酶的人工模擬課件

第五章酶的人工模擬

第五章酶的人工模擬1

第一節(jié)模擬酶的理論基礎和策略一、模擬酶的概念模擬酶又稱人工酶或酶模型，它是生物有機化學的一個分支。模擬酶是在分子水平上模擬酶活性部位的形狀、大小及其微環(huán)境等結構特征，以及酶的作用機理和立體化學等特性的一門科學。可見，模擬酶是從分子水平上模擬生物功能的一門邊緣科學。

第一節(jié)模擬酶的理論基礎和策略一、模擬酶的概念2二、模擬酶的理論基礎1．模擬酶的酶學基礎酶的催化機制：酶先與底物結合，進而選擇性穩(wěn)定某一特定反應的過渡態(tài)，降低反應的活化能．從而加快反應速度。設計模擬酶一方面要基于酶的作用機制，另一方面則基于對簡化的人工體系中識別、結合和催化的研究。要想得到一個真正有效的模擬酶，這兩方面就必須統(tǒng)一結合。在設計模擬酶時除具備催化基團之外．還要考慮到與底物定向結合的能力。二、模擬酶的理論基礎1．模擬酶的酶學基礎3二、模擬酶的理論基礎2.超分子化學（1）“主—客體”化學Cram把主體與客體通過配位鍵或其他次級鎂形成穩(wěn)定復合物的化學領域稱為“主—客體”化學，主客體化學的基本意義來源于酶和底物的相互作用，體現(xiàn)為主體和客體在結合部位的空間及電子排列的互補，這種主—客體互補與酶和它所識別的底物結合情況近似。二、模擬酶的理論基礎2.超分子化學4（2）超分子化學超分子的形成源于底物和受體的結合，這種結合基于非共價鍵相互作用，如靜電作用、氫鍵和范德華力等。當接受體與絡合離子或分子結合成穩(wěn)定的，具有穩(wěn)定結構和性質(zhì)的實體，即形成了“超分子”，它兼具分子識別、催化和選擇性輸出的功能。（2）超分子化學5主—客體化學和超分子化學已成為酶人工模擬的重要理論基礎，是人工模擬酶研究的重要理論武器。主—客體化學和超分子化學已成為酶人工模擬的重要理論基6在設計模擬酶之前．應當對酶的結構和酶學性質(zhì)有深入的了解；①酶活性中心—底物復合物的結構；②酶的專一性及其同底物結合的方式與能力；③反應的動力學及各中間物的知識。在設計模擬酶之前．應當對酶的結構和酶學性質(zhì)有深入的了7設計人工酶模型應考慮如下因素：（1）非共價鍵相互作用；（2）反應定向發(fā)生；（3）模型應具有足夠的水溶性，并在接近生理條件下保持其催化活性。設計人工酶模型應考慮如下因素：8第二節(jié)模擬酶的分類根據(jù)Kirby分類法，模擬酶可分為：①單純酶模型，即以化學方法通過天然酶活性的模擬來重建和改造酶活性；②機理酶模型，即通過對酶作用機制諸如識別、結合和過渡態(tài)穩(wěn)定化的認識，來指導酶模型的設計和合成；③單純合成的酶樣化合物，即一些化學合成的具有酶樣催化活性的簡單分子。第二節(jié)模擬酶的分類根據(jù)Kirby分類法，模擬酶可9按照模擬酶的屬性，模擬酶可分為：①主—客體酶模型，包括環(huán)糊精、冠醚、穴醚、雜環(huán)大環(huán)化合物和卟啉類等；②膠束酶模型；③肽酶；④抗體酶；⑤分子印跡酶模型；⑥半合成酶等；近年來又出現(xiàn)了雜化酶和進化酶。按照模擬酶的屬性，模擬酶可分為：10一、主—客體酶模型（一）環(huán)糊精酶模型：環(huán)糊精(cyclodextrin，簡稱CD)是由多個D—葡萄糖以1，4—糖苷鍵結合而成的一類環(huán)狀低聚糖，CD分子外側(cè)是親水的，其羥基可與多種客體形成氫鍵，其內(nèi)側(cè)是C3，C5上的氫原子和糖苷氧原子組成的空腔，故具有疏水性，因而能包結多種客體分子，很類似酶對底物的識別。一、主—客體酶模型（一）環(huán)糊精酶模型：11酶的人工模擬課件12環(huán)糊精作為酶模型利用環(huán)糊精為酶模型已對多種酶的催化作用進行了模擬。在水解酶、核糖核酸酶、轉(zhuǎn)氨酶、氧化還原酶、碳酸酐酶、硫胺素酶和經(jīng)羥醛縮合酶等方面都取得了很大的進展。環(huán)糊精作為酶模型利用環(huán)糊精為酶模型已對多種酶的催化作13合成的主—客體酶模型

(二)合成的主—客體酶模型用合成的冠醚、穴醚、環(huán)番、環(huán)芳烴等大環(huán)多齒配體用來構筑酶模型。合成的主—客體酶模型

(二)合成的主—客體酶模型14二、膠束模擬酶

膠束在水溶液中提供了疏水微環(huán)境(類似于酶的結合部位)，可以對底物束縛。如果將催化基團如咪唑、硫醇、羥基和一些輔酶共價或非共價地連接或吸附在膠束上，就有可能提供“活性中心”部位，使膠束成為具有酶活力或部分酶活力的膠束模擬酶。二、膠束模擬酶

膠束在水溶液中提供了疏水微環(huán)境(類似15模擬水解酶的膠束酶模型：組氨酸的咪唑基常常是水解酶的活性中心必需的催化基團。如將表面活性劑分子上連接上組氨酸殘基或咪唑基團上，就有可能形成模擬水解酶的膠束。模擬水解酶的膠束酶模型：組氨酸的咪唑基常常是水解酶的16單分子膠束酶模型將表面活性劑利用化學反應偶聯(lián)在一起，制備出單分子膠束酶模型，這種酶模型比一般膠束酶優(yōu)越，它既具備酶的疏水特性，同時又可以使催化基團引人疏水空腔，催化效率提高了105倍。單分子膠束酶模型將表面活性劑利用化學反應偶聯(lián)在一起，制備出單17三、肽酶模擬天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多肽。三、肽酶模擬天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多18四、半合成酶半合成酶是以天然蛋白質(zhì)或酶為母體，用化學或生物學方法引進適當?shù)幕钚圆课换虼呋鶊F，或改變其結構從而形成一種新的“人工酶”。如將枯草桿菌蛋白酶活性部位的絲織酸(Ser)殘基，經(jīng)苯甲基磺酰氟特異性活化后，再用巰基化合物取代，將絲氨酸轉(zhuǎn)化為半胱氨酸。雖然產(chǎn)生的巰基化枯草桿菌蛋白酶對肽或酯沒有水解活力，但能水解高度活化的底物(如硝基苯酯等)。四、半合成酶半合成酶是以天然蛋白質(zhì)或酶為母體，用化學19第三節(jié)印跡酶一、分子印跡技術概述如果以一種分子充當模板，其周圍用聚合物交聯(lián)，當模板分子除去后，此聚合物就留下了與此分子相匹配的空穴。如果構建合適，這種聚合物就橡“鎖”一樣對鑰匙具有選擇性識別作用，這種技術被稱為分子印跡。第三節(jié)印跡酶一、分子印跡技術概述20分子印跡技術所謂分子印跡是制備對某一化合物具有選擇性的聚合物的過程。這個化合物叫印跡分子，也叫做模板分子。此技術包括如下內(nèi)容：①選定印跡分子和功能單體，使二者發(fā)生互補反應；②在印跡分子—單體復合物周圍發(fā)生聚合反應；③用抽提法從聚合物中除掉印跡分子。結果，形成的聚合物內(nèi)保留有與印跡分子的形狀、大小完全一樣的孔穴。該聚合物能以高選擇性重新結合印跡分子。分子印跡技術所謂分子印跡是制備對某一化合物具有選擇性21分子印跡聚合物的制備方法：分子印跡聚合物的制備方法：①選定印跡分子和單體，讓他們之間充分作用；②在印跡分子周圍發(fā)生聚合反應；③將印跡分子從聚合物中抽提出去。于是，此聚合物就產(chǎn)生了恰似印跡分子的空間，并對印跡分子產(chǎn)生識別能力。分子印跡聚合物的制備方法：分子印跡聚合物的制備方法：22分子印跡分子可用于分子印跡的分子很廣泛(如藥物、氨基酸、碳水化合物、核酸、激素、輔酶等)，它們均已成功地用于分子印跡的制備中。分子印跡聚合中應用最廣泛的聚合單體是羧酸類(如丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基苯甲酸)、磺酸類以及雜環(huán)弱減類(如乙烯基吡啶、乙烯基咪唑)，其中最常用的體系為聚丙烯酸和聚丙烯酞胺體系。若要產(chǎn)生對金屬的配合作用則應用氨基二乙酸衍生物。分子印跡分子可用于分子印跡的分子很廣泛(如藥物、氨基23二、分子印跡酶通過分子印跡技術可以產(chǎn)生類似于酶的活性中心的空腔，對底物產(chǎn)生有效的結合作用，更重要的是利用此技術可以在結合部位的空腔內(nèi)誘導產(chǎn)生催化基團．并與底物定向排列。二、分子印跡酶通過分子印跡技術可以產(chǎn)生類似于酶的活性中241.印跡底物及其類似物

