒酿造造糖化糖化酶根霉、黑曲霉、根霉、黑曲霉、红曲霉、内曲霉、内孢霉霉发酵原料淀粉糖化，制造葡萄糖、果酵原料淀粉糖化，制造葡萄糖、果葡糖葡糖异淀粉异淀粉酶气杆菌、假气杆菌、假单胞杆菌胞杆菌制造直制造直链淀粉，麦芽糖淀粉，麦芽糖蛋白蛋白酶胰胰脏、木瓜、木瓜、枯草杆菌、霉菌枯草杆菌、霉菌洗洗涤剂，皮革加工，皮革加工，丝绸脱胶，啤酒脱胶，啤酒澄清，水解蛋白澄清，水解蛋白右旋糖右旋糖酐酶霉菌霉菌牙膏、漱口水、牙粉添加牙膏、漱口水、牙粉添加剂现在学习的是第37页，共99页 酶酶 名名 来来 源源 主主 要要 用用 途途果胶果胶酶霉菌霉菌果汁、果酒的澄清果汁、果酒的澄清葡萄糖异构葡萄糖异构酶放
36、放线菌、菌、细菌菌制造果葡糖、果糖制造果葡糖、果糖葡萄糖氧化葡萄糖氧化酶黑曲霉、青霉黑曲霉、青霉蛋白加工、食品保藏蛋白加工、食品保藏柑苷柑苷酶黑曲霉黑曲霉水果加工、去除桔汁苦味水果加工、去除桔汁苦味橙皮苷橙皮苷酶黑曲霉黑曲霉防止柑桔罐防止柑桔罐头及桔汁出及桔汁出现混混浊氨基氨基酰化化酶霉菌、霉菌、细菌菌由由DL-aa生生产L-aa天冬氨酸天冬氨酸酶大大肠杆菌、假杆菌、假单胞杆菌胞杆菌反丁反丁烯二酸制造天冬氨酸二酸制造天冬氨酸磷酸二磷酸二酯酶桔青霉、曲霉桔青霉、曲霉降解降解RNA、生生产单核苷酸核苷酸色氨酸合成色氨酸合成酶细菌菌生生产色氨酸色氨酸核苷磷酸化核苷磷酸化酶酵母酵母生生产ATP纤维素素
37、酶木霉、青霉木霉、青霉食品、食品、发酵、酵、饲料加工料加工现在学习的是第38页，共99页一、酶在食品保鲜方面的应用一、酶在食品保鲜方面的应用1、食品除氧保、食品除氧保鲜葡萄糖氧化葡萄糖氧化酶去氧防去氧防变质2、蛋、蛋类制品脱糖保制品脱糖保鲜3、食品、食品灭菌保菌保鲜溶菌溶菌酶防止防止细菌菌污染，保染，保鲜现在学习的是第39页，共99页二、酶在食品生产方面的应用二、酶在食品生产方面的应用食品工食品工业是最早和最广泛是最早和最广泛应用用酶的部的部门之一，已有几十种之一，已有几十种酶成功地成功地应用于食品工用于食品工业；2020世世纪5050年代以来，以淀粉年代以来，以淀粉酶与葡萄糖异构与葡萄糖异构
38、酶为基基础制制备葡萄糖葡萄糖的工的工艺获得成功，使淀粉加工得成功，使淀粉加工业成成为酶制制剂的主要用的主要用户;近年来，氧化近年来，氧化还原原酶的开的开发为食品工食品工业增添了新活力；增添了新活力；世界食品用世界食品用酶60%60%是是Novo Nordisk公司提供的公司提供的;现在学习的是第40页，共99页1 1、酶在淀粉类食品生产方面的应用、酶在淀粉类食品生产方面的应用酸水解法生酸水解法生产葡萄糖葡萄糖浆，在右旋糖，在右旋糖浆当量当量值（DE）高于高于5555时产生异味；生异味；5050年代末，日本成功年代末，日本成功应用用酶法生法生产葡萄糖葡萄糖淀粉淀粉3040%淀粉浆淀粉浆调调pH6
39、.06.5加水加水 添加添加-淀粉酶淀粉酶,8590oC保温保温45min糊精糊精冷却至冷却至5560oC，pH4.55.0，适量糖化酶保温适量糖化酶保温48hr葡萄糖葡萄糖工艺工艺（1）酶法生产葡萄糖）酶法生产葡萄糖现在学习的是第41页，共99页注意事项注意事项1 1、利用、利用喷射液化器，淀粉液化成糊精效果更佳；射液化器，淀粉液化成糊精效果更佳；2 2、采用高温淀粉、采用高温淀粉酶时，液化温度可提高到，液化温度可提高到105115105115oC；3、为保持保持-淀粉淀粉酶稳定性，通常加入定量定性，通常加入定量CaCl2，NaCL4、淀粉注解化程度以控制淀粉液淀粉注解化程度以控制淀粉液DE
