第八章-酶的应用

Chapter8

Theapplicationofenzyme酶的应用制作：崔建东cjd007cn@163.com“绿色健康，“酶”力无限医药、洗涤剂、纺织、淀粉制糖、发酵、酒精、食品（包括果蔬汁、啤酒酿造、谷物食品、蛋白水解、和功能食品以及食用油脂）、饲料、皮革、造纸和化工等工业领域

酶参与了生物体内所有的生命活动和生命过程执行具体的生理功能-唾液、胃液中的消化酶，凝血酶等清除有害物质,起保卫作用-过氧化物酶，超氧化物岐化酶等协同激素等生理活性物质在体内发挥信号转换,传递与放大作用,调节生理功能-蛋白激酶催化代谢反应,建立各种各样代谢体系与代谢途径-葡萄糖、氨基酸、核酸代谢酶是生物学有力的研究工具基因工程工具酶基因组学蛋白组学Contentsofchapter81、酶在医药方面的应用2、酶在食品方面的应用3、酶在轻工、化工方面的应用4、酶在环境保护中的应用GoGoGoGo5、酶在生物技术方面的应用Go第八章酶的应用1、酶在医药方面的应用用酶进行疾病的诊断用酶进行疾病的治疗用酶制造各种药物体检表中有关酶的选项酶测定的物质用途葡萄糖氧化酶葡萄糖测定血糖、尿糖，诊断糖尿病葡萄糖氧化酶+过氧化物酶葡萄糖测定血糖、尿糖，诊断糖尿病尿素酶尿素测定血液、尿液中尿素的量，诊断肝脏、肾脏病变谷氨酰胺酶谷氨酰胺测定脑脊液中谷氨酰胺的量，诊断肝昏迷、肝硬化胆固醇氧化酶胆固醇测定胆固醇含量，诊断高血脂等DNA聚合酶基因通过基因扩增，基因测序，诊断基因变异、检测癌基因第八章酶的应用1、酶在医药方面的应用1）、酶在疾病诊断方面的应用苯丙酮尿症(PKU)的检测PKU临床表现为智力低下、癫痫、精神情绪异常等症状，患者主要是新生儿。全球大约每10000人中就有1名患者。中国PKU患者已经达到约四万人，每年新增患儿2000多人。河北省自2006-2008年三年筛查了新生儿1530000例，其中有604人确诊为PKU患者，发病率高达1/2500。第八章酶的应用1、酶在医药方面的应用1）、酶在疾病诊断方面的应用苯丙酮尿症(PKU)的检测发病机理：由于肝脏苯丙氨酸羟化酶缺乏或活性减低而导致苯丙氨酸代谢障碍的一种遗传性疾病。

第八章酶的应用1、酶在医药方面的应用苯丙酮尿症(PKU)的防治第八章酶的应用1、酶在医药方面的应用1）、酶在疾病诊断方面的应用苯丙酮尿症(PKU)的检测在苯丙氨酸解氨酶（PAL)作用下检测血液中的苯丙氨酸的含量。第八章酶的应用1、酶在医药方面的应用2）、酶在疾病治疗方面的应用酶名来源用途淀粉酶胰脏、麦芽、微生物治疗消化不良，食欲不振蛋白酶胰脏、胃、植物、微生物治疗消化不良，食欲不振，消炎，消肿，除去坏死组织，促进创伤愈合，降低血压脂肪酶胰脏、微生物治疗消化不良，食欲不振纤维素酶霉菌治疗消化不良，食欲不振溶菌酶蛋清、细菌治疗各种细菌性和病毒性疾病尿激酶人尿治疗心肌梗塞，结膜下出血，黄斑部出血链激酶链球菌治疗血栓性静脉炎，咳痰，血肿，下出血，骨折青霉素酶蜡状芽孢杆菌治疗青霉素引起的变态反应L-天冬酰胺酶大肠杆菌治疗白血病超氧化物歧化酶微生物，植物，动物预防辐射损伤，治疗红斑狼疮，皮肌炎，结肠炎凝血酶动物，蛇，细菌，酵母等治疗各种出血病胶原酶细菌分解胶原，消炎，化脓，脱痂，治疗溃疡右旋糖酐酶微生物预防龋齿胆碱酯酶细菌治疗皮肤病，支气管炎，气喘溶纤酶蚯蚓溶血栓弹性蛋白酶胰脏治疗动脉硬化，降血脂核糖核酸酶胰脏抗感染，祛痰，治肝癌尿酸酶牛肾治疗痛风酪氨酸酶治疗白斑病L-天冬酰胺酶治疗白血病溶菌酶栓溶酶类与心血管疾病凝血酶健美生消化酶—帮助肠胃蠕动【产品规格】90片／瓶【食用方法】成人每日3片，随主餐服用【成分(每片含)】1)消化蛋白质：木瓜蛋白酶50毫克、菠萝蛋白酶30毫克；2)消化脂肪：脂肪酶30毫克；3)消化碳水化合物/淀粉：淀粉酶50毫克；4)消化乳制品：乳糖酶30毫克；5)消化纤维：纤维素酶15毫克。另含：能抑制过多胃酸的葡萄糖酸钙，能缓解反胃薄荷叶和茴香【适用人群】·消化不良者·肠胃疾病患者·大病初愈者消化酶类SOD

