六酶工程制药.pptx

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1、会计学1六酶工程制药六酶工程制药酶的分离、提纯、大批量生产及应用开发。酶的分离、提纯、大批量生产及应用开发。酶和细胞的固定化及酶反应器的研究。酶和细胞的固定化及酶反应器的研究。酶生产中基因工程技术的应用及遗传修饰酶的酶生产中基因工程技术的应用及遗传修饰酶的研究。研究。酶的分子改造与化学修饰以及酶的结构与功能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。之间关系的研究。有机相中酶反应的研究。有机相中酶反应的研究。酶的抑制剂、激活剂的开发及应用研究。酶的抑制剂、激活剂的开发及应用研究。抗体酶、核酸酶的研究。抗体酶、核酸酶的研究。模拟酶、合成酶及酶分子的人工设计、合成的模拟酶、合成酶及酶分

2、子的人工设计、合成的研究。研究。酶工程的研究内容酶工程的研究内容酶工程的研究内容酶工程的研究内容第1页/共68页提取分离法：动物、植物组织、器官、细胞提取分离法：动物、植物组织、器官、细胞生物合成法：动物、植物、生物合成法：动物、植物、微生物细胞微生物细胞化学合成法：实验室阶段，尚不成熟化学合成法：实验室阶段，尚不成熟二、酶的来源二、酶的来源二、酶的来源二、酶的来源第2页/共68页1 1、微生物种类多，酶的品种齐全；、微生物种类多，酶的品种齐全；2 2、微生物繁殖快，生长周期短，产量高；、微生物繁殖快，生长周期短，产量高；3 3、微生物培养方法简单，原料来源丰富，价格、微生物培养方法简单，原料

3、来源丰富，价格低廉，产量高，经济效益高；低廉，产量高，经济效益高；4 4、微生物具有较强的适应性和应变能力，菌种、微生物具有较强的适应性和应变能力，菌种易诱变，易于控制代谢方向；易诱变，易于控制代谢方向；微生物发酵生产酶的优势微生物发酵生产酶的优势微生物发酵生产酶的优势微生物发酵生产酶的优势第3页/共68页（1 1）繁殖快，产酶量高，酶的性质应符合使用要求，最）繁殖快，产酶量高，酶的性质应符合使用要求，最好是产胞外酶；好是产胞外酶；（2 2）不是致病菌，不产生毒素以及其他生理活性物质。）不是致病菌，不产生毒素以及其他生理活性物质。（3 3）产酶性能稳定，不易变异、退化，不易感染噬菌体；）产酶性

4、能稳定，不易变异、退化，不易感染噬菌体；产生的酶便于分离，容易提纯，收得率高；产生的酶便于分离，容易提纯，收得率高；（4 4）容易培养，能利用廉价的原料，发酵周期短；）容易培养，能利用廉价的原料，发酵周期短；三、酶生产菌三、酶生产菌三、酶生产菌三、酶生产菌1、对菌种的要求、对菌种的要求第4页/共68页2 2、生产菌的来源、生产菌的来源、生产菌的来源、生产菌的来源3 3、目前常用的产酶微生物、目前常用的产酶微生物、目前常用的产酶微生物、目前常用的产酶微生物n n大肠杆菌大肠杆菌n n生产生产谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶用于测定谷氨酸含量用于测定谷氨酸含量n n生产生产天冬氨酸酶天冬氨酸酶催化延胡索酸

5、生成催化延胡索酸生成L-L-天冬氨酸天冬氨酸n n生产生产苄青霉素酰化酶苄青霉素酰化酶生成新的半合成青霉素或头生成新的半合成青霉素或头孢菌素类孢菌素类n n生产生产-半乳糖苷酶半乳糖苷酶用于分解乳糖用于分解乳糖第5页/共68页n n枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌n n生产生产 -淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶、碱性磷淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶、碱性磷酸酯酶酸酯酶n n青霉菌青霉菌n n生产葡萄糖氧化酶、青霉素酰化酶等生产葡萄糖氧化酶、青霉素酰化酶等第6页/共68页n n链霉菌链霉菌n n生产青霉素酰化酶、葡萄糖异构酶、碱性蛋白酶、生产青霉素酰化酶、葡萄糖异构酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、羟化酶等中性蛋

