酶學及酶工程1章課件

酶學及酶工程EnzymologyandEnzymeEngineering田維熙教授中國科學院研究生院介紹教師田維熙，中國科學院研究生院生物系教授，博士生導師，生物系副主任。中國科學院研究生院78級研究生，生物化學專業(yè)，師從鄒承魯院士，主攻酶學。80年代在美國做4年訪問學者及博士后研究。從事脂肪酸合酶的作用機理，結構與功能，活性控制，抑制劑及其應用，酶動力學等研究和酶學教學工作。曾獲國家自然科學二等獎及中科院自然科學一等獎。已在國內外學術刊物及學術會議發(fā)表約50篇研究論文。辦公室：大樓915；Tel:88256353實驗室：大樓919，921；Tel:88256346Email:tianweixi@助教李兵輝，田維熙教授的博士生。現進行脂肪酸合酶抑制劑及其應用和酶動力學的研究工作。已在國際SCI收錄的學術刊物發(fā)表研究論文2篇；在全國性學術會議發(fā)表研究論文1篇，投送1篇。實驗室：大樓921；Tel:88256346Email:libinghui@第一章緒論歷史回顧和課程介紹酶學的回顧：古代最早酶的利用：食品加工，面包，酒，醋及奶酪等利用微生物來源的酶：發(fā)酵。釀酒：BC2100古巴比倫Hammurabi典籍記載；中國商代“酒池肉林”，釀酒業(yè)已很發(fā)達，BC1300前；古羅馬，希臘，埃及，印度等都有相關記載。釀醋出現的時間幾乎和釀酒同步，用于制作和儲存食品，還用于醫(yī)藥目的。利用植物和動物來源的酶：奶酪制作：古意大利記載，使用無花果樹的汁和牛胃膜（含凝乳酶）。酶學的回顧：近代十九世紀末，科學家開始探索純的催化活性物質。1897年Bertrand由3種樹汁液中部分純化了漆酶。Kühne研究了酵母提取物，并首次使用了enzyme這個詞（來源于拉丁文enzymos，意指和面包發(fā)酵過程有關）。酶的催化專一性的特點被科學家關注，“鎖和鑰匙”模型設想在此時被提出。1903年，VictorHenri首次對酶動力學過程做了描述。至1913年Michaclis和Menten進一步推進了Henri的工作，導出了米氏公式，奠定了酶動力學的最早的基礎。MaudMenten:oneofthefirstwomendoctorsinCanadain1911酶學的回顧：近代二十世紀酶學進入快速發(fā)展。前半期，過渡態(tài)理論解釋了酶催化的物理化學機理（LinusPauling，1948）。50－60年代Koshland提出了誘導契合模型，此時有關酶活性調節(jié)的理論也被提出。1965年Monod，Wyman和Changeux提出了別構理論。與此同時，Clealand發(fā)展了多底物多產物的酶動力學原理和公式。酶學的回顧：近代1957年，另一個重要進展：Sanger報道了胰島素的氨基酸系列，這是第一次闡明一個蛋白質的氨基酸全系列。1963年第一個酶的氨基酸系列被報道（核糖核酸酶）。從此，酶的結構與功能和它的氨基酸系列全面掛鉤。一級結構決定三級結構，進而決定其功能，這正是生物學中心法則得以成立的基礎。

酶學今日現代酶學已成為現代生物學的重要組成部分。酶學和生物學的其它部分正在互相滲透日益融合。對酶學的研究使我們日益了解生命的本質和奧妙。通過對酶活性的調控和改造已在人類健康，農業(yè)生產，環(huán)境保護等方面取得眾多應用成果。酶抑制劑可能作為重大疾病的藥物（發(fā)表于1992）課程內容教學大綱：第一章緒論第二章酶的性質及制備酶的性質，催化反應，酶的提取，分離提純。第三章酶的結構與功能酶的化學結構與空間結構，溶液構象，去折疊與重折疊，別構酶及代謝調控，典型酶分析。第四章酶學研究進展課程內容第五章酶動力學單分子和多分子酶動力學，抑制動力學，pH影響的動力學，鄒氏理論—酶動力學的新進展。第六章酶的功能基團及抑制劑功能基團及其作用，功能基團的修飾，酶抑制劑及應用實例，親和標記及其判定，必需基團數目測定。第七章酶工程概述，模擬酶。以酶學為主，酶工程的內容為概述及融入其它章節(jié)內容中。

