酶工程的應(yīng)用畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、論文摘要……………………………………………………………3</p><p>　　二、酶工程的應(yīng)用………………………………………………………4</p><p>　　1.酶工程的基本概念和技術(shù)…………………………………… 4</p><p>　　2.

2、在食品領(lǐng)域的應(yīng)用………………………………………………4</p><p>　　3.在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用………………………………………………5</p><p>　　4.結(jié)語………………………………………………………………6</p><p>　　三、參考文獻(xiàn)……………………………………………………………7</p><p><b>　　一．&l

3、t;/b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　簡要論述了酶的基本相關(guān)概念及酶工程技術(shù),如酶的固定化技術(shù)的概念、性質(zhì)及應(yīng)用。同時(shí)介紹了酶工程與食品和醫(yī)藥等方面的應(yīng)用，并對(duì)酶工程的一些發(fā)展前景作出展望。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 酶 酶工程 應(yīng)用</p><p><b>　

4、　二．酶工程的應(yīng)用</b></p><p>　　1. 酶工程的基本概念和技術(shù)</p><p>　　酶工程主要指天然酶制劑在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用,由4 個(gè)部分組成:酶的產(chǎn)生、酶的純化、酶的固定化、生物反應(yīng)器</p><p>　　1. 1 　酶的產(chǎn)生</p><p>　　酶是生物細(xì)胞原生質(zhì)合成且具有高度催化活性的蛋白質(zhì)。因其來源于生物體

5、，故通常</p><p>　　稱為"生物催化劑"。世界酶制劑工業(yè)從19世紀(jì)末誕生，二次世界大戰(zhàn)后抗生素工業(yè)的通風(fēng)攪拌發(fā)酵技術(shù)的利用，使微生物酶制劑工業(yè)得到迅速發(fā)展。而20世紀(jì)后期遺傳工程'蛋白質(zhì)工程等現(xiàn)代生物技術(shù)的研究成果，則促使世界酶制劑工業(yè)持續(xù)地高速發(fā)展，成為生物工程4大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)中最早產(chǎn)業(yè)化的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。由于生物酶催化的優(yōu)越性，對(duì)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)在開發(fā)新品種。提高質(zhì)量、節(jié)約原料和能源。降低

6、成本、保護(hù)環(huán)境方面產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，所以，這一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到我國政府的高度重視。</p><p>　　酶具有改善食品品質(zhì)和加工性能，酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用日益深入和廣泛，極大地促進(jìn)了酶制劑工業(yè)的發(fā)展。酶的來源及其性質(zhì)也關(guān)乎食品質(zhì)量安全，特別是隨著生物技術(shù)的發(fā)展，通過基因工程手段改造部分微生物的基因，從而改變酶蛋白的基本結(jié)構(gòu)，達(dá)到強(qiáng)化酶在某方面功能特性目的的</p><p>　　酶

7、的生產(chǎn)是各種生物技術(shù)優(yōu)化與組合的過程。分為生物提取法、生物合成法和化學(xué)合成法三種,其中生物提取法是最早采用而沿用至今的方法,生物合成法是20 世紀(jì)60 年代以來酶生產(chǎn)的主要方法,而化學(xué)合成法至今仍處在實(shí)驗(yàn)室研究的階段[2 ] 。提取分離法是采用各種提取、分離、純化技術(shù)從動(dòng)物、植物、器官、細(xì)胞或微生物細(xì)胞中將酶提取出來。生物合成法是利用微生物細(xì)胞、植物細(xì)胞或動(dòng)物細(xì)胞的生命活動(dòng)而獲得人們所需酶的技術(shù)過程?；瘜W(xué)合成法因其成本高,而且只能合成那