6、白酶、羟化酶等n n啤酒酵母啤酒酵母n n其他其他第7页/共68页四、酶在医药领域的应用 第8页/共68页第二节第二节第二节第二节 酶和细胞的固定化酶和细胞的固定化酶和细胞的固定化酶和细胞的固定化第9页/共68页一、固定化酶的制备固定化酶固定化酶的定义：的定义：固定化酶是指限制或固定于固定化酶是指限制或固定于特定空间位置的酶，具体来说，特定空间位置的酶，具体来说，是指经物理或化学方法处理，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，而又能发挥催化作受到限制，而又能发挥催化作用的酶制剂。用的酶制剂。第10页/共68页固定化酶的特点固定化酶的特点固定化酶

7、的特点固定化酶的特点 具有生物催化剂的功能，又有固相催化具有生物催化剂的功能，又有固相催化具有生物催化剂的功能，又有固相催化具有生物催化剂的功能，又有固相催化剂的功能。剂的功能。剂的功能。剂的功能。优点：优点：优点：优点：可多次使用可多次使用可多次使用可多次使用 反应后，酶底物产物易分开，产物中无残留反应后，酶底物产物易分开，产物中无残留反应后，酶底物产物易分开，产物中无残留反应后，酶底物产物易分开，产物中无残留酶，易纯化，产品质量高。酶，易纯化，产品质量高。酶，易纯化，产品质量高。酶，易纯化，产品质量高。反应条件易控制。反应条件易控制。反应条件易控制。反应条件易控制。酶的利用效率高。酶的利用

8、效率高。酶的利用效率高。酶的利用效率高。比水溶性酶更适合于多酶反应。比水溶性酶更适合于多酶反应。比水溶性酶更适合于多酶反应。比水溶性酶更适合于多酶反应。第11页/共68页缺点：缺点：缺点：缺点：酶的活力有损失酶的活力有损失酶的活力有损失酶的活力有损失 增加生产成本增加生产成本增加生产成本增加生产成本只能用于可溶性底物，且较适用于小分子底只能用于可溶性底物，且较适用于小分子底只能用于可溶性底物，且较适用于小分子底只能用于可溶性底物，且较适用于小分子底物物物物胞内酶必须经过酶的分离纯化胞内酶必须经过酶的分离纯化胞内酶必须经过酶的分离纯化胞内酶必须经过酶的分离纯化与完整菌体相比不适宜于多酶反应。与完

9、整菌体相比不适宜于多酶反应。与完整菌体相比不适宜于多酶反应。与完整菌体相比不适宜于多酶反应。第12页/共68页酶的固定化方法与制备技术酶的固定化方法与制备技术酶的固定化方法与制备技术酶的固定化方法与制备技术酶的固定化方法与制备技术酶的固定化方法与制备技术 酶和细胞固定化方法酶和细胞固定化方法酶和细胞固定化方法酶和细胞固定化方法酶和细胞固定化方法酶和细胞固定化方法 载体结合法载体结合法载体结合法载体结合法载体结合法载体结合法 交联法交联法交联法交联法交联法交联法 包埋法包埋法包埋法包埋法包埋法包埋法 网格型网格型网格型网格型网格型网格型 微囊型微囊型微囊型微囊型微囊型微囊型物理吸附法物理吸附法物

10、理吸附法物理吸附法物理吸附法物理吸附法 离子结合法离子结合法离子结合法离子结合法离子结合法离子结合法 共价结合法共价结合法共价结合法共价结合法共价结合法共价结合法 热处理（细胞）热处理（细胞）热处理（细胞）热处理（细胞）热处理（细胞）热处理（细胞）第13页/共68页载体结合法载体结合法载体结合法载体结合法 物理吸附法物理吸附法物理吸附法物理吸附法 离子结合法离子结合法离子结合法离子结合法 共价结合法共价结合法共价结合法共价结合法交联法交联法交联法交联法包埋法包埋法包埋法包埋法 网格型网格型网格型网格型 微囊型微囊型微囊型微囊型选择性热变性法选择性热变性法选择性热变性法选择性热变性法第14页/共

11、68页酶和细胞的固定化载体酶和细胞的固定化载体酶和细胞的固定化载体酶和细胞的固定化载体酶和细胞的固定化载体酶和细胞的固定化载体吸附载体吸附载体吸附载体吸附载体吸附载体吸附载体包埋载体包埋载体包埋载体包埋载体包埋载体包埋载体交联载体交联载体交联载体交联载体交联载体交联载体表表表表表表6-16-16-1第15页/共68页二、固定化细胞的制备二、固定化细胞的制备固定化细胞固定化细胞的定义的定义 将细胞限制或定位于特定空间位置的方将细胞限制或定位于特定空间位置的方法称为细胞固定化技术。法称为细胞固定化技术。被限制或定位于特定空间位置的细胞称被限制或定位于特定空间位置的细胞称为固定化细胞。为固定化细胞。

