蛋白质课程论文

《蛋白质与酶工程》课程论文酶在各个领域的应用姓名：周丽红专业：生物科学学号：20104083052日期：2013年5月酶在各个领域的应用摘要：随着酶工程的迅猛发展，酶在生物工程、生物传感器、环保、医药等方面的应用也日益扩大，可以说酶已成为国民经济中不可缺少的一部分，现实生活中，人们的衣、食、住、行及其他方面的新技术几乎都离不开酶。关键词：酶医药应用食品应用生活中酶的应用绪论：酶”对于大多数人来说，还是比较陌生的，还不知酶为何物，要么不知所云，要么误认为“煤”等等名词。然而，随着生物技术的飞速发展，酶迅速的深入应用于人们息息相关的各工业部门及日常生活中来。当你幸福的享受生活的时候，您可能已经在使用许多用酶制剂生产出来的产品，比如：爽口的果汁、香甜面包、清洁能力出众的洗衣粉、舒适的服装，以及昨天刚在超市买的调味品、化妆品、减肥品，今天朋友聚会喝的白酒、红酒、啤酒等等等等。酶是自然的产物，是生物为了生存而适应自然的产物。自古以来，酶就被应用于日常生活，远在人类游牧时代，人民已经利用动物胃液来凝固牛奶，制造奶酪。尤其在我国远古时代，四千年前，已经掌握了酿酒技术，秦汉以前，已经利用麦芽制取饴糖，古人还用粪便供兽皮脱毛、制造皮革，用动物胰脏软化皮革等等，都是酶的作用。酶的作用还被用于治病；两千五百年年前人民已懂得酒曲可治肠胃病，古代还用鸡内金（鸡胃膜）治消化不良。说明了古代我们的祖先，在那时即使还不知道什么是酶，已凭着实践所积累的丰富经验，广泛应用动物、植物与微生物的酶的催化作用，来生产生活资料和治病。目前，随着现代生物工程技术的快速发展，尤其是基因工程、蛋白质工程在酶制剂方面的深入应用，进一步拓宽了酶制剂应用的广度和深度。使得酶制剂广泛应用于食品、洗涤剂、饲料、纺织、造纸、制药、制革、发酵、石油化工、环境保护等与国民经济息息相关的各个行业。酶和微生物是能够在人类居住的地球上的自然资源和人类不断增长的消费需求之间建立一种良好平衡的要素之一。而且伴随着科学技术，尤其是生物技术的发展，酶制剂将在许多行业发挥巨大作用，是现代众多行业进步的推动力之一，（三大技术：信息、生物、膜，生物工程技术包括四大工程技术，酶工程、发酵工程成熟）。医药方面的应用端粒酶端粒酶的激活和抑制影响到端粒长度的改变，进而对衰老和肿瘤发展有贡献。端粒酶的活性与许多因素有关。不同细胞、同一细胞的不同状态及某些物质的协同作用都可影响到端粒酶的活性。近年，对几乎所有类型的人类肿瘤端粒酶表达进行了检测，85%呈阳性。从报道的临床标本监测资料看，端粒酶可作为鉴别肿瘤与正常组织的一个标志物。如Tseng等人认为检测腹水中的端粒酶可以作为一种辅助细胞病理学诊断恶性腹水的方法胆红素氧化酶胆红素是一类线型四吡略环的化合物，在人体内积累量高时，会引起人类的高胆红素血症，严重的会出现黄疸。胆红素氧化酶能特异性氧化胆红素，可用于黄疸的临床治疗。胆红素氧化酶(bilirubin-oxidase,简写为BOD,EC.1.3.3.5)是一种临床诊断用酶,通过它检测人体内胆红素水平可判断是否患有肝脏等疾病。酶标药物近来人们可以根据药物在生物体内可能的作用目标如酶或受体来设计药物由此获得的药物被称为酶标药物。目前这种设计方法已成为药物设计的主流在新药设计中发挥了巨大作用。血管紧张素肤转换酶抑制剂是酶标药物的一个成功的实例抑制剂已经成为重要的常用降压药物。近来的研究发现艾滋病的感染和传播主要是由艾滋病病毒颗粒表面的蛋白酶引起的。因此艾滋病病毒蛋白酶的研究成为一个热点人们希望通过对艾滋病病毒蛋白酶抑制剂的研究寻找出防止艾滋病病毒感染和治疗艾滋病的方法。食品方面啤酒酿造工业用酶传统方法将谷物转化成啤酒的酶来自麦芽。如果麦芽汁中酶活性变化过过低可能导致一系列质量问题：提取率低，麦汁分离时间长，发酵慢，啤酒的口味及稳定性差等。工业酶可用来补充麦芽天然含有的酶，用辅料(玉米、小麦、水稻等淀粉类原料)酿啤酒，大麦酿啤酒时分别加入α-淀粉酶，β-葡聚糖酶及蛋白酶可确保酿造质量。