美国医学家W·F·安德森等人对腺苷脱氨酶缺乏症（ADA缺乏症）的基因治疗，是世界上第一个基因治疗成功的范例。1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩谢德尔进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将含有这个女孩自己的白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中，这种白血球都已经过改造，有缺陷的基因已经被健康的基因所替代。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。经治疗后，免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活。谢德尔第八章酶的应用1、酶在医药方面的应用3）、酶医药制造在方面的应用酶主要来源用途青霉素酰化酶微生物制造半合成青霉素和头孢菌素11-β-羟化酶霉菌制造氢化可的松L-酪氨酸转氨酶细菌制造多巴（L-二羟苯丙氨酸）β-酪氨酸酶植物制造多巴α-甘露糖苷酶链霉菌制造高效链霉素核苷磷酸化酶微生物生产阿拉伯糖腺嘌呤核苷（阿糖腺苷）酰基氨基酸水解酶微生物生产L-氨基酸5’-磷酸二酯酶桔青霉等微生物生产各种核苷酸多核苷酸磷酸化酶微生物生产聚肌胞，聚肌苷酸无色杆菌蛋白酶细菌由猪胰岛素（Ala-30）转变为人胰岛素（Thr-30）核糖核酸酶微生物生产核苷酸蛋白酶动物、植物、微生物生产L-氨基酸β-葡萄糖苷酶黑曲霉等微生物生产人参皂甙-Rh2青霉素酰化酶与抗生素改造BPAL酶法生产L-Phe糖尿病,肥胖病患者氨基酸失衡,肿瘤患者老人,妇女美容美发L-苯丙氨酸阿斯巴甜氨基酸复合试剂抗肿瘤药物皮肤增白保湿染发护发20002005199019971984year199820022005yearL-Phe生产工艺生产方法蛋白质水解法化学合成法微生物发酵法酶法优点缺点工艺简单产量极低提取容易原料价格高收率低，工艺烦琐可利用廉价原料产物浓度低，生产周期长工艺简便，产物浓度、转化高酶活稳定性差解氨酶基因工程菌种子培养发酵培养菌体生物转化肉桂酸氨水提取分离得到苯丙氨酸PAL来源

DigestwithEcoRIandBamHI

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DigestwithEcoRI,BamHI，SalIandPstI

ObtainpalgenewithPCRDigestwithSalIandPstI第八章酶的应用2、酶在食品方面的应用1）、酶在食品工业方面的应用酶名来源主要用途α–淀粉酶枯草杆菌、米曲霉、黑曲霉淀粉液化，制造糊精、葡萄糖、饴糖、果葡糖浆，β–淀粉酶麦芽、巨大芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌制造麦芽，啤酒酿造糖化酶根霉、黑曲霉、红曲霉、内孢霉淀粉糖化，制造葡萄糖、果葡糖异淀粉酶气杆菌、假单胞杆菌制造直链淀粉、麦芽糖蛋白酶胰脏、木瓜、枯草杆菌、霉菌啤酒澄清，水解蛋白、多肽、氨基酸右旋糖酐酶霉菌糖果生产果胶酶霉菌果汁、果酒的澄清葡萄糖异构酶放线菌、细菌制造果葡糖、果糖葡萄糖氧化酶黑曲霉、青霉蛋白加工、食品保鲜柑苷酶黑曲霉水果加工，去除桔汁苦味橙皮苷酶黑曲霉防止柑桔罐头及桔汁出现浑浊氨基酰化酶霉菌、细菌由DL–氨基酸生产L–氨基酸天冬氨酸酶大肠杆菌、假单胞杆菌由反丁烯二酸制造天冬氨酸磷酸二酯酶桔青霉、米曲霉降解RNA，生产单核苷酸用作食品增味剂色氨酸合成酶细菌生产色氨酸核苷磷酸化酶酵母生产ATP纤维素酶木霉、青霉生产葡萄糖溶菌酶蛋清，微生物食品杀菌保鲜淀粉酶类与淀粉糖业果汁生产与果胶酶乳制品与凝乳酶果胶酶可以软化果肉组织中的果胶质，使葡萄汁的黏度下降，原来存在于葡萄汁中的固形物失去依托而沉降下来，以增强澄清效果，同时也可加快过滤速度，提高出汁率。利用蛋白酶进行啤酒澄清,糖化酶,水解酶进行糊化第八章酶的应用3、酶在轻工化工方面的应用用酶进行原料处理。用酶生产各种轻工、化工产品。用酶增强产品的使用效果。

