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文檔簡介
1、<p><b> 目 錄</b></p><p> 一、論文摘要……………………………………………………………3</p><p> 二、酶工程的應(yīng)用………………………………………………………4</p><p> 1.酶工程的基本概念和技術(shù)…………………………………… 4</p><p> 2.
2、在食品領(lǐng)域的應(yīng)用………………………………………………4</p><p> 3.在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用………………………………………………5</p><p> 4.結(jié)語………………………………………………………………6</p><p> 三、參考文獻……………………………………………………………7</p><p><b> 一.&l
3、t;/b></p><p><b> 摘要</b></p><p> 簡要論述了酶的基本相關(guān)概念及酶工程技術(shù),如酶的固定化技術(shù)的概念、性質(zhì)及應(yīng)用。同時介紹了酶工程與食品和醫(yī)藥等方面的應(yīng)用,并對酶工程的一些發(fā)展前景作出展望。</p><p> 關(guān)鍵詞: 酶 酶工程 應(yīng)用</p><p><b>
4、 二.酶工程的應(yīng)用</b></p><p> 1. 酶工程的基本概念和技術(shù)</p><p> 酶工程主要指天然酶制劑在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用,由4 個部分組成:酶的產(chǎn)生、酶的純化、酶的固定化、生物反應(yīng)器</p><p> 1. 1 酶的產(chǎn)生</p><p> 酶是生物細胞原生質(zhì)合成且具有高度催化活性的蛋白質(zhì)。因其來源于生物體
5、,故通常</p><p> 稱為"生物催化劑"。世界酶制劑工業(yè)從19世紀(jì)末誕生,二次世界大戰(zhàn)后抗生素工業(yè)的通風(fēng)攪拌發(fā)酵技術(shù)的利用,使微生物酶制劑工業(yè)得到迅速發(fā)展。而20世紀(jì)后期遺傳工程'蛋白質(zhì)工程等現(xiàn)代生物技術(shù)的研究成果,則促使世界酶制劑工業(yè)持續(xù)地高速發(fā)展,成為生物工程4大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)中最早產(chǎn)業(yè)化的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。由于生物酶催化的優(yōu)越性,對應(yīng)用產(chǎn)業(yè)在開發(fā)新品種。提高質(zhì)量、節(jié)約原料和能源。降低
6、成本、保護環(huán)境方面產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益,所以,這一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到我國政府的高度重視。</p><p> 酶具有改善食品品質(zhì)和加工性能,酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用日益深入和廣泛,極大地促進了酶制劑工業(yè)的發(fā)展。酶的來源及其性質(zhì)也關(guān)乎食品質(zhì)量安全,特別是隨著生物技術(shù)的發(fā)展,通過基因工程手段改造部分微生物的基因,從而改變酶蛋白的基本結(jié)構(gòu),達到強化酶在某方面功能特性目的的</p><p> 酶