12、第16页/共68页固定化细胞的特点固定化细胞的特点固定化细胞的特点固定化细胞的特点 有细胞特性，生物催化剂功能，有细胞特性，生物催化剂功能，有细胞特性，生物催化剂功能，有细胞特性，生物催化剂功能，固相催化剂特点。固相催化剂特点。固相催化剂特点。固相催化剂特点。优点：优点：优点：优点：无须进行酶的分离纯化无须进行酶的分离纯化无须进行酶的分离纯化无须进行酶的分离纯化 保持酶的原始状态，酶回收率高保持酶的原始状态，酶回收率高保持酶的原始状态，酶回收率高保持酶的原始状态，酶回收率高 比固定化酶稳定性高比固定化酶稳定性高比固定化酶稳定性高比固定化酶稳定性高 细胞内酶附助因子可再生细胞内酶附助因子可再生细

13、胞内酶附助因子可再生细胞内酶附助因子可再生 细胞本身含多酶体系细胞本身含多酶体系细胞本身含多酶体系细胞本身含多酶体系 抗污染能力强抗污染能力强抗污染能力强抗污染能力强第17页/共68页局限性：局限性：仅利用胞内酶，会形成无用的副产物仅利用胞内酶，会形成无用的副产物 细胞膜、细胞壁和载体都存在扩散限制作细胞膜、细胞壁和载体都存在扩散限制作用用 载体形成的空隙大小影响分子底物的通透载体形成的空隙大小影响分子底物的通透性性第18页/共68页固定化细胞的制备技术固定化细胞的制备技术固定化细胞的制备技术固定化细胞的制备技术 载体结合法载体结合法载体结合法载体结合法 是将细胞悬液直接与水不溶性的是将细胞悬

14、液直接与水不溶性的是将细胞悬液直接与水不溶性的是将细胞悬液直接与水不溶性的 载体载体载体载体 相结合的固定化方法。相结合的固定化方法。相结合的固定化方法。相结合的固定化方法。包埋法包埋法包埋法包埋法 将细胞定位于凝胶网格内的技术。将细胞定位于凝胶网格内的技术。将细胞定位于凝胶网格内的技术。将细胞定位于凝胶网格内的技术。第19页/共68页 交联法交联法交联法交联法 用多功能试剂对细胞进行交联的固用多功能试剂对细胞进行交联的固用多功能试剂对细胞进行交联的固用多功能试剂对细胞进行交联的固 定化方法。定化方法。定化方法。定化方法。无载体法无载体法无载体法无载体法 靠细胞自身的絮凝作用制备固定靠细胞自身

15、的絮凝作用制备固定靠细胞自身的絮凝作用制备固定靠细胞自身的絮凝作用制备固定 化细胞的技术。化细胞的技术。化细胞的技术。化细胞的技术。第20页/共68页三、固定化方法与载体的选择依据三、固定化方法与载体的选择依据三、固定化方法与载体的选择依据三、固定化方法与载体的选择依据三、固定化方法与载体的选择依据三、固定化方法与载体的选择依据固定化方法的选择固定化方法的选择固定化方法的选择固定化方法的选择固定化方法的选择固定化方法的选择固定化酶应用的安全性固定化酶应用的安全性固定化酶应用的安全性固定化酶应用的安全性固定化酶应用的安全性固定化酶应用的安全性固定化酶在操作中的稳定性固定化酶在操作中的稳定性固定化

16、酶在操作中的稳定性固定化酶在操作中的稳定性固定化酶在操作中的稳定性固定化酶在操作中的稳定性固定化的成本固定化的成本固定化的成本固定化的成本固定化的成本固定化的成本载体的选择载体的选择载体的选择载体的选择载体的选择载体的选择第21页/共68页四、固定化酶和四、固定化酶和四、固定化酶和四、固定化酶和固定化细胞固定化细胞的形状与性的形状与性的形状与性的形状与性质质质质固定化酶的形状固定化酶的形状固定化酶的形状固定化酶的形状颗粒状固定化酶颗粒状固定化酶颗粒状固定化酶颗粒状固定化酶纤维状固定化酶纤维状固定化酶纤维状固定化酶纤维状固定化酶膜状固定化酶膜状固定化酶膜状固定化酶膜状固定化酶管状固定化酶管状固定

