本科毕业论文答辩-微生物脂肪酶的研究与应用.ppt

微生物脂肪酶的研究与应用,答 辩 人:武海龙 文江龙 李百顺专 业：科学教育班 级：08科教指导老师：史红全,微生物脂肪酶的工业化应用,5,脂肪酶的来源,2,微生物脂肪酶的结构,3,微生物脂肪酶的几种性质,4,前景与展望,6,引言,1,1.1 脂肪酶概述,1.2 目的与意义,1.3 研究现状,1.引言,脂肪酶(Lipase)，又称三酰甘油酯水解酶。是一类广泛存在于多种生物中的催化剂,其天然底物为长链脂肪酸酯，可以在异相系统或有机相中起作用，并且具有一定的位置专一性。在有机相中，脂肪酶能催化酯合成、酯交换、酯聚合、肽合成以及酰胺合成等反应，是生产医药、化工、食品和化妆品的重要原料，其中有些产品往往是用化学方法难以得到的，而在常温、常压下，利用脂肪酶催化却能一举成功。另外，脂肪酶具有来源广、催化功能多以及催化底物广泛的优势，是生物技术和工业应用方面最广泛的一类酶。,1.1 脂肪酶,（1）脂肪酶能水解酯键，释放出甘油二酯，甘油一酯，甘油和游离脂肪酸，在脂质代谢中发挥重要的作用。（2）微生物脂肪酶种类多、有比动植物脂肪酶更广的作用温度和pH范围、便于进行工业化生产和获取高纯度制剂，因此在工业上具有广泛的应用。（3）微生物脂肪酶催化的反应具有反应条件温和、耗能低、原料要求低、成品质量高等优点，已被广泛应用食品、医药、皮革和日用化工等各个领域。,1.2 目的与意义,基础研究，包括：结构、酶反应动力学、分子生物学、性质、菌种筛选、产酶条件、酶纯化、固定化方法、水解、脂合成、酯交换等方面的研究内容。应用研究，包括：洗涤剂、油脂化工、生物化工、造纸、水产、医药、饲料、制革、环保等方面的研究内容。,1.3 研究现状,微生物是脂肪酶的重要来源，据统计，自然界中能产生脂肪酶的微生物大约有65个属，其中细菌有28个属、放线菌4个属、酵母菌10个属、真菌23个属，但实际上微生物脂肪酶的分布远远超过这些数目。,动物：含脂肪酶较多的是高等动物的胰脏和脂肪组织等。植物：含脂肪酶较多的是油料作物的种子。,图1植物脂肪酶,图2大鼠内皮脂肪酶,2.脂肪酶的来源,表1 常见脂肪酶及其催化特性,多数的脂肪酶活性中心是由丝氨酸、天冬氨酸、组氨酸组成三联体，但也有少数脂肪酶例外，它们的活性中心是由丝氨酸、谷氨酸和组氨酸组成。构成脂肪酶的活性中心三元组之间，丝氨酸通过氢键与组氨键项链，天冬氨酸或谷氨酸也通过羟基形成氢键与组氨酸相连。,3.脂肪酶的结构,脂肪酶的结构示意图,脂肪酶分子由亲水、疏水两部分组成，活性中心靠近分子疏水端。,4.微生物脂肪酶的性质,4.3 酶活力影响因素,4.1 理化性质,4.2 催化性质,微生物脂肪酶分子量一般在1960 kDa，大多数脂肪酶含碳水化合物2%15%糖蛋白，以甘露糖为主。通过研究已证明碳水化合物部分对于催化活性并不需要。,4.1 理化性质,表2 常见微生物脂肪酶的理化性质,脂肪酶可以催化酯化、转酯、酯交换等化学反应。不同来源的脂肪酶可催化同一反应，但在相同反应条件下，催化效率不同。,右图为脂肪酶催化酯类水解的简单过程,脂肪酶催化酯类水解,4.2 催化性质,4.2.1脂肪酶催化的反应,（1）酯的水解 RCOOR+H2O RCOOH+ROH（2）酯化反应 RCOOR+ROH RCOOR+ H2O（3）酯交换反应 RCOOR+RCOOR RCOOR+RCOOR（4）醇解反应 RCOOR+ROH RCOOR+ROH（5）酸解反应 RCOOR+RCOOH RCOOR+RCOOH,脂肪酶可催化的几种反应的反应式如下所示：,在正常情况下, 丝氨酸蛋白酶直接暴露在表面,而脂肪酶活性中心隐藏在V型结构中, 表面被相对疏水氨基酸残基形成-螺旋结构覆盖, 对三联体起保护作用 。 当脂肪酶与界面接触时, 此盖打开, 通过亲电子域的创造导致脂肪酶构象改变, 从而使活性中心暴露而出, 与底物结合发生催化反应。,4.2.2 脂肪酶的催化机制,图5 脂肪酶在“盖子”关和开情况下的构象图。,4.3 微生物酶活力影响因素,4.3.1 温度: 微生物脂肪酶温度范围较为宽泛。一般都在30-60之间，但有些在较高和较低温度下酶仍具有很高的活性。,4.3.2 pH值:大多数细菌脂肪酶最适pH稳定范围一般4.0-11.0之间，真菌脂肪酶pH稳定范围通常在4.010.0之间。,4.3.3 金属离子抑制剂: 一、活化作用：金属离子与酶蛋白结合，对酶的最佳构象起稳定作用，有利于底物的接近，并起着酶-金属-底物三者间的诱导应变配位作用，从而活化或加强酶的催化活性。二、抑制作用：如果金属离子对酶的必需基团、活性部位生物活性的化学特性产生不利影响，或者对蛋白质分子以及蛋白质与其他物质之间的共价键产生破坏作用，就会使酶的活性受到抑制或者完全失活。,4.3 微生物酶活力影响因素,5.脂肪酶的工业化应用,脂肪酶广泛应用于脂肪的生产、去污剂和脱脂、食品工艺、精细化学品合成、造纸、化妆品制造以及制药等行业中,脂肪酶还可用于油脂垃圾和聚氨酯的快速降解。,食品加工方面的应用：主要用于奶制品的增香。洗涤剂中的应用：洗涤剂中添加脂肪酶，会使洗涤效果增加。手性化合物合成中的应用：脂肪酶催化具有高底物专一性、区域选择性和对映选择性等优点，在医药、杀虫剂、杀菌剂等生产中被广泛应用。医学中的应用：作为药物，脂肪酶可以帮助消化、降低血脂、治疗局部炎症。作为诊断工具，脂肪酶可预测疾病。生物柴油中的应用：用脂肪酶催化合成生物柴油，可以代替石化能源。环境治理方面的应用：用于被污染环境的修复以及废物处理。,脂肪酶的工业应用：,微生物脂肪酶在工业生产中的应用,6. 前景与展望,综上所述，我国在脂肪酶的基础理论和应用上有较深入的研究，如脂肪酶的结构、性质、作用机理、酶促水解、合成、交换及工业应用等方面。可是由于我国于20世纪80年代才开展脂肪酶的研究与开发, 与国外还有一定的差距。为此, 必须立足国内, 开发适于非水相作用、高活力和稳定性、高产量、低成本的脂肪酶品种,以保证优质价廉的酶源,为工业化生产奠定坚实的基础。 另外, 应尽可能提高酶的作用效率,降低生产成本,使其在众多领域的应用更快捷。同时还要重视成果的产业转化,加强其在环保方面的应用研究,使我国对脂肪酶的研究在国际上能逐渐占有重要位置。目前,随着人们生活水平的提高, 含有天然成分的产品越来越受消费者青睐，这