酶的工業發展史有哪些

㈠ 酶的探索歷程！！超高分懸賞！來啊！

簡介
酶（enzyme）由生物體內細胞產生的一種生物催化劑。由蛋白質組成（少數為RNA）。能在機體中十分溫和的條件下，高效率地催化各種生物化學反應，促進生物體的新陳代謝。生命活動中的消化、吸收、呼吸、運動和生殖都是酶促反應過程。酶是細胞賴以生存的基礎。細胞新陳代謝包括的所有化學反應幾乎都是在酶的催化下進行的。如哺乳動物的細胞就含有幾千種酶。它們或是溶解於細胞液中，或是與各種膜結構結合在一起，或是位於細胞內其他結構的特定位置上。這些酶統稱胞內酶；另外，還有一些在細胞內合成後再分泌至細胞外的酶——胞外酶。酶催化化學反應的能力叫酶活力（或稱酶活性）。酶活力可受多種因素的調節控制，從而使生物體能適應外界條件的變化，維持生命活動。沒有酶的參與，新陳代謝只能以極其緩慢的速度進行，生命活動就根本無法維持。例如食物必須在酶的作用下降解成小分子，才能透過腸壁，被組織吸收和利用。在胃裡有胃蛋白酶，在腸里有胰臟分泌的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、脂肪酶和澱粉酶等。又如食物的氧化是動物能量的來源，其氧化過程也是在一系列酶的催化下完成的。
酶催化作用實質：降低化學反應活化能
酶與無機催化劑比較：
1、相同點：1）改變化學反應速率，本身幾乎不被消耗；2）只催化已存在的化學反應；3）加快化學反應速率，縮短達到平衡時間，但不改變平衡點；4）降低活化能，使化學反應速率加快。5）都會出現中毒現象。
2、不同點：即酶的特性
酶的特性
1、高效性：酶的催化效率比無機催化劑更高，使得反應速率更快；2、專一性：一種酶只能催化一種或一類底物，如蛋白酶只能催化蛋白質水解成多肽；3、多樣性：酶的種類很多，大約有4000多種；4、溫和性：是指酶所催化的化學反應一般是在較溫和的條件下進行的。
一般來說，動物體內的酶最適溫度在35到40攝氏度之間，植物體內的酶最適溫度在40-50攝氏度之間；細菌和真菌體內的酶最適溫度差別較大，有得酶最適溫度可高達70攝氏度。動物體內的酶最適PH大多在6.5-8.0之間，但也有例外，如胃蛋白酶的最適PH為1.5，植物體內的酶最適PH大多在4.5-6.5之間。
酶的這些性質使細胞內錯綜復雜的物質代謝過程能有條不紊地進行，使物質代謝與正常的生理機能互相適應．若因遺傳缺陷造成某個酶缺損，或其它原因造成酶的活性減弱，均可導致該酶催化的反應異常，使物質代謝紊亂，甚至發生疾病．因此酶與醫學的關系十分密切。
[編輯本段]酶的發現
1773年，義大利科學家斯帕蘭扎尼（L.Spallanzani,1729—1799）設計了一個巧妙的實驗：將肉塊放入小巧的金屬籠中，然後讓鷹吞下去。過一段時間他將小籠取出，發現肉塊消失了。於是，他推斷胃液中一定含有消化肉塊的物質。但是什麼，他不清楚。
1836年，德國科學家施旺（T.Schwann,1810—1882）從胃液中提取出了消化蛋白質的物質。解開胃的消化之謎。
1926年，美國科學家薩姆鈉（J.B.Sumner,1887—1955）從刀豆種子中提取出脲酶的結晶，並通過化學實驗證實脲酶是一種蛋白質。
20世紀30年代，科學家們相繼提取出多種酶的蛋白質結晶，並指出酶是一類具有生物催化作用的蛋白質。
20世紀80年代，美國科學家切赫（T.R.Cech,1947—）和奧特曼（S.Altman,1939—）發現少數RNA也具有生物催化作用。
[編輯本段]酶的活力
酶活力單位（U,active unit）：
酶活力單位的量度。1961年國際酶學會議規定：1個酶活力單位是指在特定條件（25oC，其它為最適條件）下，在1min內能轉化1μmol底物的酶量，或是轉化底物中1μmol的有關基團的酶量。
比活（specific activity）:每分鍾每毫克酶蛋白在25oC下轉化的底物的微摩爾數。比活是酶純度的測量。
活化能（activation energy）:將1mol反應底物中所有分子由其態轉化為過度態所需要的能量。
活性部位（active energy）:酶中含有底物結合部位和參與催化底物轉化為產物的氨基酸殘基部分。活性部位通常位於蛋白質的結構域或亞基之間的裂隙或是蛋白質表面的凹陷部位，通常都是由在三維空間上靠得很進的一些氨基酸殘基組成。
酶活測定
初速度(initial velocity)：酶促反應最初階段底物轉化為產物的速度，這一階段產物的濃度非常低，其逆反應可以忽略不計。
米氏方程（Michaelis-Mentent equation）:表示一個酶促反應的起始速度（υ）與底物濃度([s])關系的速度方程：υ=υmax[s]/(Km+[s])
米氏常數（Michaelis constant）:對於一個給定的反應，異至酶促反應的起始速度（υ0）達到最大反應速度（υmax）一半時的底物濃度。
催化常數（catalytic number）(Kcat):也稱為轉換數。是一個動力學常數，是在底物處於飽和狀態下一個酶（或一個酶活性部位）催化一個反應有多快的測量。
催化常數等於最大反應速度除以總的酶濃度（υmax/[E]total）。或是每摩酶活性部位每秒鍾轉化為產物的底物的量（摩[爾]）。
雙倒數作圖（double-reciprocal plot）:那稱為Lineweaver_Burk作圖。一個酶促反應的速度的倒數（1/V）對底物度的倒數（1/LSF）的作圖。x和y軸上的截距分別代表米氏常數和最大反應速度的倒數。
酶活調節
競爭性抑製作用（competitive inhibition）：通過增加底物濃度可以逆轉的一種酶抑制類型。競爭性抑制劑通常與正常的底物或配體競爭同一個蛋白質的結合部位。這種抑制使Km增大而υmax不變。
非競爭性抑製作用（noncompetitive inhibition）: 抑制劑不僅與游離酶結合，也可以與酶-底物復合物結合的一種酶促反應抑製作用。這種抑制使Km不變而υmax變小。
反競爭性抑製作用（uncompetitive inhibition）: 抑制劑只與酶-底物復合物結合而不與游離的酶結合的一種酶促反應抑製作用。這種抑制使Km和υmax都變小但υmax/Km不變。
很大一類復雜的蛋白質物質 [enzyme;ferment],在促進可逆反應(如水解和氧化)方面起著像催化劑一樣的作用。在許多工業過程中是有用的(如發酵、皮革鞣製及乾酪生產)
酶是一種有機的膠狀物質，由蛋白質組成，對於生物的化學變化起催化作用，發酵就是靠它的作用：～原。
[編輯本段]酶的催化
酸-鹼催化（acid-base catalysis）：質子轉移加速反應的催化作用。
共價催化（covalent catalysis）：一個底物或底物的一部分與催化劑形成共價鍵，然後被轉移給第二個底物。許多酶催化的基團轉移反應都是通過共價方式進行的。
催化機理
酶的催化機理和一般化學催化劑基本相同，也是先和反應物（酶的底物）結合成絡合物，通過降低反應的能來提高化學反應的速度，在恆定溫度下，化學反應體系中每個反應物分子所含的能量雖然差別較大，但其平均值較低，這是反應的初態。
S（底物）→P（產物）這個反應之所以能夠進行，是因為有相當部分的S分子已被激活成為活化（過渡態）分子，活化分子越多，反應速度越快。在特定溫度時，化學反應的活化能是使1摩爾物質的全部分子成為活化分子所需的能量（千卡）。
酶（E）的作用是：與S暫時結合形成一個新化合物ES，ES的活化狀態（過渡態）比無催化劑的該化學反應中反應物活化分子含有的能量低得多。ES再反應產生P，同時釋放E。E可與另外的S分子結合，再重復這個循環。降低整個反應所需的活化能，使在單位時間內有更多的分子進行反應，反應速度得以加快。如沒有催化劑存在時，過氧化氫分解為水和氧的反應（2H2O2→2H2O+O2）需要的活化能為每摩爾18千卡（1千卡=4.187焦耳），用過氧化氫酶催化此反應時，只需要活化能每摩爾2千卡，反應速度約增加10^11倍。
酶作用的分子基礎
一、酶的化學組成