17、化酶管状固定化酶管状固定化酶第22页/共68页固定化酶的性质固定化酶的性质固定化酶的性质固定化酶的性质酶活力的变化酶活力的变化酶活力的变化酶活力的变化*原因原因原因原因酶稳定性的变化酶稳定性的变化酶稳定性的变化酶稳定性的变化 操作稳定性操作稳定性操作稳定性操作稳定性 贮藏稳定性贮藏稳定性贮藏稳定性贮藏稳定性 热稳定性热稳定性热稳定性热稳定性 对蛋白酶的稳定性对蛋白酶的稳定性对蛋白酶的稳定性对蛋白酶的稳定性第23页/共68页酶学特性的变化酶学特性的变化酶学特性的变化酶学特性的变化 底物专一性底物专一性底物专一性底物专一性 最适最适最适最适pHpH 最适温度最适温度最适温度最适温度 米氏常数米氏常

18、数米氏常数米氏常数 最大反应速度最大反应速度最大反应速度最大反应速度第24页/共68页3.3.固定化细胞的性质固定化细胞的性质固定化细胞的性质固定化细胞的性质 细胞被固定化后，酶的性细胞被固定化后，酶的性细胞被固定化后，酶的性细胞被固定化后，酶的性质、稳定性、最适温度和质、稳定性、最适温度和质、稳定性、最适温度和质、稳定性、最适温度和KmKm值通常与固定化酶相仿。值通常与固定化酶相仿。值通常与固定化酶相仿。值通常与固定化酶相仿。第25页/共68页 五、固定化酶（细胞）的指标五、固定化酶（细胞）的指标五、固定化酶（细胞）的指标五、固定化酶（细胞）的指标 单位时间内，单位体积中底物减少量或产单位时

19、间内，单位体积中底物减少量或产单位时间内，单位体积中底物减少量或产物增加量来表示。物增加量来表示。物增加量来表示。酶活力酶活力酶活力:在单位时间内单位体积中的底物减少在单位时间内单位体积中的底物减少在单位时间内单位体积中的底物减少量或产物增加量来表示。量或产物增加量来表示。量或产物增加量来表示。第26页/共68页 对于某些不能通过底物或产物的变化量来测对于某些不能通过底物或产物的变化量来测定其活力的酶促反应，也可以通过与其产物相偶联定其活力的酶促反应，也可以通过与其产物相偶联的酶促反应来测定其活力，即使第一个酶促反应的的酶促反应来测定其活力，即使第一个酶促反应的产物称为第二个酶促反应的底物。产

20、物称为第二个酶促反应的底物。葡萄糖葡萄糖+ATP+ATP葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸+NADP+NADP+6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸+NADP+H+NADP+H+第27页/共68页(1).(1).分批测定法分批测定法 (2).(2).连续测定法连续测定法 影响酶活力测定的因素较多，如测定环境、影响酶活力测定的因素较多，如测定环境、pHpH、温度、离子强度、酶浓度、激活剂、震荡、温度、离子强度、酶浓度、激活剂、震荡和搅拌速度以及固定化酶的颗粒大小的变化均影和搅拌速度以及固定化酶的颗粒大小的变化均影响酶活力的测定。响酶活力的测定。第28页/共68页2 2、偶联

21、率及相对活力的测定、偶联率及相对活力的测定、偶联率及相对活力的测定、偶联率及相对活力的测定偶联率偶联率偶联率偶联率=（加入酶活力（加入酶活力（加入酶活力（加入酶活力-上清酶活力）上清酶活力）上清酶活力）上清酶活力）/加入蛋白活力加入蛋白活力加入蛋白活力加入蛋白活力x100%x100%活力回收率活力回收率活力回收率活力回收率=固定化酶总活力固定化酶总活力固定化酶总活力固定化酶总活力/加入酶的总活力加入酶的总活力加入酶的总活力加入酶的总活力x100%x100%相对活力相对活力相对活力相对活力=固定化酶总活力固定化酶总活力固定化酶总活力固定化酶总活力/（加入酶总活力（加入酶总活力（加入酶总活力（加入

22、酶总活力-上清液中上清液中上清液中上清液中未偶联酶活力）未偶联酶活力）未偶联酶活力）未偶联酶活力）x100%x100%偶联率偶联率=1=1时，表示反应控制良好；偶联率时，表示反应控制良好；偶联率111时时,有细胞分裂有细胞分裂或从载体排除抑制剂等原因。或从载体排除抑制剂等原因。第29页/共68页第三节 固定化酶和固定化细胞的反应器一、反应器的类型和特点一、反应器的类型和特点一、反应器的类型和特点一、反应器的类型和特点一、反应器的类型和特点一、反应器的类型和特点间歇式搅拌罐反应器（间歇式搅拌罐反应器（间歇式搅拌罐反应器（间歇式搅拌罐反应器（间歇式搅拌罐反应器（间歇式搅拌罐反应器（BSTRBSTR

