酶工程期末考试重点

酶:是由活细胞产生的，在细胞内、外一定条件下都能起催化作用的具有高效率和高度专一性的一类特殊蛋白质或核酸，酶能在机体内十分温和的条件下高效率地起催化作用，使得生物体内的各种物质处于不断的新陈代谢中。酶工程:酶的生产与应用的技术过程,是酶学基本原理与化学工程相结合而形成的一门新兴的技术科学.研究酶制剂大规模生产及应用所涉及的理论与技术方法.酶的应用:通过酶的催化作用获得人们所需的物质或除去不良物质,或许所需信息的技术过程.酶的提取:又称酶的抽提,指在一定的条件下用适当的溶剂或溶液处理含酶物料,使酶充分溶解到溶剂或溶液中的技术过程.膜分离:又称膜过滤.采用各种高分子膜为过滤介质,将不同大小,不同形状的物质分离的技术过程.凝胶层析:又称凝胶过滤,分子筛层析等.指以各种多孔凝胶为固定相,利用流动相中所含各种组分的相对分子质量的不同而达到物质分离的一种层析技术.超临界萃取:又称超临界流体萃取,是利用预分离物质与杂志在超临界流体中的溶解度不同而达到的分离的一种萃取技术.酶固定化:采用各种方法,将酶与水不溶性的载体结合,制备固定化酶的过程.固定化酶:用物理,化学等方法将水溶性的酶固定到特定的载体上使之成为水不溶性的酶.非水相催化:酶在非水介质中的催化作用称为酶的非水相催化.水活度:用体系中水的蒸汽压和相同条件下纯水的蒸汽压之比表示.水活度与溶剂的极性大小关系不大，所以采用水活度作为参数来研究有机介质中水对酶催化作用的影响更为准确.必需水:紧紧吸附在酶分子表面维持酶活化性所必需的最少水量.反胶束体系:反胶束是在大量水不相混溶的有机溶剂中,含有少量的水溶液,加入表面活性剂后形成油包水的微小液滴.胶束体系:胶束是在大量水溶液中含有少量与水相不相混溶的有机溶剂,加入便面活性剂后形成水包油的微小液滴.酶分子修饰:通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变,从而改变酶的某些特性和功能的技术过程称为酶分子修饰.酶反应器:酶作为催化剂进行反应所需的装置称为酶反应器.喷射式反应器：利用高压蒸汽的喷射作用实现酶与底物的混合是进行高温短时催化反应的一种反应器.酶活力单位:是表示酶活力大小的尺度;1个酶活力单位是指在特定条件(25℃,其它为最适条件)下,在1分钟内能转化1微摩尔底物的酶量.酶的比活力:是酶纯度的量度,是指单位质量酶蛋白所具有的酶活力,单位为IU/mg。.比活力越大,酶纯度越高.是用来度量酶纯度的指标.是生产和酶学研究中经常使用的基本数据.酶的生产方法:提取分离法;生物合成法;化学合成法.酶的发酵生产方式:固体培养发酵;液体深层发酵;固体化微生物细胞发酵;固定化微生物原生质体发酵.细胞破碎方法:机械;物理;破碎;酶促破碎.凝胶材料:葡萄糖;琼脂糖;聚丙烯酰胺.有机溶剂沉淀发的优点:一般比盐析法析出的沉淀①易于分离或过滤分离②不含无机盐③分辨率也很高.影响电泳的因素:①颗粒本身所带的净电荷量.②颗粒的形状大小.③电场强度.④溶液Ph.⑤离子强度.⑥支持体的特性.金属离子置换修饰的方法步骤:①酶的分离纯化②除去酶分子中原有的金属离子③加入置换离子.大分子结合修饰的作用:①提高酶的催化效率②增强酶的稳定性③降低或消除酶蛋白的抗原性.侧链基团的修饰:氨基,羧基,巯基,胍基,酚基,咪唑基,吲哚基,分子内交联修饰.酶非水相催化的意义:①改变了有关酶催化的传统观念②发展了酶学的理论体系③扩展了酶的应用领域.酶非水相催化的内容:有机介质;气象介质;超临界流体介质;离子液介质中的酶催化.酶反应器的选择:酶的应用形式;酶的反应动力学性质;底物或产物的理化性质.用于酶催化的非水介质包括：1)含微量水的有机溶剂.2)与水混合的有机溶剂和水形成的均一体系.3)水与有机溶剂形成的两相或多相体系.4)胶束与反胶束体系.5)超临界流体.6)气相.果葡萄糖浆的生产:1)果葡萄浆:果糖42%,葡萄糖55%.2)高果糖浆:果糖55%葡萄糖★酶工程的研究内容:酶的大批量生产,应用;酶的分离纯化;酶的固定化和固定化酶反应器;新酶得开发和应用;遗传修饰酶的研究;酶生产中基因工程;抗体酶,核酸酶的研究;酶分子改造和修饰;酶的结构和功能关系;模拟酶,合成酶以及酶分子的人工设计;有机介质中酶反应的研究;酶的抑制剂,激活剂.