按照酶的化學組成可將酶分為單純酶和結合酶兩大類。單純酶分子中只有氨基酸殘基組成的肽鏈，結合酶分子中則除了多肽鏈組成的蛋白質，還有非蛋白成分，如金屬離子、鐵卟啉或含B族維生素的小分子有機物。結合酶的蛋白質部分稱為酶蛋白(apoenzyme)，非蛋白質部分統稱為輔助因子 (cofactor)，兩者一起組成全酶(holoenzyme)；只有全酶才有催化活性，如果兩者分開則酶活力消失。非蛋白質部分如鐵卟啉或含B族維生素的化合物若與酶蛋白以共價鍵相連的稱為輔基(prosthetic group)，用透析或超濾等方法不能使它們與酶蛋白分開；反之兩者以非共價鍵相連的稱為輔酶(coenzyme)，可用上述方法把兩者分開。表4-1為以金屬離子作結合酶輔助因子的一些例子。表4-2列出含B族維生素的幾種輔酶(基)及其參與的反應。
結合酶中的金屬離子有多方面功能，它們可能是酶活性中心的組成成分；有的可能在穩定酶分子的構象上起作用；有的可能作為橋梁使酶與底物相連接。輔酶與輔基在催化反應中作為氫(H+和e)或某些化學基團的載體，起傳遞氫或化學基團的作用。體內酶的種類很多，但酶的輔助因子種類並不多，從表4—1中已見到幾種酶均用某種相同的金屬離子作為輔助因子的例子，同樣的情況亦見於輔酶與輔基，如3-磷酸甘油醛脫氫酶和乳酸脫氫酶均以NAD+作為輔酶。酶催化反應的特異性決定於酶蛋白部分，而輔酶與輔基的作用是參與具體的反應過程中氫(H+和e)及一些特殊化學基團的運載。
二、酶的活性中心
酶屬生物大分子，分子質量至少在1萬以上，大的可達百萬。酶的催化作用有賴於酶分子的一級結構及空間結構的完整。若酶分子變性或亞基解聚均可導致酶活性喪失。一個值得注意的問題是酶所催化的反應物即底物（substrate），卻大多為小分物質它們的分子質量比酶要小幾個數量級。
酶的活性中心（active center）只是酶分子中的很小部分，酶蛋白的大部分氨基酸殘基並不與底物接觸。組成酶活性中心的氨基酸殘基的側鏈存在不同的功能基團，如-NH2、-COOH、-SH、-OH和咪唑基等，它們來自酶分子多肽鏈的不同部位。有的基團在與底物結合時起結合基團(binding group)的作用，有的在催化反應中起催化基團(catalytic group)的作用。但有的基團既在結合中起作用，又在催化中起作用，所以常將活性部位的功能基團統稱為必需基團(essential group)。它們通過多肽鏈的盤曲折疊，組成一個在酶分子表面、具有三維空間結構的孔穴或裂隙，以容納進入的底物與之結合（圖4-1）並催化底物轉變為產物，這個區域即稱為酶的活性中心。
而酶活性中心以外的功能集團則在形成並維持酶的空間構象上也是必需的，故稱為活性中心以外的必需基團。對需要輔助因子的酶來說，輔助因子也是活性中心的組成部分。酶催化反應的特異性實際上決定於酶活性中心的結合基團、催化基團及其空間結構。
三、酶的分子結構與催化活性的關系
酶的分子結構的基礎是其氨基酸的序列，它決定著酶的空間結構和活性中心的形成以及酶催化的專一性。如哺乳動物中的磷酸甘油醛脫氫酶的氨基酸殘基序列幾乎完全相同，說明相同的一級結構是酶催化同一反應的基礎。又如消化道的糜蛋白酶，胰蛋白酶和彈性蛋白酶都能水解食物蛋白質的肽鍵，但三者水解的肽鍵有各自的特異性，糜蛋白酶水解含芳香族氨基酸殘基提供羧基的肽鍵，胰蛋白酶水解賴氨酸等鹼性氨基酸殘基提供羧基的肽鍵，而彈性蛋白酶水解側鏈較小且不帶電荷氨基酸殘基提供羧基的肽鍵．這三種酶的氨基酸序列分析顯示40％左右的氨基酸序列相同，都以絲氨酸殘基作為酶的活性中心基團，三種酶在絲氨酸殘基周圍都有G1y-Asp-Ser-Gly-Pro序列，X線衍射研究提示這三種酶有相似的空間結構，這是它們都能水解肽鍵的基礎。而它們水解肽鍵時的特異性則來自酶的底物結合部位上氨基酸組成上有微小的差別所致。
圖說明這三個酶的底物結合部位均有一個袋形結構，糜蛋白酶該處能容納芳香基或非極性基；胰蛋白酶袋子底部稍有不同其中一個氨基酸殘基為天冬氨酸取代，使該處負電荷增強，故該處對帶正電荷的賴氨酸或精酸殘基結合有利；彈性蛋白酶口袋二側為纈氨酸和蘇氨酸殘基所取代，因此該處只能結合較小側鏈和不帶電荷的基團．說明酶的催化特異性與酶分子結構的緊密關系。
四、酶原與酶原激活（zymogen andactivation of zymogen）
有些酶如消化系統中的各種蛋白酶以無活性的前體形式合成和分泌，然後，輸送到特定的部位，當體內需要時，經特異性蛋白水解酶的作用轉變為有活性的酶而發揮作用。這些不具催化活性的酶的前體稱為酶原（zymogen）。如胃蛋白酶原(pepsinogen)、胰蛋白酶原(trypsinogen)和胰凝乳蛋白酶原(chymotrypsinogen)等。某種物質作用於酶原使之轉變成有活性的酶的過程稱為酶原的激活。使無活性的酶原轉變為有活性的酶的物質稱為活化素。活化素對於酶原的激活作用具有一定的特異性。
例如胰腺細胞合成的糜蛋白酶原為245個氨基酸殘基組成的單一肽鏈，分子內部有5對二硫鍵相連，該酶原的激活過程如圖4-3所示．首先由胰蛋白酶水解15位精氨酸和16位異亮氨酸殘基間的肽鍵，激活成有完全催化活性的p-糜蛋白酶，但此時酶分子尚未穩定，經p-糜蛋白酶自身催化，去除二分子二肽成為有催化活性井具穩定結構的α—糜蛋白酶。
在正常情況下，血漿中大多數凝血因子基本上是以無活性的酶原形式存在，只有當組織或血管內膜受損後，無活性的酶原才能轉變為有活性的酶，從而觸發一系列的級聯式酶促反應，最終導致可溶性的纖維蛋白原轉變為穩定的纖維蛋白多聚體，網羅血小板等形成血凝塊。
酶原激活的本質是切斷酶原分子中特異肽鍵或去除部分肽段後有利於酶活性中心的形成酶原激活有重要的生理意義，一方面它保證合成酶的細胞本身不受蛋白酶的消化破壞，另一方面使它們在特定的生理條件和規定的部位受到激活並發揮其生理作用。如組織或血管內膜受損後激活凝血因子；胃主細胞分泌的胃蛋白酶原和胰腺細胞分泌的糜蛋白酶原、胰蛋白酶原、彈性蛋白酶原等分別在胃和小腸激活成相應的活性酶，促進食物蛋白質的消化就是明顯的例證。特定肽鍵的斷裂所導致的酶原激活在生物體內廣泛存在，是生物體的一種重要的調控酶活性的方式。如果酶原的激活過程發生異常，將導致一系列疾病的發生。出血性胰腺炎的發生就是由於蛋白酶原在未進小腸時就被激活，激活的蛋白酶水解自身的胰腺細胞，導致胰腺出血、腫脹。
四、同工酶(isoenzyme)
同工酶的概念：即同工酶是一類催化相同的化學反應，但酶蛋白的分子結構、理化性質和免疫原性各不相同的一類酶。 它們存在於生物的同一種族或同一個體的不同組織，甚至在同一組織、同一細胞的不同細胞器中。至今已知的同工酶已不下幾十種，如己糖激酶，乳酸脫氫酶等，其中以乳酸脫氫酶（Lactic acid dehydrogenase,LDH）研究得最為清楚。人和脊柱動物組織中，有五種分子形式，它們催化下列相同的化學反應：
五種同工酶均由四個亞基組成。LDH的亞基有骨骼肌型(M型)和心肌型(H型)之分，兩型亞基的氨基酸組成不同，由兩種亞基以不同比例組成的四聚體，存在五種LDH形式．即H4（LDHl）、H3M1（LDH2）、H2M2 (LDH3)、H1M3(LDH4)和M4 (LDH5)。
M、H亞基的氨基酸組成不同，這是由基因不同所決定。五種LDH中的M、H亞基比例各異，決定了它們理化性質的差別．通常用電冰法可把五種LDH分開，LDH1向正極泳動速度最快，而LDH5泳動最慢，其它幾種介於兩者之間，依次為LDH2、LDH3和LDH4(圖4-5) 圖4-5還說明了不同組織中各種LDH所含的量不同，心肌中以LDHl及LDH2的量較多，而骨骼肌及肝中LDH5和LDH4為主．不同組織中LDH同工酶譜的差異與組織利用乳酸的生理過程有關．LDH1和LDH2對乳酸的親和力大，使乳酸脫氫氧化成丙酮酸，有利於心肌從乳酸氧化中取得能量。LDH5和LDH4對丙酮酸的親和力大，有使丙酮酸還原為乳酸的作用，這與肌肉在無氧酵解中取得能量的生理過程相適應(詳見糖代謝章)．在組織病變時這些同工酶釋放入血，由於同工酶在組織器官中分布差異，因此血清同工酶譜就有了變化。故臨床常用血清同工酶譜分析來診斷疾病(圖4-5)。
五、 別構酶