如Mosbach等應用分子印跡法制備具有催化二肽合成能力的分子印跡酶。所合成的二肽為Z-L-天冬氨酸與L—苯丙氨酸甲酯縮合產(chǎn)物，它們分別以底物混合物(Z—L—天冬氨酸與L—苯丙氨酸為1：1混合)以及產(chǎn)物二肽為印跡分子，以甲基丙烯酸甲酯為聚合單體，二亞乙基甲基丙烯酸甲酯為交聯(lián)劑，經(jīng)聚合產(chǎn)生了具有催化二肽合成能力的二肽合成酶。研究表明以產(chǎn)物為印跡分子的印跡聚合物表現(xiàn)出最高的酶催化效率，在反應進行48h后，其二肽產(chǎn)率達到63％．而以反應物為印跡分子的印跡聚合物催化相同的反應時二肽產(chǎn)率卻較低。1.印跡底物及其類似物

如Mosbach等應用分252．印跡過渡態(tài)類似物用過渡態(tài)類似物作印跡分子制備的印跡聚合物也能結合反應過渡態(tài)，降低反應活化能，從而加速反應。如用對—硝基苯乙酸酯水解反應的過渡態(tài)類似物對—硝基苯甲基磷酸酯作印跡分子制備聚合物，制得的MIP證明能優(yōu)先結合過渡態(tài)類似物，并能加速對硝基苯乙酸酯水解成對硝基酚和乙酸。2．印跡過渡態(tài)類似物用過渡態(tài)類似物作印跡分子制備的印26第四節(jié)抗體酶一、抗體酶概述：催化抗體是抗體的高度選擇性和酶的高效催化能力巧妙結合的產(chǎn)物，本質(zhì)上是一類具有催化活力的免疫球蛋白，在其可變區(qū)賦予了酶的屬性，因此，催化抗體也叫抗體酶。第四節(jié)抗體酶一、抗體酶概述：27酶和抗體的本質(zhì)差別在于：酶是能與反應過渡態(tài)選擇結合的催化性物質(zhì)．而抗體是和基態(tài)分子結合的催化性物質(zhì)?？贵w酶的發(fā)現(xiàn)不僅提供了研究生物催化過程的新途徑，而且能為生物學、化學和醫(yī)學提供具有高度特異性的人工生物催化劑，并可以根據(jù)需要使人們獲得具有某些不能被酶催化或較難催化的化學反應催化劑。酶和抗體的本質(zhì)差別在于：酶是能與反應過渡態(tài)選擇28二、抗體酶的制備方法迄今，大多數(shù)抗體酶是通過理論設計合適的與反應過渡態(tài)類似的小分于作為半抗原，然后讓動物免疫系統(tǒng)產(chǎn)生針對半抗原的抗體來獲得的。由于以反應的過渡態(tài)類似物為半抗原誘導的抗體在幾何形狀和電學性質(zhì)上與反應過渡態(tài)互補，因而穩(wěn)定了過渡態(tài)，從而加速反應。二、抗體酶的制備方法迄今，大多數(shù)抗體酶是通過理論設計291．穩(wěn)定過渡態(tài)法：以Pauling的穩(wěn)定過渡態(tài)理論為指導，即利用反應的過渡態(tài)類似物作為半抗原產(chǎn)生抗體酶。Shultz小組利用與底物扭曲構象相似的扭曲卟啉作半抗原制備的抗體可催化卟啉金屬螯合反應。亞鐵螯合酶是血紅素生物合成途徑中的末端酶，可催化亞鐵離子插入原卟啉的生物合成。N—甲基原卟啉由于內(nèi)部甲基取代而呈扭曲結構，它是此酶的有效抑制劑，也與酶催化的卟啉金屬螯合反應的過渡態(tài)類似。由于甲基卟啉的抗體可催化平面結構原卟啉的金屬螯合，這就為該反應過渡態(tài)扭曲結構的作用提供了證據(jù)。1．穩(wěn)定過渡態(tài)法：以Pauling的穩(wěn)定過渡態(tài)理論為302．抗體與半抗原互補法抗體常含有與配體功能互補的特殊功能基。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)帶正電的配體常能誘導出結合部位帶負電殘基的配體，反之亦然?？贵w與半抗原之間的電荷互補對抗體所具有的高親和力以及選擇性識別能力起著關鍵作用。2．抗體與半抗原互補法抗體常含有與配體功能互補的特殊31Shokat等利用抗體與半抗原之間的電荷互補性，制備了針對帶正電半抗原的抗體，結果在抗體結合部位上產(chǎn)生帶負電的羧基，可作為一般堿基催化β－消除反應。Shokat等利用抗體與半抗原之間的電荷互補性，制備32三、抗體酶的應用1抗體酶在有機合成中的應用:各類精細化工產(chǎn)品和合成材料的工業(yè)生產(chǎn)需要具有精確底物專一性和立體專一性的催化劑，而這正是催化抗體的突出特點。特別是那些天然酶不能催化的反應，可通過設計定做抗體酶來彌補天然酶的不足。三、抗體酶的應用1抗體酶在有機合成中的應用:332.用于闡明化學反應機制2.用于闡明化學反應機制343.抗體在醫(yī)療上的應用:Landry等用可卡因降解的過渡態(tài)類似物磷酸單酯產(chǎn)生的單克隆抗體3B9催化可卡因降解，此抗體酶的催化活性比血液中分解可卡因的丁酰膽堿酯酶要高，水解后的可卡因片斷失去了刺激功能，因此，用人工抗體酶的被動免疫也許能提供阻斷可卡因上癮的治療．從而達到戒毒的目的。3.抗體在醫(yī)療上的應用:35四、抗體酶的研究進展1．反應性免疫2．抗體酶的化學篩選3.抗體酶催化的化學轉(zhuǎn)化四、抗體酶的研究進展1．反應性免疫36第六章酶制劑的應用第六章酶制劑的應用37第一節(jié)概論1.工業(yè)用酶制劑的市場和發(fā)展2.我國酶制劑應用方面的現(xiàn)狀和問題3.工業(yè)酶制劑的來源與特點4.選擇使用酶制劑時應考慮的因素5.酶制劑產(chǎn)品的開發(fā)熱點第一節(jié)概論1.工業(yè)用酶制劑的市場和發(fā)展38我國酶制劑應用方面的現(xiàn)狀和問題