23、BSTR）用于游离酶反应后随即放料。用于游离酶反应后随即放料。用于游离酶反应后随即放料。用于游离酶反应后随即放料。用于游离酶反应后随即放料。用于游离酶反应后随即放料。连续流动搅拌罐反应器（连续流动搅拌罐反应器（连续流动搅拌罐反应器（连续流动搅拌罐反应器（连续流动搅拌罐反应器（连续流动搅拌罐反应器（CSTRCSTRCSTR）连续进料、连续出料连续进料、连续出料连续进料、连续出料连续进料、连续出料连续进料、连续出料连续进料、连续出料第30页/共68页 填充床反应器（填充床反应器（PBR）固定化酶填充于床层内。反应器内的流体的固定化酶填充于床层内。反应器内的流体的固定化酶填充于床层内。反应器内的流体

24、的固定化酶填充于床层内。反应器内的流体的流动形态为平推流形。流动形态为平推流形。流动形态为平推流形。流动形态为平推流形。底物以恒定流速通过反应床。底物以恒定流速通过反应床。底物以恒定流速通过反应床。底物以恒定流速通过反应床。流化床反应器流化床反应器(FBR)底物以足够大的流速向上通过固定化酶床底物以足够大的流速向上通过固定化酶床底物以足够大的流速向上通过固定化酶床底物以足够大的流速向上通过固定化酶床层，使固体颗粒处于流化状态，达到混合的目的。层，使固体颗粒处于流化状态，达到混合的目的。层，使固体颗粒处于流化状态，达到混合的目的。层，使固体颗粒处于流化状态，达到混合的目的。第31页/共68页循环

25、反应器循环反应器(PCR)部分反应液流出和新加入底物流入液混合，部分反应液流出和新加入底物流入液混合，在进入反应床进行循环。在进入反应床进行循环。连续流动搅拌罐连续流动搅拌罐连续流动搅拌罐连续流动搅拌罐-超滤膜反应器超滤膜反应器超滤膜反应器超滤膜反应器(CSTR/UFR)(CSTR/UFR)由连续流动搅拌罐反应器和超滤装置组合由连续流动搅拌罐反应器和超滤装置组合而成的反应器。它在连续流动搅拌罐的出口处而成的反应器。它在连续流动搅拌罐的出口处装有半透膜。装有半透膜。其它反应器其它反应器第32页/共68页第33页/共68页 二、反应器的选择依据二、反应器的选择依据二、反应器的选择依据二、反应器的选

26、择依据根据固定化酶的形状来选择根据固定化酶的形状来选择根据固定化酶的形状来选择根据固定化酶的形状来选择根据底物的物理性质来选择根据底物的物理性质来选择根据底物的物理性质来选择根据底物的物理性质来选择根据反应的动力学特性来选择根据反应的动力学特性来选择根据反应的动力学特性来选择根据反应的动力学特性来选择根据外界环境对酶的稳定性的影响根据外界环境对酶的稳定性的影响根据外界环境对酶的稳定性的影响根据外界环境对酶的稳定性的影响来选择来选择来选择来选择根据操作要求及反应器费用来选择根据操作要求及反应器费用来选择根据操作要求及反应器费用来选择根据操作要求及反应器费用来选择第34页/共68页第四节第四节第四

27、节第四节 酶的人工模拟酶的人工模拟酶的人工模拟酶的人工模拟一一一一.模拟酶的概念模拟酶的概念模拟酶的概念模拟酶的概念 是指根据酶的作用原理，用各种是指根据酶的作用原理，用各种是指根据酶的作用原理，用各种是指根据酶的作用原理，用各种方法人为制造的具有酶性质的催化剂。方法人为制造的具有酶性质的催化剂。方法人为制造的具有酶性质的催化剂。方法人为制造的具有酶性质的催化剂。第35页/共68页二.模拟酶的理论基础1.1.模拟酶的酶学基础模拟酶的酶学基础 酶先与底物结合，进而选择性地稳定某一特定反酶先与底物结合，进而选择性地稳定某一特定反应的过度态（应的过度态（TSTS），降低反应活化能，从而加快反），降低

