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酶工程 第一节 酶的生物学功能
作业选题
一、某种酶制剂(如端粒酶、溶菌酶、几丁质酶、尿激酶等) 二、酶法生物转化生产某产品(如苯丙氨酸、丙烯酰胺、某氨基酸等) 三、酶的生物学作用 如:酶与疾病(如Hiv病毒、蚕豆病、遗传病等) 酶与代谢、遗传、DNA修饰等 四、酶的应用 如:工具酶 酶电极原理及其应用(葡萄糖氧化酶电极或尿酶电极等) 酶在环境治理与检测、医药临床、食品、轻工等 酶抑制剂与药物设计 五、酶的基本知识与基本理论 如:酶与细胞的固定化、酶的生产、纯化、分析、动力学、 酶的辅助因子等 六、酶研究动态 如:抗体酶、手性化合物酶法拆分、酶的修饰和模拟 酶与分子生物学、21世纪酶研究进展等
第一节
酶的生物学功能
酶的种类很多,至今生物界已发现的酶 达3000多种,一些单细胞生物体中至少含有 数百种以上,人体细胞含酶种类更多。目前 人体内已确认的酶有1000多种,相互有关联 的酶组成酶体系,分布在特定的细胞组分中 参与肌体的代谢活动。 生物体内的各种物质代谢、能量传递、 信息转录、神经传导、免疫调节、细胞衰老 及生长发育等等,都离不开酶的参与。可以 说没有酶便不能进行新陈代谢,便没有生命。
2、担负保卫清除功能;
3、协同激素起生物信号放大作用; 4、催化和调控代谢反应。
1、执行某种具体的生理功能
例如:
神经传导是由神经末稍中的乙酰胆碱酯 酶来传导神经冲动的; 肌纤-ATP酶和肌肉收缩有关; Na+、K+-ATP酶在细胞膜的主动运输中的 “钠泵作用”。
、 泵 模 式 图
Na+ K+
(二)、从应用研究来看
1、酶制剂的分离、提纯、大批量生产及新酶的开发; 2、酶生产中的基因工程技术的应用;
3、酶分子的改造(修饰、模拟与抗体酶等);
4、酶与细胞的固定化; 5、酶制剂的应用性开发; 6、生物催化; 7、酶抑制剂、激活剂开发及应用研究;
8、酶反应器的研究(包括反应检测、酶传感器);
特别是——
20世纪中期,随着微生物发酵技术和酶分离 纯化技术提高,酶制剂生产开始走向规模化。固 定化技术、基因工程技术的应用、使酶的适应性 更加提高,多种类型的酶制剂(固定化酶、人工 酶、抗体酶、化学修饰酶和模拟酶等)实现了产 业化。酶在工农业、人口与健康(医药食品)、 环境保护等方面的应用日益广泛。 酶制剂已成为现代生物产业中一个不可缺少 的组成部分,酶工程技术已成为生物工程技术的 主要支柱之一。所以,加强酶学理论的研究及应 用技术的开发,已成为现代生物技术的主题。
在生物体内,许多复杂化学变化都按一定 途径,根据生命活动需要进行得极为顺利,相 互联系又相互制约,迅速而又有条不紊。这种 使化学变化变得容易发生和迅速进行的根本原 因,就是生物体内普遍存在着生物催化剂—酶。 可以说离开了酶在生物体内的催化作用,生命 也就停止了。
苯酮尿症(PKU症)
苯丙氨酸 + -酮戊二酸 苯丙酮酸
酶(enzyme)是生物体活细胞产生的、 具有催化反应功能的蛋白质。
近百年来,对酶的研究一直是沿两个方 向发展而取得成果: (一)、理论研究方向 脲酶结晶的获得与蛋白质本质
锁匙学说与诱导契合学说
中间络合物学说与酶促反应动力学
酶作用机理(酶理化性质及催化性质)的研究
酶蛋白质一级结构测定方法 酶蛋白分子结构与功能的关系
——苯丙氨酸羥化酶(苯丙氨酸4-单加氧酶)缺乏症
沙林试剂(甲氟磷酸异丙酯)
—— 作用于传递神经细胞间信号的胆碱酯酶, 1毫克足以麻痹呼吸肌
有机磷、氰化物、重金属等中毒
抑制体内含巯基(乏而引起红细胞膜蛋白受损易惹发溶血)
6-磷酸葡萄糖
NADP 磷酸戊 糖途径
加强参与性、体现主动学习
课时安排(15讲)
第一章 酶的基础知识 §1、酶的生物学作用 §2、酶的结构与催化机制 §3、酶活性的调节方式 §4、酶分析法
第二章 酶的生产与改造 §5、酶的生产与分离纯化 §6、酶分子修饰与模拟 §7、酶的固定化 §8、抗体酶
第三章 酶制剂工业及其应用 §9、酶制剂工业及应用 §10、酶在现代生命科学研究中的应用 §11、酶抑制剂与药物设计
第四章 生物催化 §12、生物催化改造传统产业实例 §13、酶法生产-§14、手性化合物的生物合成与转化 §15、酶反应器、生物传感器(21世纪酶工 程进展)
主要参考书:
酶学 陈石根 周润琦编著 复旦大学出版社 现代酶学 袁勤生主编 华东理工大学出版社 酶工程 罗贯民主编 化学工业出版社 酶制剂工业 张树政主编 科学出版社 酶和酶工程 罗九甫编 上海交通大学出版社
我们为什么重视酶?
生命活动离不开酶; 酶在现代生命科学研究中的重要作用; 酶制剂与人类衣食住行休戚相关; 生物催化改造传统产业
课时:36学时 教材:酶学(复旦大学出版社) 罗九甫: jfluo@ 62932942 54744350
本课程教学指导思想
适应现代社会发展需要的人才三要素: 知识---专业、人文; 能力---外语、计祘机、自学能力; 素质---人品、善于规范自己和与人际沟通合作; 所以——授以鱼莫如授以渔
G6PD
2GSH(还原型)
谷胱甘肽 还原酶
蚕豆细胞毒素
(香豌豆嘧啶异尿咪)
NADPH H
6-磷酸葡萄糖酸
GSSG(氧化型)
2
(正常时GSH与GSSG之比为500,保护血液中红细胞不受氧化损伤并消除H O2的毒害)
一、酶在生物体内所催化的形形色色的 化学反应,按生理功能可归纳为四类: 1、执行某种具体的生理功能;
2、担负保卫清除功能
(可能是单个酶、或多酶混合物、或一个酶系通过级联 系统发挥作用)
例如: 能直接移除自由基O2-,防止毒性过氧
化脂质生成的超氧化物歧化酶(SOD);
概括地说——
酶学是生物化学的重要分支; 酶工程(Enzyme Engineering)是生物工程的主 要内容之一,是随着酶学研究迅速发展、特别是 酶的应用推广,使酶学和工程学相互渗透结合, 发展而成的一门新的技术科学。 现代生命科学的前沿课题如生物信息学、基因
组学、结构生物学等无一能离开酶。 酶及其转化产品是生物工程产业的主导产品。