1.酶制劑企業(yè)規(guī)模太?。?.酶制劑品種少，產(chǎn)品結構極不合理；3.對酶制劑的開發(fā)熱情不高，主要依賴于各大學及科研機構，經(jīng)費投入不足；4.酶制劑生產(chǎn)成本太高；5.生產(chǎn)裝備落后；6.酶制劑應用領域十分狹窄，主要集中于洗滌劑、淀粉加工、乙醇和酒類生產(chǎn)。我國酶制劑應用方面的現(xiàn)狀和問題

1.酶制劑企業(yè)規(guī)模太?。?9

工業(yè)酶制劑的來源與特點

工業(yè)酶制劑主要來源于動物、植物和微生物，尤其是微生物，因微生物繁殖速度快；種類繁多，品種齊全；培養(yǎng)方法簡單，易于大批量生產(chǎn)。工業(yè)酶制劑的特點：一般而言，含雜蛋白的酶制劑比純品穩(wěn)定，干燥品比液體制劑穩(wěn)定。酶是通過催化活性而不是一般質(zhì)量來識別和出售的。

工業(yè)酶制劑的來源與特點

工業(yè)酶制劑主要來源于動物、40選擇使用酶制劑時應考慮的因素（1）底物特異性（2）pH（3）溫度（4）激活劑和抑制劑（5）價格因素選擇使用酶制劑時應考慮的因素（1）底物特異性41酶制劑產(chǎn)品的開發(fā)熱點（1）食品加工用酶，（2）飼料用酶，特別是植酸酶，（3）紡織用酶（4）洗滌劑用酶（5）臨床診斷用酶、治療用酶、化妝品用酶酶制劑產(chǎn)品的開發(fā)熱點（1）食品加工用酶，42酶的人工模擬課件43酶的人工模擬課件44酶的人工模擬課件45第二節(jié)酶在食品加工方面的應用第二節(jié)酶在食品加工方面的應用46

一、酶法生產(chǎn)葡萄糖

國內(nèi)外萄萄糖的生產(chǎn)大都采用酶法。酶法生產(chǎn)葡萄糖是以淀粉為原料，先經(jīng)α－淀粉酶液化成糊精，再用糖化酶催化生成葡萄糖。

一、酶法生產(chǎn)葡萄糖

國內(nèi)外萄萄糖的生產(chǎn)大都采用酶法47淀粉的液化

淀粉先加水配制成濃度為30一40％的淀粉漿，pH值一般調(diào)至6.0～6．5，添加一定量的α－淀粉酶后，在85～90℃的溫度下保溫45min左右，使淀粉液化成糊精。液化反應一般以碘反應顏色正好消失時為終點。淀粉的液化淀粉先加水配制成濃度為30一40％的淀粉漿48淀粉液的糖化液化完成后，將液化淀粉液冷卻至55—60℃，pH調(diào)至4.5～5.0，加入適量的糖化酶，保溫糖化48h左右，使糊精轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰５矸垡旱奶腔夯瓿珊?，將液化淀粉液冷卻至55—6049葡萄糖生產(chǎn)應注意的問題所采用的α－淀粉酶和糖化酶都要求達到一定的純度。尤其是糖化酶中應不含或盡量少含葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶。因為葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶會催化葡萄糖生成異麥芽糖等雜質(zhì)，會嚴重影響葡萄糖的收率。去除葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶的最簡單的方法之一是將糖化酶配成酶液后，加酸調(diào)節(jié)pH值至2.0～2.5，室溫下靜置一段時間，可以選擇性地破壞葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶。葡萄糖生產(chǎn)應注意的問題所采用的α－淀粉酶和糖化酶都要50二、果葡糖漿的生產(chǎn)果葡糖漿是由葡萄糖異構酶催化葡萄糖異構化生成部分果糖而得到的葡萄糖與果糖的混合糖漿。二、果葡糖漿的生產(chǎn)果葡糖漿是由葡萄糖異構酶催化葡萄糖51方法將精制葡萄糖溶液調(diào)節(jié)pH為6.5～7.0，加入0.01mol/L的硫酸鎂，在60～70℃的溫度條件下，由葡萄糖異構酶催化生成果葡糖漿。異構化率一般為42—45％。鎂離子和鈷離子是葡萄糖異構酶的激活劑，所以葡萄糖液中需加入0.01mol/L左右的硫酸鎂。方法將精制葡萄糖溶液調(diào)節(jié)pH為6.5～7.0，加52三、啤酒發(fā)酵在啤酒生產(chǎn)過程中，制漿和調(diào)理兩個階段需使用酶制劑。在浸泡麥芽漿時，需使用蛋白酶、α－淀粉酶和糖化酶。在發(fā)酵完畢后，啤酒需要進一步酶處理。木瓜蛋白酶、波蘿蛋白酶可以降解使啤酒渾濁的蛋白質(zhì)組分，延長啤酒的儲存期。三、啤酒發(fā)酵在啤酒生產(chǎn)過程中，制漿和調(diào)理兩個階段需使53四、在蛋白制品加工方面的應用酶在蛋白制品加工中的主要用途是改善組織，嫩化肉類，轉(zhuǎn)化廢棄蛋白質(zhì)成為供人類使用或作為飼料的蛋白質(zhì)濃縮液，因而可以增加蛋白質(zhì)的價值和可利用性。用木瓜蛋白水解酶制成嫩肉粉，使肉食嫩滑可口。用蛋白酶生成明膠。用溶菌酶處理肉類，則微生物不能繁殖，因此肉類制品可以保鮮和防腐等。葡萄糖氧化酶在食品工業(yè)上主要用來去糖和脫氧，保持食品的色、香、味，延長保存時間。四、在蛋白制品加工方面的應用酶在蛋白制品加工中的主要54五、在水果、蔬菜加工方面的應用用果膠酶處理潰碎果實，可加速果汁過濾，促進澄清。主要依靠降低粘度．使懸濁物質(zhì)失去保護膠體而沉降。葡萄糖氧化酶可除去果汁、飲料、罐頭食品和干燥果蔬制品中的氧氣，防止產(chǎn)品氧化變質(zhì)，防止微生物生長，以延長食品保存期，也可用葡萄糖氧化酶保鮮。溶菌酶可防止細菌污染，起食品保鮮作用等。五、在水果、蔬菜加工方面的應用用果膠酶處理潰碎果實，55六、乳品工業(yè)凝乳酶－制造干酪；過氧化氫酶－牛奶消毒；溶菌酶－添加在嬰兒奶粉；人奶與牛奶的區(qū)別之一在于溶菌酶含量的不同，奶粉中添加卵清溶菌酶可防止嬰兒腸道感染。乳糖酶－分解乳糖；脂肪酶－黃油增香。六、乳品工業(yè)凝乳酶－制造干酪；56七、肉類和魚類加工酶在這方面的兩個用途是改善組織、激化肉類，及轉(zhuǎn)化廢棄蛋白質(zhì)使其成為供人類食用或作為飼料的蛋白質(zhì)濃縮物。蛋白酶還用于生產(chǎn)牛肉汁、雞汁等來提高產(chǎn)品收率。七、肉類和魚類加工酶在這方面的兩個用途是改善組織、激57八、蛋品加工用葡萄糖氧化酶去除蛋品中的微量葡萄糖，是酶在蛋品加工中的一項重要用途。葡萄糖氧化酶的作用是催化葡萄糖脫氫，氧化成為葡萄糖酸．同時產(chǎn)生過氧化氫，后者被共存的過氧化氫酶催化分解為水和氧，一分子葡萄糖氧化酶在1min內(nèi)可催化34000個葡萄糖分子。八、蛋品加工用葡萄糖氧化酶去除蛋品中的微量葡萄糖，是58第三節(jié)酶在輕工業(yè)方面的應用酶在輕工業(yè)方面的應用十分廣泛。概括起來主要有3個方面的用途。(1)用酶進行原料處理，(2)用酶生產(chǎn)各種產(chǎn)品，(3)用酶增強產(chǎn)品的使用效果。第三節(jié)酶在輕工業(yè)方面的應用酶在輕工業(yè)方面的應用十分廣泛。59

