酶工程制药技术_S1

第四章酶工程制药技术酶工程简介（EnzymeEngineering）酶工程是酶学和工程学相互渗透结合、发展而形成的一门新的技术学科。它是从应用的目的出发研究酶、应用酶的特异催化性能，并通过工程化将相应原料转化成有用物质的技术。酶工程制药主要包括药用酶的生产和酶法制药两方面的技术。酶工程制药药用酶：具有治疗和预防功效的酶生产方式：微生物发酵植物、动物细胞培养提取与分离纯化技术酶分子修饰技术酶法制药：利用酶的催化特性，将底物转化为药物的技术主要包括：酶的选择与催化条件确定固定化酶酶的非水相催化第一节概述酶的类型：蛋白类酶（P酶）核酸类酶（R酶）一.酶的催化特性：（一）酶催化的专一性：1.绝对专一性：一种酶只能催化一种特定结构的底物进行一种特定的反应2.相对专一性：一种酶可催化一类结构相似的底物进行某种相同类型的反应（1）键专一性：底物需含有相同化学键（2）基团专一性：底物需含有某些相同的基团（二）酶催化的高效性：酶催化转换数为103/min或更高，为非酶催化的107～1013倍原因：酶催化反应的活化能显著降低（三）酶催化反应的条件温和：酶催化反应通常在常温、常压、pH近中性的条件下进行，与非酶催化反应的极端条件有显著区别，有利于降低生产成本，节约能源二.影响酶催化反应的主要因素：（一）底物浓度的影响：底物浓度与酶催化反应速度的关系[s]VmV中间产物学说——底物首先与酶结合形成中间产物，待转化为产物后重新释放游离的酶米氏方程：V=VmSKm+SV——反应速度S——底物浓度Vm——最大反应速度Km——米氏常数（二）酶浓度的影响：根据中间产物学说，酶量越大，酶与底物结合量越大，反应速度越大，即V=k[E]（k为常数）反应速度酶浓度（三）温度的影响：反应速度温度在一般的反应中，温度的升高使反应速度加快，这与反应所需的活化能的获得有关，但酶分子结构会因温度的变化而改变，因此，酶催化反应有最适温度•酶的最适温度并非物理常量，会受外界条件的影响而改变，如反应时间等•多数酶在60℃以上会变性失活，但部分酶具有热稳定性，如Taq酶、耐高温ɑ-淀粉酶等（四）pH的影响：反应速度pH与温度对酶催化反应的影响类似，在有效pH范围内，酶催化反应有其最适pHpH对酶活性的影响表现在以下方面：•影响酶蛋白构象，使酶变性失活•影响酶活性部位——催化基团的解离状态，使其不能与底物结合或使底物不能分解为产物•影响底物分子，使其不能与酶结合或结合后无法生成产物（五）抑制剂的影响某些物质通过与酶催化作用的必需基团结合，影响酶的结构和性质，从而使酶的催化活性降低或丧失。多数抑制剂是外源物质，如Ag+、Hg2+、Pb2+等重金属离子。也有部分抑制剂是细胞正常代谢产物，对代谢中的酶促反应起调节作用。抑制剂分可逆与不可逆两种，后者与酶结合后，无法除去而导致酶活性不可恢复。（六）激活剂的影响又称活化剂，指可以提高酶活性或者使酶的催化活性显示出来的物质。常见的激活剂有Ca2+、Mg2+、Co2+、Zn2+、Mn2+等金属离子与Cl-等。激活剂通常与底物及酶形成三元复合物，进行催化反应生成产物。部分蛋白酶类通过其催化作用，使其它酶或酶原的结构发生改变，以提高这些酶的催化能力或使酶原获得催化活性。三.酶活力测定目的：为确定酶量的多少及其变化情况指标：酶催化反应初速度单位：单位时间（t）内底物（S）的减少量或产物（P）的增加量（一）酶活力的测定方法：步骤：（1）配制底物溶液——一般要求新鲜配制，且需达到酶催化反应所需要的纯度（2）确定反应条件——可选用室温、体温或最适温度，最适pH，底物浓度大于5Km。反应过程中保持恒温及对pH进行缓冲，并按需要适量添加激活剂。（3）进行反应，记录时间。（4）测定并计算酶活力——到达预订时间后，可利用高温、低温、变性剂或加入酸碱溶液等方法立即终止反应，并采用化学检测、光学检测及气体检测等技术测定底物的减少量或产物的生成量。（二）酶活力单位：国际单位（IU）：特定条件下，每1min催化1umol底物转化为产物所需的酶量为1活力单位卡特（Kat）：特定条件下，每秒催化1mol底物转化为产物的酶量为1Kat1Kat=6×107IU（三）酶的转换数与催化周期：转换数（KP）：每mol酶每分钟催化底物转化为产物的mol数，一般为103/min催化周期（T）：转换数的倒数，指酶进行一次催化所需的时间，单位为毫秒或微秒四.酶的分类与命名：酶的基本类型分为蛋白类（P酶）及核酸类（R酶），P酶只能催化其它分子反应，而R酶除催化其它分子反应外，还可催化酶分子自身的反应二者命名的总原则相同（一）P酶的分类及命名：1.推荐名：（习惯名）谷氨酸脱羧酶底物名称反应类型2.系统命名：L–谷氨酸1–羧基裂合酶底物名称催化部位反应类型注：反应类型为“水解”时可省略，可以前缀词说明酶的来源及特性3.P酶的系统编号：如葡萄糖氧化酶的系统编号为【EC1.1.3.4】EC1.1.3.4国际酶学委员会P酶第一大类：氧化还原型第一亚类：供体为CH–OH基团第三小类：氢受体为氧此酶在小类中的序号注：P酶的六大类型依次为氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂合酶、异构酶、连接酶（合成酶）（二）R酶的分类：1.分子内催化（incis）的R酶：催化自身RNA反应（1）自我剪切酶：自我剪切为成熟RNA及另一片段（2）自我剪接酶：同时进行自我剪切和连接自我剪切酶与自我剪接酶均为RNA前体，有催化自身发展为成熟RNA的作用2.分子间催化（intrans）的R酶：催化其它分子进行反应（1）RNA剪切酶（2）RNA剪接酶（3）多肽剪切酶（4）多糖剪切酶（5）多功能R酶