酶工程概述.ppt
《酶工程概述.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《酶工程概述.ppt(72页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、酶工程概述,酶工程(Enzyme Engineering) 定义,研究酶的大量生产和应用的技术学科 食品酶工程,酶在工业上应用受到限制的原因 (1)不稳定、要求的条件不同; (2)分离纯化酶的技术繁琐、复杂; (3)酶制剂成本高,价格贵;,问题 1.增强酶的稳定性,拓展其用途 2.提高酶的产量,降低成本(活性、含量、分离手段改进),7.1 酶的生产与发酵 7.2 酶的分离纯化 7.3 酶的固定化、酶传感器 7.4 酶分子的修饰与改造 7.5 酶的非水相催化 7.6 生物酶工程,7.1 酶的生产与发酵,利用微生物产酶优点,微生物种类繁多,菌种资源丰富; 微生物培养成本低廉; 微生物生长迅速,且菌
2、种易诱变,易于控制代谢方向; 采用发酵技术,易于工业化生产; 基因工程技术为微生物产酶提供了广阔的空间。,7.1.1 发酵生产酶的菌种,(1) 非致病菌,安全性好。 (2) 菌种较稳定,不易退化,不易感染噬菌体。 (3) 工艺简单易行,发酵周期短,产酶量高,能利用低廉原料。 (4) 酶的分离纯化容易,最好使用胞外酶菌种。,对于产酶菌种的要求,7.1.1.1 酶制剂生产的菌种来源,常用的微生物主要是细菌和真菌 枯草杆菌是生产淀粉酶、蛋白酶常用的菌种。 大肠杆菌是谷氨酸脱羧酶和天冬氨酸酶的生产菌种。 常用的真菌包括黑曲霉、根霉、米曲酶以及酵母。,7.1.1.2 酶制剂菌种的分离及培养,(1) 菌种
3、的采集与分离 (2) 菌种纯化 (3) 菌种的培养,7.1.2 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 培养基 发酵条件 发酵方式,生长繁殖 产酶,7.1.2.1 酶生产发酵的营养需求,五大要素 碳源、氮源、无机盐、生长因子、水,7.1.2.2发酵条件及控制 生长繁殖 酶的形成,7.1.2.3 酶发酵生产的方式,根据细胞培养方式的不同,分为 固体发酵 液体发酵 固定化细胞发酵等,酶催化某一化学反应的能力。以单位时间底物的减少或生成物的增加来表示。 酶活力单位: 1 IU(international unit) = 1 mol/min 在特定
4、条件下(最适pH值、25、最适底物浓度、最适缓冲液的离子强度),1min内,能转化1mol底物所需要的酶量。,酶活力,酶活力大小,在实际中往往对不同的酶使用不同的酶活单位 -淀粉酶活力单位定义为:在60pH6.2条件下,每小时 可催化1g淀粉所需要的酶量为一个单位(U). 直接以光密度值表示:单位时间增加或减少0.001个光密 度值为一个酶活单位(U) ;例如溶菌酶、过氧化物酶,自定义酶活单位,指的是酶制剂催化能力的大小 既与酶蛋白的浓度有关 又与酶分子的催化能力大小有关。 在酶的研究和使用过程中,各酶制剂中的酶量一般用单位体积或单位质量酶制剂所含的酶单位来表示,即U/mg或U/mL。,酶量,
5、指的是每毫克蛋白所具有的酶量 表示酶的相对纯度,比活越高说明纯度越大 表示为U/mg.Pro,酶比活,7.2 酶的分离纯化 1 酶分离纯化的基本策略 2 酶分离纯化的方法 3 酶的剂型与保存,7.2.1 酶分离纯化的基本策略 酶分离纯化的基本过程 1 . 材料的选择与预处理 2 . 粗分离 3 . 细分离 4 . 制剂,酶的提取、分离纯化技术路线,细胞破碎,酶提取,酶分离纯化,酶浓缩、干燥,酶的制剂,动物、植物或微生物细胞,发酵液,离心,过滤,沉淀,萃取,层析,电泳,萃取,结晶等分离技术,酶纯化方案的设计 完整的酶制备方案 酶活测定方法的建立 材料的选择 预处理对酶性质的初步探索 制定酶的纯化