一、酶在原料處理方面的應用

(1)發(fā)酵原料的處理：發(fā)酵工業(yè)大多數(shù)以淀粉為主要原料。有些微生物由于本身缺乏淀粉酶系，無法直接利用淀粉。故此必須先經(jīng)過原料處理，將淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的單糖或二糖，才能利用。例如，酒精、酒類、甘油、乳酸、氨基酸、核苷酸等發(fā)酵所使用的酵母或細菌等微生物，一般都不能直接利用淀粉進行發(fā)酵。淀粉原料的處理，一般是采用α－淀粉酶進行液化，然后再經(jīng)糖化酶進行糖化，將淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰?/p>

一、酶在原料處理方面的應用

(1)發(fā)酵原料的處理：發(fā)酵60(2)紡織原料的處理在紡織工業(yè)中，為了增強纖維的強度和光滑性，便于紡織，需要先行上漿。將淀粉用α—淀粉酶處理一段時間，使粘度達到一定程度就可用作上漿的漿料。(2)紡織原料的處理在紡織工業(yè)中，為了增強纖維的強61(3)造紙原料的制漿造紙原料的纖維中含有大量木質(zhì)素，若不除去則會嚴重影響紙的質(zhì)量。用木質(zhì)素酶可以使木質(zhì)素水解而除去，不但可提高紙的質(zhì)量，而且使環(huán)境污染程度大為減輕。(3)造紙原料的制漿造紙原料的纖維中含有大量木質(zhì)素，62(4)生絲的脫膠處理天然蠶絲的主要成分是不溶于水的有光澤的絲蛋白。采用胰蛋白酶、木瓜蛋白酶或微生物蛋白酶處理，可在比較溫和的條件下催化絲膠蛋白水解，進行生絲脫膠。(4)生絲的脫膠處理天然蠶絲的主要成分是不溶于水的63二、輕工產(chǎn)品方面的應用1.酶法生產(chǎn)甜味劑：在青桔柑中合有10％一20％的橙皮苷，經(jīng)抽提后用黑曲霉桔皮苷酶水解除去分子中的鼠李糖，在堿性下水解和還原，可得到一種甜味強烈的橙皮素－葡萄糖苷二氫查耳酮。它的甜度是蔗糖的70一100倍，是一種安全、低熱的甜味劑，可是它的溶解度很低，僅0.1％，故無實用價值，若將此物與淀粉溶液混合，利用環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的偶聯(lián)反應使其葡萄糖分子接上兩個葡萄糖分子．于是使溶解度提高10倍而不影響甜度。二、輕工產(chǎn)品方面的應用1.酶法生產(chǎn)甜味劑：64二、輕工產(chǎn)品方面的應用2．酶法生產(chǎn)L－氨基酸3．酶法生產(chǎn)核苷酸4.酶法生產(chǎn)有機酸5．丙烯酰胺的生產(chǎn)6．鄰苯二酚的生物合成7．用于明膠、膠原纖維生產(chǎn)二、輕工產(chǎn)品方面的應用2．酶法生產(chǎn)L－氨基酸65三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果1．加酶洗滌劑:洗滌用的酶制劑需要滿足下列條件：①堿性條件(pH9－10)下能夠有效洗滌；②表面活性劑存在下，很少失活：③在熒光染料、漂白劑、香料等洗滌劑輔助成分存在下不失活；④在洗滌溫度下能有效地發(fā)揮作用。三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果1．加酶洗滌劑:66三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果2．加酶清洗劑3．加酶牙膏、牙粉和漱口水4．加酶飼料5．加酶護膚品三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果2．加酶清洗劑67《酶工程》復習題《酶工程》復習題68一、名詞解釋1、酶的活性中心：2、Km：3、共價修飾調(diào)節(jié)：4、競爭性抑制：5、人工模擬酶：6、測糖試紙：7、親和標記：8、變構調(diào)節(jié)：9、同工酶：10、固定化酶：11、化學修飾：12、抗體酶：一、名詞解釋1、酶的活性中心：7、親和標記：69二、填空題：1、酶工程主要指___________________，由四個部分____，______，_____及______組成，酶的改造是指改變酶蛋白的___級結構的過程，酶的修飾是指酶蛋白側(cè)鏈基團的_____變化。2、_____決定反應的特異性，_____決定反應的種類與性質(zhì)，根據(jù)酶對其底物結構選擇的嚴格程度不同，酶的特異性可大致分為3種類型：其中作用于一類化合物或一種化學鍵的為___________。只作用于D型或L型的屬于___________。3、EC3.5.1.3是屬于______類型的酶，EC1.4.2.3是屬于______類型的酶，第2個數(shù)5代表_____。二、填空題：1、酶工程主要指_______________704、酶促反應動力學是研究各種因素對___________的影響，并加以定量的闡述，在其他因素不變的情況下，底物濃度對反應速度的影響呈__________________。反競爭性抑制動力學特點是：Vmax_______，表觀Km_______。5、Km可近似表示酶對底物的親和力大小，Km值越大，表示酶對底物的親和力越_______。欲使酶促反應速度達到最大反應速度的90％，此時底物濃度應是此酶Km值的________倍。6、固定化酶的缺點：固定化時，___________有損失；只能用于________底物（較適用于小分子底物）；不適宜于________反應。7、酶蛋白在載體上的吸附程度主要取決于_______；________；________；________；________；________等幾個因素。8、第一個離子結合法固定化酶是固定化__________，第一個工業(yè)化的固定化酶(1969年)是固定化__________。共價交聯(lián)法常用的雙功能試劑是________。9、輔基的固定化，首先,應選擇合適的________，其次，______的選擇也非常重要。4、酶促反應動力學是研究各種因素對___________的影7110、固定化酶和固定化細胞的表征評估指標為：固定化酶（細胞）的________，________，固定化酶（細胞）的_________。11、化學修飾酶熱穩(wěn)定性提高的原因可能是由于修飾劑________連接于酶分子后，使酶________產(chǎn)生一定的“剛性”，不易伸展失活，并減少了酶分子內(nèi)部基團的熱振動。12、Ellman試劑是定量測定_______的最常用試劑，TNBS是一種非常有效的_______修飾劑，PLP是一種專一性強的_______修飾劑，DPC對________有較好的專一性，其產(chǎn)物在240nm有最大吸收，NBS主要用來修飾_________。13、影響酶蛋白功能基反應性的主要因素有________，_____，__________，__________。14、酶的作用機制_______________________。酶的制備主要包括_________，_________，________等三個基本步驟。10、固定化酶和固定化細胞的表征評估指標為：固定化酶（細胞）7215、細胞色素C是含_________的結合蛋白質(zhì)，是細胞呼吸中重要的_______傳遞體；尿激酶是一種______蛋白酶；SOD是一種重要的_______清除劑。16、人奶與牛奶的區(qū)別之一在于_____________酶含量不同。17、工業(yè)酶制劑主要來源于_______，_______，________，選擇使用酶制劑時主要應考慮________，_________，_______，________，_________等因素。18、_________和_________是模擬酶的理論基礎，設計人工模擬酶模型時主要應考慮_____________、_________________、_______________。19、模擬酶又稱為_____或酶模型，它是生物有機化學的一個分支，它可分為_______，________，_______三種類型。20、酶的大規(guī)模分離純化是指使用___________的起始材料，酶的濃縮技術主要采用________法和_________法。15、細胞色素C是含_________的結合蛋白質(zhì)，是細胞呼73簡答題及問答題（一）