7、的生產(chǎn)是各種生物技術(shù)優(yōu)化與組合的過程。分為生物提取法、生物合成法和化學(xué)合成法三種,其中生物提取法是最早采用而沿用至今的方法,生物合成法是20 世紀(jì)60 年代以來酶生產(chǎn)的主要方法,而化學(xué)合成法至今仍處在實驗室研究的階段[2 ] 。提取分離法是采用各種提取、分離、純化技術(shù)從動物、植物、器官、細胞或微生物細胞中將酶提取出來。生物合成法是利用微生物細胞、植物細胞或動物細胞的生命活動而獲得人們所需酶的技術(shù)過程?;瘜W(xué)合成法因其成本高,而且只能合成那
8、些已經(jīng)弄清楚其化學(xué)結(jié)構(gòu)的酶,所以這種方法難以工業(yè)化生產(chǎn)。</p><p> 1. 2 酶的純化</p><p> 酶的提純手段一般都是依據(jù)酶的分析大小、形狀、電荷性質(zhì)、溶解度、專一結(jié)合位點等性質(zhì)而建立的。要得到純酶,一般需要將各種方法聯(lián)合使用。最常用的純化方法有根據(jù)溶解度特性的沉淀法;根據(jù)電荷極性的離子交換層析、等電點聚焦電泳等;根據(jù)大小或重量的離心分離、透析、超濾等;根據(jù)親和部位
9、的親和層析、共價層析等。</p><p> 1. 3 酶的固定化技術(shù)</p><p> 酶是由生物體產(chǎn)生的具有催化活性的蛋白質(zhì),它能特定地促成某個化學(xué)反應(yīng)而本身卻不參加反應(yīng),具有反應(yīng)效率高、條件溫和、反應(yīng)產(chǎn)物污染小、能耗低、反應(yīng)容易控制等特點。這是任何無機催化劑都無法比擬的優(yōu)點。但因為酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),其最大弱點是不穩(wěn)定性,對酸、堿、熱及有機溶液容易發(fā)生酶蛋白的變性作用,從而降低
10、或失去活性。而且酶往往在溶液中進行反應(yīng),反應(yīng)以后會殘留在溶液系統(tǒng)中不易回收,造成最終產(chǎn)品生化分離提純操作上的麻煩。加之酶反應(yīng)只能分批進行,難于連續(xù)化、自動化操作,這大大地阻礙了酶工程的發(fā)展應(yīng)用。為克服上述缺點,要將游離酶固定化后進行應(yīng)用。固定化酶技術(shù)是把從生物體內(nèi)提取出來的酶,用人工方法固定在載體上。由于固定化酶的運動被化學(xué)或物理的方法限制了,能將其從反應(yīng)介質(zhì)中回收,所以它原則上能在批量操作或連續(xù)操作中重復(fù)使用酶。固定化酶技術(shù)是酶工程的
11、核心,它使酶工程提高到一個新水平。固定化酶具有如下性質(zhì):酶的穩(wěn)定性提高;最適pH 值改變;酶的活性和催化底物有所變化;最適溫度有所提高。酶固定化處理后一般穩(wěn)定性有較大提高,對溫度適應(yīng)范圍增大,對抑制劑和蛋白酶的敏感性降低;反應(yīng)完成后可通過簡單的方法回收酶,酶活力</p><p> 1.4 酶催化技術(shù) </p><p> 傳統(tǒng)的酶催化反應(yīng)主要在水相中進行,但自1987年Kilibanov
12、等[3]用脂肪酶粉或固定化酶在幾乎無水的有機溶劑中成功地催化合成了肽以及手性的醇、脂和酰胺以來,對酶在非水相介質(zhì)的催化反應(yīng)技術(shù)的開發(fā)及研究報道迅速增加,特別在手性藥物的不對稱合成及手性藥物拆分的生物技術(shù)開發(fā)中得到了很多應(yīng)用。目前非水相中的酶催化技術(shù)已衍生出以下幾類體系:①水與有機溶劑的互溶均相體系;②水與有機溶劑形成的兩相或多相體系;③單相有機溶劑體系;④反膠束體系;⑤超臨界液體;⑥低溫體系等。不同的介質(zhì)體系都有各自的適用范圍,研究在不
13、同介質(zhì)中的酶催化反應(yīng)動力學(xué)及熱力學(xué)平衡以及酶催化機制將對某一特定催化反應(yīng)所需介質(zhì)的篩選和使用起到十分重要的指導(dǎo)意義,樊可可和歐陽平凱在兩相體系酶催化反應(yīng)介質(zhì)的選取方面做了很多的實驗及理化研究,已初步歸納出經(jīng)實驗驗證行之有效的兩相體系中酶促肽鍵合成反應(yīng)介質(zhì)的篩選原則。</p><p> 2.酶工程在食品領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p> 2.1 酶的固定化技術(shù)的應(yīng)用</p>&
