蛋白質與酶工程緒論演示文稿目前一頁\總數八十四頁\編于十八點優選蛋白質與酶工程緒論目前二頁\總數八十四頁\編于十八點本講綱要1相關概念2蛋白質工程概述3酶工程概述目前三頁\總數八十四頁\編于十八點1相關概念1-1科學、技術或工程

科學技術工程之間的關系？目前四頁\總數八十四頁\編于十八點1相關概念1-1科學、技術或工程科學與技術是兩個不同的概念，它們之間既有明確的區別，又有緊密的聯系通常合稱為“科學技術”

科學：探討“是什么”，即認識自然、發現自然規律技術：解決“如何做”，有目的，有發明一切能夠在市場上有競爭力，獲得市場承認，推動市場發展的知識都可以稱為技術。

目前五頁\總數八十四頁\編于十八點1相關概念1-1科學、技術或工程工程：以某組設想的目標為依據，應用有關的科學知識和技術手段，通過一群人的有組織活動將某個（或某些）現有實體（自然的或人造的）轉化為具有預期使用價值的人造產品過程。它的成功有賴于多種科學技術的綜合集成和科學的管理。南水北調工程調水源頭目前六頁\總數八十四頁\編于十八點①科學的本質是發現,②技術的靈魂是發明,③工程的核心是建造研究對象概念各類知識的基本形式各類活動的基本方式研究規則主要研究人員科學對自然界客觀規律的探索科學概念、科學假說和科學定律典型形式為基礎科學研究，包括科學實驗和理論研究普遍性、公有性、無私性、創造性和有條理的懷疑主義科學家技術改造世界的手段和方法技術原理和操作方法技術開發，包括發明、創新、轉移以獲取經濟和物質利益為目的；保密和專利

發明家工程實際的改造世界的物質實踐活動和建造實施過程工程原理、設計和施工方案等計劃、預算、執行、管理、評估等團結、協作，團隊精神工程師科學、技術與工程的不同目前七頁\總數八十四頁\編于十八點

工程學家—未來的你們要具有科學家的知識要具有藝術家的眼光要有哲學家的思維要有經濟學家的頭腦把原材料“雕塑”成有市場價值的工藝品科學家探索已存在的世界工程師創造美麗新世界目前八頁\總數八十四頁\編于十八點1相關概念

1-2生物工程(Bioengineering,Biologicengineering)

以生命科學為基礎，利用生物體系和工程原理生產生物制品和創造新物種的綜合性科學技術是現代生物學工程技術的總稱，主要包括：

遺傳工程（基因工程）蛋白質工程

細胞工程微生物工程(發酵工程)

酶工程(生化工程)目前九頁\總數八十四頁\編于十八點不同的生物工程目前十頁\總數八十四頁\編于十八點生物學化學工程工程學化學生物工程生物化學生物技術新興、前沿學科往往在學科交叉中產生目前十一頁\總數八十四頁\編于十八點2-1定義：以蛋白質分子的結構與功能的關系作為基礎通過理化和DNA重組等方法對基因和蛋白質進行有目的地設計、修飾和改造最終獲得滿足人類生產和生活需求的新型蛋白質（天然蛋白質的改造，或是純新蛋白質）這樣的理論和實踐活動即蛋白質工程。2蛋白質工程

（ProteinEngineering）目前十二頁\總數八十四頁\編于十八點2-2誕生和崛起1）誕生于基因工程問世10周年之際目前十三頁\總數八十四頁\編于十八點2）蛋白質工程迅速崛起.why?（1）基因工程生產自然界已存在的蛋白質