8、些已經(jīng)弄清楚其化學(xué)結(jié)構(gòu)的酶,所以這種方法難以工業(yè)化生產(chǎn)。</p><p>　　1. 2 酶的純化</p><p>　　酶的提純手段一般都是依據(jù)酶的分析大小、形狀、電荷性質(zhì)、溶解度、專一結(jié)合位點(diǎn)等性質(zhì)而建立的。要得到純酶,一般需要將各種方法聯(lián)合使用。最常用的純化方法有根據(jù)溶解度特性的沉淀法;根據(jù)電荷極性的離子交換層析、等電點(diǎn)聚焦電泳等;根據(jù)大小或重量的離心分離、透析、超濾等;根據(jù)親和部位

9、的親和層析、共價(jià)層析等。</p><p>　　1. 3 　酶的固定化技術(shù)</p><p>　　酶是由生物體產(chǎn)生的具有催化活性的蛋白質(zhì),它能特定地促成某個(gè)化學(xué)反應(yīng)而本身卻不參加反應(yīng),具有反應(yīng)效率高、條件溫和、反應(yīng)產(chǎn)物污染小、能耗低、反應(yīng)容易控制等特點(diǎn)。這是任何無機(jī)催化劑都無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。但因?yàn)槊傅幕瘜W(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),其最大弱點(diǎn)是不穩(wěn)定性,對(duì)酸、堿、熱及有機(jī)溶液容易發(fā)生酶蛋白的變性作用,從而降低

10、或失去活性。而且酶往往在溶液中進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)以后會(huì)殘留在溶液系統(tǒng)中不易回收,造成最終產(chǎn)品生化分離提純操作上的麻煩。加之酶反應(yīng)只能分批進(jìn)行,難于連續(xù)化、自動(dòng)化操作,這大大地阻礙了酶工程的發(fā)展應(yīng)用。為克服上述缺點(diǎn),要將游離酶固定化后進(jìn)行應(yīng)用。固定化酶技術(shù)是把從生物體內(nèi)提取出來的酶,用人工方法固定在載體上。由于固定化酶的運(yùn)動(dòng)被化學(xué)或物理的方法限制了,能將其從反應(yīng)介質(zhì)中回收,所以它原則上能在批量操作或連續(xù)操作中重復(fù)使用酶。固定化酶技術(shù)是酶工程的

11、核心,它使酶工程提高到一個(gè)新水平。固定化酶具有如下性質(zhì):酶的穩(wěn)定性提高;最適pH 值改變;酶的活性和催化底物有所變化;最適溫度有所提高。酶固定化處理后一般穩(wěn)定性有較大提高,對(duì)溫度適應(yīng)范圍增大,對(duì)抑制劑和蛋白酶的敏感性降低;反應(yīng)完成后可通過簡單的方法回收酶,酶活力</p><p>　　1.4 酶催化技術(shù) </p><p>　　傳統(tǒng)的酶催化反應(yīng)主要在水相中進(jìn)行，但自1987年Kilibanov

12、等[3]用脂肪酶粉或固定化酶在幾乎無水的有機(jī)溶劑中成功地催化合成了肽以及手性的醇、脂和酰胺以來，對(duì)酶在非水相介質(zhì)的催化反應(yīng)技術(shù)的開發(fā)及研究報(bào)道迅速增加，特別在手性藥物的不對(duì)稱合成及手性藥物拆分的生物技術(shù)開發(fā)中得到了很多應(yīng)用。目前非水相中的酶催化技術(shù)已衍生出以下幾類體系：①水與有機(jī)溶劑的互溶均相體系；②水與有機(jī)溶劑形成的兩相或多相體系；③單相有機(jī)溶劑體系；④反膠束體系；⑤超臨界液體；⑥低溫體系等。不同的介質(zhì)體系都有各自的適用范圍，研究在不

13、同介質(zhì)中的酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)平衡以及酶催化機(jī)制將對(duì)某一特定催化反應(yīng)所需介質(zhì)的篩選和使用起到十分重要的指導(dǎo)意義，樊可可和歐陽平凱在兩相體系酶催化反應(yīng)介質(zhì)的選取方面做了很多的實(shí)驗(yàn)及理化研究，已初步歸納出經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證行之有效的兩相體系中酶促肽鍵合成反應(yīng)介質(zhì)的篩選原則。</p><p>　　2.酶工程在食品領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p>　　2.1 　酶的固定化技術(shù)的應(yīng)用</p>&