★微生物发酵法生产酶有何优点:①微生物种类繁多,制备出的酶种类齐全,几乎所有的酶都能从微生物中得到.②微生物繁殖快,生产周期短,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和应变能力,可以通过适应,诱导,诱变以及基因工程等方法培育出新的产酶高的菌株.★酶的分类:1)蛋白类酶:氧化还原酶;转移酶;水解酶;裂解酶;异构酶;合成酶.2)核酸类酶:①分子内催化的R酶:自我剪切酶;自我剪接酶.②分子间催化的R酶:RNA,DNA,多肽氨基酸酯剪切酶;多糖剪接酶;多功能R酶.★产酶菌种的要求:发酵周期短,产量高;容易培养和管理;产酶稳定性好,不易变异退化,不易被感染;最好产胞外酶,有利于分离和纯化;安全性可靠,非致病菌.★酶生物合成的模式及其特点:1)同步合成型(组合酶):指酶的生物合成与细胞生长同步进行的一种合成模式,在细胞进入旺盛生长期时,酶大量生成.细胞生长进入平衡期后停止.2)延续合成型(组合酶,诱导酶):酶的生物合成在细胞的生长阶段开始,在细胞进入生长平衡期后还可继续合成.3)中期合成型:在细胞生长一段时间后才开始合成,细胞生长进入平衡期后酶的生物合成停止.4)滞后合成型(水解酶):酶在细胞生长一段时间或进入平衡期以后才开始生物合成并大量积累.★提高酶产量措施:1)使用优良的产酶细胞.2)使用优良的发酵生产设备.3)采用先进的分离纯化技术.4)控制好工艺条件.5)采取行之有效的措施:①添加诱导物:对于诱导酶的发酵生产,在发酵过程中的某个适宜的时机,添加适宜的诱导物,可以显著提高酶的产量.诱导物一般可以分为3类:酶的作用底物;酶的催化反应产物;用底物的类似物.②控制阻遏物浓度:分类:产物阻遏;分解代谢物阻遏.为了减少或者解除分解代谢物阻遏作用，应当控制培养基中葡萄糖等容易利用的碳源的浓度.对于受代谢途径末端产物阻遏的酶,可以通过控制末端产物的浓度的方法使阻遏解除.③添加表面活性剂:其可与细胞膜相互作用,提过细胞的透过性,有利于胞外酶的分泌,从而提高酶的产率.分为:离子型和非离子型.④添加产酶促进剂:指可以促进产酶,但作用机理尚未阐明清楚的物质.如聚乙烯醇可提高糖化酶的产量.★酶提取的方法:酶的提取是在一定的条件下，用适当的溶剂或溶液处理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂或溶液中的过程.1)盐溶液提取:胞外酶使用的0.14mol/L氯化钠溶液,0.02-0.05磷酸缓冲液提取.2)胰蛋白酶可使用0.12mol/L硫酸溶液提取.3)碱溶液提取:L-天冬酰胺酶可用pH11-12.5的碱溶液.4)有机溶剂提取:琥珀酸脱氢酶用丁醇提取.★影响酶提取主要因素:1)pH:首先考虑酶的稳定性,其次应远离等电点,一般选择pH4-6为宜.2)温度:般控制在0-40C,如果酶比较稳定可以例外.3)抽提液用量:常采用材料量的3-5倍.4)其它:加入蛋白酶抑制剂、半胱氨酸或细胞色素C等，来稳定抽提系统.★过滤的介质滤纸,滤布,纤维多孔陶瓷,烧结金属,微滤膜,微孔陶瓷,超滤膜,反渗透膜.过滤的分类:1)根据介质不同:膜过滤,非膜过滤.2)根据截留颗粒大小:粗虑,微滤,超滤,反渗透.★凝胶层析基本原理：在层析柱中填充凝胶介质,加入待分离的酶溶液,然后用适当的缓冲液洗脱,样品自上而下扩展,大于凝胶孔径的分子不能进入胶粒内部而从胶粒间空隙扩展,下移速度较快,而小于凝胶孔径的分子进入胶粒内部,下移速度较慢,经过一定时间后不同大小分子按先大后小的顺序从层析柱中流出.★盐析的原理,常用盐.注意事项:盐析(定义,原理):利用不同的酶在不同的盐浓度条件下溶解度不同的特性,使酶或杂质从溶液中析出沉淀,从而使酶与杂质分离的过程.常用盐:中性盐有硫酸铵,硫酸钠,硫酸钾,硫酸镁,氯化钠,磷酸钠.硫酸铵最为常用.注意事项:防止酶的变性失活;在分离纯化过程中的每一步都应检测酶的活性，以确定酶的纯化程度和回收率.