1、請簡要介紹鹵化氰法制備固定化酶的技術。2、請簡要介紹重氮法制備固定化酶的技術。3、請用固定化酶的技術簡述生產(chǎn)L-氨基酸的原理和方法。4、胰酶生產(chǎn)中，為什么采用低濃度的乙醇提??？生產(chǎn)工藝中哪些因素是影響胰酶收率和含量的關鍵因素？5、請簡要介紹從淀粉酶法生產(chǎn)葡萄糖的過程和所使用酶的作用？簡答題及問答題（一）1、請簡要介紹鹵化氰法制備固定化酶的技74簡答題及問答題（二）6、酶化學修飾后有什么變化，使用PEG(MPEG)修飾酶有何優(yōu)勢，請舉例說明。7、模擬酶的理論基礎是什么？在設計模擬酶之前．應當了解酶的哪些性質(zhì)？設計人工模擬酶模型時主要應考慮哪些因素？8、請用固定化酶技術簡述測糖試紙的基本原理與方法。簡答題及問答題（二）6、酶化學修飾后有什么變化，使用PEG75簡答題及問答題（三）9、請比較酶與催化抗體的異同？10、請比較酶作為催化劑與一般催化劑的異同？11、什么是分子印跡？此技術包括一些什么主要內(nèi)容？其制備方法怎樣？12、請簡要介紹啤酒生產(chǎn)中所使用酶的作用13、固定化細胞有哪些優(yōu)越性？簡答題及問答題（三）9、請比較酶與催化抗體的異同？76簡答題及問答題（四）14、請寫出維生素B1、B2的名稱及它們的輔酶形式，它們是什么酶的輔酶？一碳單位轉(zhuǎn)移酶的輔酶是什么？轉(zhuǎn)氨酶的輔酶是什么？含有金屬元素的維生素是什么？15、胃液（pH＝1.5）的胃蛋白酶的等電點約為1，遠比其它蛋白質(zhì)低。試問等電點如此低的胃蛋白酶必須存在有大量的什么樣的官能團？什么樣的氨基酸才能提供這樣的基團？簡答題及問答題（四）14、請寫出維生素B1、B2的名稱及它們77

第五章酶的人工模擬

第五章酶的人工模擬78

第一節(jié)模擬酶的理論基礎和策略一、模擬酶的概念模擬酶又稱人工酶或酶模型，它是生物有機化學的一個分支。模擬酶是在分子水平上模擬酶活性部位的形狀、大小及其微環(huán)境等結構特征，以及酶的作用機理和立體化學等特性的一門科學?？梢姡M酶是從分子水平上模擬生物功能的一門邊緣科學。

第一節(jié)模擬酶的理論基礎和策略一、模擬酶的概念79二、模擬酶的理論基礎1．模擬酶的酶學基礎酶的催化機制：酶先與底物結合，進而選擇性穩(wěn)定某一特定反應的過渡態(tài)，降低反應的活化能．從而加快反應速度。設計模擬酶一方面要基于酶的作用機制，另一方面則基于對簡化的人工體系中識別、結合和催化的研究。要想得到一個真正有效的模擬酶，這兩方面就必須統(tǒng)一結合。在設計模擬酶時除具備催化基團之外．還要考慮到與底物定向結合的能力。二、模擬酶的理論基礎1．模擬酶的酶學基礎80二、模擬酶的理論基礎2.超分子化學（1）“主—客體”化學Cram把主體與客體通過配位鍵或其他次級鎂形成穩(wěn)定復合物的化學領域稱為“主—客體”化學，主客體化學的基本意義來源于酶和底物的相互作用，體現(xiàn)為主體和客體在結合部位的空間及電子排列的互補，這種主—客體互補與酶和它所識別的底物結合情況近似。二、模擬酶的理論基礎2.超分子化學81（2）超分子化學超分子的形成源于底物和受體的結合，這種結合基于非共價鍵相互作用，如靜電作用、氫鍵和范德華力等。當接受體與絡合離子或分子結合成穩(wěn)定的，具有穩(wěn)定結構和性質(zhì)的實體，即形成了“超分子”，它兼具分子識別、催化和選擇性輸出的功能。（2）超分子化學82主—客體化學和超分子化學已成為酶人工模擬的重要理論基礎，是人工模擬酶研究的重要理論武器。主—客體化學和超分子化學已成為酶人工模擬的重要理論基83在設計模擬酶之前．應當對酶的結構和酶學性質(zhì)有深入的了解；①酶活性中心—底物復合物的結構；②酶的專一性及其同底物結合的方式與能力；③反應的動力學及各中間物的知識。在設計模擬酶之前．應當對酶的結構和酶學性質(zhì)有深入的了84設計人工酶模型應考慮如下因素：（1）非共價鍵相互作用；（2）反應定向發(fā)生；（3）模型應具有足夠的水溶性，并在接近生理條件下保持其催化活性。設計人工酶模型應考慮如下因素：85第二節(jié)模擬酶的分類根據(jù)Kirby分類法，模擬酶可分為：①單純酶模型，即以化學方法通過天然酶活性的模擬來重建和改造酶活性；②機理酶模型，即通過對酶作用機制諸如識別、結合和過渡態(tài)穩(wěn)定化的認識，來指導酶模型的設計和合成；③單純合成的酶樣化合物，即一些化學合成的具有酶樣催化活性的簡單分子。第二節(jié)模擬酶的分類根據(jù)Kirby分類法，模擬酶可86按照模擬酶的屬性，模擬酶可分為：①主—客體酶模型，包括環(huán)糊精、冠醚、穴醚、雜環(huán)大環(huán)化合物和卟啉類等；②膠束酶模型；③肽酶；④抗體酶；⑤分子印跡酶模型；⑥半合成酶等；近年來又出現(xiàn)了雜化酶和進化酶。按照模擬酶的屬性，模擬酶可分為：87一、主—客體酶模型（一）環(huán)糊精酶模型：環(huán)糊精(cyclodextrin，簡稱CD)是由多個D—葡萄糖以1，4—糖苷鍵結合而成的一類環(huán)狀低聚糖，CD分子外側(cè)是親水的，其羥基可與多種客體形成氫鍵，其內(nèi)側(cè)是C3，C5上的氫原子和糖苷氧原子組成的空腔，故具有疏水性，因而能包結多種客體分子，很類似酶對底物的識別。一、主—客體酶模型（一）環(huán)糊精酶模型：88酶的人工模擬課件89環(huán)糊精作為酶模型利用環(huán)糊精為酶模型已對多種酶的催化作用進行了模擬。在水解酶、核糖核酸酶、轉(zhuǎn)氨酶、氧化還原酶、碳酸酐酶、硫胺素酶和經(jīng)羥醛縮合酶等方面都取得了很大的進展。環(huán)糊精作為酶模型利用環(huán)糊精為酶模型已對多種酶的催化作90合成的主—客體酶模型