**長期進化而來，其結構和功能符合特定物種的需要

**卻未必完全符合人類生產和生活的需要

例：工業生產中常有強酸、強堿、高溫、有機溶劑存在，因此需要穩定性非常好的酶；天然酶中很少能滿足此需要（2）結構生物學能夠分析蛋白質分子的精確立體結構及其與生物功能的關系，從而為設計和改造天然蛋白質提供藍圖（3）以定點突變為中心的基因操作技術為蛋白質工程提供手段目前十四頁\總數八十四頁\編于十八點提高干擾素效應趙廣榮等采用組合突變策略，對人干擾素α2b（rh-INFα2b）的第52-53-55、103-107和121-125位氨基酸殘基定向突變;獲得了新型重組基因序列。將突變基因連接于原核表達載體pET28a上進行誘導表達;所獲得的新型rh-IFNα2b的進行抗病毒活性效價檢測，其活性達9.3×107IU/mg，比野生型rh-IFNα2b高93倍（1×106IU/mg）。目前十五頁\總數八十四頁\編于十八點目前十六頁\總數八十四頁\編于十八點2-3蛋白質工程原理

中心法則的逆推

目前十七頁\總數八十四頁\編于十八點2-4蛋白質工程與基因工程的關系1）都以中心法則為理論基礎2）蛋白質工程是基因工程的發展

----第二代基因工程

第一代：經典基因工程—自然界已有蛋白或多肽基因的高效表達第二代：蛋白質工程,基因定向突變→有新功能的蛋白質

在有限的時空條件下快速實現的、自然界需要跨越巨大時空的進化和選擇。目前十八頁\總數八十四頁\編于十八點2-5蛋白質工程的核心內容（1）1.蛋白質結構分析收集大量的蛋白質分子結構信息，建立結構與功能的關系的數據庫，為闡明蛋白質結構與功能的關系奠定基礎。

三維空間結構的測定是驗證蛋白質設計（即新結構是否產生了新功能）是必需手段。

晶體學技術在確定蛋白質結構方面有了很大發展，但是其最明顯的不足是其需要分離出一定量（數mg-數十mg）的純蛋白才能制備出單晶體，再進行繁雜的數據收集和計算、分析目前十九頁\總數八十四頁\編于十八點Thestructureof

S.pneumoniae

GHIP.

X-raydiffractionpatternoftheSP0987crystalfromS.pneumoniaeTIGR4recordedusingaMAR345imageplate.

目前二十頁\總數八十四頁\編于十八點2-5蛋白質工程的核心內容（2）2.蛋白質結構、功能的設計和預測根據蛋白質結構與功能關系的數據庫，預測一段氨基酸序列的空間結構和功能；反之，也可根據特定的生物功能，設計蛋白質的氨基酸序列和空間結構。**通過基因重組等實驗可直接分析分子結構與功能的關系**也可通過分子動力學、分子熱力學等，分析計算蛋白質分子的立體結構和生物功能

這方面的工作尚在起步階段目標：建立一套關于結構與功能關系的完整理論，用以設計和預測蛋白質的結構和功能目前二十一頁\總數八十四頁\編于十八點Identifyitsglycosylhydrolaseactivity

目前二十二頁\總數八十四頁\編于十八點HomologymodelingandanalysisofYycGHATPase_cdomainofS.pneumoniae.(A)ThesolidribbonrepresentationofthestructuremodeloftheYycGHATPase_cdomain.(B)StructuresuperpositionofthemodeledstructureofYycGHATPase_cdomainofS.pneumoniae(blue)withtheX-raydiffractionstructureofthehomologousdomainofThermotogamaritimainEscherichiacoli(yellow).ThemodelofADPdockedintotheATP-bindingpocketoftheYycGHATPase_cdomaininS.pneumoniae.目前二十三頁\總數八十四頁\編于十八點2-5蛋白質工程的核心內容（3）3.蛋白質的改造和創造*理化法：變性/復性、修飾其側鏈官能團、分割肽鏈、改變表面電荷分布促進蛋白質形成一定的立體構象等*生化方法：用蛋白酶選擇性酶切蛋白質用糖苷酶、酯酶、酰酶等去除或連接不同化學基團等