麦芽汁分离和啤酒过滤是酿酒工艺中两个常见的难关。在糖化过程中，β-葡聚糖酶和戊聚糖酶的应用可解决这些问题。啤酒发酵初期酵母产生的双乙酰使啤酒有一种类似乳酪的味道。当啤酒中双乙酰的含量下降到某一水平（大约0.07ppm）时，则标志着啤酒的成熟。发酵早期加入α-乙酰乳酸脱峻酶可促进双乙酰分解，缩短啤酒发酵时间并确保良好的风味。CGTase在环糊精生产中的应用CD在食品中的应用广泛，主要包括：保护食品中的对氧气、光和热敏感的亲脂性成分；增加食品着色剂和维生素的溶解性；将液体食品转化为固体粉末，以便于包装、运输、储藏和使用；稳定食品中的某些成分，如食品中的香精和色素；消除食品中的异味等；控制食品中组分的释放。此外CD在食品中的应用还包括食品中风味物质的提取和食品中活性成分及微量元素的分析与检测等。烘焙工业用酶早在十九世纪，人们就用麦芽做为酶的来源天家在面团中，以降低面团粘度，提高发酵率。目前，工业化的焙烤用酶被制备成可自由流动的与面粉颗粒大小相同的制剂，使用也很安全。它可改善面团的韧性、体积结构，并延长货架期。可口的面包具有光亮的色泽、良好的弹性、膨松的体积和芳香的口味。真菌α-淀粉酶和糖化酶通过将淀粉及糊精分解成葡萄糖，提供酵母发酵用养分，从而增大面包体积，改善面包的色泽，还能使面团易揉制。真菌α-淀粉酶则具有独特的抗干硬性能，它在焙烤过程中修饰淀粉，降低了面包储存过程中重结晶的可能性，比添加无菌单甘脂(DMG)作抗干硬剂具有明显的优势。小麦中的谷蛋白在处理面团时通过形成结实的网络结构产生韧性更好、更易揉制的面团。小麦胚乳中的戊聚糖(一些半纤维素物质)中的不溶物、面粉重点脂肪等均会通过与谷蛋白结合而破坏网络的结构。蛋白酶及戊聚糖酶可溶解戊聚糖与谷蛋白结合形成的胶状物质。而脂肪酶则组织了甘油三脂与谷蛋白的结合。加酶后的面包心结构均匀、光华且更白。葡萄糖氧化酶则可部分替代用于强化谷蛋白的化学氧化剂和溴盐酸等，从而提高面包质量。蛋白激酶蛋白激酶对食用蛋白质的改性蛋白激酶家族包括有约1001种酶其中对约200多种酶了解的比较清楚蛋白激酶能对蛋白质进行磷酸化修饰是很有潜力和前途的改性食用蛋白质的工具。我们曾从酵中制取了一种蛋白激酶酪蛋白激酶砂等从牛心肌中制取了“依赖于CAMP的蛋白激酶”。经磷酸化后食用蛋白质的分子结构、溶解性、乳化性等发生变化功能性质被改善能被更好地用于饮料、奶酪、蛋白酱等食品业中。饲料用酶的种类及其作用特点饲料用酶大致可分消化酶、非消化酶两大类。消化酶类是包括贫粉酶、蛋白酶类及脂肪酶类、这类酶是畜禽能够合成并分泌瓤消化道中消化营养物。但是未成年的畜、禽和病畜应激状态下的酶分泌明显不足所以在喂养未成年家禽的饲料巾添加消化酶可以明显提高畜禽小肠中消化酶的活性。糖化酶的应用糖化酶的应用使粮酷人窖后发酵升温快升温幅度大提高原料的出酒率缩短发酵周期降低生产成本这已成为无可争辩的事实主要问题是所产酒的质量较之对照组总酸总醋低所含香味成分少口感单薄欠协调后味短等。这可能是由于糖化酶的添加加速和改变了发酵中的某些代谢途径因而可能影响了香味物质的形成如醋量略有减少高级醇量增加等。酶应用于果汁与葡萄酒加工果胶酶用于果汁加工已有70多年历史，现在大部分果汁加工都会用到酶。果浆酶、纤维素酶等可以使皮渣几乎全部溶解，提高果汁产量。果胶酶、阿拉伯聚粮酶可防止浓缩汁的浑浊。葡萄果实中的酶活性很弱，不足以分解果胶类物质。酶制剂在果酒和葡萄汁的生产中可起到软化果皮、提取颜色、澄清果汁和帮助过滤等作用。酶还可以防止因真菌感染而引起的混浊及滤膜阻塞。乳品工业用酶酶在牛奶加工中的应用已有很长历史。古时代人们用小牛精制凝乳酶促进奶酪生产时牛奶蛋白凝集。今天，DNA重组技术使得小牛凝乳酶的基因克隆到微生物中，生产出价廉物美的粗制凝乳酶，只需对奶酪生产工艺作少许改动。从牛奶凝集得到新鲜凝乳块主要含酪蛋白、脂肪、碳水化合物和矿物质，这此化合物味道很淡。奶酪的风味是在成熟过程中逐渐获得的。使用不同的微生物或其酶系可使奶酪逐渐成熟，得到风味不同的奶酪；使用蛋白酶则可不解干酪，加速奶酪的成熟。