《酶工程》教学大纲.doc

课程名称：酶工程 英文名称：Enzyme Engineering学分：2分 学时：32学时教学对象：生物工程专业学生先修课程：生物化学、微生物学、生物分离工程教学目的：通过学习本课程，使学生掌握酶工程的基本原理、酶的生产方法、酶的提取与分离纯化、酶的改造方法、非水相酶催化、酶反应器以及酶的应用，根据需要通过人工操作，掌握酶的生产与应用的技术过程。教学要求：通过课堂授课教学、结合专题内容评述。使学生对酶的的生产与应用一定的了解，并为以后的研究应用打下基础。教学内容：第一章绪论1.1 酶的基本概念与发展史1.2 酶催化作用特点1.3 影响酶催化作用的因素1.4 酶的分类与命名1.5 酶活力的测定1.6 酶的生产方法1.7 酶工程发展概况基本要求：掌握酶催化作用的特点、酶活力的测定方法和酶的分类命名方法；重点：酶的生产方法第二章 微生物发酵产酶2.1 酶生物合成的基本理论2.2 常用的产酶微生物2.3 发酵工艺条件及其控制2.4 产酶发酵动力学2.5 固定化微生物细胞发酵产酶2.6 固定化原生质体发酵产酶基本要求：掌握酶生物合成的基本理论、微生物和固定化微生物发酵产酶的工艺流程重点：微生物发酵产酶的发酵条件控制和产酶动力学难点：酶生物合成的调节机制第三章 动植物细胞培养产酶3.1 植物细胞培养产酶3.2 动物细胞培养产酶基本要求：掌握动植物细胞培养产酶的基本方法和工艺过程重点：动植物细胞的特性及其培养特点第四章 酶的提取与分离纯化4.1 酶的特性与分离提取方法的选择4.2 酶分离提取的一般方法4.3 酶分离提取的重点方法概述4.4 典型酶的分离提取工艺流程基本要求：掌握酶分离提取的种类与方法重点：层析和电泳方法在酶分离提取中的应用难点：不同分离提取方法的选择第五章 酶分子修饰5.1 金属离子置换修饰5.2 大分子结合修饰5.3 酶分子的侧链基团修饰5.4 肽链有限水解修饰5.5 核苷酸链剪切修饰5.6 氨基酸置换修饰5.7 核苷酸置换修饰5.8 酶分子的物理修饰5.9 酶分子修饰的应用基本要求：掌握酶分子修饰的一般方法和作用重点：大分子结合修饰的特点与应用难点：氨基酸和核苷酸的置换修饰第六章 酶、细胞和原生质体的固定化6.1 酶固定化6.2 细胞固定化6.3 原生质体固定化基本要求：掌握酶与细胞固定化的原理和方法重点：酶和微生物细胞的固定化难点：动植物细胞的固定化第七章 酶的定向进化7.1 酶定向进化的特点7.2 酶基因的随机突变7.3 酶突变基因的定向选择7.4 酶定向进化的应用基本要求：掌握酶定向进化的基本过程与方法；重点：酶定向进化中突变基因库的构建方法；难点：酶突变基因的筛选；第八章 酶的非水相催化8.1 酶非水相催化的研究概况8.2 有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响8.3 酶在有机介质中的催化特性8.4 有机介质中酶催化反应的工艺条件控制8.5 有机介质中酶催化反应的应用基本要求：掌握非水相中酶促反应的特点与一般规律；重点：水对有机相中酶促反应的影响；难点：有机相中酶促反应中水的控制；第九章 酶反应器9.1 酶反应器的类型9.2 酶反应器的选择9.3 酶反应器的设计9.4 酶反应器的操作基本要求：掌握酶反应器的不同类型及其特点重点：不同酶反应器的特性和适用范围难点：酶反应器型式的选择第十章 酶的应用10.1 酶在医药领域的应用10.2 酶在食品领域的应用10.3 酶在轻工和化工领域的应用10.4 酶在环保领域的应用10.5 酶在生物技术领域的应用基本要求：掌握了解酶在各领域中的应用重点：酶在医药、食品和轻化工领域中的应用参考教材：1郭勇编著，酶工程（第三版），2009，北京：科学出版社2袁勤生、赵键主编，酶与酶工程，2006，上海：华东理工大学出版社3罗贵民主编，酶工程，2002，北京：化学工业出版社4王大成主编，蛋白质工程，2002，北京：化学工业出版社5张今主编，进化生物技术-酶定向分子进化，2004，北京：科学出版社课程编号：1913021（1923021）课程类别：专业课适用专业：生物技术、生物工程先修课程：有机化学、物理化学、生物化学、微生物学、分子生物学后续课程：酶制剂工艺学、生物信息学总 学 分：2 其中实验学分：0总 学 时：32教学目的与要求：详细讲解酶的性质、结构、功能和催化机理等酶学基础知识，较系统地介绍酶的生产、分离纯化和应用的基本情况。