酶学及酶工程1章

酶学及酶工程EnzymologyandEnzymeEngineering田维熙教授中国科学院研究生院介绍教师田维熙，中国科学院研究生院生物系教授，博士生导师，生物系副主任。中国科学院研究生院78级研究生，生物化学专业，师从邹承鲁院士，主攻酶学。80年代在美国做4年访问学者及博士后研究。从事脂肪酸合酶的作用机理，结构与功能，活性控制，抑制剂及其应用，酶动力学等研究和酶学教学工作。曾获国家自然科学二等奖及中科院自然科学一等奖。已在国内外学术刊物及学术会议发表约50篇研究论文。办公室：大楼915；Tel:88256353实验室：大楼919，921；Tel:88256346Email:tianweixi@助教李兵辉，田维熙教授的博士生。现进行脂肪酸合酶抑制剂及其应用和酶动力学的研究工作。已在国际SCI收录的学术刊物发表研究论文2篇；在全国性学术会议发表研究论文1篇，投送1篇。实验室：大楼921；Tel:88256346Email:libinghui@第一章绪论历史回顾和课程介绍酶学的回顾：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来源的酶：发酵。酿酒：BC2100古巴比伦Hammurabi典籍记载；中国商代“酒池肉林”，酿酒业已很发达，BC1300前；古罗马，希腊，埃及，印度等都有相关记载。酿醋出现的时间几乎和酿酒同步，用于制作和储存食品，还用于医药目的。利用植物和动物来源的酶：奶酪制作：古意大利记载，使用无花果树的汁和牛胃膜（含凝乳酶）。酶学的回顾：近代近代酶学始自十八世纪，最早的研究报道是法国科学家Réaumur研究了一种叫buzzard的鸟的胃液对肉块的消化，确定是一种化学变化而非物理变化过程（如溶解），而这个化学变化是很“温和”的条件下实现的。Spallazani进一步阐明不仅鸟的胃液，其它动物和人的胃液也有类似的作用，这个作用还和温度、胃液加量有关，且在体外是不稳定的，活性会逐渐丧失。人们开始了解生物体内存在一系列具有催化活性的物质。酶学的回顾：近代十九世纪末，科学家开始探索纯的催化活性物质。1897年Bertrand由3种树汁液中部分纯化了漆酶。Kühne研究了酵母提取物，并首次使用了enzyme这个词（来源于拉丁文enzymos，意指和面包发酵过程有关）。酶的催化专一性的特点被科学家关注，“锁和钥匙”模型设想在此时被提出。1903年，VictorHenri首次对酶动力学过程做了描述。至1913年Michaclis和Menten进一步推进了Henri的工作，导出了米氏公式，奠定了酶动力学的最早的基础。MaudMenten:oneofthefirstwomendoctorsinCanadain1911酶学的回顾：近代二十世纪酶学进入快速发展。前半期，过渡态理论解释了酶催化的物理化学机理（LinusPauling，1948）。50－60年代Koshland提出了诱导契合模型，此时有关酶活性调节的理论也被提出。1965年Monod，Wyman和Changeux提出了别构理论。与此同时，Clealand发展了多底物多产物的酶动力学原理和公式。酶学的回顾：近代随着X光晶体衍射，多维NMR技术的发展，很多酶的空间结构被揭示。1926年JamesSumner发表了尿酶结晶。这是第一次报道酶的结晶，也为用X光衍射技术探测酶的空间结构打开了大门。此后，20年内就有130个以上的酶被结晶。1957年Kendrew第一次用X光衍射方法解析了肌红蛋白的空间结构。至今用X光衍射和NMR研究酶的空间结构已是常见的方法。

酶学的回顾：近代1957年，另一个重要进展：Sanger报道了胰岛素的氨基酸系列，这是第一次阐明一个蛋白质的氨基酸全系列。1963年第一个酶的氨基酸系列被报道（核糖核酸酶）。从此，酶的结构与功能和它的氨基酸系列全面挂钩。一级结构决定三级结构，进而决定其功能，这正是生物学中心法则得以成立的基础。

酶学今日现代酶学已成为现代生物学的重要组成部分。酶学和生物学的其它部分正在互相渗透日益融合。对酶学的研究使我们日益了解生命的本质和奥妙。通过对酶活性的调控和改造已在人类健康，农业生产，环境保护等方面取得众多应用成果。酶抑制剂可能作为重大疾病的药物（发表于1992）本课程的目的和要求教学大纲：本课程为生物学、药学、农学各学科中和酶学相关的各专业博士、硕士研究生的专业课。本课程主要内容包括酶的性质与制备、结构与功能、酶动力学、酶的功能基团及抑制剂，酶工程等内容。在课程中注意对新进展的介绍和典型实例及研究方法的介绍。通过本课程学习要求学生掌握酶学及酶工程的主要理论、概念、研究方法，了解相关的新进展，为进行与酶或酶工程有关的科研和论文工作打好基础。

基本概念要清楚，基础理论要理解，主要公式要会用，研究方法要掌握。课程内容教学大纲：第一章绪论第二章酶的性质及制备酶的性质，催化反应，酶的提取，分离提纯。第三章酶的结构与功能酶的化学结构与空间结构，溶液构象，去折叠与重折叠，别构酶及代谢调控，典型酶分析。第四章酶学研究进展课程内容第五章酶动力学单分子和多分子酶动力学，抑制动力学，pH影响的动力学，邹氏理论—酶动力学的新进展。第六章酶的功能基团及抑制剂功能基团及其作用，功能基团的修饰，酶抑制剂及应用实例，亲和标记及其判定，必需基团数目测定。第七章酶工程概述，模拟酶。以酶学为主，酶工程的内容为概述及融入其它章节内容中。酶工程简介酶工程(enzymeengineering)是生物工程的主要内容之一。

研究（以应用为目的）：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。

应用（工业规模）：①酶的产生；②酶的分离纯化；③酶的固定化；④酶生物反应器。

酶工程的发展历史50年代，由微生物发酵液中分离出一些酶，制成酶制剂。60年代后，由于固定化酶、固定化细胞崛起，使酶制剂的应用技术面貌一新。70年代后期以来，由于微生物学、遗传工程及细胞工程的发展为酶工程进一步向纵深发展带来勃勃生机。

酶生物反应器：提高催化效率、简化工艺，从而增加经济效益。结合固定化技术．业已发展成酶电极、酶膜反应器、免疫传感器及多酶反应器等新技术。这在化学分析、临床诊断与工业生产过程的监测方面成为很有价值的应用技术。

制约因素（自然酶工业应用）大多数酶脱离其生理环境后极不稳定，而酶在生产和应用过程中的条件往往与其生理环境相去甚远；酶的分离纯化工艺复杂；酶制剂成本较高。

分类化学酶工程：自然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶的研究和应用生物酶工程：酶学和以基因重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的产物：①用基因工程技术大量生产酶(克隆酶)；②修饰酶基因产生遗传修饰酶(突变酶)；③设计新的酶基因合成自然界不曾有的新酶。酶存在形式自由酶（游离酶）固定