但是，該法對相同或相似的基團或化學鍵都能夠發生作用，不只對某個特定部分，作用無特異性*基因重組或人工合成DNA：既可改造蛋白質也可從頭合成全新蛋白質目前二十四頁\總數八十四頁\編于十八點1）從頭合成理論上：可設計合成滿足人類需要的各種蛋白質實際上：要生產這樣的全新蛋白并不容易技術不成熟，目前只能合成一些短肽2）局部修飾或改造：常用，目前的研究主要集中在該領域：

**基因水平的改造：增減一些編碼序列；其前提是知道改變哪些序列可實現蛋白質性狀的改變；相對容易

**蛋白質水平的改造：對生產出的蛋白質進行修飾、加工（磷酸化，糖基化等）。化學修飾的條件劇烈，且無特異性，且對每批蛋白都要進行操作，故繁瑣目前二十五頁\總數八十四頁\編于十八點具體方法隨機突變定位突變目前二十六頁\總數八十四頁\編于十八點1、隨機突變：方法：（1）易錯PCR

（2）基因改組（DNAshuffling）和基因家族改組（DNAfamilyshuffling)

優點：在體外模擬自然進化的過程目前二十七頁\總數八十四頁\編于十八點（1）易錯PCR（錯誤傾向PCR誘變，error-pronePCR)通過調整反應條件來使PCR擴增過程中復制錯配率增加，在目的基因中隨機引入突變，繼而獲得蛋白質分子的隨機突變體

*提高鎂離子濃度或加入錳離子*降低體系中一種的dNTP濃度（至少5-10%）*運用低保真度DNA聚合酶*增加DNA聚合酶的濃度

屬于無性進化：單一基因內進行遺傳突變，費力、耗時，多用于小片段（800bp以下）目前二十八頁\總數八十四頁\編于十八點關鍵:合適的突變頻率**突變頻率太高：會導致絕大多數突變為有害突變，難以篩選到有益突變**突變頻率太低：則會導致文庫中幾乎全是野生型群體**連續易錯

PCR策略---即將一次擴增得到的有益突變基因作為下一次擴增的模板，連續反復地進行隨機誘變，使每一次擴增得到的正向突變累積而產生重要的有益突變。

目前二十九頁\總數八十四頁\編于十八點（2）DNAshufflingandDNAfamilyshufflingDNAshuffling（改組）：將已獲得的存在于不同基因中的正向突變匯聚在一起，形成新的突變基因庫；目的是創造讓親本基因群中的突變基因組合的機會，以致更大的變異，獲得最佳突變組合的蛋白質（又稱有性PCR,有性進化）目前三十頁\總數八十四頁\編于十八點表1部分DNA改組技術的研究成果目前三十一頁\總數八十四頁\編于十八點DNAfamilyshuffling：采用進化上相關的一系列基因，即來自不同種屬的同源基因，進行DNAshuffling，可獲得更高的有益突變率。例如：Stemmer等對4個來源于不同種屬的頭孢菌素酶基因進行了改組研究，4個基因同時改組后的效果增加了270,540倍，而單個基因改組后的效果僅為改組前的8倍。目前三十二頁\總數八十四頁\編于十八點

2、定位突變在已知DNA序列中替換、插入或刪除一定長度的核苷酸片段優點：突變率高，簡單易行和重復性好方法：（1）寡核苷酸介導的定點突變如盒式突變(cassettemutagenesis)又稱片段取代法(DNAfragmentreplacement)

利用一段人工合成的含基因突變序列的寡核苷酸片段，取代野生型基因中的相應序列（2）PCR介導的定點突變目前三十三頁\總數八十四頁\編于十八點盒式突變利用一段人工合成的含有突變序列的寡核苷酸片段，取代野生型基因中的相應序列，從而達到定點突變的目的實施時，要求靶DNA插入點兩側有合適的限制酶單一切點