6、程序 酶成品的保存,建立酶的活性测定方法 特异、灵敏、精确、快速、经济,分离纯化酶的三原则 1. 防止酶的变性失活 2. 目的是将酶以外的所有杂质尽可能的除去 3. 酶具有催化活性,检测酶活性,能跟踪酶的行踪。,防止酶变性失活的方法 1. 操作都应在低温条件下进行,尤其是在有机溶剂存在的情况下。 2.大多数酶在pH10的情况下不稳定, 故必须控制整个系统不要过酸过碱; 同时要避免在调整pH时产生局部酸碱过量的现象。 3.酶常易在溶液表面或界面处形成薄膜而变性, 故操作中应尽量减少泡沫形成。 4.重金属等能引起酶失效, 有机溶剂能使酶变性, 微生物污染以及蛋白水解酶能使酶分解破坏。,酶分离纯化的
7、方法,对酶活性的初步探索 在制定纯化方法时应考虑该酶以下几方面: 分子量 等电点 稳定性(以pH、温度、变性剂、鳌合剂、巯基试剂等) 动力学常数(对底物、抑制剂、激活剂、辅助因子)。,利用酶的稳定性 1.确定纯化过程中保持酶活性应维持的条件; 2.若酶对极端温度、pH、有机溶剂或变性剂表现出不寻常的稳定性,则可利用这方面的性质,通过变性条件除去粗提液中大量的杂蛋白。,性质的精确数据 pI、分子量、Km、Ki、Ka等 应在获得纯酶后进一步测定以确认或校正 结构特征分析 结晶 X-晶体衍射技术 核磁共振 质谱 光谱 基因分析,制订酶的纯化程序 建立一个最有效的酶纯化程序,应考虑以下原则: (1)利
8、用酶在分离纯化上最有利的特性; (2)尽早使用一种选择性好的方法; (3)选择交换能力高的层析技术作为第一步层析; (4)不要连续使用相同的纯化方法,要使每步 过程的分辨能力呈递增趋势;,(5)将各层析步骤连接起来,使前一步得到的样品适用于下一步层析; (6)在造成酶被稀释的步骤后来要用浓缩酶的方法; (7)纯化过程中做三件事:量体积,测酶活力和测蛋白质浓度,监测纯化的进程。,7.2.2 粗酶液的制备 材料的选择 应具备酶含量丰富,材料易得,价廉等特点 采用代谢诱导的方法来提高生物材料中酶的含量 采用DNA重组技术得到酶含量丰富的工程菌株,预处理 动物或植物的器官组织、微生物作材料 例如 动物
9、材料要剔除结缔组织、脂肪组织; 油质种子最好先用乙醚等脱脂; 种子研磨前应去壳,以免丹宁等物质着色污染; 微生物材料则应将菌体和发酵介质分离。 材料须尽可能以非常新鲜的状态直接应用, 否则就应将完整材料立即冰冻起来。,破细胞 酶蛋白在细胞内外的分布有三种情况 1. 释放到细胞膜外的酶,叫胞外酶; 2. 游离化细胞内的酶,叫溶酶; 3. 牢固与膜或细胞颗粒结合在一起的,叫结酶 后两者合称胞内酶。,细胞破碎的方法 机械破碎法 物理破碎法 化学破碎法 酶促破碎法,酶的抽提 是指在一定条件下,用适当的溶剂处理含酶原料, 使酶充分溶解到溶剂中的过程,也称酶的提取。,7.2.3 酶分离纯化过程的评价 在酶
10、的抽提和纯化过程中,为了了解所选择的方法和 条件是否适宜,每一步骤前后都应进行酶的活力测定, 作出总活力与比活力的比较。 酶的分离纯化过程中必须做三件事: 1 . 测定酶活力(IU/mL); 2 . 测定蛋白质含量(mg/mL); 3 . 测量体积(mL)。 活力回收(亦称为回收率或产率) 纯化倍数(亦称比活力提高倍数),y(回收率) =,原料的总活力,某步骤后的总活力,e(纯度提高) =,原料的比活力,某步骤后的比活力,100%,100%,纯化方法与条件的比较标准 计算公式,在酶的纯化过程中,将各个步骤的测定结果 列成“分离纯化表”以便进行总结、检查和改进。,番麻蛋白酶分离纯化表,L.bre
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工程 概述
链接地址:https://www.31doc.com/p-3602198.html