40、值在在15201520范范围为宜宜5 5、-淀粉淀粉酶和糖化和糖化酶都要求达到一定都要求达到一定纯度度,不含或少含葡萄糖苷不含或少含葡萄糖苷转移移酶；6 6、也可采用固定化糖化、也可采用固定化糖化酶将糊精将糊精连续转化化为葡萄糖葡萄糖现在学习的是第42页，共99页全世界淀粉糖全世界淀粉糖产量达量达10001000多万吨，其中多万吨，其中70%70%为果葡糖果葡糖浆；19661966年日本首先用游离葡萄糖异构年日本首先用游离葡萄糖异构酶工工业化生化生产果葡糖果葡糖浆；葡萄糖甜度是蔗糖的；葡萄糖甜度是蔗糖的70%70%，果糖的甜度是蔗糖的，果糖的甜度是蔗糖的1.51.71.51.7倍倍,使用果糖，
41、糖用量少，血糖不易升高，具滋使用果糖，糖用量少，血糖不易升高，具滋润肌肤的作用肌肤的作用（2）果葡糖浆的生产）果葡糖浆的生产现在学习的是第43页，共99页 生产工艺简单流程生产工艺简单流程淀粉淀粉葡萄糖葡萄糖层析层析浓度浓度4045%精制葡萄糖液精制葡萄糖液(DE96)调调pH6.57.0，0.01MMgSO4，6070oC，加异构酶加异构酶果葡糖浆果葡糖浆现在学习的是第44页，共99页1 1、层析除去析除去Ca+解除解除对葡萄糖异构葡萄糖异构酶抑制；抑制；2 2、Mg+、Co+是葡萄糖异构是葡萄糖异构酶的激活的激活剂；3 3、不同来源异构、不同来源异构酶最适最适pH不同，生不同，生产时控制控
42、制pH 在在6.57.06.57.0，防止碱性，防止碱性时葡萄糖分解使糖葡萄糖分解使糖浆色色泽加深；加深；4 4、温度升高，反、温度升高，反应平衡向有利于果糖方向平衡向有利于果糖方向变化，但超化，但超过7070oC，异构异构酶失失活，温度以活，温度以6070060700C为宜；宜；5 5、将异构化后混合糖中葡萄糖与果糖分离，再异构化葡萄糖、将异构化后混合糖中葡萄糖与果糖分离，再异构化葡萄糖，得高果糖得高果糖浆注意事项注意事项现在学习的是第45页，共99页（3 3）饴糖的生产）饴糖的生产）饴糖的生产）饴糖的生产大米或糯米大米或糯米研磨研磨粉浆粉浆浓度浓度1820BpH6.06.5淀粉酶，淀粉酶，
43、8590oC液化液（糊精）液化液（糊精）冷却至冷却至62oC，-淀粉酶，淀粉酶，保温保温 麦芽糖麦芽糖现在学习的是第46页，共99页（4 4 4 4）糊精、麦芽糊精生产）糊精、麦芽糊精生产）糊精、麦芽糊精生产）糊精、麦芽糊精生产淀粉低程度水解淀粉低程度水解产物；物；（5 5）环状糊精的生产）环状糊精的生产采用采用环状糊精葡萄糖苷状糊精葡萄糖苷转移移酶生生产现在学习的是第47页，共99页2、酶在蛋白质类食品生产方面的应用、酶在蛋白质类食品生产方面的应用以蛋白以蛋白质为主要成分的制品称主要成分的制品称为蛋白制品，蛋白制品，如如1 1、乳制品、乳制品22、蛋制品、蛋制品33、鱼制品制品44、肉制品、
44、肉制品;酶在蛋白制品加工中的主要用途是改善在蛋白制品加工中的主要用途是改善组织，嫩化肉，嫩化肉类，转化化废弃蛋白弃蛋白质为供人供人类使用或作使用或作为饲料的蛋白料的蛋白质浓缩液，增加蛋白的价液，增加蛋白的价值和可利用性；和可利用性；不同来源的蛋白不同来源的蛋白酶在反在反应条件和底物条件和底物专一性上有很大差一性上有很大差别食品工食品工业中中应的主要有中性和酸性蛋白的主要有中性和酸性蛋白酶动植物来源的蛋白植物来源的蛋白酶在食品工在食品工业中中应用广泛；用广泛；不同来源的蛋白不同来源的蛋白酶对食品作用后的效果不同，如，不同蛋白食品作用后的效果不同，如，不同蛋白酶水解蛋水解蛋白的位点不同，白的位点不
45、同，产生的小生的小肽结构不同，构不同，导致致调味味剂的味道不同的味道不同现在学习的是第48页，共99页（1）水解蛋白的生）水解蛋白的生产（2）氨基酸的生）氨基酸的生产（3）明胶的生）明胶的生产（4）干酪的生）干酪的生产（5）低乳糖奶的生）低乳糖奶的生产现在学习的是第49页，共99页3 3、酶在果蔬、酶在果蔬类食品生产类食品生产方面的应用方面的应用（1）柑橘制品去除苦味）柑橘制品去除苦味柚苷柚苷酶脱苦味脱苦味（2）柑橘罐）柑橘罐头防止白色混防止白色混浊橙皮苷橙皮苷酶防止混防止混浊（3）果蔬制品脱色）果蔬制品脱色（4）酶在果汁生在果汁生产中的中的应用用果胶果胶酶澄清作用是第一个用于果汁澄清作用是第