別構酶(allosteric enzyme)往往是具有四級結構的多亞基的寡聚酶，酶分子中除有催化作用的活性中心也稱催化位點（catalytic site）外；還有別構位點(allosteric site)．後者是結合別構劑(allesteric effector)的位置，當它與別構劑結合時，酶的分子構象就會發生輕微變化，影響到催化位點對底物的親和力和催化效率。若別構劑結合使酶與底物親和力或催化效率增高的稱為別構激活劑(allostericactivator)，反之使酶底物的r親和力或催化效率降低的稱為別構抑制劑(allostericinhibitor)。酶活性受別構劑調節的作用稱為別構調節(allosteric regulation)作用．別構酶的催化位點與別構位點可共處一個亞基的不同部位，但更多的是分別處於不同亞基上．在後一種情況下具催化位點的亞基稱催化亞基，而具別構位點的稱調節亞基。多數別構酶處於代謝途徑的開端，而別構酶的別構劑往往是一些生理性小分子及該酶作用的底物或該代謝途徑的中間產物或終產物。故別構酶的催化活性受細胞內底物濃度、代謝中間物或終產物濃度的調節。終產物抑制該途徑中的別構酶稱反饋抑制(feedback inhibition)．說明一旦細胞內終產物增多，它作為別構抑制劑抑制處於代謝途徑起始的酶，及時調整該代謝途徑的速度，以適應細胞生理機能的需要。別構酶在細胞物質代謝上的調節中發揮重要作用。故別構酶又稱調節酶。（regulatory enzyme）
六、修飾酶
體內有些酶需在其它酶作用下，對酶分子結構進行修飾後才具催化活性，這類酶稱為修飾酶（modification enzyme）。其中以共價修飾為多見，如酶蛋白的絲氨酸，蘇氨酸殘基的功能基團-OH可被磷酸化，這時伴有共價鍵的修飾變化生成，故稱共價修飾(covalent modification)。由於這種修飾導致酶活力改變稱為酶的共價修飾調節(covalent modification regulation)。體內最常見的共價修飾是酶的磷酸化與去磷酸化，此外還有酶的乙醯化與去乙醯化、尿苷酸化與去尿苷酸化、甲基化與去甲基化。由於共價修飾反應迅速，具有級聯式放大效應所以亦是體內調節物質代謝的重要方式。如催化糖原分解第一步反應的糖原磷酸化酶存在有活性和無活性兩種形式，有活性的稱為磷酸化酶a，無活性的稱為磷酸化酶b，這兩種形式的互變就是通過酶分子的磷酸化與去磷酸化的過程（詳見糖代謝章）
七、多酶復合體與多酶體系
體內有些酶彼此聚合在一起，組成一個物理的結合體，此結合體稱為多酶復合體(multienzyme complex)。若把多酶復合體解體，則各酶的催化活性消失。參與組成多酶復合體的酶有多有少，如催化丙酮酸氧化脫羧反應的丙酮酸脫氫酶多酶復合體由三種酶組成，而在線粒體中催化脂肪酸β-氧化的多酶復合體由四種酶組成。多酶復合體第一個酶催化反應的產物成為第二個酶作用的底物，如此連續進行，直至終產物生成．
多酶復合體由於有物理結合，在空間構象上有利於這種流水作業的快速進行，是生物體提高酶催化效率的一種有效措施。
體內物質代謝的各條途徑往往有許多酶共同參與，依次完成反應過程，這些酶不同於多酶復合體，在結構上無彼此關聯。故稱為多酶體系(multienzyme system)。如參與糖酵解的11個酶均存在於胞液，組成一個多酶體系。
八、多功能酶
近年來發現有些酶分子存在多種催化活性，例如大腸桿菌DNA聚合酶I是一條分子質量為109kDa的多肽鏈，具有催化DNA鏈的合成、3』-5』核酸外切酶和5』-3』核酸外切酶的活性，用蛋白水解酶輕度水解得兩個肽段，一個含5』-3』核酸外切酶活性，另一個含另兩種酶的活性，表明大腸桿菌DNA聚合酶分子中含多個活性中心。哺乳動物的脂肪酸合成酶由兩條多肽鏈組成，每一條多肽鏈均含脂肪酸合成所需的七種酶的催化活性。這種酶分子中存在多種催化活性部位的酶稱為多功能酶(multifunctional enzyme)或串聯酶(tandem enzyme)。多功能酶在分子結構上比多酶復合體更具有優越性，因為相關的化學反應在一個酶分子上進行，比多酶復合體更有效，這也是生物進化的結果。
[編輯本段]影響酶活力的因素
米契里斯（Michaelis）和門坦（Menten）根據中間產物學說推導出酶促反應速度方程式，即米-門公式（具體參考《環境工程微生物學》第四章微生物的生理）。由米門公式可知：酶促反應速度受酶濃度和底物濃度的影響，也受溫度、pH、激活劑和抑制劑的影響。
（1）酶濃度對酶促反應速度的影響
從米門公式和酶濃度與酶促反應速度的關系圖解可以看出：酶促反應速度與酶分子的濃度成正比。當底物分子濃度足夠時，酶分子越多，底物轉化的速度越快。但事實上，當酶濃度很高時，並不保持這種關系，曲線逐漸趨向平緩。根據分析，這可能是高濃度的底物夾帶夾帶有許多的抑制劑所致。
（2）底物濃度對酶促反應速度的影響
在生化反應中，若酶的濃度為定值，底物的起始濃度較低時，酶促反應速度與底物濃度成正比，即隨底物濃度的增加而增加。當所有的酶與底物結合生成中間產物後，即使在增加底物濃度，中間產物濃度也不會增加，酶促反應速度也不增加。
還可以得出，在底物濃度相同條件下，酶促反應速度與酶的初始濃度成正比。酶的初始濃度大，其酶促反應速度就大。
在實際測定中，即使酶濃度足夠高，隨底物濃度的升高，酶促反應速度並沒有因此增加，甚至受到抑制。其原因是：高濃度底物降低了水的有效濃度，降低了分子擴散性，從而降低了酶促反應速度。過量的底物聚集在酶分子上，生成無活性的中間產物，不能釋放出酶分子，從而也會降低反應速度。
（3）溫度對酶促反應速度的影響
各種酶在最適溫度范圍內，酶活性最強，酶促反應速度最大。在適宜的溫度范圍內，溫度每升高10℃，酶促反應速度可以相應提高1～2倍。不同生物體內酶的最適溫度不同。如，動物組織中各種酶的最適溫度為37～40℃；微生物體內各種酶的最適溫度為25～60℃，但也有例外，如黑曲糖化酶的最適溫度為62～64℃；巨大芽孢桿菌、短乳酸桿菌、產氣桿菌等體內的葡萄糖異構酶的最適溫度為80℃；枯草桿菌的液化型澱粉酶的最適溫度為85～94℃。可見，一些芽孢桿菌的酶的熱穩定性較高。過高或過低的溫度都會降低酶的催化效率，即降低酶促反應速度。
最適溫度在60℃以下的酶，當溫度達到60～80℃時，大部分酶被破壞，發生不可逆變性；當溫度接近100℃時，酶的催化作用完全喪失。
（4）pH對酶促反應速度的影響
酶在最適pH范圍內表現出活性，大於或小於最適pH，都會降低酶活性。主要表現在兩個方面：①改變底物分子和酶分子的帶電狀態，從而影響酶和底物的結合；②過高或過低的pH都會影響酶的穩定性，進而使酶遭受不可逆破壞。
（5）激活劑對酶促反應速度的影響
能激活酶的物質稱為酶的激活劑。激活劑種類很多，有①無機陽離子，如鈉離子、鉀離子、銅離子、鈣離子等；②無機陰離子，如氯離子、溴離子、碘離子、硫酸鹽離子磷酸鹽離子等；③有機化合物，如維生素C、半胱氨酸、還原性谷胱甘肽等。許多酶只有當某一種適當的激活劑存在時，才表現出催化活性或強化其催化活性，這稱為對酶的激活作用。而有些酶被合成後呈現無活性狀態，這種酶稱為酶原。它必須經過適當的激活劑激活後才具活性。
（6）抑制劑對酶促反應速度的影響
能減弱、抑制甚至破壞酶活性的物質稱為酶的抑制劑。它可降低酶促反應速度。酶的抑制劑有重金屬離子、一氧化碳、硫化氫、氫氰酸、氟化物、碘化乙酸、生物鹼、染料、對-氯汞苯甲酸、二異丙基氟磷酸、乙二胺四乙酸、表面活性劑等。
對酶促反應的抑制可分為競爭性抑制和非競爭性抑制。與底物結構類似的物質爭先與酶的活性中心結合，從而降低酶促反應速度，這種作用稱為競爭性抑制。競爭性抑制是可逆性抑制，通過增加底物濃度最終可解除抑制，恢復酶的活性。與底物結構類似的物質稱為競爭性抑制劑。抑制劑與酶活性中心以外的位點結合後，底物仍可與酶活性中心結合，但酶不顯示活性，這種作用稱為非競爭性抑制。非競爭性抑制是不可逆的，增加底物濃度並不能解除對酶活性的抑制。與酶活性中心以外的位點結合的抑制劑，稱為非競爭性抑制劑。
有的物質既可作為一種酶的抑制劑，又可作為另一種酶的激活劑。