目前三十四頁\總數八十四頁\編于十八點PCR重疊延伸的插入誘變（InsertionMutagenesisbyPCROverlapExtension）

設計并合成兩套用于PCR擴增的引物，分別用于目的基因兩側半序列的擴增，但在這兩套引物的5'-端均添加了欲插入的互補序列；經PCR擴增后的產物，通過此互補序列進行重疊延伸，生成完整的雙鏈DNA，即可將新的序列引入目的基因中目前三十五頁\總數八十四頁\編于十八點PCR融合的缺失誘變

（DeletionMutagenesisbyPCRFusion）

使用兩套引物分別擴增欲缺失片段兩側的序列（此兩套引物的5‘-端序列互補）；利用兩套擴增產物5'-端的互補序列進行退火重疊并進行第二輪PCR延伸，獲得完整的突變體目前三十六頁\總數八十四頁\編于十八點例子：S.pn的ply146aa缺失的突變序列構建

S.Pn的ply為一細胞毒性分子，其146位aa缺失后毒性大大減弱。構建突變體作為疫苗：首先設計4個引物：（M1和M2完全重疊）P1:5’-CGGGATCCATGGCAAATAAAGCAGTAAATG-3’BamHIP2:5’-CCGCTCGAGCAAGCATTCTCCTCTCCTAGTC-3’XhoIM1:5’-GGTCAATAATGTCCCA---AGAATGCAGTATG-3’M2:5’-CATACTGCATTCT---TGGGACATTATTGACC-3’目前三十七頁\總數八十四頁\編于十八點突變位點M2M1P2P15’5’5’3’3’5’為酶切位點序列以基因組DNA為模板，以P1和M1為引物擴增出ply上游片斷，以P2和M2為引物擴增出ply下游片斷，以上下游片斷為模板，以P1和P2為引物，擴出全長，酶切后克隆到質粒，測序鑒定。目前三十八頁\總數八十四頁\編于十八點溶血活性檢測突變蛋白的表達純化圖1.獲得目的突變蛋白，純度在85%以上圖2.△Ply為突變蛋白，其不具有溶血活性。目前三十九頁\總數八十四頁\編于十八點2-6蛋白質工程的應用舉例1）定點突變與蛋白質藥物工程：如胰島素2）以融合蛋白形式提高活性3）定點突變提高酶的穩定性4）抗體工程：嵌合抗體和生產人源化的抗體等目前四十頁\總數八十四頁\編于十八點1）人胰島素改造人胰島素結構：

A鏈有21個氨基酸（11種）

B鏈有30個氨基酸（15種）共16種51個氨基酸組成A7(Cys)-B7(Cys)、A20(Cys)-B19(Cys)四個半胱氨酸中的巰基形成兩個二硫鍵，連接A、B兩鏈A鏈中，A6(Cys)與A11(Cys)之間存在一個二硫鍵

目前四十一頁\總數八十四頁\編于十八點20世紀90年代中后期利用基因重組技術，通過對“天然人胰島素”的氨基酸序列進行局部修飾，研發出一類新的降糖激素——“人胰島素類似物”非胰島素，但可與胰島素受體相結合，降糖效力堪與人胰島素媲美，且其藥代動力學的某些特點比目前臨床使用的胰島素更加符合生理需求其面世，大大改進了糖尿病的胰島素治療效果目前四十二頁\總數八十四頁\編于十八點（1）速效人胰島素類似物aspart（諾和銳）諾和銳是中國上市的第一個速效胰島素類似物分子的聚合減少，從而迅速地解離為單體，吸收更快。藥代動力上的改變：皮下注射后10～20分鐘起效，可有效降低餐后血糖。使其更快、更強、更方便。lispro（賴脯胰島素）：將原來胰島素b鏈上28位的脯氨酸與29位的賴氨酸

位置互換。目前四十三頁\總數八十四頁\編于十八點（2）長效人胰島素類似物（1）來得時（lantus，甘精胰島素）特點：等電點由5.4到7.0，藥物吸收緩慢穩定，作用持久。（3）高效胰島素