46、一个用于果汁处理工理工业中的中的酶19301930年，美国年，美国Z.J.Kertesz和德国和德国A.Mehlitz同同时建立了用果胶建立了用果胶酶澄清苹果澄清苹果汁的工汁的工艺；果胶在植物中作；果胶在植物中作为一种一种细胞胞间隙充填物隙充填物质而存在，在酸性和高而存在，在酸性和高浓度糖下形成凝胶，是制造果度糖下形成凝胶，是制造果冻、果、果酱的基的基础，却，却导致致压榨和澄清的困榨和澄清的困难；果；果胶胶酶处理理溃碎果碎果实，可加速果汁，可加速果汁过滤，促，促进澄清；世界果胶澄清；世界果胶酶销售达售达酶制制剂总销售售额的的3%3%（5）酶在果酒生在果酒生产中的中的应用用现在学习的是第50页，
47、共99页三、酶在食品添加剂生产方面的应用三、酶在食品添加剂生产方面的应用l指指为改善食品品改善食品品质和色香味及防腐和加工工和色香味及防腐和加工工艺需要需要而加入食品中的化学合成或天然物而加入食品中的化学合成或天然物质;l按添加按添加剂功能分功能分为酸味酸味剂、增味、增味剂、甜味、甜味剂、乳化、乳化剂、增稠增稠剂、强化化剂等；等；l生物催化生物催化剂酶在食品添加在食品添加剂生生产中已广泛中已广泛应用；用；现在学习的是第51页，共99页应应 用用1、酶在酸味在酸味剂生生产中的作用中的作用2、酶在食品增味在食品增味剂（鲜味味剂）生）生产中的作中的作用用3、酶在甜味在甜味剂生生产中的作用中的作用4、
48、酶在乳化在乳化剂生生产中的中的应用用现在学习的是第52页，共99页四、酶在改善食品的品质和风味方面的应用四、酶在改善食品的品质和风味方面的应用用用酶改善食品的品改善食品的品质、风味与味与颜色色（1）风味味酶的的发现与与应用用风味物味物质占世界添加占世界添加剂市市场的的1015%1015%，占市，占市场价价值的的25%25%天然天然调味料制造分两大味料制造分两大类：分解型和抽出型：分解型和抽出型1 1）洋葱）洋葱风味味酶；2 2）奶油）奶油风味味酶；现在学习的是第53页，共99页（2）面包制造）面包制造过程中加程中加-淀粉淀粉酶，蛋白，蛋白酶（3）含蔗糖）含蔗糖饮料生料生产中加蔗糖中加蔗糖酶（4
49、）可溶性）可溶性鱼蛋白水解蛋白水解产物生物生产中去苦味；中去苦味；（5）乳制品特有香味）乳制品特有香味色素色素：占食品添加：占食品添加剂的的0.50.5-0.8%的消耗量，目前的消耗量，目前较多用多用纤维素素酶和果胶和果胶酶处理果皮提取。理果皮提取。现在学习的是第54页，共99页第三节第三节 酶在轻工、化工方面的应用酶在轻工、化工方面的应用轻工工业与人与人们日常生活息息相关日常生活息息相关酶在在轻工工业方面促方面促进了新了新产品、新工品、新工艺和新技和新技术的的发展；展；酶制制剂的广泛的广泛应用，提高用，提高产品品质量、降低原材料消耗、改善量、降低原材料消耗、改善劳动条件，减条件，减轻劳动强度
50、度;酶在在轻工化工方面的工化工方面的应用，概括起来主要有用，概括起来主要有3 3种用途种用途(1)(1)酶在原材料在原材料处理方面的理方面的应用用(2)(2)酶在在轻工化工工化工产品制造方面的品制造方面的应用用(3)(3)加加酶增增强产品的使用效果品的使用效果现在学习的是第55页，共99页一、酶在原材料处理方面的应用一、酶在原材料处理方面的应用作用作用:缩短原料短原料处理理时间，提高，提高处理效果，理效果，提高提高产品品质量，改善量，改善劳动条件，减条件，减轻劳动强度度类别(1)发酵原料的酵原料的处理；理；(2)纺织原料的原料的处理；理；(3)造造纸原料的制原料的制浆；(4)生生丝的脱皮的脱皮