第八章酶的应用3、酶在轻工化工方面的应用1）、酶在原料处理方面的应用(1)发酵原料的处理：淀粉酶、糖化酶等(2)纺织原料的处理：蛋白酶在羊毛纤维减量中起作用。(3)制浆、造纸原料的处理：纤维素酶、木聚糖酶(4)生丝的脱胶处理：蛋白酶用于生丝脱胶与丝织物水洗整理。第八章酶的应用3、酶在轻工化工方面的应用1）、酶在原料处理方面的应用(5)羊毛的除垢处理：蛋白酶(6)皮革的脱毛处理：蛋白酶和纤维素酶(7)烟草原料的处理：酚氧化酶处理烟草以降低多酚含量

(8)甜菜糖蜜的处理：糖化酶生物抛光是一种用纤维素酶改善纤维素纤维制品表面的整理工艺,以达到持久的抗起毛起球并增加织物的光洁度和柔软度

酶水解了毛根部的毛囊蛋白而使毛松动脱落。蛋白酶分解皮纤维间质中的可溶性蛋白质，使皮纤维进一步松散软化。加速蛋白质的分解染色温度降低皮革脱毛与软化加酶洗涤剂生丝脱胶与羊毛染色蛋白酶回本章目录第八章酶的应用3、酶在轻工化工方面的应用2)、酶在轻工、化工产品制造方面的应用利用酶的催化作用可将原料转变为所需的轻工、化工产品，也可利用酶的催化作用除去某些不需要的物质而得到所需的产品。第八章酶的应用3、酶在轻工化工方面的应用2)、酶在轻工、化工产品制造方面的应用(1)酶法生产L–氨基酸：利用酶或固定化酶的催化作用，可以将各种底物转化为L–氨基酸，或将DL-氨基酸拆分而生产L–氨基酸。(2)酶法生产有机酸：各种有机酸是一类有重要应用价值的轻工、化工产品。通过酶的催化作用可以生产各种有机酸。乙酰-DL—AlaL—Ala+乙酸 乙酰-D—AlaAminoacylase氨基酰化酶泵储罐反应产物离心机消旋反应器固定化酶柱子晶体L-AlaL-AlaA-D-AlaA-L-AlaA-D-Ala酶制剂在国外饲料工业中得到不断应用，不仅提高了饲料原料的转化率，也促进了对饲料的消化。植酸酶

Bio-Feed®Phytase(Ronozyme®P)