HisB10Asp,活力是天然胰島素的11.7倍。目前四十四頁\總數八十四頁\編于十八點

2）融合蛋白形成提高活性腦啡肽N端5肽線形結構是與δ型受體結合的功能域干擾素（IFN）是廣譜抗病毒、抗腫瘤的細胞因子黎孟楓：化學合成該5肽的編碼區，通過一“連接3肽”的編碼區與人α1-IFN基因連接成重組DNA分子，以大腸桿菌為生物反應器，表達這一融合蛋白結果：明顯提高其抑瘤活性（人結腸腺癌細胞和多形膠質瘤細胞為模型）目前四十五頁\總數八十四頁\編于十八點圖5.DnaJ-?Ply和?Ply-DnaJ蛋白抗原性的WesternBlot分析?Ply-DnaJ融合蛋白提高抗原的免疫原性1、是否具有抗原性分析M：蛋白marker1：?Ply-DnaJ2：DnaJ-?PlyDnaJ-?Ply和?Ply-DnaJ蛋白都可以被DnaJ和Ply的抗血清識別M1212DnaJPly目前四十六頁\總數八十四頁\編于十八點血清中抗DnaJ特異性IgG效價唾液中抗DnaJ特異性sIgA效價2、抗原性是否提高的分析目前四十七頁\總數八十四頁\編于十八點3、對S.pn鼻咽部及肺部定植的保護效果分析S.pnCMCC(B)31693(serotype19F)1×108CFUi.n.粘膜免疫DnaJ-?Ply能夠顯著降低S.pnCMCC(B)31693(serotype19F)的鼻咽部及肺部定植，與DnaJ組相比*P<0.05，***P<0.001目前四十八頁\總數八十四頁\編于十八點

3）提高酶蛋白質的穩定性

葡萄糖異構酶（GI）

在工業上廣泛應用于高果糖漿的生產。將其體外定點誘變：138位的Gly變

Pro含突變體的重組質粒在大腸桿菌中表達結果：突變型GI比野生型的熱半衰期長一倍最適反應溫度提高10～12℃酶比活相同目前四十九頁\總數八十四頁\編于十八點T4溶菌酶：

第3位異亮氨酸突變為半胱氨酸，與97位形成二硫鍵，熱穩定性顯著提高。目前五十頁\總數八十四頁\編于十八點（1）嵌合抗體4）抗體工程如：用于治療直腸結腸腺癌的Mab17-1A是第一個被FDA批準用于癌癥治療的嵌合單抗目前五十一頁\總數八十四頁\編于十八點（2）人源化抗體盡管嵌合抗體的免疫原性已降低很多，但是有時仍可能引發較強的免疫反應.CDR：Ig可變區,

與抗原識別直接相關，是Ig的抗原結合部位，故稱為互補決定區.“CDR移植技術”把鼠抗體的CDR序列移植到人抗體的可變區，產物被稱為CDR移植抗體或改型抗體，也即人源化抗體.該移植術可進一步降低鼠源成分，從而進一步減少免疫反應目前五十二頁\總數八十四頁\編于十八點第一個臨床上應用的人源化抗體CAMPATH－1H,用于治療淋巴肉芽腫病和風濕性關節炎，盡管療效顯著，但仍有半數以上的患者有免疫反應ANTI－CD33被用于治療脊髓性白血病，其免疫反應較少。目前五十三頁\總數八十四頁\編于十八點蛋白質工程小結蛋白質工程匯集了當代分子生物學等多學科的一些前沿領域的最新成就。它把核酸與蛋白質結合、蛋白質空間結構與生物功能結合起來研究，開創了按照人類意愿改造、創造符合人類需要的蛋白質的新時期。