酶工程的發(fā)展歷史50年代，由微生物發(fā)酵液中分離出一些酶，制成酶制劑。60年代后，由于固定化酶、固定化細胞崛起，使酶制劑的應用技術面貌一新。70年代后期以來，由于微生物學、遺傳工程及細胞工程的發(fā)展為酶工程進一步向縱深發(fā)展帶來勃勃生機。

酶生物反應器：提高催化效率、簡化工藝，從而增加經濟效益。結合固定化技術．業(yè)已發(fā)展成酶電極、酶膜反應器、免疫傳感器及多酶反應器等新技術。這在化學分析、臨床診斷與工業(yè)生產過程的監(jiān)測方面成為很有價值的應用技術。

制約因素（自然酶工業(yè)應用）大多數酶脫離其生理環(huán)境后極不穩(wěn)定，而酶在生產和應用過程中的條件往往與其生理環(huán)境相去甚遠；酶的分離純化工藝復雜；酶制劑成本較高。

分類化學酶工程：自然酶、化學修飾酶、固定化酶及化學人工酶的研究和應用生物酶工程：酶學和以基因重組技術為主的現代分子生物學技術相結合的產物：①用基因工程技術大量生產酶(克隆酶)；②修飾酶基因產生遺傳修飾酶(突變酶)；③設計新的酶基因合成自然界不曾有的新酶。酶存在形式自由酶（游離酶）固定化酶：①穩(wěn)定性高；②可反復使用；③產物純度高，副產物少，從而有利提純；④生產可連續(xù)化、自動化；⑤設備小型化，節(jié)約能源等。固定化細胞：在實際應用方面已大大超過固定化酶。瑞典Mosbach等提出一種利用高分子聚合物包埋各種細胞的通用的固定化方法，能固定細菌、酵母、動植物細胞及人工組建的細胞，生產各種代謝產物。酶分子的改造和修飾改造：改變酶蛋白一級結構的過程，德重等將L-天冬氨酸酶的活力提高3~6倍修飾：改變酶蛋白側鏈基因的共價狀況，Davis等以聚乙二醇修飾治療白血病的特效藥L-天冬酰胺酶，使其抗原性完全解除。酶抑制劑：重要抗生素；在代謝控制、生物農藥、生物除草劑等方面發(fā)揮特殊作用，其低毒性受到國際產業(yè)部門的重視。預料出現一批基因工程表達的酶制劑親和層析技術仍將得到廣泛應用異體酶的抗原性將得到解決酶活性的控制方面將會有較大突破在化學合成工業(yè)中，酶法生產將有重大貢獻模擬酶、酶的人工設計合成、抗體酶、雜交酶將成為活躍的研究領域非水系統酶反應技術(反向膠束中的酶促反應、有機溶劑中的酶反應)仍將是研究熱點之一。教學內容和方法的特點1.和國內院校酶學教學相比，對酶動力學內容有一定側重。1）和國際接軌；2）重點解決難點；3）發(fā)揮教師特長。2.理論和方法并重。和一般專業(yè)基礎課相比更偏重于研究方法。3.有一定的課外練習。記分，占成績的30％，考試占70％（課堂開卷）。2004年春季學期課程安排2月16日第一章緒論（課程介紹）。2月18日第二章酶的性質及制備。1節(jié)酶的性質及活性測定2月23日2節(jié)酶的催化反應2月25日3節(jié)酶的提取3月1日4節(jié)酶的提純3月3日4節(jié)酶的提純課程安排（續(xù)）3月8日第三章酶的結構與功能。1節(jié)酶的空間結構及測定3月10日2節(jié)去折疊與重折疊研究3月15日3節(jié)酶的溶液構象測定3月17日4節(jié)酶的催化機理3月22日5節(jié)酶的活性部位相關理論3月24日6節(jié)酶的活性調控及別構效應3月29日7節(jié)典型酶的結構功能分析課程安排（續(xù)）5月10日第六章酶的功能集團及抑制劑。1節(jié)功能集團及其化學修飾5月12日1節(jié)功能集團及其化學修飾5月17日2節(jié)親和標記及其判定5月19日3節(jié)酶抑制劑及其應用5月24日4節(jié)必需集團數目測定；練習講解5月26日第七章酶工程概述。5月31日第四章酶學研究進展。6月2日考試參考書及文獻許根俊《酶的作用原理》科學出版社，1984袁勤生《現代酶學》華東理工大學出版社，2001何忠效等，《現代生物技術概