㈡ 酶的發現史

人們在日常生活中發現酵母能使果汁和谷類加速轉化成酒。這種轉化過程叫作發酵。1680年，荷蘭的業餘生物學家、布商列文虎克在用顯微鏡觀察中首先發現了酵母細胞。一個半世紀以後，法國物理學家卡格尼亞爾·德拉圖爾使用一台優質的復式顯微鏡，專心研究酵母，他仔細觀察了酵母的繁殖過程，確定酵母是一種活的微生物。這樣，在19世紀50年代，酵母就成了一個熱門的研究課題。

人們還發現在腸道里也進行著類似於發酵的過程。1752年，法國物理學家列奧米爾用鷹作實驗對象，讓鷹吞下幾個裝有肉的小金屬管，管壁上的小孔能使胃內的化學物質作用到肉上。當鷹吐出這些管子的時候，管內的肉已部分分解了，管中有了一種淡黃色的液體。

1777年，蘇格蘭醫生史蒂文斯從胃裡分離一種液體（胃液），並證明了食物的分解過程可以在體外進行。

1834年，德國博物學家施旺把氯化汞加到胃液里，沉澱出一種白色粉末。除去粉末中的汞化合物，把剩下的粉末溶解，得到了一種濃度非常高的消化液，他把這粉末叫作「胃蛋白酶」（希臘語中的消化之意）。

同時，兩位法國化學家帕揚和佩索菲發現，麥芽提取物中有一種物質，能使澱粉變成糖，變化的速度超過了酸的作用，他們稱這種物質為「澱粉酶制劑」（希臘語的「分離」）。

科學家們把酵母細胞一類的活動體酵素和像胃蛋白酶一類的非活體酵素作了明確的區分。

1878年，德國生理學家庫恩提出把後者叫作「酶」。

1897年，德國化學家畢希納用砂粒研磨酵細胞，把所有的細胞全部研碎，並成功地提取出一種液體。他發現，這種液體依然能夠像酵母細胞一樣完成發酵任務。這個實驗證明了活體酵素與非活體酵素的功能是一樣的。因此，「酶」這個詞現在適用於所有的酵素，而且是使生化反應的催化劑。

由於這項發現，畢希納獲得了1907年諾貝爾化學獎

㈢ 酶工程的發展歷史

在七十年代以後，伴隨著第二代酶——固定化酶及其相關技術的產生，酶工程才算真正登上了歷史舞台。固定化酶正日益成為工業生產的主力軍，在化工醫葯、輕工食品、環境保護等領域發揮著巨大的作用。不僅如此，還產生了威力更大的第三代酶，它是包括輔助因子再生系統在內的固定化多酶系統，它正在成為酶工程應用的主角。
我們知道，酶在生物體內的含量是有限的，不管是哪種酶，在細胞中的濃度都不會是很高的，這也是出於生物機體生命活動平衡調節的需要。可是這樣一來，就限制了直接利用天然酶更有效地解決很多化學反應的可能性。
利用基因工程的方法可以解決這一難題。

㈣ 酶工程知識總結

酶工程復習小結

第一章 緒論

1.酶的發展史

       1773年，義大利斯帕蘭扎尼發現了鷹的胃液消化肉塊。

       19世紀歐洲發現酶的反應屬於化學反應，與生命活動無關。

       巴斯德發現發酵與活細胞有關，起發酵作用的是酵母細胞。

       庫恩將其命名為酶。

       畢希納發現是一種生物反應催化劑。

酶的本質研究：最初認為酶是釀酒酵母，後來發現是一種具有生物催化活性的物質，在後來發現酶是一種蛋白質，在後來發現有些酶是RNA。

        生物催化劑（Biocatalytics）：通常把來源於生物並且具有催化活性的酶制劑統稱為生物催化劑。生物催化劑除了從生物體分離出來的酶之外，還包括富含酶制劑的細胞碎片、細胞器、喪失生命活性的完整細胞器以及可以增值的活細胞。