它將蛋白質與酶的研究推進到嶄新的時代，為蛋白質和酶在工業、農業和醫藥方面的應用開拓了誘人的前景。目前五十四頁\總數八十四頁\編于十八點3酶工程（EnzymeEngineering）3-1酶工程及其相關概念3-2酶工程發展簡史3-3國內外酶制劑工業的現狀3-4酶工程的熱點和展望3-5常見的酶在生產和生活中的應用目前五十五頁\總數八十四頁\編于十八點

3-1酶工程及其相關概念

1）酶及酶工程的定義（1）酶（enzyme)

生物催化劑（biocatalyst）

由活細胞產生

在細胞內、外對其特異底物起高效催化作用

本質是蛋白質和RNA

目前五十六頁\總數八十四頁\編于十八點**優點：常溫、常壓下發揮作用許多反應如無酶催化時，則需要在高溫、高壓、極端的pH條件下才能進行而以酶為催化劑則可在常溫、常壓及中等的pH條件下進行生物催化（Biocatalysis）：利用酶或有機體（細胞或細胞器等）作為催化劑實現化學轉化的過程。目前五十七頁\總數八十四頁\編于十八點

（2）酶工程定義

1）“酶工程”一詞1971年問世

是由酶學理論與化學工程技術、基因工程技術、微生物學技術相結合而產生的一門新的技術學科，是現代生物技術的主要組成部分之一；

它從應用的角度，研究酶的生產及其在各方面的應用，即是酶的生產和應用的技術過程。

目前五十八頁\總數八十四頁\編于十八點

酶工程=酶制劑的生產+酶制劑的應用酶制劑生產和應用的大致過程：目前五十九頁\總數八十四頁\編于十八點

2）酶工程分類

(1)化學酶工程（初級酶工程）酶學與化學工程技術相結合的產物主要研究內容：自然酶的開發酶的化學修飾酶的固定化酶反應器和酶的應用

(2)生物酶工程（高級酶工程）在化學酶工程基礎上發展的、酶學與現代分子生物學技術相結合的產物其研究包括：酶基因的克隆表達酶的遺傳修飾酶的遺傳設計

目前六十頁\總數八十四頁\編于十八點

3-2酶工程發展簡史

目前六十一頁\總數八十四頁\編于十八點1）酶的發現及相關研究（1）1684年，比利時醫生Helment提出“酵素”概念,指引起釀酒過程中物質變化的因素（2）1777年，意大利科學家Spallanzani的山鷹實驗（3）1822年，美外科醫生Beaumont研究食物在胃里的消化（4）1836年，德國科學家施旺獲得胃蛋白酶（5）1878年，德國科學家庫尼（K?hne）提出

“enzyme”—希臘文的“inyeast”（6）1897年，德國巴克納（Buchner）證明發酵是酶作用的化學本質以及酶的細胞外作用現象，奠定了酶的商品化生產的基礎目前六十二頁\總數八十四頁\編于十八點1822年18歲的加拿大人圣馬丁因槍支走火不幸將肚子打了個小孔，經外科醫生博蒙特（WilliamBeaumont）給他包扎冶療，在胃部和體表之間遺留下一個永久性的瘺管。博蒙特突發奇想，何不用圣馬丁的胃當實驗室，觀察食物的消化情況？征得圣馬丁的同意，他讓圣馬丁住在家中，通過胃瘺吸取胃液做試驗。經過11年的觀察，博蒙特公布了他的實驗結果：“胃液是一種最普通的天然溶劑，它能溶解各種食物，即使是堅硬的骨頭也經不住溶解；并且，胃液對食物的作用純粹是一個化學過程。隨后，人們又經過一系列的化學實驗，終于發現黃色胃液的化學成分中最精華的成分是胃蛋白酶（施旺，1836）。從此，生物體內最重要的蛋白質——酶開始登上了歷史舞臺目前六十三頁\總數八十四頁\編于十八點（7）1926年美國的薩姆那（Sumner）從刀豆中得到脲酶結晶，首次提出酶的蛋白質本質（8）1963年測定第一個牛胰RNaseA序列（124aa）（9）1965年揭示卵清溶菌酶的三維結構（129aa）（10）1970美國Smith發現限制性內切酶

