生物技术概论_酶工程ppt课件.ppt

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1、第五章酶工程EnzymeEngineering本章要求初步掌握酶的发酵生产和分离纯化的大致流程以及酶制剂的保存方法。认识酶的固定化、酶的修饰改造技术以及主要的酶反应器类型。了解酶对现代人类生活的影响。一、酶的概念酶是由生物活细胞产生的生物催化剂。生物体内的各种生化反应，几乎都是在酶的催化作用下进行的。第一节酶的基本概念及发展历程二、酶学的发展不自觉利用：传统酿酒、制酱、制饴；初步认识酶的存在和作用：1833，佩恩和帕索兹发现能水解淀粉的酒精沉淀物（淀粉酶）及提出其热不稳定性；1896，巴斯德发现酒母；巴纳兄弟酵母抽提液产酒精；对

2、酶催化理论和酶本质的研究：1913，米彻利斯和曼吞由中间产物学说推导出米氏方程；其蛋白质本质的提出（脲酶结晶体的获得）：1926，萨母纳从刀豆中提取得到脲酶，系列研究结果提出酶的蛋白质本质；非蛋白质酶的发现（RNA催化活性的发现）：1982，切克等人发现具有自身切接功能的RNA;1983，阿特曼和佩斯发现核糖核酸酶P的催化功能；第二节酶的发酵生产为何采用微生物发酵生产酶？微生物发酵生产酶的优势？酶的发酵生产工艺流程？利用微生物生产酶的优点是：①微生物种类繁多，动植物体内存在的酶，几乎都可从微生物中得到②微生物繁殖快、生产周期短、

3、培养简便，并可以通过控制培养条件来提高酶的产量③微生物具有较强的适应性，通过各种遗传变异的手段，能培育出新的菌株酶生产菌种的选育菌种活化菌种扩大培养发酵生产分离纯化、精制酶图1酶发酵生产工艺流程（一）优良的产酶菌种应具备的要求：①繁殖快、产酶量高，酶的性质应符合使用要求，而且最好是产生胞外酶的菌②不是致病菌，在系统发育上与病原体无关，也不产生有毒物质。这一点对医药和食品用酶尤为重要③产酶性能稳定，不易变异退化，不易感染噬菌体④能利用廉价的原料，发酵周期短，易于培养一、酶生产菌种的选育（二）菌种选育菌种筛选筛选产酶菌的方法与其他发

4、酵微生物的筛选方法基本一致，主要包括以下几个步骤：菌样采集、菌种的分离初筛、纯化、复筛和生产性能鉴定等。菌种改良为了提高酶的产量，在酶的生产过程中应不断改良生产菌，主要应用遗传学原理进行改良，其基本途径有：基因突变、基因转移和基因克隆。二、酶的发酵生产微生物酶的发酵生产是指在人工控制的条件下，有目的地利用微生物培养来生产所需的酶，其技术包括：培养基和发酵方式的选择及发酵条件的控制管理等方面的内容。（一）培养基的选择碳源氮源无机盐类生长因子培养基的pH（二）发酵方式的选择及工艺的控制1、发酵方式的选择固体发酵：真菌的酶生产液体深层

5、发酵：绝大部分酶的生产方式（1）温度控制不同细胞有不同的最宜生长（Tg）和产酶温度(Tp)；通常情况：Tg＞Tp；发酵过程温度是变化的；（2）通气和搅拌氧是好氧菌生长和酶的生物合成所必需的;能量（ATP、GTP）来源于生物氧化；好氧菌只利用培养基中溶解状态的氧；2、工艺控制（3）pH控制细胞生长和产酶都与培养基pH值有关；生长和产酶对pH值有不同的要求；同种细胞在不同pH值条件下产不同的酶；发酵培养基的是多变的，需调节；调节基础培养基的配方；中间补料；（三）提高微生物酶产量的措施1、选育优良细胞(结合现代生物技术)；2、强化生产

6、过程：控制合理发酵条件；添加诱导物；降低阻遏物浓度；添加表面活性剂；添加促进剂；三、酶的分离纯化生物组织→无细胞提取液→粗产品→层析法电泳法超离心法超滤→结晶│←前处理→│←粗分级→│←细分级→│材料选择与处理细胞破碎（机械破碎、溶账和自溶、酶解、化学处理）盐析（硫酸铵盐析）等点电沉淀有机溶剂沉淀透析（一）细胞破碎1、机械破碎法机械捣碎法：旋转剪切力研磨法：研磨剪切力（常加助磨剂）匀浆法：相对运动剪切力2、物理破碎法（1）温度差破碎法：适合于处理脆壁细胞如G—的破碎。（2）压力差破碎法：适合于膜结合酶的细胞。（3）超声波破碎法：

7、其能量质点作用于膜上某点而产生空穴。效果与多因素有关。3、化学破碎法（1）有机溶剂处理破坏膜磷脂（2）表面活性剂处理作用于膜磷脂和脂蛋白，使膜变型或破坏。4、酶学破碎法（1）外加酶处理法用何种酶据细胞壁结构特点而定。细菌：G－壁由肽多糖和脂多糖组成（脂肪层厚），溶菌酶＋EDTA(乙二胺四乙酸)处理；G＋壁由肽多糖，溶菌酶处理；酵母：壁由β-葡聚糖组成，β-1,3-葡聚糖酶处理；毛霉、根霉菌壁由几丁质和壳多糖等组成，用几丁质酶、壳多糖酶、蛋白酶等的混合酶处理米曲霉、黑曲霉、青霉壁由几丁质和β-葡聚糖组成。几丁质酶、β-1,3-葡聚

8、糖酶的混合酶植物细胞壁由纤维素、半纤维素、木质素和果胶等组成。纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等混合酶（2）自溶法激活自身酶体系（通过控制温度、pH值、离子强度等实现）。（二）提取：影响提取的主要因素：溶剂、环境条件；根据结构和溶解性质选择合适的溶剂；确定和控制好温