第7章酶工程制药

第七章酶工程制药第一节概述一、酶的特性酶是由活细胞产生的具有特殊催化功能的一类蛋白质。其特点：①催化效率高②专一性强③反应条件温和④催化活性受到调节和控制二、酶工程简介酶工程是酶学和工程学相互渗透结合发展而形成一门新的技术学科。它是从应用的目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功能，并通过工程化将相应原料转化成有用物质的技术。第二节酶的来源和生产一、酶的来源二、酶的生产菌⒈对菌种的要求⒉生产菌的来源⒊目前常用的产酶微生物第三节酶和细胞固定化一、固定化酶的制备⒈固定化酶的定义：固定化酶是指限制或固定于特定空间位置的酶，具体来说，是指经物理或化学方法处理，使酶变成不易随水流失即运动受到限制，而又能发挥催化作用的酶制剂。⒉固定化酶的特点具有生物催化剂的功能，又有固相催化剂的功能。①可多次使用②反应后，酶底物产物易分开，产物中无残留酶，易纯化，产品质量高。③反应条件易控制。④酶的利用效率高。⑤比水溶性酶更适合于多酶反应。⒊酶和细胞固定化方法酶和细胞固定化方法载体结合法交联法包埋法网格型微囊型物理吸附法离子结合法共价结合法热处理（细胞）酶和细胞固定化模式⑴载体结合法①物理吸附法②离子结合法③共价结合法⑵交联法⑶包埋法①网格型②微囊型⑷选择性热变性法⒋酶和细胞的固定化载体⑴吸附载体⑵包埋载体⑶共价结合载体⒌固定化酶制备技术⑴吸附法制备固定化酶技术⑵包埋法制备固定化酶技术①界面沉降法②界面聚合法⑶交联法制备固定化酶技术⑷共价结合法制备固定化酶技术二、固定化细胞的制备⒈固定化细胞的定义将细胞限制或定位于特定空间位置的方法称为细胞固定化技术。被限制或定位于特定空间位置的细胞称为固定化细胞。⒉固定化细胞的特点有细胞特性，生物催化剂功能，固相催化剂特点。优点：①无须进行酶的分离纯化②保持酶的原始状态，酶回收率高③比固定化酶稳定性高④细胞内酶附助因子可再生⑤细胞本身含多酶体系⑥抗污染能力强⒊固定化细胞的制备技术⑴载体结合法是将细胞悬液直接与水不溶性的载体相结合的固定化方法。⑵包埋法将细胞定位于凝胶网格内的技术。⑶交联法用多功能试剂对细胞进行交联的固定化方法。⑷无载体法靠细胞自身的絮凝作用制备固定化细胞的技术。三、固定化方法与载体的选择依据⒈固定化方法的选择⑴固定化酶应用的安全性⑵固定化酶在操作中的稳定性⑶固定化的成本⒉载体的选择四、固定化酶的形状与性质⒈固定化酶的形状⑴颗粒状固定化酶⑵纤维状固定化酶⑶膜状固定化酶⑷管状固定化酶⒉固定化酶的性质⑴酶活力的变化⑵酶稳定性的变化①操作稳定性②贮藏稳定性③热稳定性④对蛋白酶的稳定性⑶酶学特性的变化①底物专一性②最适pH③最适温度④米氏常数⑤最大反应速度五、固定化细胞的形状与性质⒈固定化细胞的形状⒉固定化细胞的性质六、固定化酶活力的测定方法酶活力:在单位时间内单位体积中的底物减少量或产物增加量来表示。⒈分批测定法⒉连续测定法第四节固定化酶和固定化细胞的反应器一、反应器的类型和特点⒈间歇式搅拌罐反应器用于游离酶反应后随即放料。⒉连续流动搅拌罐反应器连续进料、连续出料⒊添充床反应器固定化酶添充于床层内。反应器内的流体的流动形态为平推流形。底物以恒定流速通过反应床。⒋流化床反应器底物以足够大的流速向上通过固定化酶床层，使固体颗粒处于流化状态，达到混合的目的。⒌循环反应器部分反应液流出和新加入底物流入液混合，在进入反应床进行循环。⒍连续流动搅拌罐-超滤膜反应器⒎其它反应器⒍连续流动搅拌罐-超滤膜反应器由连续流动搅拌罐反应器和超滤装置组合而成的反应器。它在连续流动搅拌罐的出口处装有半透膜。⒎其它反应器各种反应器的示意图二、反应器的选择依据⒈根据固定化酶的形状来选择⒉根据底物的物理性质来选择⒊根据反应的动力学特性来选择⒋根据外界环境对酶的稳定性的影响来选择⒌根据操作要求及反应器费用来选择第五节酶工程在医药工业中的应用酶促反应的专一性强,反应条件温和。酶工程优点：工艺简单、效率高、生产成本低、环境污染小、产品收率高、纯度好。固定化细胞法生产6-氨基青霉烷酸1.技术路线E.Coli斜面细胞固定化细胞青霉素G转化液滤液6-APA粗品培养固定转化过滤抽提青霉素酰化酶转化流程图第六节酶工程研究的进展一酶的化学修饰⒈酶的化学修饰的目的和意义⒉常用的化学修饰剂⑴对化学修饰剂的要求⑵常用的化学修饰剂⒊化学修饰的措施⒊化学修饰的措施⑴修饰酶的功能基团⑵酶分子内或分子间进行交联⑶修饰酶的辅因子⑷酶与高分子化和物相结合⒋修饰酶的特性⑴热稳定性提高⑵抗各类失活因子能力提高⑶抗原性消除⑷体内半衰期延长⑸最适改变⑹酶学性质变化⑺对组织分布能力改变⒌酶的化学修饰的前景化学修饰可以改变天然酶各种活性,扩大酶的应用范围。化学修饰法是改造酶分子的有效方法，而且已有了一定的规律性和普遍性，具有广泛的应用前景。α-环糊精的分子结构分子印迹示意图