酶工程复习资料

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第一章 绪论

一、酶

是具有生物催化功能的生物大分子。按照分子中起催化作用的主要组分的不同，自然界中天然存在的酶可分为蛋白类酶（P酶）和核酸类酶（R酶）两大类。

二、酶工程

酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程。

三、核酸类酶的分类

根据酶催化反应的类型，可以将R酶分为：剪切酶、剪接酶和多功能酶。

四、酶的活力测定

1）酶活力：是指在一定条件下，酶所催化的反应初速度。在外界条件相同的情况下，反应速度越大，意味着酶活力越高。

2）酶活力单位

酶活力的高低是以酶活力的单位数来表示的。

1961年国际生物化学与分子生物学联合会规定：在特定条件下（温度可采用25℃，pH等条件均采用最适条件），每1分钟催化1μmol的底物转化为产物的酶量定义为1个酶活力单位（IU）。

另一个国际常用酶活力单位是卡特（kat）。即在特定条件下，每秒催化1摩尔底物转化为产物的酶量定义为1卡特。1kat=6×10^7IU

3）酶的转换数与催化周期

酶的转换数（Kcat）：又称摩尔催化活性，是指每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数。即每摩尔酶每分钟催化底物转化为产物的摩尔数，是酶催化效率的一个指标。 转换数的倒数称为酶的催化周期。指酶进行一次催化所需的时间。

五、固定化酶的活力测定

1）与游离酶活力测定的差异

2）酶结合效率与酶活力回收率的测定

①酶结合效率：又称酶的固定化率，是指酶和载体结合的百分率。

加入的总酶活力-未结合的酶活力?100%加入的总酶活力

②酶活力回收率：是指固定化酶的总活力与用于固定化的总酶活力的百分率。 酶结合效率?

酶活力回收率?固定化酶活力?100%用于固定化的总酶活力

六、酶的生产

1）酶的生产：是指通过人工操作而获得所需的酶的技术过程。

2）酶的生产方法：提前分离法、生物合成法（最主要生产方法）、化学合成法。

第二章 微生物发酵

一、酶的发酵生产

1）酶的发酵生产：经过预先设计，通过人工操作，利用为生物的生命活动获得所需酶的技术过程。

酶的发酵生产是当今大多数酶生产的主要方法。

2）优良的产酶微生物具备的条件（特点）：

①酶的产量高； ②产酶稳定性好；

③容易培养和管理； ④利用酶的分离纯化； ⑤安全可靠、无毒性。

3）分类（根据微生物的培养方式的不同）：

①固体培养发酵

②液体深层发酵——目前酶生产的主要方式

③固定化微生物细胞发酵

④固定化微生物原生质体发酵

二、酶的生物合成

1）定义：指细胞内RNA和蛋白质的合成过程。

2）酶生物合成的调节：

组成型酶：在细胞中的量比较恒定，环境因素对酶的合成速率影响不大。 适应型酶：在细胞中的含量变化很大，其合成速率明显受到环境因素的影响。 转录水平的调节对酶的生物合成是最重要的调节。

三、酶生物合成的模型

①同步合成型（A）：又称生长偶联型,是指酶合成与细胞生长同步进行，当细胞生长进入对数生长期时，酶也大量合成；当细胞进入稳定期时,酶的合成也停止。

②延续合成型(B)：酶的合成伴随着细胞生长而开始，但在细胞生长进入稳定期后,酶的合成仍将延续较长一段时间。

③中期合成型(C)：酶的合成在细胞生长一段时间后才开始，而在细胞生长进入稳定期后,酶的合成也终止。

④滞后合成型(D)：只有当细胞生长进入稳定期后才开始酶的合成并大量积累(图)。

2）总结：①影响酶生物合成模式的因素主要是mRNA和培养基中存在的阻遏物。

②在酶的工业生产中，为了提高酶产率和缩短发酵周期，最理想的酶合成模式是延续合成型；对于其它类型的酶,要在菌种选育和工艺条件上加以调节；

同步合成型：尽量提高mRNA的稳定性，如降低发酵温度;