(二)合成的主—客體酶模型用合成的冠醚、穴醚、環(huán)番、環(huán)芳烴等大環(huán)多齒配體用來構筑酶模型。合成的主—客體酶模型

(二)合成的主—客體酶模型91二、膠束模擬酶

膠束在水溶液中提供了疏水微環(huán)境(類似于酶的結合部位)，可以對底物束縛。如果將催化基團如咪唑、硫醇、羥基和一些輔酶共價或非共價地連接或吸附在膠束上，就有可能提供“活性中心”部位，使膠束成為具有酶活力或部分酶活力的膠束模擬酶。二、膠束模擬酶

膠束在水溶液中提供了疏水微環(huán)境(類似92模擬水解酶的膠束酶模型：組氨酸的咪唑基常常是水解酶的活性中心必需的催化基團。如將表面活性劑分子上連接上組氨酸殘基或咪唑基團上，就有可能形成模擬水解酶的膠束。模擬水解酶的膠束酶模型：組氨酸的咪唑基常常是水解酶的93單分子膠束酶模型將表面活性劑利用化學反應偶聯(lián)在一起，制備出單分子膠束酶模型，這種酶模型比一般膠束酶優(yōu)越，它既具備酶的疏水特性，同時又可以使催化基團引人疏水空腔，催化效率提高了105倍。單分子膠束酶模型將表面活性劑利用化學反應偶聯(lián)在一起，制備出單94三、肽酶模擬天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多肽。三、肽酶模擬天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多95四、半合成酶半合成酶是以天然蛋白質(zhì)或酶為母體，用化學或生物學方法引進適當?shù)幕钚圆课换虼呋鶊F，或改變其結構從而形成一種新的“人工酶”。如將枯草桿菌蛋白酶活性部位的絲織酸(Ser)殘基，經(jīng)苯甲基磺酰氟特異性活化后，再用巰基化合物取代，將絲氨酸轉(zhuǎn)化為半胱氨酸。雖然產(chǎn)生的巰基化枯草桿菌蛋白酶對肽或酯沒有水解活力，但能水解高度活化的底物(如硝基苯酯等)。四、半合成酶半合成酶是以天然蛋白質(zhì)或酶為母體，用化學96第三節(jié)印跡酶一、分子印跡技術概述如果以一種分子充當模板，其周圍用聚合物交聯(lián)，當模板分子除去后，此聚合物就留下了與此分子相匹配的空穴。如果構建合適，這種聚合物就橡“鎖”一樣對鑰匙具有選擇性識別作用，這種技術被稱為分子印跡。第三節(jié)印跡酶一、分子印跡技術概述97分子印跡技術所謂分子印跡是制備對某一化合物具有選擇性的聚合物的過程。這個化合物叫印跡分子，也叫做模板分子。此技術包括如下內(nèi)容：①選定印跡分子和功能單體，使二者發(fā)生互補反應；②在印跡分子—單體復合物周圍發(fā)生聚合反應；③用抽提法從聚合物中除掉印跡分子。結果，形成的聚合物內(nèi)保留有與印跡分子的形狀、大小完全一樣的孔穴。該聚合物能以高選擇性重新結合印跡分子。分子印跡技術所謂分子印跡是制備對某一化合物具有選擇性98分子印跡聚合物的制備方法：分子印跡聚合物的制備方法：①選定印跡分子和單體，讓他們之間充分作用；②在印跡分子周圍發(fā)生聚合反應；③將印跡分子從聚合物中抽提出去。于是，此聚合物就產(chǎn)生了恰似印跡分子的空間，并對印跡分子產(chǎn)生識別能力。分子印跡聚合物的制備方法：分子印跡聚合物的制備方法：99分子印跡分子可用于分子印跡的分子很廣泛(如藥物、氨基酸、碳水化合物、核酸、激素、輔酶等)，它們均已成功地用于分子印跡的制備中。分子印跡聚合中應用最廣泛的聚合單體是羧酸類(如丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基苯甲酸)、磺酸類以及雜環(huán)弱減類(如乙烯基吡啶、乙烯基咪唑)，其中最常用的體系為聚丙烯酸和聚丙烯酞胺體系。若要產(chǎn)生對金屬的配合作用則應用氨基二乙酸衍生物。分子印跡分子可用于分子印跡的分子很廣泛(如藥物、氨基100二、分子印跡酶通過分子印跡技術可以產(chǎn)生類似于酶的活性中心的空腔，對底物產(chǎn)生有效的結合作用，更重要的是利用此技術可以在結合部位的空腔內(nèi)誘導產(chǎn)生催化基團．并與底物定向排列。二、分子印跡酶通過分子印跡技術可以產(chǎn)生類似于酶的活性中1011.印跡底物及其類似物

如Mosbach等應用分子印跡法制備具有催化二肽合成能力的分子印跡酶。所合成的二肽為Z-L-天冬氨酸與L—苯丙氨酸甲酯縮合產(chǎn)物，它們分別以底物混合物(Z—L—天冬氨酸與L—苯丙氨酸為1：1混合)以及產(chǎn)物二肽為印跡分子，以甲基丙烯酸甲酯為聚合單體，二亞乙基甲基丙烯酸甲酯為交聯(lián)劑，經(jīng)聚合產(chǎn)生了具有催化二肽合成能力的二肽合成酶。研究表明以產(chǎn)物為印跡分子的印跡聚合物表現(xiàn)出最高的酶催化效率，在反應進行48h后，其二肽產(chǎn)率達到63％．而以反應物為印跡分子的印跡聚合物催化相同的反應時二肽產(chǎn)率卻較低。1.印跡底物及其類似物