14、lt;p>　　2.1.1 　固定化葡萄糖異構(gòu)酶在高果糖漿生產(chǎn)中的應(yīng)用　</p><p>　　固定化葡萄糖異構(gòu)酶是世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的一種固定化酶,1973 年就已應(yīng)用在工業(yè)化生產(chǎn),它可以用來催化玉米糖漿和淀粉生產(chǎn)高甜度的高果糖糖漿[4 ] 。用淀粉生產(chǎn)高果糖漿包含三步: (1)用淀粉酶液化淀粉; (2) 用糖化酶將其轉(zhuǎn)化為葡萄糖,即糖化; (3) 用葡萄糖異構(gòu)酶將葡萄糖異構(gòu)為果糖。</p>&

15、lt;p>　　2. 1.2 　固定化酶用于水解牛奶中的乳糖　</p><p>　　牛奶中含有4. 3 %～4. 5 %的乳糖?；既樘敲溉狈ΠY的人飲用牛奶后將導(dǎo)致不良后果。用乳糖酶可以將乳糖分解為組成乳糖的兩個(gè)單糖: 半乳糖和葡萄糖。用固定化乳糖酶反應(yīng)器可以連續(xù)處理牛奶,將乳糖分解,用于連續(xù)化生產(chǎn)低乳糖奶。該技術(shù)已于1977年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。此外,乳糖在溫度較低時(shí)易結(jié)晶,用固定化乳糖酶處理后,可以防止其在冰淇淋類

16、產(chǎn)品中結(jié)晶,改善口感,增加甜度。固定化乳糖酶還可以用來分解乳糖,制造具有葡萄糖和半乳糖甜味的糖漿。</p><p>　　2. 2　果蔬加工中的應(yīng)用</p><p>　　水果蔬菜加工中最常用的有果膠酶,纖維素酶,半纖維素酶,淀粉酶,阿拉伯糖酶等。其中果膠酶已成為許多國家果汁、蔬菜汁加工的常用酶之一。利用果膠酶可以明顯提高果汁澄清度,增加果汁出汁率,降低果汁相對(duì)黏度,提高果汁過濾效果。果膠酶主

17、要由滋生物來生產(chǎn),人們通過一系列誘變育種技術(shù),可以篩選優(yōu)良菌種[3 ] 。隨著人們對(duì)天然健康食品的不斷需求,近年來,采用果膠酶和其他的酶(如纖維素酶等) 處理可以大大提高出汁率,簡化工藝步驟,并且可制得透明澄清的蔬菜汁。再經(jīng)過種種調(diào)配就可以制成品種繁多的飲料食品,如胡蘿卜汁,南瓜汁,番茄汁,洋蔥汁飲料等。葡萄糖氧化酶可用于果汁脫氧化,國內(nèi)外對(duì)其生產(chǎn)及固定化方法進(jìn)行了深入的研究。特別是近年來,隨著葡萄糖酸鈣,葡萄糖酸鋅,葡萄糖酸鐵等葡萄糖

18、酸系列產(chǎn)品的興起,需求日益增加,因而開發(fā)性能優(yōu)良的固定化葡萄糖氧化酶用以氧化葡萄糖生產(chǎn)葡萄糖酸具有實(shí)際意義。</p><p>　　3. 酶工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p>　　3.1 酶的固定化技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p>　　酶的蛋白質(zhì)屬性，進(jìn)人人體后產(chǎn)生免疫反應(yīng)，因稀釋效應(yīng)，而無法集中于靶器官組織，常不能保持最適合的治療濃度，而固定化酶則很好的克服了