28、反应活化能，从而加快反应速度。应速度。2.2.主主-客体化学和超分子化学客体化学和超分子化学 主主-客体化学的基本意义来源于酶和底物的互相客体化学的基本意义来源于酶和底物的互相作用，体现为主体和客体在结合部位的空间及电子作用，体现为主体和客体在结合部位的空间及电子排列的互补。排列的互补。第36页/共68页三.模拟酶的分类1.1.主主-客体酶模型客体酶模型2.2.胶束模拟酶胶束模拟酶3.3.肽酶肽酶4.4.半合成酶半合成酶5.5.印迹酶印迹酶第37页/共68页1.1.1.1.主主主主-客体酶模型客体酶模型客体酶模型客体酶模型 环糊精环糊精(CD)(CD)是直是直链淀粉在由芽孢杆菌链淀粉在由芽孢杆

29、菌产生的环糊精葡萄糖产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的一系列环状低聚糖的总称，通常含有的总称，通常含有612612个个D-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖单元。各葡萄糖单元单元。各葡萄糖单元均以均以-1-1，4-4-糖苷键结糖苷键结合成环。合成环。第38页/共68页 环糊精不是圆筒状分子而是略呈锥形的圆环。环糊精不是圆筒状分子而是略呈锥形的圆环。其中，环糊精的伯羟基围成了锥形的小口，而其其中，环糊精的伯羟基围成了锥形的小口，而其仲羟基围成了锥形的大口。仲羟基围成了锥形的大口。由于环糊精的外缘由于环糊精的外缘(Rim)(Rim)亲水而内腔亲水而内腔(Cavity)

30、(Cavity)疏疏水，因而它能够象酶一样提供一个疏水的结合部水，因而它能够象酶一样提供一个疏水的结合部位，作为主体位，作为主体(Host)(Host)包络各种适当的客体包络各种适当的客体(Guest)(Guest)，如有机分子、无机离子以及气体分子等。其内，如有机分子、无机离子以及气体分子等。其内腔疏水而外部亲水的特性使其可依据范德华力、腔疏水而外部亲水的特性使其可依据范德华力、疏水相互作用力、主客体分子间的匹配作用等与疏水相互作用力、主客体分子间的匹配作用等与许多有机和无机分子形成包合物及分子组装体系许多有机和无机分子形成包合物及分子组装体系第39页/共68页 这种选择性的包络作用即通常所

31、说的分子识别，其结果是形成主客体包络物(Host-Guest Complex)。环糊精是迄今所发现的类似于酶的理想宿主分子，并且其本身就有酶模型的特性。第40页/共68页2.2.胶束模拟酶胶束模拟酶 胶束在水溶液中提供了疏水微环境（类似于酶的结合部位）胶束在水溶液中提供了疏水微环境（类似于酶的结合部位），可以对底物束缚，如果将催化基团如咪唑基、巯基、羟基和一，可以对底物束缚，如果将催化基团如咪唑基、巯基、羟基和一些辅酶共价地连接或吸附在胶束上，就有可能提供些辅酶共价地连接或吸附在胶束上，就有可能提供“活性中心活性中心”部位，使胶束称为具有酶活力或部分酶活力的胶束模拟酶。部位，使胶束称为具有酶活

32、力或部分酶活力的胶束模拟酶。第41页/共68页3.3.肽酶肽酶 肽酶就是模拟天然酶活性部位而人工合肽酶就是模拟天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多肽，这是多肽合成的一大成的具有催化活性的多肽，这是多肽合成的一大热点热点第42页/共68页4.4.半合成酶半合成酶 以天然酶为母体，用化学方法或基因工程方法引进适当的活性以天然酶为母体，用化学方法或基因工程方法引进适当的活性部位或催化基团，从而形成一种新的人工酶。部位或催化基团，从而形成一种新的人工酶。*以具有酶活性的蛋白为母体，在其活性中心引入催化功能部分以具有酶活性的蛋白为母体，在其活性中心引入催化功能部分*利用天然蛋白进行构像修饰，为构建

33、高效人工美打下基础利用天然蛋白进行构像修饰，为构建高效人工美打下基础第43页/共68页5.5.印迹酶印迹酶 分子印迹技术是指为获得在空间结构和结分子印迹技术是指为获得在空间结构和结合位点上与某一分子合位点上与某一分子(印迹分子印迹分子)完全匹配的聚合完全匹配的聚合物的实验制备技术。物的实验制备技术。如果以一种分子充当模板，其周围用聚合物如果以一种分子充当模板，其周围用聚合物交联，当模板分子除去后，此聚合物就留下了与交联，当模板分子除去后，此聚合物就留下了与此分子相匹配的空穴。此分子相匹配的空穴。第44页/共68页具体过程：具体过程：(1)功能单体印迹分子结合 (2)交联剂固定 (3)脱去印迹分