滞后合成型：尽量减少阻遏物；

中期合成型：要从提高mRNA稳定性和解除阻遏两方面进行。

四、产酶微生物的特点

1）酶的产量高；

2）容易培养和管理；

3）产酶的稳定性好；

4）利于酶的分离纯化；

5）安全可靠，无毒性。

五、溶解氧的调节方法

1）调节通气量；

2）调节氧的分压；

3）调节气液接触时间；

4）调节气液接触面积；

5）改变培养液的性质。

六、提高酶产量的措施

①添加诱导物（酶的作用底物、酶的催化反应产物、作用底物的类似物）

②降低阻遏物浓度

③添加表面活性剂

④添加产酶促进剂

七、发酵动力学

1）定义：是研究发酵过程中细胞生长速率、产物生成速率、基质消耗速率以及环境因素对这些速率的影响规律的学科。包括：细胞生长动力学、产物生成动力学和基质消耗动力学

2）细胞生长动力学

在连续发酵过程中，细胞生长动力学方程为：

D为稀释率，即单位时间内流加的培养液与发酵液体积之比，单位为1/h。 3）D与μm的关系：（μ比生长速率）

①μ>D时，dx/dt > 0，发酵液中细胞浓度不断增加；

②μ=D时，dx/dt = 0，细胞浓度保持恒定；

③μ<D时，dx/dt < 0，细胞浓度不断降低；

④但当D =μm时，细胞浓度趋于0，因此，必须控制适当的D。

⑤D=0时，为分批发酵

4）将莫诺德方程改写成倒数形式：

（注意虚线）

5）产物生成动力学（产酶动力学）

产酶速率与细胞比生长速率、细胞浓度以及细胞产酶模式有关。

X

α——与生长偶联的产酶比系数（IU/g）

β——非生长偶联的比产酶速率(IU/g?h)

E——发酵液中酶浓度（IU/L）。

判断产酶类型：

八、固定化微生物细胞发酵产酶

1）固定化细胞：又称为固定化活细胞或固定化增殖细胞，指采用各种方法固定在载体上，在一定的空间范围内进行生长、繁殖和新陈代谢的细胞。

2）固定化细胞产酶的特点:

（1）提高产酶率

（2）可反复使用或连续使用较长时间

（3）基因工程菌的质粒稳定，不易丢失

（4）发酵稳定性好

（5）缩短发酵周期，提高设备利用率

（6）产品容易分离纯化

（7）适用于胞外酶等胞外产物的生产

3）固定化细胞发酵的工艺条件与前述游离细胞的工艺条件基本相同。需要注意以下几点： ①固定化细胞的预培养

②溶解氧的供给——关键限制性因素

③温度的控制：适应范围较宽

④培养基组分的控制：考虑特殊性因素

第三章 动植物细胞培养产酶

一、动物细胞培养

1）方式：悬浮培养、贴壁培养、微载体培养（固定化细胞培养）。

①悬浮培养——血液、淋巴组织的细胞、肿瘤和杂交瘤细胞

② 贴璧培养——淋巴组织以外的组织、器官中的细胞

2）目的：获得疫苗、激素、多肽药物、单克隆抗体、酶、皮肤等人体组织、器官等功能性蛋白质。

二、植物细胞培养

1）方式：固体培养、液体浅层培养、液体悬浮培养（次级代谢物的生产过程中常用）。

2）目的：用于生产色素、药物、香精、酶等次级代谢物。

三、植物细胞培养的特点：（与直接提取分离相比较而言）：

①提高产率；

②缩短周期；

③易于管理、减轻劳动强度；

④提高产品质量。

四、植物细胞培养的工艺流程：

①外植体的选择与处理；

②植物细胞的获取；

③细胞悬浮培养；

④分离纯化，得到产物。