14、lt;p> 2.1.1 固定化葡萄糖異構(gòu)酶在高果糖漿生產(chǎn)中的應(yīng)用 </p><p> 固定化葡萄糖異構(gòu)酶是世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的一種固定化酶,1973 年就已應(yīng)用在工業(yè)化生產(chǎn),它可以用來催化玉米糖漿和淀粉生產(chǎn)高甜度的高果糖糖漿[4 ] 。用淀粉生產(chǎn)高果糖漿包含三步: (1)用淀粉酶液化淀粉; (2) 用糖化酶將其轉(zhuǎn)化為葡萄糖,即糖化; (3) 用葡萄糖異構(gòu)酶將葡萄糖異構(gòu)為果糖。</p>&
15、lt;p> 2. 1.2 固定化酶用于水解牛奶中的乳糖 </p><p> 牛奶中含有4. 3 %~4. 5 %的乳糖?;既樘敲溉狈ΠY的人飲用牛奶后將導(dǎo)致不良后果。用乳糖酶可以將乳糖分解為組成乳糖的兩個單糖: 半乳糖和葡萄糖。用固定化乳糖酶反應(yīng)器可以連續(xù)處理牛奶,將乳糖分解,用于連續(xù)化生產(chǎn)低乳糖奶。該技術(shù)已于1977年實現(xiàn)工業(yè)化。此外,乳糖在溫度較低時易結(jié)晶,用固定化乳糖酶處理后,可以防止其在冰淇淋類
16、產(chǎn)品中結(jié)晶,改善口感,增加甜度。固定化乳糖酶還可以用來分解乳糖,制造具有葡萄糖和半乳糖甜味的糖漿。</p><p> 2. 2 果蔬加工中的應(yīng)用</p><p> 水果蔬菜加工中最常用的有果膠酶,纖維素酶,半纖維素酶,淀粉酶,阿拉伯糖酶等。其中果膠酶已成為許多國家果汁、蔬菜汁加工的常用酶之一。利用果膠酶可以明顯提高果汁澄清度,增加果汁出汁率,降低果汁相對黏度,提高果汁過濾效果。果膠酶主
17、要由滋生物來生產(chǎn),人們通過一系列誘變育種技術(shù),可以篩選優(yōu)良菌種[3 ] 。隨著人們對天然健康食品的不斷需求,近年來,采用果膠酶和其他的酶(如纖維素酶等) 處理可以大大提高出汁率,簡化工藝步驟,并且可制得透明澄清的蔬菜汁。再經(jīng)過種種調(diào)配就可以制成品種繁多的飲料食品,如胡蘿卜汁,南瓜汁,番茄汁,洋蔥汁飲料等。葡萄糖氧化酶可用于果汁脫氧化,國內(nèi)外對其生產(chǎn)及固定化方法進行了深入的研究。特別是近年來,隨著葡萄糖酸鈣,葡萄糖酸鋅,葡萄糖酸鐵等葡萄糖
18、酸系列產(chǎn)品的興起,需求日益增加,因而開發(fā)性能優(yōu)良的固定化葡萄糖氧化酶用以氧化葡萄糖生產(chǎn)葡萄糖酸具有實際意義。</p><p> 3. 酶工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p> 3.1 酶的固定化技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p> 酶的蛋白質(zhì)屬性,進人人體后產(chǎn)生免疫反應(yīng),因稀釋效應(yīng),而無法集中于靶器官組織,常不能保持最適合的治療濃度,而固定化酶則很好的克服了
19、游離酶的這些缺點,應(yīng)用于治療鎂缺乏癥、代謝異常癥及制造人工內(nèi)臟方面,如固定化L-天冬酰胺酶用于治療白血病。葡萄糖氧化酶被固定化在納米微帶金電極上可用于活體檢測的微生物傳感器[2]。</p><p> 固定化酶技術(shù)可用于治療一些代謝障礙疾病。已知人類關(guān)于新陳代謝的疾病已過120余種,很多病因歸結(jié)為人體缺乏某種酶的活性,一種可能的治療方法就是通過某種方式給病人提供他所缺乏的酶。其提供的方式主要有:①將固定化酶用于體