34、子第45页/共68页分子印迹技术的基本原理分子印迹技术的基本原理 PrearrangementPolymerizationExtraction第46页/共68页 第47页/共68页（1 1）分子印迹酶）分子印迹酶分子印迹酶的设计催化活性基团的引入第48页/共68页（2）生物印迹酶变性加入印迹分子反应透析第49页/共68页四.人工模拟酶的研究意义及展望第50页/共68页第五节 酶的化学修饰一一一.酶化学修饰概述酶化学修饰概述酶化学修饰概述 酶的化学修饰是指在较温和的条件下，以可酶的化学修饰是指在较温和的条件下，以可酶的化学修饰是指在较温和的条件下，以可控制的方式使一种酶同某些化学试剂起特异反控制

35、的方式使一种酶同某些化学试剂起特异反控制的方式使一种酶同某些化学试剂起特异反应，从而引起单个氨基酸残基或其功能基团发应，从而引起单个氨基酸残基或其功能基团发应，从而引起单个氨基酸残基或其功能基团发生共价的化学改变。生共价的化学改变。生共价的化学改变。第51页/共68页酶的化学修饰的目的和意义酶的化学修饰的目的和意义 人为地改变天然酶的一些性质，创造天然酶所不具人为地改变天然酶的一些性质，创造天然酶所不具备的某些优良特性甚至创造出新的活性，来扩大酶的备的某些优良特性甚至创造出新的活性，来扩大酶的应用领域，促进生物技术发展。应用领域，促进生物技术发展。酶改造后会产生的变化包括酶改造后会产生的变化包

36、括:提高生物活性提高生物活性 增强在不良环境中的稳定性增强在不良环境中的稳定性 针对异体反应，降低生物识别能力。针对异体反应，降低生物识别能力。第52页/共68页二二.酶化学修饰的方法酶化学修饰的方法1.1.酶的表面化学修饰酶的表面化学修饰大分子修饰大分子修饰小分子修饰小分子修饰交联修饰交联修饰固定化修饰固定化修饰第53页/共68页2.2.酶分子内部修饰酶分子内部修饰非催化活性基团的修饰非催化活性基团的修饰蛋白主链的修饰蛋白主链的修饰催化活性基团的修饰催化活性基团的修饰与辅因子有关的修饰与辅因子有关的修饰 *对依赖辅因子的酶可用两种方法进行化学修饰对依赖辅因子的酶可用两种方法进行化学修饰 共价

37、结合共价结合/引入新辅因子引入新辅因子 *将新的辅酶引入金额够已经弄清的蛋白质上将新的辅酶引入金额够已经弄清的蛋白质上 *金属镁中的金属取代金属镁中的金属取代 第54页/共68页3.3.结合定点突变的化学修饰结合定点突变的化学修饰 通过一些可控制的方法在酶或蛋白质特殊的位通过一些可控制的方法在酶或蛋白质特殊的位点引入特定分子来修饰酶或蛋白质，结合定点突变点引入特定分子来修饰酶或蛋白质，结合定点突变引入一种非天然氨基酸侧链来进行化学修饰，从而引入一种非天然氨基酸侧链来进行化学修饰，从而得到一些新颖的酶制剂。得到一些新颖的酶制剂。第55页/共68页三三三三.修饰酶的特性修饰酶的特性修饰酶的特性修饰

38、酶的特性热稳定性提高热稳定性提高抗各类失活因子能力提高抗各类失活因子能力提高抗原性消除抗原性消除体内半衰期延长体内半衰期延长最适最适pHpH改变改变酶学性质变化酶学性质变化对组织分布能力改变对组织分布能力改变第56页/共68页四四.酶化学修饰的应用及其局酶化学修饰的应用及其局限性限性1.1.酶化学修饰的应用酶化学修饰的应用 (1)(1)酶结构与功能的研究酶结构与功能的研究 (2)(2)在医药方面的应用在医药方面的应用 (3)(3)在工业方面的应用在工业方面的应用第57页/共68页2.2.酶化学修饰的其局限性酶化学修饰的其局限性某种修饰剂对某一氨基酸侧链的化学修饰性是相对的。某种修饰剂对某一氨基