如Mosbach等應用分1022．印跡過渡態(tài)類似物用過渡態(tài)類似物作印跡分子制備的印跡聚合物也能結合反應過渡態(tài)，降低反應活化能，從而加速反應。如用對—硝基苯乙酸酯水解反應的過渡態(tài)類似物對—硝基苯甲基磷酸酯作印跡分子制備聚合物，制得的MIP證明能優(yōu)先結合過渡態(tài)類似物，并能加速對硝基苯乙酸酯水解成對硝基酚和乙酸。2．印跡過渡態(tài)類似物用過渡態(tài)類似物作印跡分子制備的印103第四節(jié)抗體酶一、抗體酶概述：催化抗體是抗體的高度選擇性和酶的高效催化能力巧妙結合的產(chǎn)物，本質(zhì)上是一類具有催化活力的免疫球蛋白，在其可變區(qū)賦予了酶的屬性，因此，催化抗體也叫抗體酶。第四節(jié)抗體酶一、抗體酶概述：104酶和抗體的本質(zhì)差別在于：酶是能與反應過渡態(tài)選擇結合的催化性物質(zhì)．而抗體是和基態(tài)分子結合的催化性物質(zhì)?？贵w酶的發(fā)現(xiàn)不僅提供了研究生物催化過程的新途徑，而且能為生物學、化學和醫(yī)學提供具有高度特異性的人工生物催化劑，并可以根據(jù)需要使人們獲得具有某些不能被酶催化或較難催化的化學反應催化劑。酶和抗體的本質(zhì)差別在于：酶是能與反應過渡態(tài)選擇105二、抗體酶的制備方法迄今，大多數(shù)抗體酶是通過理論設計合適的與反應過渡態(tài)類似的小分于作為半抗原，然后讓動物免疫系統(tǒng)產(chǎn)生針對半抗原的抗體來獲得的。由于以反應的過渡態(tài)類似物為半抗原誘導的抗體在幾何形狀和電學性質(zhì)上與反應過渡態(tài)互補，因而穩(wěn)定了過渡態(tài)，從而加速反應。二、抗體酶的制備方法迄今，大多數(shù)抗體酶是通過理論設計1061．穩(wěn)定過渡態(tài)法：以Pauling的穩(wěn)定過渡態(tài)理論為指導，即利用反應的過渡態(tài)類似物作為半抗原產(chǎn)生抗體酶。Shultz小組利用與底物扭曲構象相似的扭曲卟啉作半抗原制備的抗體可催化卟啉金屬螯合反應。亞鐵螯合酶是血紅素生物合成途徑中的末端酶，可催化亞鐵離子插入原卟啉的生物合成。N—甲基原卟啉由于內(nèi)部甲基取代而呈扭曲結構，它是此酶的有效抑制劑，也與酶催化的卟啉金屬螯合反應的過渡態(tài)類似。由于甲基卟啉的抗體可催化平面結構原卟啉的金屬螯合，這就為該反應過渡態(tài)扭曲結構的作用提供了證據(jù)。1．穩(wěn)定過渡態(tài)法：以Pauling的穩(wěn)定過渡態(tài)理論為1072．抗體與半抗原互補法抗體常含有與配體功能互補的特殊功能基。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)帶正電的配體常能誘導出結合部位帶負電殘基的配體，反之亦然。抗體與半抗原之間的電荷互補對抗體所具有的高親和力以及選擇性識別能力起著關鍵作用。2．抗體與半抗原互補法抗體常含有與配體功能互補的特殊108Shokat等利用抗體與半抗原之間的電荷互補性，制備了針對帶正電半抗原的抗體，結果在抗體結合部位上產(chǎn)生帶負電的羧基，可作為一般堿基催化β－消除反應。Shokat等利用抗體與半抗原之間的電荷互補性，制備109三、抗體酶的應用1抗體酶在有機合成中的應用:各類精細化工產(chǎn)品和合成材料的工業(yè)生產(chǎn)需要具有精確底物專一性和立體專一性的催化劑，而這正是催化抗體的突出特點。特別是那些天然酶不能催化的反應，可通過設計定做抗體酶來彌補天然酶的不足。三、抗體酶的應用1抗體酶在有機合成中的應用:1102.用于闡明化學反應機制2.用于闡明化學反應機制1113.抗體在醫(yī)療上的應用:Landry等用可卡因降解的過渡態(tài)類似物磷酸單酯產(chǎn)生的單克隆抗體3B9催化可卡因降解，此抗體酶的催化活性比血液中分解可卡因的丁酰膽堿酯酶要高，水解后的可卡因片斷失去了刺激功能，因此，用人工抗體酶的被動免疫也許能提供阻斷可卡因上癮的治療．從而達到戒毒的目的。3.抗體在醫(yī)療上的應用:112四、抗體酶的研究進展1．反應性免疫2．抗體酶的化學篩選3.抗體酶催化的化學轉(zhuǎn)化四、抗體酶的研究進展1．反應性免疫113第六章酶制劑的應用第六章酶制劑的應用114第一節(jié)概論1.工業(yè)用酶制劑的市場和發(fā)展2.我國酶制劑應用方面的現(xiàn)狀和問題3.工業(yè)酶制劑的來源與特點4.選擇使用酶制劑時應考慮的因素5.酶制劑產(chǎn)品的開發(fā)熱點第一節(jié)概論1.工業(yè)用酶制劑的市場和發(fā)展115我國酶制劑應用方面的現(xiàn)狀和問題

1.酶制劑企業(yè)規(guī)模太小；2.酶制劑品種少，產(chǎn)品結構極不合理；3.對酶制劑的開發(fā)熱情不高，主要依賴于各大學及科研機構，經(jīng)費投入不足；4.酶制劑生產(chǎn)成本太高；5.生產(chǎn)裝備落后；6.酶制劑應用領域十分狹窄，主要集中于洗滌劑、淀粉加工、乙醇和酒類生產(chǎn)。我國酶制劑應用方面的現(xiàn)狀和問題

1.酶制劑企業(yè)規(guī)模太??；116

工業(yè)酶制劑的來源與特點

工業(yè)酶制劑主要來源于動物、植物和微生物，尤其是微生物，因微生物繁殖速度快；種類繁多，品種齊全；培養(yǎng)方法簡單，易于大批量生產(chǎn)。工業(yè)酶制劑的特點：一般而言，含雜蛋白的酶制劑比純品穩(wěn)定，干燥品比液體制劑穩(wěn)定。酶是通過催化活性而不是一般質(zhì)量來識別和出售的。

工業(yè)酶制劑的來源與特點

工業(yè)酶制劑主要來源于動物、117選擇使用酶制劑時應考慮的因素（1）底物特異性（2）pH（3）溫度（4）激活劑和抑制劑（5）價格因素選擇使用酶制劑時應考慮的因素（1）底物特異性118酶制劑產(chǎn)品的開發(fā)熱點（1）食品加工用酶，（2）飼料用酶，特別是植酸酶，（3）紡織用酶（4）洗滌劑用酶（5）臨床診斷用酶、治療用酶、化妝品用酶酶制劑產(chǎn)品的開發(fā)熱點（1）食品加工用酶，119酶的人工模擬課件120酶的人工模擬課件121酶的人工模擬課件122第二節(jié)酶在食品加工方面的應用第二節(jié)酶在食品加工方面的應用123