★双水相萃取的原理常用溶剂：双水相萃取是利用溶质在两个互不相容的的水相中的溶解度不同达到分离的萃取技术.双水相萃取中使用的双水相一般由按一定百分比组成的互不相容的盐溶液和高分子溶液或者两种互不相容的高分子溶液组成.★酶固定化方法:1)包埋法:将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中,使酶固定化的方法.2)结合法:共价键或离子键将酶与载体结合在一起的固定化方法.3)吸附法:利用各种吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面,是酶固定的方法.4)交联法:借助双功能试剂使酶分子之间发生交联作用制成网状结构的固定化酶的方法.★酶固定化技术的原则:1)必须注意维持酶的催化活性及专一性.2)固定化酶应该有利于生产自动化,连续化.3)制备固定化酶时所选载体应尽可能地不阻碍酶和底物的接近.4)在制备固定化酶时,应使酶和载体尽可能地结合牢固.5)载体不与废物,产物或反应液发生化学反应.6)固定化酶应易与产物分离.7)固定化酶成本要低，有利于推广的产品，以便于工业使用.★固定化酶的特性:1)稳定性:固定化酶的稳定性一般比游离酶的稳定性好.①热稳定性提高,可以耐受较高温度.②保存稳定性好,可以保存较长时间.③对蛋白酶的抵抗性增强,不易被蛋白酶水解.④对变性剂的耐受性提高,在尿素,有机溶剂和盐酸胍等蛋白变性剂的作用下,保持较高酶活力等.2)固定化酶的最适温度变化:酶反应的最适温度是酶热稳定性与反应速度的综合结果.由于固定化后,酶的热稳定性提高,所以最适温度也随之提高.3)最适pH变化:酶由蛋白质组成,其催化能力对外部环境特别是pH非常敏感.酶固定化后,对底物作用的最适pH和pH-活性曲线常常发生偏移.4）底物特异性:固定化酶的底物特异性与游离酶比较可能有些不同,其变化与底物分子量的大小有一定关.固定化酶底物特异性的改变,是由于载体的空间位阻作用引起的.★有机酶反应的优点:1.有利于疏水底物的反应2.可提高酶的热稳定性3.能催化在水中不能进行的反应4.可防止有水应起的副反应5.可控制底物专一性6.可扩大反应PH值得适应症7.酶易于实现固定化8.没和产物易于回收9.可避免微生物的污染★有机酶反应具备的条件:1.保证必学的含水量2.选择合适的酶及酶形式3.选择合适的溶剂及反应体系4.选择最佳PH.★酶在有机介质中的特性:①底物专一性:不同的有机溶剂具有不同的极性，故酶的底物专一性也不一样.极性较强的有机溶剂中,疏水性较强的底物容易反应;反之亦然.②立体选择性:酶在对称的外消旋化合物中识别一种异构体的能力大小的指标.在水溶液中的立体选择性较强,而在疏水性强的有机介质中,酶的立体选择性较差.③区域选择性:酶能够选择底物分子中某一区域的基团优先进行反应.④键选择性:键选择性与酶的来源和有机介质的种类有关.研究表明在不同的有机介质中,氨基酰化和羟基酰化的程度也不同.⑤热稳定性：许多酶在有机介质中的热稳定性比在水溶液中的热稳定性更好.★酶反应器的类型,适用酶,特点:1)搅拌罐式反应器(游离酶,固定化酶):反应比较完全,反应条件容易调节控制.2)填充床式反应器(固定化酶):密度大,可以提高酶催化反应的速度.在工业生产中普遍使用.3)流化床反应器(固定化酶):流化床反应器具有混合均匀,传质和传热效果好,温度和pH值的调节控制比较容易,不易堵塞,对粘度较大反应液也可进行催化反应.4)鼓泡式反应器(游离酶):结构简单,操作容易,剪切力小,混合效果好,传质,传热效率高,适合于有气体参与的反应.5)膜反应器(游离酶,固定化酶):结构紧骤,集反应与分离于一体,利于连续化生产.但清洗比较困难.6)喷射式反应器(游离酶):通入高压喷射蒸汽,实现酶与底物的混合,进行高温短时催化反应,适用于某些耐高温酶的反应.★酶在医药方面的应用:1.用酶进行疾病的诊断2.用酶进行疾病的治疗3.用酶制造各种药物.★酶在食品保鲜的应用:1)常见的保鲜技术主要有添加防腐剂或保鲜剂和冷冻,加热,干燥