       酶工程是利用酶催化的作用，在一定的生物反應器當中將原料轉化為所需要產品，是酶學理論與微生物技術的結合而產生的一門新技術，是酶的生產與應用過程技術。

       酶的生產：通過各種方法獲得人們所需要的酶的技術過程。

       酶的應用：通過酶的催化作用獲得人們所需要的物質或者除去不需要的物質的技術過程。在酶的應用過程當中，出現了天然酶的缺陷包括：穩定性差（對熱強酸強鹼）、酶的分離純化技術復雜、只能使用一次。

     酶的改良：通過各種技術和方法改良酶的催化特徵的技術過程。包括酶的分子修飾、酶的固定化、酶的非水相催化體系的建立以及酶的定向進化。

       酶工程的三個階段：

酶的提取分離階段（日本的高峰讓吉用米麴黴制備澱粉酶、Rohm動物一張中提取出胃蛋白酶用於皮革洗滌和軟化、木瓜蛋白酶用於啤酒澄清、細菌澱粉酶用於紡織品退漿。

       酶的發酵生產階段：微生物液體深層發酵進行澱粉—澱粉酶的改良。

       工程全面化發展：易錯PCR、DNA重排、基因家族重排、高通量篩選、酶的定向進化。

第二章 酶學知識

1.酶的分類與命名

酶的分類：可以分為蛋白酶和核酸類酶。其中蛋白類酶包括氧化還原酶、轉移酶、水解酶、裂合酶、異構酶和連接酶六種，核酸酶包括分子內核酸酶（自我剪切和酶、自我剪接核酶）和分子間核酸酶（DNA、RNA、多肽、氨基酸）。羊轉水裂一臉

酶的命名：習慣命名法：底物加反應特性（蛋白酶、澱粉酶）、催化反應特徵（水解酶）、加來源或特徵（木瓜蛋白酶、鹼性磷酸酶）

系統命名法：E.C.a.b.c.d

a表示大類即分類當中的六類。

2.酶的組成和特點

單純酶是指簡單酶，只有一種催化成分，單純蛋白質，比如：脲酶、澱粉酶、脂肪酶。蛋白質的性質決定了他的催化活性。

結合酶或全酶：是指由酶蛋白和輔助因子構成的，輔助因子包括金屬離子和小分子物質，其中小分子物質又包括輔酶和輔基。輔酶結合比較鬆弛，輔基結合比較緊密。一般來說，全酶的酶蛋白決定了底物的專一性，輔助因子決定了反應的專一性。

輔助因子的作用：

金屬離子

金屬離子的作用：催化作用，參與三元絡合物E-M-S的形成，穩定蛋白構象。根據金屬離子與酶蛋白的結合程度可以分為兩種：金屬酶和金屬激活酶。酶蛋白與金屬離子結合緊密，比如說鐵離子/亞鐵離子、銅離子/亞銅離子。金屬激酶：酶蛋白與金屬離子結合比較鬆散，在溶液中酶蛋白與這類離子結合而被激活。

輔酶和輔基：

輔酶：是指與酶蛋白結合比較鬆散那的小分子有機物質，通過透析方法可以除去。

輔基：以共價鍵與酶蛋白結合，不能用透析方法除去，必須使用一定的化學處理才能夠將共價鍵打開。

酶的組成形式：單體酶、寡聚酶、多酶復合體、多酶融合體。

單體酶：有一條肽鏈組成或者多條肽鏈通過二硫鍵鏈接形成的酶。

寡聚酶：由兩個或兩個以上的與亞基組成的酶。

多酶復合體：由幾種酶通過共價鏈接形成的復合體。其中每一個酶催化一種反應所有反應依次進行。

多聚融合體：一條多肽鏈上鏈接有多種催化活性的酶，通常是由基因改造形成的。

酶的結構：包括必需基團、結構維持和活性部位（包括結合基因和催化基因）

3.酶催化

酶催化的特點：催化效率高、高特異性、酶活可調節（不同反應條件下酶活不同）

催化反應的機制：廣義的酸鹼催化、共價催化

4.酶反應動力學：研究酶促反應的速率以及其影響因素的科學。

5.酶活力測定：反應條件設計酶濃度、底物濃度、反應體系、條件、樣品、空白和對照。

第三章 酶的蛋白合成

1.中心法則

2.蛋白表達的調控：

2.1胞內蛋白和胞外蛋白的差異：

胞內蛋白由細胞質內游離的核糖體形成，一般來說，不含信號肽，不經過內質網、高爾基體的加工。胞外蛋白是存在於細胞外的基質當中，由細胞合成之後分泌到胞外的蛋白質，絕大多數含有信號肽。

2.2操縱子、調控子、信號肽、前肽。其中操縱子和信號肽位於目的基因上游。

操縱子：操縱子包括啟動基因、操縱基因以及結構基因，三者緊密相連，操縱子是三者的總稱。很多功能相關的基因前後鏈接成串，由一個共同的控制區進行調控。常見的操縱子包括：乳糖操縱子、色氨酸操縱子等信號肽：蛋白質中由特定氨基酸組成的連續序列，決定蛋白質在細胞中的最終定位。在胞外蛋白分泌的過程中至關重要。

2.3密碼子：mRNA每三個相鄰鹼基排列成為一個密碼子，密碼子決定氨基酸的種類，密碼子的排列順序決定氨基酸的排列順序，進而決定蛋白質的一級結構。在翻譯過程中會與反密碼子相結合。免疫原性：指可以引起免疫應答的性能。即抗原刺激特定的免疫細胞，使免疫細胞發生活化、增殖、分化，最終產生特定的免疫細胞的能力。