（11）核酶的發現，改變了有關酶的概念

**1982年，Cech等人發現四膜蟲細胞的26SrRNA前體具有自我剪接功能，將這種具有催化活性的天然RNA稱為核酶—Ribozyme**1983年，Altman等人發現RNaseP的RNA組分具有加工tRNA前體的催化功能；而RNaseP中的蛋白組分則沒有催化功能，只起穩定構象的作用（美國T.Cech和Altman于1989年共獲諾貝爾化學獎）目前六十四頁\總數八十四頁\編于十八點（1）酶工程的雛形最原始的酶工程要追溯到游牧時代，是人們對酶的“無意識”應用：通過happyaccident，發現并利用動物的胃液來凝固牛乳（凝乳酶）制奶酪，以便于貯存人類在4000多年前就已掌握的釀酒和制醬技術，也是酶作用的結果春秋戰國時期已知用麴(曲)治療消化不良2）酶工程及酶工業的發展目前六十五頁\總數八十四頁\編于十八點（1）1894年日本的高峰讓吉從米曲霉中制備得到淀粉酶，用作消化劑，開創了近代酶的生產和應用先例。在開發使用酶的早期，商品酶制劑主要以動植物為原料來提取，包括：

從豬的胰臟中取得胰蛋白酶來軟化皮革

從木瓜的汁液中取得木瓜蛋白酶來防止啤酒混濁

用大麥麥芽的多種酶來釀造啤酒

從牛胃中提取凝乳酶

從血液中提取凝血酶

從植物材料中提取淀粉酶等

由于受到原料來源和分離純化技術的限制，難于進行大規模的工業化生產（2）酶工程的形成目前六十六頁\總數八十四頁\編于十八點（2）自1945年，隨著微生物培養技術、發酵工業和設備的漸漸完善，利用微生物來獲得商品化酶制劑已形成規模化產業，所能夠制備的酶制劑品種愈來愈多，并開辟了廣闊的市場迄今，以微生物為酶制劑來源仍占據酶工程的半壁江山。（3）1960年，法國的雅各（Jacob）和莫諾德（Monod）提出操縱子學說，闡明了酶生物合成的調節機制，為酶的生物合成調節提供了理論依據，推動了酶發酵生產技術。目前六十七頁\總數八十四頁\編于十八點（4）20世紀50年代后，由于酶制劑生產技術的發展，酶的應用也越來越廣泛，包括:食品加工制革工業紡織工業醫療衛生能源開發環境工程氨基酸、有機酸和半合成抗生素的合成工業目前六十八頁\總數八十四頁\編于十八點優點：1、不溶于水，易于與產物分離2、可反復使用3、可連續化生產4、穩定性好缺點：

1、固定化過程中酶易失活

2、需要純化的酶5）1969：日本固定化氨基酰化酶，第一次將固定化酶成功地應用于工業生產——酶工程誕生目前六十九頁\總數八十四頁\編于十八點（6）20世紀80年代迅速發展的動植物細胞培養技術，也為酶的生產提供了一條新途徑---將其在人工控制的生物反應器中進行培養，通過細胞的生命活動，得到人們所需的各種產物，包括各種酶

通過植物細胞培養獲得SOD,木瓜蛋白酶、木瓜凝乳蛋白酶、過氧化物酶、糖化酶、糖苷酶等

通過動物細胞培養得到血纖溶酶原激活劑、膠原酶等

α-淀粉酶、糖化酶、葡萄糖異構酶、果膠酶、凝乳酶、乳糖酶、脂肪酶、各種蛋白酶等，已經商品化目前七十頁\總數八十四頁\編于十八點生物酶潤澤面膜：含有木瓜蛋白酶膠囊，具有卓越清除老廢角質、污垢和護膚功效。