主要用于提高植酸磷的消化率，并相应改善钙和其它矿物元素的利用率。大大降低了动物粪便中磷的排放量，有益环保。第八章酶的应用（3）酶法制造化工原料：化工原料的生产通常采用化学合成法，需要在高温高压的条件下进行反应。对设备的要求高，投资大，甚至造成环境污染。如果采用酶催化，则由于酶具有作用条件温和等显著特点，所以可以在常温常压的条件下生产许多化工原料，从而减少设备投资，降低生产成本。例如，腈水合酶可以催化腈类化合物加水，合成丙烯酰胺，烟酰胺，5-腈基苯戊胺等重要的化工原料。第八章酶的应用（3）酶法制造化工原料：加酶增强产品的使用效果在某些轻工产品中添加一定量的酶，可以显著地增强产品的使用效果。如：(1)加酶洗涤剂(2)加酶牙膏、牙粉和漱口水(3)加酶饲料(4)加酶护肤用品第八章酶的应用4.酶在环境保护方面的应用1）、酶在环境监测方面的应用：(1)利用胆碱酯酶检测有机磷农药污染：(2)利用乳酸脱氢酶的同工酶监测重金属污染：(3)通过β-葡聚糖苷酸酶监测大肠杆菌污染：(4)利用亚硝酸还原酶检测水中亚硝酸盐浓度：第八章酶的应用4.酶在环境保护方面的应用2）、酶在废水处理方面的应用：◆不同的废水，含有各种不同的物质，要根据所含物质的不同，采用不同的酶进行处理。◆有的废水中含有淀粉、蛋白质、脂肪等各种有机物质，可以在有氧和无氧的条件下用微生物处理，也可以通过固定化淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等进行处理。◆冶金工业产生的含酚废水，可以采用固定化酚氧化酶进行处理。第八章酶的应用4.酶在环境保护方面的应用含有硝酸盐、亚硝酸盐的地下水或废水，可以采用固定化硝酸还原酶、亚硝酸还原酶和氧化一氮还原酶进行处理。使硝酸根、亚硝酸根逐步还原，最终成为氮气。第八章酶的应用4.酶在环境保护方面的应用3）、酶在可生物降解材料开发方面的应用：利用酶在有机介质中的催化作用合成的可生物降解材料主要有：利用脂肪酶的有机介质催化合成聚酯类物质、聚糖酯类物质；利用蛋白酶或脂肪酶合成多肽类或聚酰胺类物质等。在脂肪酶催化下，己二酸（或癸二酸）与蔗糖在己烷溶液中进行酯化反应，能够生成聚糖酯高聚物：回本章目录第八章酶的应用5.酶在生物技术方面的应用◆主要包括：酶在除去细胞壁方面的应用，酶在大分子切割方面的应用以及酶在大分子连接方面的应用。第八章酶的应用1）、酶在除去细胞壁方面的应用◆在生物工程方面，很多时候都需要除去细胞壁。(1)胞内物质的提取(2)原生质体的制备第八章酶的应用1）、酶在除去细胞壁方面的应用(1)胞内物质的提取溶壁酶能分解真菌细胞壁的多糖。导致破壁第八章酶的应用1）、酶在除去细胞壁方面的应用(2)原生质体的制备微生物原生质体融合是通过两个遗传性状不同的亲株原生质体融合而达到杂交目的，双亲本原生质体在促融剂作用下相互接触，融合成一个细胞，然后核融合，最终强制性地将双亲基因组融合、DNA交换、重组并产生新性状。第八章酶的应用1）、酶在除去细胞壁方面的应用(2)原生质体的制备原生质体制备原生质体融合原生质体再生融合子筛选第八章酶的应用1）、酶在除去细胞壁方面的应用(2)原生质体的制备

现代基因工程的创始人P·伯格（美国,1926－）在1960年以敏锐的科学预见力提出一个大胆的设想：是否可以创造出一种人工方法，把外界的遗传基因引入动物体内，以达到改变遗传性状和治疗某些疾病的需要呢？1972年，伯格把两种病毒的DNA用同一种限制性内切酶切割后，再用DNA连接酶把这两种DNA分子连接起来，于是产生了一种新的重组DNA分子，首次实现两种不同生物的DNA体外连接，获得了第一批重组DNA分子，这标志着基因工程技术的诞生。伯格因此获得了1980年诺贝尔化学奖。第八章酶的应用2、酶在大分子切割方面的应用(1)限制性核酸内切酶◆限制性核酸内切酶是一类在特定的位点上，催化双链DNA水解的磷酸二酯酶。◆至今为止已发现的核酸内切酶有300多种，已成为基因工程中必不可缺的常用工具酶。◆限制性核酸内切酶具有高度的专一性。表现在它能够识别双链DNA中的某段碱基的排列顺序，并且只能在某个特定位点上将DNA分子切开。一些限制性核酸内切酶的来源与作用位点酶识别序列与作用位点5′－3′来源AluⅠAG↓CTArthrobacterluteusAvaⅠC↓PyCGPuGAnabaenavayiabilisBamHⅠG↓GATCCBacillusamyloliquefaciensBglⅡA↓GATCTBacilluglobigiiEcoRⅠG↓AATTCEscherichiacoliRye13HaeⅢG↓GCCHacmophilusaegyptiusHindⅢA↓AGCTTHaemophilusinfluenzaeHpaⅠGTT↓AACHacmophilusparainfluenzaeKpnⅠGGTAC↓CKlebsiellapneumoniaePstⅠCTGCA↓GProvidenciastuartiiSalⅠG↓TCGACStreptomycesalbusSmaⅠCCC↓GGGSerratiamarcensXbaⅠT↓CTAGAXanthomonasbadriiXhoⅠC↓TCGAGXanthomonasholicola回本章目录第八章酶的应用2、酶在大分子切割方面的应用2）、DNA外切核酸酶:这是一类从脱氧核糖核酸（DNA）分子末端开始逐个除去末端核苷酸的酶。这些酶中有些可以从DNA链的5’﹣末端开始作用，有些从3’﹣末端开始作用，有些则可同时作用于5’﹣末端和3’﹣末端。

第八章酶的应用2、酶在大分子切割方面的应用3)碱性磷酸酶碱性磷酸酶可