抗原性：抗原性是指抗原與其誘導的看抗體或致敏淋巴細胞他特異性結合的能力大小。

蛋白結構包括一級結構、二級結構。

第四章 微生物產酶

1.微生物產酶的流程

1）菌種分離篩選：土樣採集、過濾、輔基、菌落培養、篩選

2）菌種優化培育

3）發酵培養基/發酵條件的優化

4）發酵產物的分離純化

5）酶制劑的包裝保存

2.微生物產酶的生化機制

1）酶的生物合成的基本過程：轉錄和翻譯

2）生物合成的調節：

       分解代謝物的阻遏作用

       酶生物合成的誘導作用

       酶生物合成的反饋阻遏作用

3）合成模式：同步合成型、延續合成型、中期合成型、滯後合成型。（合成模式並不是固定不變的，同一菌種在不同條件下的合成模式可能會不同。）

同步合成型：酶的合成與細胞的生長同步進行，在細胞進入平衡期之後，酶的合成停止。

延續合成型：酶的合成與細菌的生長同步進行，但是在細菌生長進入平衡期之後，酶還可以繼續合成一段時間。

中期合成型：酶在細菌生長一段時間之後才開始，在細胞生長達到平衡期之後，酶的合成停止。

滯後合成型：酶合成在細胞生長開始一段時間後，在細胞生長達到平衡期之後，酶的合成還可以繼續合成一段時間。

3.微生物產酶的影響因素：

優化菌株、優化培養基、優化分離技術、設備及條件、控制工藝、其他（添加誘導物、控制阻遏物濃度、添加表面活性劑、添加促進劑）。

誘導物：能夠調節啟動子開關的物質稱為誘導物，誘導物可以與調控蛋白結合，改變調控蛋白的空間結構，從而能改變基因轉錄翻譯。

阻遏物：一種可以與DNA或者RNA結合來阻遏轉錄翻譯的一種蛋白質，與操縱基因結合之後影響操縱子的蛋白結構，進而影響蛋白質合成。

表面活性劑：指具有一定的親水疏水基因，在溶液表面橫向排列，並且可以使表面張力下降的物質。促進劑：可以促進產酶，但是並不清楚其原理。

因此，發酵方式的選擇、了解發酵特點、培養基的選擇、優化工藝、優化發酵條件非常重要。

培養基：培養基的C/N，碳源、氮源有什麼物質提供、無機鹽、生長因子

發酵條件包括pH條件（緩沖體系、培養基中、流體）、溫度（培養溫度、發酵罐溫度）、溶解氧（氧分壓、通氣量、氣液接觸時間、接觸面積、改變培養液的性質）。

4.微生物發酵的優點：

1

）微生物產酶產量高。

2）微生物產酶穩定下好。

3）利於培養和管理

4）利於酶的分離純化

5）安全可靠，無毒性。

第五章 微生物菌種改造

1.育種的分子生物學基礎——突變

突變的分子機制：基因突變（鹼基替換、移碼突變、易位突變），染色體畸變和染色體組變（缺失和重復、倒位和易位、多倍體三倍體）

遺傳性狀改變：同義和無義突變、錯義突變、移碼突變

突變類型：形態突變型、生化突變型、條件致死突變型、致死突變型、抗性突變型。

基因突變：基因組DNA發生突然變化的，可以遺傳的，變異現象。從分子水平來看，就是發生在鹼基序列上的變化。

鹼基替換：在DNA分子中，一個鹼基被另一個鹼基替換的現象。

移碼突變：在正常的DNA分子中，鹼基改變非3的倍數，導致在這個位置後面的所有鹼基序列發生改變，導致鹼基編碼移位錯誤的現象就做移碼突變。

易位突變：染色體片段發生位置改變叫做易位，其中在同一條染色體上的改變叫做移位或者染色體內易位，在不同染色體之間發生叫做染色體間易位。

染色體畸變：染色體畸變包括染色體數目的畸變和染色體形態的畸變。

同義突變：又叫沉默突變，是指DNA中的鹼基改變導致mRNA的密碼子發生改變，但是由於密碼子並沒有發揮作用，氨基酸並沒有發生改變的突變。

無義突變：DNA的突變導致mRNA中的密碼子改變為另一種終止密碼子。

錯義突變：DNA中的鹼基改變導致mRNA中的密碼子發生改變，編碼成另一種氨基酸的突變。

形態突變型：指肉眼可見的突變型，比如說性狀、大小、顏色的突變型。

2.育種前的准備——誘導細胞的選擇

1）單倍體細胞

2）單核或者細胞核盡可能少。

3）誘變劑作用機理選擇細胞狀態

4）分離純化

注意1）愛固定條件下培養細胞，2）利用成分固定的細胞進行實驗，3）細胞充分分散，4）誘變之後表型延遲

3.育種的一般流程

1）選擇出發菌株

2）出發菌株純化

3）制備單孢子

4）誘變劑或者誘變方式的選擇性

5）誘變條件的優化

4.菌種篩選

1）篩選流程的確認

2）篩選方法的確定和優化

3）篩選培養基

4）產物測定

5）突變菌株的分純

6）突變菌株的工業化

5.育種的常見方法及原理

1）自然選育：小概率突變

2）經典誘變：物理誘變、化學誘變（烷化劑、核酸鹼基類似物、抗生素）、復合誘變

產TG酶的菌種紫外誘變（制備孢子處理液、紫外處理、塗布暗箱培養、高通量初篩、搖瓶復篩、工業發酵罐放大）

亞硝基胍誘變：原理：烷化劑，是DNA上的鹼基和磷酸部分被烷化，DNA復制時導致配對錯誤而引起突變。誘變條件：不同pH的誘變機理不同。

常溫常壓等離子體（ARTPA）常溫常壓等離子體突變，在其中含有多種化學活性成分粒子。

3）基於PCR技術的突變

隨機突變、定點突變、易錯PCR、基因重排、定向進化（建庫）。

易錯PCR：在採用DNA聚合酶進行PCR時，通過調整反應條件，比如說加入鎂離子、加入錳離子、改變體系中的dNTP、低保真的酶等，來改變基因頻率，以此達到基因突變的效果。