1990年推出的SOD系列化妝品，是中國首家從植物中提取超氧化物歧化酶（SOD）當作化妝品原料生產的護膚品，具有養顏、防曬、增白的雙重功效。酶的用途舉例1-護膚品目前七十一頁\總數八十四頁\編于十八點酶制劑已成為現代醫藥工業必不可少的一種重要原料。占全球抗生素產品銷售額70％的β內酰胺類抗生素（青霉素與頭孢菌素類）其原料生產就離不開酶，其中包括青霉素酰化酶、青霉素裂解酶以及可將６-APA擴環成為７-ADCA（半合成頭孢菌素的主要原料）的特種酶等等。葡萄糖異構酶：用于生產高果糖漿，是目前世界上生產規模最大的一種固定化酶。酶的用途舉例2-醫用酶目前七十二頁\總數八十四頁\編于十八點

（7）酶改性天然酶除了具有高效、專一的優點之外，同時也存在著一些不足--酶活力不足、穩定性較差--本質是蛋白質，遇到高溫、強酸/堿時其活性就會降低，甚至完全失活；非極性原料溶解度差，難以獲得非極性產物等。手段：酶分子修飾、酶的非水相催化和酶的定向進化等目前七十三頁\總數八十四頁\編于十八點（8）新一代酶工程

通過基因重組來改造酶的特性及生產酶的微生物特性，以建立優良的生產體系，是最新一代的酶工程。它可以：**改善原有酶的各種性能

如：提高酶產量、增加酶的穩定性、更易提取和應用等**可將有害的、未獲批準的微生物產生的酶基因或生長緩慢的動植物的酶基因克隆到安全的、迅速生長的產量很高的微生物體內，以提高酶產量和改善酶品質。目前七十四頁\總數八十四頁\編于十八點

世界上最大的工業酶制劑生產廠商丹麥的諾和諾德公司(NovoNordisk)生產酶制劑的菌種中約80%是

基因工程菌。例如：尿激酶是治療腦血栓的特效藥以前：從人尿中提取，繁瑣，產量也非常有限現在：從人腎細胞中分離出尿激酶基因，通過DNA重組和重組分子對大腸桿菌的轉化，便可讓該工程菌來生產人尿激酶；生產效率大大提高目前七十五頁\總數八十四頁\編于十八點

再如：通過基因重組改造并獲得產酶性能優秀的菌種，最典型例子是α-淀粉酶的生產：最初從豬胰提取隨著酶工程進展，用芽孢桿菌來生產：

1m3菌液中的酶量=幾千頭豬的胰臟的酶量后來，酶工程學家將這種芽孢桿菌的α-淀粉酶基因與枯草桿菌的DNA重組，獲得的菌“繁殖更快、產生的α-淀粉酶性能更好”，產量提高數千倍。所以，有人說“基因工程是生物工程的靈魂”

目前七十六頁\總數八十四頁\編于十八點（9）酶的分離純化技術的進展將生產出來的酶進行分離純化，以提高酶純度的技術。

經過各國科學家的不懈努力，這些技術得到逐步改進，酶的生產水平不斷提高，為酶的應用提供了堅實的基礎。目前七十七頁\總數八十四頁\編于十八點（10）人工酶（synzymes)的研究近年，酶工程的一個新的熱門課題是人工合成新酶，也就是人工酶，即人工合成的具有類似酶活性的高聚物，其必需具有2個特殊部位：一是底物結合位點（容易），一是催化位點（難！！）合成人工酶的難度很大，它要求人們弄清楚：*酶是如何進行催化的？*催化作用的關鍵部位？*這些關鍵部位有什么特點？

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最后，對人工酶還有另一層要求，那就是簡單、經濟目前七十八頁\總數八十四頁\編于十八點基因工程蛋白質工程發酵工程