通过本课程的学习，使学生对酶的固定化、酶在有机相中的催化、酶的化学修饰、模拟酶、酶分子的定向进化和分子改造等酶工程的各个发展领域的基础知识、基本概念和最新发展动向有一个全面的了解。一、任务与性质酶鲜明地体现了生物体系的识别、催化、调节等奇妙功能。酶工程的研究无疑会深刻影响整个生物学领域，而且还会刺激许多其他学科研究，成为灵感的源泉。酶及酶工程在食品加工、医药、能源等方面应用前景广阔，有不可替代的优点。酶工程教学在科学素质教育及实验技能培养等方面都具有重要作用。酶工程的教学目标是使学生既掌握本学科的基础知识、基本概念和基本理论，又掌握发展前沿领域。通过学习，学生应熟悉从应用目的出发研究酶，在一定生物反应装置中利用酶的催化性质的研究路线，掌握酶的生产与应用的基本理论、基本技术以及自然酶、化学修饰酶、固定化酶的研究和应用，进一步了解酶在各行各业中实际应用的最新发展和发展趋势。在以后的毕业环节和工作中能够自觉地应用这些技术方法，尤其是思想来指导自己的工作。本课程是在学生已经学习了普通生化的基础上，进一步对酶学进行深入系统的学习。并对于酶在生产实践中的应用，也能有一些感性和理性的认识课程名称：酶工程课程名称：Enzyme Engineering课程编号：072260课程类型：基础课 学 时：36适用专业：生物技术专业本科先修课程：普通生物学、无机化学、有机化学、生物化学、分子生物学等一、本课程的性质、目的与任务本课程是在学习普通生物化学的酶学理论的基础上，进一步对酶学理论进行深入系统的学习。并对于酶在生产实践中的应用，形成感性和理性的认识。整本书的讲授可以以酶的应用为中心目的，了解酶的几种基本的生产方法、主要产酶生物、并掌握目前广泛研究与应用的固定化酶技术、酶分子修饰技术及酶的非水相催化的特点。同时了解酶反应器的几种基本类型及其特点，并会分析每种反应器适合生产哪种类型的酶。二、课程的内容第一单元 绪论学习目的和要求：掌握关于酶学以及酶工程的一些基本问题，并通过对这些知识的了解，建立本门课程的知识体系和了解本书的主要内容；了解酶学以及酶工程的发展简史和现状；理解酶学以及酶工程与各学科的关系及其在国民经济中的重要意义，重点是知识体系的建立和激发学生的学习兴趣。重点和难点：酶学以及酶工程的一些基本问题；使学生建立知识体系；激发学生的学习兴趣。第二单元 酶与细胞固定化学习目的和要求：重点建立起“固定化”问题的思路；掌握固定化酶的定义、分析固定化酶的优缺点；理解固定化酶的制备原则和酶的固定化方法，重点掌握化学结合法和包埋法，其中化学结合法是这部分的难点；引导学生自己对各种固定化方法进行比较，自己总结固定化酶的性质；以固定化酶为基础，了解辅酶的固定化、细胞的固定化、原生质体的固定化的基本概念、基本方法及优缺点；了解各种固定化方法的发展概况，开阔思路，活跃思维。重点和难点：重点：“固定化”问题的思路；固定化酶的定义、固定化酶的优缺点；化学结合法和包埋法；难点：从“固定化”问题的提出固定化方法各种方法的优缺点这一问题的分析，建立科学的思考问题的方式；化学结合法和包埋法。第三单元 微生物发酵产酶（课本第二单元）学习目的和要求：掌握酶合成的基本理论；结合微生物学的知识，了解主要产酶微生物种类、会分析优良的产酶细胞应具备的条件；了解产酶微生物培养方法（包括条件控制、培养基的配制等）；重点掌握酶生物合成的几种模式，即同步合成型、延续合成型、中期合成型、滞后合成型，会分析延续合成型是酶的工业生产中最理想的合成模式；掌握细胞生长动力学和产酶动力学方程及含义；了解影响酶生物合成的主要因素；理解固定化微生物细胞发酵产酶和固定化微生物原生质体发酵产酶的特点及工艺条件这些条件的控制。