基因重排：將含有不同大小的基因庫切成DNA小片段，小片段之間互為引物進行PCR擴增，擴增含有多個突變位點的基因，轉化篩選。

定向進化：突變文庫構建（基於易錯PCR以及基因文庫的建立），定向篩選（按照定向有目的篩選），基因鑒定（擴增目標基因，進行鑒定）

PCR對基因的改造缺點：只能對單基因進行改造，一般的酶分子不要過大，只能針對酶本身進行改造，往往適應性不好，效果有限。

4）有性選育：雜交育種、原生質體融合、基因組重排。

雜交育種：是將父母本雜交之後得到子代，對子代進行選育。

原生質體融合：採用人工的方法，將兩個有一定性狀的原生質體進行融合從而達到育種目的。

基因組重排：基因組重排需要一個基因庫，然後通過原生質體融合的方式將目的基因進行隨即重排。

第六章 酶的分離純化

1.分離純化的概要

1）酶蛋白純化的一般過程：合適的方法選取、蛋白質來源及釋放、初步分離、純化、脫鹽濃縮、檢測保存

2）純化常規需要考慮

量：科研級別（微克）；醫葯上和工業上（公斤級），

純度：臨床治療99.9%，食品級安全

破碎條件：溫和，去除雜志、脂質、核酸、毒素等物質。

純化條件：緩沖體系，蛋白酶，穩定性

2.蛋白質的初步純化——分離

1）細胞破碎：機械破碎法、化學破碎法、物理破碎法（壓力差、溫度差、超聲）、酶促破碎法。

2）提取：

       鹽溶液提取：麩曲中的澱粉酶、蛋白酶等胞外酶。

       酶溶液提取：胰蛋白酶的提取

       鹼溶液提取：細菌L—天冬醯胺酶

       有機溶劑萃取：有機相、水相，多用於與脂質可以牢固結合或者有較多極性基團的酶提取。

3）沉澱分離：

     鹽析：利用不同蛋白質在不同溶液當中的溶解度不同進行分離，通過在酶溶液中加入一定濃度的鹽使酶或者雜質析出沉澱，從而達到沉澱分離的作用。

       等點點沉澱：利用兩性電解質在等電點的溶解度最低，以及不同的良性電解質有不同的等電點這個特徵，通過調節溶液的pH，是沒或者雜質析出。

       有機溶劑沉澱法：利用酶或者其他雜質在有機溶劑中的溶解度不同，通過添加一定量的有機溶劑，是沒或者雜志析出。

       復合沉澱：在酶中加入某種物質，使之與酶形成復合物，而沉澱下來。

       選擇性變性沉澱：選擇一定條件使酶液中存在雜質，並且不會影響酶的作用效果。

4）離心分離

       差速離心：根據粒子大小、沉降系數等進行離心。

       密度梯度離心：在密度梯度離心介質（蔗糖、甘油）進行離心。

       等密梯度離心：將介質與樣品混合，由於各自的浮力上浮或者下沉。

5）膜分離：粗濾、微濾、超濾

3.蛋白質的精細純化

1）色譜層析：吸附層析和分配層析（紙上層析和簿層層析）

2）不同層析的原理

3）分子排阻

4）離子交換層析

5）層析聚焦

6）疏水層析

4.高效液相色譜法

第七章 酶的性質

1.酶的基本性質

1）檢測

SED-PAGE

WB：是否為特異性蛋白

LC-MS/GC-MS：含量以及分子量

CD：研究蛋白質的二級結構

紫外掃描/分光光度法：濃度

DSC：通過吸放熱的特殊點發生蛋白質溶解點進行蛋白質分子連接點的研究。

晶體結構：冷凍電鏡

2）酶的基本性質

酶活：是指在一定條件下酶催化反應的能力

酶活力大小：一定條件下酶催化反應的速率

酶單位：一定條件下一定時間內將一定量的底物轉化為產物所需要的酶量。

酶轉換數（Kcat）：一定條件下每秒鍾每個酶分子轉換的底物分子數來表示酶的反應速率。

抑制劑：分子直接作用於酶，導致其催化效率較低的物質叫做酶抑制劑。

3）酶學特徵檢測

2.酶的穩定性

金屬離子、底物、輔因子、其他相對低分子的分子質量陪提的結合作用。

鹽橋、二硫鍵、氫鍵、

3.酶的變性機制

1）化學變性因素：

       表面活性劑、去污劑：陰離子>陽離子>無離子

       變性劑：脲和鹽酸胍

       高濃度鹽：硫酸銨、酶穩定劑

       氰化鈉（紊亂劑）

       有機溶劑

       螯合

       重金屬離子和巰基試劑

2）物理變性因素：熱、機械力、冷凍脫水、輻射作用

3）蛋白復性：不在完全不可逆失活的條件下，大多數蛋白質可以復性。也就是重新具有酶的功能。

4）不可逆失活：

     蛋白質水解酶和自溶作用：微生物或者外源蛋白水解酶的作用。

       聚合作用：熱變性、二硫鍵重組

       極端pH：啟動改變、交聯破壞氨基酸殘基

       氧化作用：芳香族的側鏈氨基酸、蛋氨酸、半胱氨酸，胱氨酸殘基

4.酶的保存：保存條件狀態、溫度、水分、氧氣、保護劑。固定化、酶分子修飾

第八章 酶的保存

1.酶抑制劑

1）抑制劑：直接作用於酶使其翠花效率降低的分子。

2）酶抑制劑的應用：治療或者有毒

抑製作用類型：分為可逆抑制和不可逆抑制，可逆抑制又可以分為競爭性抑制、非競爭性抑制和反競爭性抑制。

可逆抑制：可逆抑制是說對反應的一直是可逆的，以酶促反應來說，可逆性抑制劑與酶形成復合物，抑制酶與底物的作用。但是在相同條件下，復合物又可以分解成酶和抑制劑，分解後的酶仍然可以催化反應的發生。

       競爭性抑制：抑制劑與底物共同競爭美的同一個活性位點，從而干擾了底物與酶的結合。

       非競爭性抑制：抑制劑可與酶的其他活性部位結合，但不會和底物競爭同一個活性部位。

       反競爭性抑制：抑制劑不能與游離酶發生結合，但是可以與底物—酶的復合物發生結合，從而抑制酶促反應。

不可逆抑制：共價修飾改變酶的結果，不可逆轉。大豆胰蛋白酶抑制劑只不可逆作用於多肽，青黴素亞碸只不可逆作用於內醯胺酶。

3）酶抑制劑的應用

神經毒氣  乙醯膽鹼酯酶

達菲競爭性抑制流感

第九章 動植物及其細胞產酶

1.動物細胞及動物細胞產酶

1）概述

       動物組織中有些酶的含量很高，可以直接提取，利用動物細胞額方法也可以產生大量的酶

2）動物細胞產酶的特點：易獲取、動物來源、病毒、含量、純度不高、可持續性不長。

3）動物產酶舉例

       蝸牛酶的提取：蝸牛酶是從蝸牛的嗦囊和消化道中植被的混合酶，含有纖維須眉，果膠酶，澱粉酶，蛋白酶等多種酶。

       破殼，摘嗦囊，2-3倍緩沖液，過濾取濾液，凍干極為成品。

       胰蛋白酶提取和精細純化。

       豚鼠肝臟中 TG酶

4）動物細胞產酶特點：

用於功能蛋白的生產

生產緩慢

需要添加抗生素

對剪切力面干、培養條件苛刻

有些只能貼壁培養。

培養基復雜，需要血清或替代品，價格昂貴。

5）動物細胞培養工藝

懸浮培養、貼壁培養、固定化細胞培養

培養基：氨基酸、維生素、無機鹽、葡萄糖、生長因子、激素

溫度：36.5

6）重組蛋白表達

構建表達載體

選擇合適的宿主細胞

有話培養基

優化純化工藝

2.植物細胞產酶

1）概述半貼壁單層細胞室溫可以生長，表達的重組蛋白可溶，折疊正確有翻譯後修飾，有生物活性，比較容易分離，易於表達異源蛋白，安全

2）產酶方式

植物組織直接提取

愈傷組織培養

轉基因植物

植物細胞培養

原生質體培養

3）植物細胞培養

細胞體積大，營養條件相對簡單，產率提高，所短周期，易於管理、需要的條件較多（外界條件，修剪等）

4）植物組織培養

選擇和處理外植體，分離細胞，愈傷組織誘導培養、細胞培養、原生質體再生培養

5）示例：蒜素和蒜酶超氧化物歧化酶、木瓜蛋白酶（提取煉乳，凝固，陳江，乾燥、麥芽糖酶。

㈤ 酶與酶學研究的發展簡史並思考:我國很早就有酶的應用,為何酶學理論研究很晚

摘要 人們對酶得認識經歷了一個漫長久遠的過程 中國古代隨著農業技術的進步人們開始有剩餘的食物將剩餘的食物存放在空的桑樹洞里時間久了產生一種具有香味的液體這就是酒。夏禹時期人們開始總結食物在容器中儲存一段時間後產生了酒初步掌握了釀酒的原理及過程。到了殷商之後的周朝人們就開始發展釀酒技術戰國時期人們就知道利用酶來製造食品和治療疾病。但是那個時候的人們並不知道酶具體怎麼工作的直到18世紀清朝康熙年間提出了「酶者酒母也」現代漢語的意思就是酒之母酒乃酶所生。

㈥ 核酸酶的發展歷史

20世紀70年代，在細菌中陸續發現了一類核酸內切酶，能專一性地識別並水解雙鏈DNA上的特異核苷酸順序，稱為限制性核酸內切酶（restriction endonuclease，簡稱限制酶）。當外源DNA侵入細菌後，限制性內切酶可將其水解切成片段，從而限制了外源DNA在細菌細胞內的表達，而細菌本身的DNA由於在該特異核苷酸順序處被甲基化酶修飾，不被水解，從而得到保護。
限制性核酸內切酶的研究和應用發展很快，已提純的限制性核酸內切酶有100多種，許多已成為基因工程研究中必不可少的工具酶。
限制性核酸內切酶可被分成三種類型。Ⅰ型和Ⅲ型限制酶水解DNA需要消耗ATP，全酶中的部分亞基有通過在特殊鹼基上補加甲基基團對DNA進行化學修飾的活性。
Ⅰ型和Ⅲ型酶具有限制和修飾兩種作用，而特異性弱，切割位點的序列不固定，不已知，不宜用於基因克隆中。
Ⅱ型限制酶水解DNA不需要ATP也不以甲基化或其它方式修飾DNA，能在所識別的特殊核苷酸順序內或附近切割DNA。因此，被廣泛用於DNA分子克隆和序列測定。

㈦ 酶的研究歷程分為哪兩個階段

1、酶的發現。2、酵素的發現。
①、1783年，義大利科學家斯巴蘭讓尼用實驗證明：胃具有化學性消化的作用，②、1836年，德國科學家施旺從胃液中提取了胃蛋白酶，③、1926年，美國科學家薩姆納通過化學實驗證明脲酶是一種蛋白質，④20世紀80年代，美國科學家切赫和奧特曼發現少數RNA也具有生物催化作用。