20、內(nèi)作為治療藥物;②將固定化酶組裝成體外生物反應(yīng)器,通過體外循環(huán)作為臨床治療劑。將固定化酶用于臨床診斷的例子很多,如各種酶測試盒層出不窮,采用固定化酶柱反應(yīng)器的FIA(流動注射法)可用于臨床診斷檢測尿酸、葡萄糖、氨、尿素、膽甾醇、谷氨酸、乳酸、無機磷等。</p><p> 3.2 酶催化技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p> 應(yīng)用酶催化技術(shù)可以生產(chǎn)許多成品藥及醫(yī)藥中間體。它是通過以制造初
21、級代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物、次級代謝產(chǎn)物及催化轉(zhuǎn)化和拆分等形式來進行的。這已成為當(dāng)今新藥開發(fā)和改造傳統(tǒng)制藥工藝的重要手段,特別在手性藥物及中間體的生產(chǎn)中更有廣泛的應(yīng)用前景。以下重點介紹幾個制藥領(lǐng)域中酶催化技術(shù)的應(yīng)用:生產(chǎn)醫(yī)藥用的氨基酸(如L-丙氨酸)、有機酸(檸檬酸、L一蘋果酸、L-酒石酸)、抗生素(如6一氨基青霉烷酸、氨芐青霉素和羥氨青霉素)、肽類藥物(如胰島素、環(huán)孢菌素A)以及廣泛應(yīng)用于多種維生素(VB2、VB12)、甾體藥物(氫化可
22、的松、脫氫潑尼松、睪丸激素等)及核苷酸類藥物(5’-核苷酸,3’-核苷酸)等的生產(chǎn)。</p><p><b> 結(jié)語</b></p><p> 現(xiàn)在已知的酶的酶有幾千種,但是還遠遠不能滿足人們對酶日益增長的需要。隨著科技的發(fā)展,人們正在發(fā)現(xiàn)更多、更好的酶。其中,令人矚目的有核酸酶和抗體酶、端粒酶、糖生物學(xué)和糖基轉(zhuǎn)移酶和極端環(huán)境微生物和不可培養(yǎng)微生物的新酶種,此外,
23、新的固定化、分子修飾和非水相催化等技術(shù)越來越受到人們關(guān)注。伴隨著人類基因組計劃取得的巨大成果,基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的誕生,生物信息學(xué)的興起,以及DNA重排技術(shù)的發(fā)展,預(yù)期在不久的將來,眾多新酶的出現(xiàn)將使酶的應(yīng)用達到前所未有的廣度和深度。</p><p> 可以預(yù)計,隨著各種高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用及酶工程研究工作的不斷深入,酶工程研究和酶制劑工業(yè)必將取得更快、更大的發(fā)展??梢韵嘈?將來人們可以用化學(xué)的方法隨心所欲地構(gòu)
24、造出各種性能優(yōu)異的人工合成酶和模擬酶,而且還可以采用生物學(xué)方法在生物體外構(gòu)造出性能優(yōu)良的產(chǎn)酶工程菌為生產(chǎn)和生活服務(wù),酶工程技術(shù)必將在工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化學(xué)分析、環(huán)境保護、能源開發(fā)和生命科學(xué)理論研究等各個方面發(fā)揮越來越大的作用。</p><p><b> 三、</b></p><p><b> 參考文獻</b></p><p
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26、/p><p> [4 ]陳紅霞. 酶工程研究及應(yīng)用[J ] . 化學(xué)工程師,2005 (9) :29 - 33.</p><p> [5 ]史先振. 現(xiàn)代生物技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用研究進展[J ] . 食品研究與開發(fā),2004 ,25 (4) :40 - 43.</p><p> [5] 李繼行.現(xiàn)代酶工程及其在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用[J].中國藥學(xué)雜志,1994,5(2
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