一、酶法生產(chǎn)葡萄糖

國內(nèi)外萄萄糖的生產(chǎn)大都采用酶法。酶法生產(chǎn)葡萄糖是以淀粉為原料，先經(jīng)α－淀粉酶液化成糊精，再用糖化酶催化生成葡萄糖。

一、酶法生產(chǎn)葡萄糖

國內(nèi)外萄萄糖的生產(chǎn)大都采用酶法124淀粉的液化

淀粉先加水配制成濃度為30一40％的淀粉漿，pH值一般調(diào)至6.0～6．5，添加一定量的α－淀粉酶后，在85～90℃的溫度下保溫45min左右，使淀粉液化成糊精。液化反應一般以碘反應顏色正好消失時為終點。淀粉的液化淀粉先加水配制成濃度為30一40％的淀粉漿125淀粉液的糖化液化完成后，將液化淀粉液冷卻至55—60℃，pH調(diào)至4.5～5.0，加入適量的糖化酶，保溫糖化48h左右，使糊精轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?。淀粉液的糖化液化完成后，將液化淀粉液冷卻至55—60126葡萄糖生產(chǎn)應注意的問題所采用的α－淀粉酶和糖化酶都要求達到一定的純度。尤其是糖化酶中應不含或盡量少含葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶。因為葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶會催化葡萄糖生成異麥芽糖等雜質(zhì)，會嚴重影響葡萄糖的收率。去除葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶的最簡單的方法之一是將糖化酶配成酶液后，加酸調(diào)節(jié)pH值至2.0～2.5，室溫下靜置一段時間，可以選擇性地破壞葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶。葡萄糖生產(chǎn)應注意的問題所采用的α－淀粉酶和糖化酶都要127二、果葡糖漿的生產(chǎn)果葡糖漿是由葡萄糖異構酶催化葡萄糖異構化生成部分果糖而得到的葡萄糖與果糖的混合糖漿。二、果葡糖漿的生產(chǎn)果葡糖漿是由葡萄糖異構酶催化葡萄糖128方法將精制葡萄糖溶液調(diào)節(jié)pH為6.5～7.0，加入0.01mol/L的硫酸鎂，在60～70℃的溫度條件下，由葡萄糖異構酶催化生成果葡糖漿。異構化率一般為42—45％。鎂離子和鈷離子是葡萄糖異構酶的激活劑，所以葡萄糖液中需加入0.01mol/L左右的硫酸鎂。方法將精制葡萄糖溶液調(diào)節(jié)pH為6.5～7.0，加129三、啤酒發(fā)酵在啤酒生產(chǎn)過程中，制漿和調(diào)理兩個階段需使用酶制劑。在浸泡麥芽漿時，需使用蛋白酶、α－淀粉酶和糖化酶。在發(fā)酵完畢后，啤酒需要進一步酶處理。木瓜蛋白酶、波蘿蛋白酶可以降解使啤酒渾濁的蛋白質(zhì)組分，延長啤酒的儲存期。三、啤酒發(fā)酵在啤酒生產(chǎn)過程中，制漿和調(diào)理兩個階段需使130四、在蛋白制品加工方面的應用酶在蛋白制品加工中的主要用途是改善組織，嫩化肉類，轉(zhuǎn)化廢棄蛋白質(zhì)成為供人類使用或作為飼料的蛋白質(zhì)濃縮液，因而可以增加蛋白質(zhì)的價值和可利用性。用木瓜蛋白水解酶制成嫩肉粉，使肉食嫩滑可口。用蛋白酶生成明膠。用溶菌酶處理肉類，則微生物不能繁殖，因此肉類制品可以保鮮和防腐等。葡萄糖氧化酶在食品工業(yè)上主要用來去糖和脫氧，保持食品的色、香、味，延長保存時間。四、在蛋白制品加工方面的應用酶在蛋白制品加工中的主要131五、在水果、蔬菜加工方面的應用用果膠酶處理潰碎果實，可加速果汁過濾，促進澄清。主要依靠降低粘度．使懸濁物質(zhì)失去保護膠體而沉降。葡萄糖氧化酶可除去果汁、飲料、罐頭食品和干燥果蔬制品中的氧氣，防止產(chǎn)品氧化變質(zhì)，防止微生物生長，以延長食品保存期，也可用葡萄糖氧化酶保鮮。溶菌酶可防止細菌污染，起食品保鮮作用等。五、在水果、蔬菜加工方面的應用用果膠酶處理潰碎果實，132六、乳品工業(yè)凝乳酶－制造干酪；過氧化氫酶－牛奶消毒；溶菌酶－添加在嬰兒奶粉；人奶與牛奶的區(qū)別之一在于溶菌酶含量的不同，奶粉中添加卵清溶菌酶可防止嬰兒腸道感染。乳糖酶－分解乳糖；脂肪酶－黃油增香。六、乳品工業(yè)凝乳酶－制造干酪；133七、肉類和魚類加工酶在這方面的兩個用途是改善組織、激化肉類，及轉(zhuǎn)化廢棄蛋白質(zhì)使其成為供人類食用或作為飼料的蛋白質(zhì)濃縮物。蛋白酶還用于生產(chǎn)牛肉汁、雞汁等來提高產(chǎn)品收率。七、肉類和魚類加工酶在這方面的兩個用途是改善組織、激134八、蛋品加工用葡萄糖氧化酶去除蛋品中的微量葡萄糖，是酶在蛋品加工中的一項重要用途。葡萄糖氧化酶的作用是催化葡萄糖脫氫，氧化成為葡萄糖酸．同時產(chǎn)生過氧化氫，后者被共存的過氧化氫酶催化分解為水和氧，一分子葡萄糖氧化酶在1min內(nèi)可催化34000個葡萄糖分子。八、蛋品加工用葡萄糖氧化酶去除蛋品中的微量葡萄糖，是135第三節(jié)酶在輕工業(yè)方面的應用酶在輕工業(yè)方面的應用十分廣泛。概括起來主要有3個方面的用途。(1)用酶進行原料處理，(2)用酶生產(chǎn)各種產(chǎn)品，(3)用酶增強產(chǎn)品的使用效果。第三節(jié)酶在輕工業(yè)方面的應用酶在輕工業(yè)方面的應用十分廣泛。136

一、酶在原料處理方面的應用

(1)發(fā)酵原料的處理：發(fā)酵工業(yè)大多數(shù)以淀粉為主要原料。有些微生物由于本身缺乏淀粉酶系，無法直接利用淀粉。故此必須先經(jīng)過原料處理，將淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的單糖或二糖，才能利用。例如，酒精、酒類、甘油、乳酸、氨基酸、核苷酸等發(fā)酵所使用的酵母或細菌等微生物，一般都不能直接利用淀粉進行發(fā)酵。淀粉原料的處理，一般是采用α－淀粉酶進行液化，然后再經(jīng)糖化酶進行糖化，將淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰?/p>

一、酶在原料處理方面的應用

(1)發(fā)酵原料的處理：發(fā)酵137(2)紡織原料的處理在紡織工業(yè)中，為了增強纖維的強度和光滑性，便于紡織，需要先行上漿。將淀粉用α—淀粉酶處理一段時間，使粘度達到一定程度就可用作上漿的漿料。(2)紡織原料的處理在紡織工業(yè)中，為了增強纖維的強138(3)造紙原料的制漿造紙原料的纖維中含有大量木質(zhì)素，若不除去則會嚴重影響紙的質(zhì)量。用木質(zhì)素酶可以使木質(zhì)素水解而除去，不但可提高紙的質(zhì)量，而且使環(huán)境污染程度大為減輕。(3)造紙原料的制漿造紙原料的纖維中含有大量木質(zhì)素，139(4)生絲的脫膠處理天然蠶絲的主要成分是不溶于水的有光澤的絲蛋白。采用胰蛋白酶、木瓜蛋白酶或微生物蛋白酶處理，可在比較溫和的條件下催化絲膠蛋白水解，進行生絲脫膠。(4)生絲的脫膠處理天然蠶絲的主要成分是不溶于水的140二、輕工產(chǎn)品方面的應用1.酶法生產(chǎn)甜味劑：在青桔柑中合有10％一20％的橙皮苷，經(jīng)抽提后用黑曲霉桔皮苷酶水解除去分子中的鼠李糖，在堿性下水解和還原，可得到一種甜味強烈的橙皮素－葡萄糖苷二氫查耳酮。它的甜度是蔗糖的70一100倍，是一種安全、低熱的甜味劑，可是它的溶解度很低，僅0.1％，故無實用價值，若將此物與淀粉溶液混合，利用環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的偶聯(lián)反應使其葡萄糖分子接上兩個葡萄糖分子．于是使溶解度提高10倍而不影響甜度。二、輕工產(chǎn)品方面的應用1.酶法生產(chǎn)甜味劑：141二、輕工產(chǎn)品方面的應用2．酶法生產(chǎn)L－氨基酸3．酶法生產(chǎn)核苷酸4.酶法生產(chǎn)有機酸5．丙烯酰胺的生產(chǎn)6．鄰苯二酚的生物合成7．用于明膠、膠原纖維生產(chǎn)二、輕工產(chǎn)品方面的應用2．酶法生產(chǎn)L－氨基酸142三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果1．加酶洗滌劑:洗滌用的酶制劑需要滿足下列條件：①堿性條件(pH9－10)下能夠有效洗滌；②表面活性劑存在下，很少失活：③在熒光染料、漂白劑、香料等洗滌劑輔助成分存在下不失活；④在洗滌溫度下能有效地發(fā)揮作用。三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果1．加酶洗滌劑:143三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果2．加酶清洗劑3．加酶牙膏、牙粉和漱口水4．加酶飼料5．加酶護膚品三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果2．加酶清洗劑144《酶工程》復習題《酶工程》復習題145一、名詞解釋1、酶的活性中心：2、Km：3、共價修飾調(diào)節(jié)：4、競爭性抑制：5、人工模擬酶：6、測糖試紙：7、親和標記：8、變構調(diào)節(jié)：9、同工酶：10、固定化酶：11、化學修飾：12、抗體酶：一、名詞解釋1、酶的活性中心：7、親和標記：146二、填空題：1、酶工程主要指___________________，由四個部分____，______，_____及______組成，酶的改造是指改變酶蛋白的___級結構的過程，酶的修飾是指酶蛋白側(cè)鏈基團的_____變化。2、_____決定反應的特異性，_____決定反