重点和难点：酶合成的基本理论；酶生物合成的几种模式；细胞生长动力学和产酶动力学方程及含义。第四单元 动植物细胞发酵产酶学习目的和要求：掌握动植物细胞与微生物细胞的主要特性差异，从而分析利用动植物细胞产酶与利用微生物细胞产酶的主要技术差别及工艺条件控制的不同特点；了解动物细胞和植物细胞产酶的工艺过程；理解动物细胞和植物细胞产酶在实际生产过程中的应用。重点和难点：动植物细胞与微生物细胞的主要差异；动植物细胞产酶与微生物细胞产酶的主要技术差别。第五单元 酶的提取与分离纯化学习目的和要求：理解酶分离纯化的一般原则，以此为主导思想，引出酶分离和纯化的各种方法；掌握细胞破碎的各种方法；了解各种酶纯化方法的原理、步骤、特点以及一些有关的计算。重点掌握常用的几种方法，例如离心分离、几种层析分离、几种电泳分离。对于一些先进的分离、纯化方法，要有所了解；了解酶的结晶、浓缩与干燥的条件和方法。重点和难点：重点：细胞破碎的各种方法；几种常用的分离方法（离心分离、层析分离、电泳分离等）的操作原理及技术要求。难点：对多种多样的分离方法进行总结概括；根据酶分子电荷性质、根据专一性结合的方法进行酶分离和纯化的原理。第六单元 酶分子的修饰学习目的和要求：了解酶的分子工程研究的基本原理及研究的重要意义；了解有关酶分子修饰的重要应用，开阔思路，激发兴趣；掌握模拟酶、突变酶、抗体酶的特点及形成的基本原理；掌握酶分子化学修饰的目的和一般原理；理解蛋白酶修饰的方法和修饰后起到的作用；理解核酸酶修饰的方法和修饰后起到的作用；了解酶分子的物理修饰作用。重点和难点：模拟酶、突变酶、抗体酶的特点及形成的基本原理；酶分子化学修饰的目的和一般原理；蛋白酶侧链基团的修饰。第七单元 酶的非水相催化学习目的和要求：了解酶在有机介质、气相介质、超临界流体、离子液介质等非水相中酶催化的研究概况，重要的是将理论与实际应用结合起来，理解酶在有机介质中催化的反应对于医药、能源、材料、食品等方面的具体作用；掌握酶在有机介质中的催化特性；理解非水介质中的酶学基础和酶催化反应的条件及控制。重点和难点：有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响；酶在有机介质中的催化特性。第八单元 酶反应器学习目的和要求：了解搅拌式、填充床式、流化床式等几种基本酶反应器的构造特点和这些反应器适应的酶反应类型，重点掌握最常利用的搅拌式酶反应器；掌握酶反应器选择的几项基本原则，主要是根据酶的应用形式、酶反应动力学性质、底物和产物的理化性质选择酶反应器；了解酶反应器的设计基本原则，掌握进行物料衡算的方法；了解酶反应器的操作的基本方法和注意事项。重点和难点：搅拌式酶反应器的特点和适应的酶反应类型；酶反应器选择的几项基本原则；物料衡算的方法。第九单元 酶的应用学习目的和要求：了解酶在医药、食品、轻工、化工、环保、生物技术等方面的应用，通过一些具体实例对酶工程有感性的了解，并将前面所学理论与实际结合；了解酶工程领域的一些新技术、新成果；重点是用这部分内容与绪论相呼应，形成对本门课程的完整的知识体系的建立。重点和难点：以此部分内容与绪论相呼应，形成完整的知识体系。一、课程的性质、目的和任务酶工程是生物技术的基础和重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节。酶工程课程是生物工程专业必修的一门专业课程，是生物工程的主要内容之一。酶工程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，是酶学、微生物学的基本原理与化学工程相结合而产生的交叉科学技术。它是从应用的目的出发研究酶，是在一定生物反应装置中利用酶的催化性质，将相应原料转化成有用物质的技术，是生物工程的重要组成部分。通过本课程的学习，要求各专业学生较全面了解酶学与酶工程的具体内容，掌握酶工程的基本理论，解决酶工程产业化过程中出现的主要问题；理解并掌握酶分析方法和技术、化学酶工程和生物酶工程的相关内容，特别是固定化酶的生产技术和应用。学会综合运用所学的基本理论知识和技术来