39、酸侧链的化学修饰性是相对的。化学修饰后酶的构象或多或少都有一些改变。化学修饰后酶的构象或多或少都有一些改变。酶的化学修饰只能在具有极性的氨基酸残基侧链上进酶的化学修饰只能在具有极性的氨基酸残基侧链上进行，但其他氨基酸侧链在维持酶的构象方面也有重行，但其他氨基酸侧链在维持酶的构象方面也有重要作用。要作用。酶化学修饰的结果对于研究酶结构与功能的关系能提酶化学修饰的结果对于研究酶结构与功能的关系能提供一些信息。供一些信息。第58页/共68页五五五五.酶的化学修饰的前景酶的化学修饰的前景酶的化学修饰的前景酶的化学修饰的前景 化学修饰可以改变天然酶各种活性化学修饰可以改变天然酶各种活性,扩大酶的扩大酶的

40、应用范围。化学修饰法是改造酶分子的有效方法，应用范围。化学修饰法是改造酶分子的有效方法，而且已有了一定的规律性和普遍性，具有广泛的而且已有了一定的规律性和普遍性，具有广泛的应用前景。应用前景。第59页/共68页第六节 酶工程研究的进展一、有机相的酶反应一、有机相的酶反应 酶在具有有机溶剂存在的介质中所进行酶在具有有机溶剂存在的介质中所进行的催化反应的催化反应1 1、有机相酶反应特点、有机相酶反应特点增加疏水性底物或产物的溶解度增加疏水性底物或产物的溶解度热力学平衡向合成方向移动热力学平衡向合成方向移动可一直有水参与的副反应可一直有水参与的副反应酶不溶于有机介质，易于回收再利用酶不溶于有机介质，

41、易于回收再利用第60页/共68页容易从低沸点的溶剂中分离纯化产物容易从低沸点的溶剂中分离纯化产物酶的热稳定性高，酶的热稳定性高，pHpH的适应性扩大的适应性扩大无微生物污染无微生物污染能测定某些在水中不能进行的反应能测定某些在水中不能进行的反应固定化酶方法简单，可以只沉积在载体表面固定化酶方法简单，可以只沉积在载体表面第61页/共68页2、有机相酶反应的溶剂体系 水水-水溶性溶剂均相体系水溶性溶剂均相体系 水水-水不相溶性溶剂均相体系水不相溶性溶剂均相体系 胶束与反向胶束体系胶束与反向胶束体系 单向有机溶剂体系单向有机溶剂体系3、水合溶剂对有机溶剂中酶的影响 酶活力酶活力 酶选择性酶选择性 酶

42、的稳定性酶的稳定性第62页/共68页4.有机相的酶工程酶的固定化酶的固定化酶的化学修饰和表面活性剂包埋酶的化学修饰和表面活性剂包埋第63页/共68页二、核酶和脱氧核酶二、核酶和脱氧核酶 具有催化活性的具有催化活性的RNARNA或或DNADNA1 1、核酶、核酶锤头型核酶锤头型核酶发夹型核酶发夹型核酶蛋白质蛋白质-RNA-RNA复合酶复合酶组组I I内含子和组内含子和组II II内含子内含子2 2、脱氧核酶、脱氧核酶第64页/共68页三、抗体酶三、抗体酶 具有催化活性的免疫球蛋白具有催化活性的免疫球蛋白制备方法：稳定过渡态法稳定过渡态法抗体与半抗原互补法抗体与半抗原互补法熵阱法熵阱法多底物类似物

43、法多底物类似物法抗体库法抗体库法第65页/共68页第七节 酶工程产品的制造实例 酶促反应的专一性强酶促反应的专一性强酶促反应的专一性强,反应条件温和。反应条件温和。反应条件温和。酶工程优点：酶工程优点：酶工程优点：工艺简单、效率高、生产成本低、环境污染小、工艺简单、效率高、生产成本低、环境污染小、工艺简单、效率高、生产成本低、环境污染小、产品收率高、纯度好。产品收率高、纯度好。产品收率高、纯度好。第66页/共68页固定化细胞法生产固定化细胞法生产固定化细胞法生产固定化细胞法生产固定化细胞法生产固定化细胞法生产6-6-6-6-6-6-氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸技术路线技术路线技术路线技术路线技术路线技术路线 E.E.E.E.E.E.Coli Coli Coli 斜面斜面斜面斜面斜面斜面 细胞细胞细胞细胞细胞细胞 固定化细胞固定化细胞固定化细胞固定化细胞固定化细胞固定化细胞 青霉素青霉素青霉素青霉素青霉素青霉素G G G G G G 转化液转化液转化液转化液转化液转化液 滤液滤液滤液滤液滤液滤液 6-APA 6-APA 6-APA 6-APA 6-APA 6-APA 粗品粗品粗品粗品粗品粗品培养培养固固定定转化转化过滤过滤抽提抽提第67页/共68页