来自米氏毛霉的脂肪酶在意大利奶酪中，由于形成短链脂肪酸而促进辣味的产生，已成为替代从小动物中提取的粗制凝乳的安全生产技术。在以牛奶为基质配方的婴儿奶粉中加入蛋白酶已有50多年的历史了。对于婴儿这个过敏高危群体或其它牛奶过敏人群来说，部分牛奶蛋白质——抗原决定其具有潜在的危险。而使用专一性蛋白内切酶切断蛋白高亲水肽链则可消除其过敏作用，并提高婴儿奶的营养价值。其他领域酶与燃料酒精由生物原料生产的酒精可用作传统机动车燃料的替代品、提高辛烷值，减少尾气污染。燃料酒精是淀粉类原料(如玉米)经“干磨”的方法磨碎，糊化后在α-淀粉酶的作用下液化。部分降解的淀粉经糖化酶转化为葡萄糖，由酵母利用糖发酵产生乙醇，再经蒸馏脱水后即可得到燃料酒精。其副产品DDG(全谷物饲料)是非常好的动物饲料。淀粉糖工业用酶六十年代初，糖化酶的应用很快使大多数葡萄糖生产工艺都由酸水解变成酶水解。由于酶反应的高效性和专一性，人们可以大规模地生产纯度更高、更易结晶的产品。1973年，固定化葡萄糖异构酶大开发使得高糖果浆的工业化生产成为可能。这一工业还迅速采用了由分子生物学和遗传工程学得到的新酶，使工艺不断得到优化和突破。淀粉(主要来源于小麦、玉米、木薯及马铃薯等)制糖的主要转化步骤是液化、糖化和异构化。在淀粉悬浮液中加入耐温型的α-淀粉酶，搅拌后通过喷射液化器在105-110摄氏度的温度下经一系列管道系统停留约5分钟，使淀粉完全糊化。部分液化了的淀粉经板式换热后其温度降至90-100摄氏度。淀粉酶进一步反应1-2小时，即可得到麦芽糊精。液化淀粉所产生的麦芽糊精经糖化酶或真菌α-淀粉酶进一步糖化，可生产各种不同甜度的甜味剂，如麦芽糖浆及高转化糖浆。应用β-淀粉酶、糖化酶及普鲁兰酶可生产高麦芽糖浆和中转化糖浆，其麦芽糖含量接近80%。另外，淀粉经酶水解后还可发酵生产酒精、多元醇、维生素C和青霉素等。发酵工业与酶中华民族早在5000年前就开始利用微生物发酵生产食品、调味品和饮用酒类，是世界上最早应用发酵技术的民族之一。随着人类对微生物生理活动规律认识的加深，利用外源的高活力工业酶制剂将淀粉分解成为菌种利用效率最高的葡萄糖，并加入到发酵培养基中。形成了在时间与空间上均可分别进行的糖化和发酵工艺。这种工艺将工业化的α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶(即糖化酶)的应用引入发酵工业，并立即带来发酵工业技术进步的巨大飞跃。时至今日，仅仅是将淀粉分解为葡萄糖的酶制剂已远远不能满足发酵工业的需求，具备以下特征的酶越来越受到发酵工业的青睐：更宽的PH、温度适应范围；更少的副产物生成；减少化学品使用以利于环境保护。除了上述两种酶的应用外，越来越多的酶被不断地引入到发酵工业中以使人们可利用更多的原料来源，或使生产过程更环保和便利。制革工业用酶皮革/毛皮加工中使用酶制剂有着悠久的历史，第一种商品化皮革酶制剂产生于1908年。如今，从皮革/毛皮加工的浸水、脱毛/浸灰、脱脂、软化、浸酸，到蓝湿皮处理及中和等制革工序中，蛋白酶和脂肪酶均大显神通。同时使用两种酶制剂时，由于协同效应而使酶的作用更加明显。酶不仅简化了制革这一传统污染行业的应用工艺，同时在环保方面发挥了无可比拟的优势。全世界一年因制革产生含铬废物60万吨。用酶处理含铬废物不仅回收了铬，还能通过不同工艺得到动物饲料或明胶，解决了人们对废物填埋的燃眉之急。造纸与制浆工业用酶造纸是与皮革并列的另一重污染工业。其中用含氯化合物对纸浆漂白的工艺过程污染尤为严重。半纤维素酶的处理可洗去半纤维素类物质，有效地对木质素进行漂白。木聚糖酶是这种有助于减少氯及无氯的漂白工艺的主要手段。木材中的树脂会粘在抄纸机的滚轴上，引起造纸机械方面的问题。轻则形成纸张瑕疵，重则造成停机。如在匀浆机中加入脂肪酶搅动纸浆，则可有效减少此类问题。近年来，再生指发展迅速。在回收的办公室混合废纸脱墨工艺中使用纤维素酶，可生产出颜色浅亮的高清洁度纸浆，并改善白水