19、游離酶的這些缺點(diǎn)，應(yīng)用于治療鎂缺乏癥、代謝異常癥及制造人工內(nèi)臟方面，如固定化L-天冬酰胺酶用于治療白血病。葡萄糖氧化酶被固定化在納米微帶金電極上可用于活體檢測(cè)的微生物傳感器[2]。</p><p>　　固定化酶技術(shù)可用于治療一些代謝障礙疾病。已知人類關(guān)于新陳代謝的疾病已過120余種，很多病因歸結(jié)為人體缺乏某種酶的活性，一種可能的治療方法就是通過某種方式給病人提供他所缺乏的酶。其提供的方式主要有：①將固定化酶用于體

20、內(nèi)作為治療藥物；②將固定化酶組裝成體外生物反應(yīng)器，通過體外循環(huán)作為臨床治療劑。將固定化酶用于臨床診斷的例子很多，如各種酶測(cè)試盒層出不窮，采用固定化酶柱反應(yīng)器的FIA(流動(dòng)注射法)可用于臨床診斷檢測(cè)尿酸、葡萄糖、氨、尿素、膽甾醇、谷氨酸、乳酸、無機(jī)磷等。</p><p>　　3.2 酶催化技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p>　　應(yīng)用酶催化技術(shù)可以生產(chǎn)許多成品藥及醫(yī)藥中間體。它是通過以制造初

21、級(jí)代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物、次級(jí)代謝產(chǎn)物及催化轉(zhuǎn)化和拆分等形式來進(jìn)行的。這已成為當(dāng)今新藥開發(fā)和改造傳統(tǒng)制藥工藝的重要手段，特別在手性藥物及中間體的生產(chǎn)中更有廣泛的應(yīng)用前景。以下重點(diǎn)介紹幾個(gè)制藥領(lǐng)域中酶催化技術(shù)的應(yīng)用：生產(chǎn)醫(yī)藥用的氨基酸（如L-丙氨酸）、有機(jī)酸（檸檬酸、L一蘋果酸、L-酒石酸）、抗生素（如6一氨基青霉烷酸、氨芐青霉素和羥氨青霉素）、肽類藥物（如胰島素、環(huán)孢菌素A）以及廣泛應(yīng)用于多種維生素(VB2、VB12)、甾體藥物(氫化可

22、的松、脫氫潑尼松、睪丸激素等)及核苷酸類藥物(5’-核苷酸，3’-核苷酸)等的生產(chǎn)。</p><p><b>　　結(jié)語</b></p><p>　　現(xiàn)在已知的酶的酶有幾千種，但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)酶日益增長的需要。隨著科技的發(fā)展，人們正在發(fā)現(xiàn)更多、更好的酶。其中，令人矚目的有核酸酶和抗體酶、端粒酶、糖生物學(xué)和糖基轉(zhuǎn)移酶和極端環(huán)境微生物和不可培養(yǎng)微生物的新酶種，此外，

23、新的固定化、分子修飾和非水相催化等技術(shù)越來越受到人們關(guān)注。伴隨著人類基因組計(jì)劃取得的巨大成果，基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的誕生，生物信息學(xué)的興起，以及DNA重排技術(shù)的發(fā)展，預(yù)期在不久的將來，眾多新酶的出現(xiàn)將使酶的應(yīng)用達(dá)到前所未有的廣度和深度。</p><p>　　可以預(yù)計(jì),隨著各種高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用及酶工程研究工作的不斷深入,酶工程研究和酶制劑工業(yè)必將取得更快、更大的發(fā)展?？梢韵嘈?將來人們可以用化學(xué)的方法隨心所欲地構(gòu)

24、造出各種性能優(yōu)異的人工合成酶和模擬酶,而且還可以采用生物學(xué)方法在生物體外構(gòu)造出性能優(yōu)良的產(chǎn)酶工程菌為生產(chǎn)和生活服務(wù),酶工程技術(shù)必將在工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化學(xué)分析、環(huán)境保護(hù)、能源開發(fā)和生命科學(xué)理論研究等各個(gè)方面發(fā)揮越來越大的作用。</p><p><b>　　三、</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p

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