㈧ 酶的催化作用的發展史

酶（enzyme），早期是指in yeast 在酵母中的意思，指由生物體內活細胞產生的一種生物催化劑。大多數由蛋白質組成（少數為RNA）。能在機體中十分溫和的條件下，高效率地催化各種生物化學反應，促進生物體的新陳代謝。生命活動中的消化、吸收、呼吸、運動和生殖都是酶促反應過程。酶是細胞賴以生存的基礎。細胞新陳代謝包括的所有化學反應幾乎都是在酶的催化下進行的。如哺乳動物的細胞就含有幾千種酶。它們或是溶解於細胞液中，或是與各種膜結構結合在一起，或是位於細胞內其他結構的特定位置上。這些酶統稱胞內酶；另外，還有一些在細胞內合成後再分泌至細胞外的酶──胞外酶。酶催化化學反應的能力叫酶活力（或稱酶活性）。酶活力可受多種因素的調節控制，從而使生物體能適應外界條件的變化，維持生命活動。沒有酶的參與，新陳代謝只能以極其緩慢的速度進行，生命活動就根本無法維持。例如食物必須在酶的作用下降解成小分子，才能透過腸壁，被組織吸收和利用。在胃裡有胃蛋白酶，在腸里有胰臟分泌的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、脂肪酶和澱粉酶等。又如食物的氧化是動物能量的來源，其氧化過程也是在一系列酶的催化下完成的。
酶催化作用實質：降低化學反應活化能
酶與無機催化劑比較：
1、相同點：1）改變化學反應速率，本身幾乎不被消耗；2）只催化已存在的化學反應；3）加快化學反應速率，縮短達到平衡時間，但不改變平衡點；4）降低活化能，使化學反應速率加快。5）都會出現中毒現象。
2、不同點：即酶的特性
酶的特性
1、高效性：酶的催化效率比無機催化劑更高，使得反應速率更快；
2、專一性：一種酶只能催化一種或一類底物，如蛋白酶只能催化蛋白質水解成多肽；
3、多樣性：酶的種類很多，大約有4000多種；
4、溫和性：是指酶所催化的化學反應一般是在較溫和的條件下進行的。
5、活性可調節性：包括抑制劑和激活劑調節、反饋抑制調節、共價修飾調節和變構調節等。
6.有些酶的催化性與輔因子有關。
7.易變性，由於大多數酶是蛋白質，因而會被高溫、強酸、強鹼等破壞。
一般來說，動物體內的酶最適溫度在35到40℃之間，植物體內的酶最適溫度在40-50℃之間；細菌和真菌體內的酶最適溫度差別較大，有得酶最適溫度可高達70℃。動物體內的酶最適PH大多在6.5-8.0之間，但也有例外，如胃蛋白酶的最適PH為1.5，植物體內的酶最適PH大多在4.5-6.5之間。
酶的這些性質使細胞內錯綜復雜的物質代謝過程能有條不紊地進行，使物質代謝與正常的生理機能互相適應．若因遺傳缺陷造成某個酶缺損，或其它原因造成酶的活性減弱，均可導致該酶催化的反應異常，使物質代謝紊亂，甚至發生疾病．因此酶與醫學的關系十分密切。
酶的來源
所謂酶（Enzyme），在希臘語里，就是存在於酵母（zyme）中的意思。也就是，在酵母中各樣各樣進行著生命活動的物質被發現，然後被這樣命名。此時，「酵母」始終是活著的生命體=微生物、「酶」是活著的物質 = 製造出生命活動的不可思議的物質（按影象來說叫存活物質可能更好）。
但是酶不等於酵母：只可以說酵母是自然界所有生物體重單位體積內含酶種類及酶最豐富的！尤其是啤酒酵母！
酵母是單細胞微生物，內含有許多酶，酵母具備細胞組織，而酶則是蛋白質，通常一個酵母菌里有數千種蛋白質，所以說酵母含有酶，但酶不等於酵母。
酶的發現
1773年，義大利科學家斯帕蘭扎尼（L.Spallanzani,1729—1799）設計了一個巧妙的實驗：將肉塊放入小巧的金屬籠中，然後讓鷹吞下去。過一段時間他將小籠取出，發現肉塊消失了。於是，他推斷胃液中一定含有消化肉塊的物質。但是什麼，他不清楚。
1836年，德國科學家施旺（T.Schwann,1810—1882）從胃液中提取出了消化蛋白質的物質。解開胃的消化之謎。
1926年，美國科學家薩姆鈉（J.B.Sumner,1887—1955）從刀豆種子中提取出脲酶的結晶，並通過化學實驗證實脲酶是一種蛋白質。
20世紀30年代，科學家們相繼提取出多種酶的蛋白質結晶，並指出酶是一類具有生物催化作用的蛋白質。
20世紀80年代，美國科學家切赫（T.R.Cech,1947—）和奧特曼（S.Altman,1939—）發現少數RNA也具有生物催化作用。
[編輯本段]酶的命名
通常有習慣命名和系統命名兩種方法。
【習慣命名】
常根據兩個原則：
1.根據酶所催化的底物：如水解澱粉的酶稱為澱粉酶，水解蛋白質的稱為蛋白酶；有時還加上來源，以區別不同來源的同一類酶，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等等。
2.根據酶所催化的反應類型：催化底物分子水解的稱為水解酶，催化還原反應的稱為還原酶。
也有根據上述兩項原則綜合命名或加上酶的其它特點，如琥珀酸脫氫酶、鹼性磷酸酶等等。
習慣命名較簡單，慣用較久，但缺乏系統性又不甚合理，以致造成某些酶的名稱混亂。如：腸激酶和肌激酶，從字面看，很似來源不同而作用相似的兩種酶，實際上它們的作用方式截然不同。又比如：銅硫解酶和乙醯輔酶A轉醯基酶實際上是同一種酶，但名稱卻完全不同。
鑒於上述情況和新發現的酶不斷增加，為適應酶學發展的新情況，國際生化協會酶委員會推薦了一套系統的酶命名方案和分類方法，決定每一種酶應有系統名稱和習慣名稱。同時每一種酶有一個固定編號。
【系統命名】
酶的系統命名是以酶所催化的整體反應為基礎的。規定，每種酶的名稱應明確寫出底物名稱及其催化性質。若酶反應中有兩種底物起反應，則這兩種底物均需列出，當中用「：」分隔開。
例如：谷丙轉氨酶（習慣名稱）寫成系統名時，應將它的兩個底物「L-丙氨酸」「α-酮戊二酸」同時列出，它所催化的反應性質為轉氨基，也需指明，故其名稱為「L-丙氨酸：α-酮戊二酸轉氨酶」。
由於系統命名一般都很長，使用時不方便，因此敘述時可採用習慣名。
[編輯本段]酶的分類
根據酶所催化的反應性質的不同，將酶分成六大類：
1.氧化還原酶類（oxidorectase）
促進底物的氧化或還原。
2.轉移酶類（transferases）
促進不同物質分子間某種化學基團的交換或轉移。
3.水解酶類（hydrolases ）
促進水解反應。
4.裂解酶類（lyases）
催化從底物分子雙鍵上加基團或脫基團反應，即促進一種化合物分裂為兩種化合物，或由兩種化合物合成一種化合物。
5.異構酶類（isomerases）
促進同分異構體互相轉化，即催化底物分子內部的重排反應。
6.合成酶類（ligase）
促進兩分子化合物互相結合，同時ATP分子（或其它三磷酸核苷）中的高能磷酸鍵斷裂，即催化分子間締合反應。
按照國際生化協會公布的酶的統一分類原則，在上述六大類基礎上，在每一大類酶中又根據底物中被作用的基團或鍵的特點，分為若干亞類；為了更精確地表明底物或反應物的性質，每一個亞類再分為幾個組（亞亞類）；每個組中直接包含若干個酶。