酶工程：7 第十章_ 酶的應(yīng)用

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1、Chapter 10The application of enzyme 第十章第十章 酶的應(yīng)用酶的應(yīng)用 “綠色健康，綠色健康，“酶酶”力無限力無限醫(yī)藥、洗滌劑、紡織、淀粉制糖、發(fā)酵、酒精、食品（包括果醫(yī)藥、洗滌劑、紡織、淀粉制糖、發(fā)酵、酒精、食品（包括果蔬汁、啤酒釀造、谷物食品、蛋白水解、和功能食品以及食用蔬汁、啤酒釀造、谷物食品、蛋白水解、和功能食品以及食用油脂）、飼料、皮革、造紙和化工等工業(yè)領(lǐng)域油脂）、飼料、皮革、造紙和化工等工業(yè)領(lǐng)域 主要內(nèi)容主要內(nèi)容1、酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用2、酶在食品方面的應(yīng)用3、酶在輕工、化工方面的應(yīng)用 4、酶在環(huán)境保護中的應(yīng)用GoGoGoGo5、酶在生物技術(shù)方面的應(yīng)用

2、Go10.1 10.1 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用n用酶進行疾病的診斷疾病的診斷n用酶進行疾病的治療疾病的治療n用酶制造各種藥物藥物1、通過酶活力變化進行疾病診斷、通過酶活力變化進行疾病診斷酶酶疾病與酶活力變化疾病與酶活力變化淀粉酶淀粉酶胰臟疾病，腎臟疾病時升高；肝病時下降胰臟疾病，腎臟疾病時升高；肝病時下降膽堿酯酶膽堿酯酶肝病、肝硬化、有機磷中毒、風(fēng)濕等，活力下降肝病、肝硬化、有機磷中毒、風(fēng)濕等，活力下降酸性磷酸酶酸性磷酸酶前列腺癌、肝炎、紅血球病變時，活力升高前列腺癌、肝炎、紅血球病變時，活力升高堿性磷酸酶堿性磷酸酶佝僂病、軟骨化病、骨瘤、甲狀旁腺機能亢進時，活力升高；軟骨發(fā)育不

3、全等，活力下降佝僂病、軟骨化病、骨瘤、甲狀旁腺機能亢進時，活力升高；軟骨發(fā)育不全等，活力下降谷丙轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶/ /谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶肝病、心肌梗塞等，活力升高肝病、心肌梗塞等，活力升高-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶（谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶（-GTGT）原發(fā)性和繼發(fā)性肝癌，活力增高至原發(fā)性和繼發(fā)性肝癌，活力增高至200200單位以上，阻塞性黃疸、肝硬化、膽道癌等，血清中單位以上，阻塞性黃疸、肝硬化、膽道癌等，血清中酶活力升高酶活力升高醛縮酶醛縮酶急性傳染性肝炎、心肌梗塞，血清中酶活力顯著升高急性傳染性肝炎、心肌梗塞，血清中酶活力顯著升高胃蛋白酶胃蛋白酶胃癌，活力升高；十二指腸潰瘍，活力下降胃癌，活力升高；十二指腸潰

4、瘍，活力下降磷酸葡糖變位酶磷酸葡糖變位酶肝炎、癌癥，活力升高肝炎、癌癥，活力升高乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶肝癌、急性肝炎、心肌梗塞，活力顯著升高；肝硬化，活力正常肝癌、急性肝炎、心肌梗塞，活力顯著升高；肝硬化，活力正常端粒酶端粒酶癌細(xì)胞中含有端粒酶，正常體細(xì)胞內(nèi)沒有端粒酶活性癌細(xì)胞中含有端粒酶，正常體細(xì)胞內(nèi)沒有端粒酶活性山梨醇脫氫酶（山梨醇脫氫酶（SDHSDH）急性肝炎，活力顯著提高急性肝炎，活力顯著提高脂肪酶脂肪酶急性胰腺炎，活力明顯增高，胰腺癌、膽管炎患者，活力升高急性胰腺炎，活力明顯增高，胰腺癌、膽管炎患者，活力升高肌酸磷酸激酶（肌酸磷酸激酶（CKCK）心肌梗塞，活力顯著升高；肌炎、肌肉創(chuàng)傷，

5、活力升高心肌梗塞，活力顯著升高；肌炎、肌肉創(chuàng)傷，活力升高羥基丁酸脫氫酶羥基丁酸脫氫酶心肌梗塞、心肌炎，活力增高心肌梗塞、心肌炎，活力增高磷酸己糖異構(gòu)酶磷酸己糖異構(gòu)酶急性肝炎，活力極度升高；心肌梗塞、急性腎炎，腦溢血，活力明顯升高急性肝炎，活力極度升高；心肌梗塞、急性腎炎，腦溢血，活力明顯升高鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶急性肝炎，活力急速增高；肝癌，活力明顯升高急性肝炎，活力急速增高；肝癌，活力明顯升高乳酸脫氫酶同工酶乳酸脫氫酶同工酶心肌梗塞、惡性貧血，心肌梗塞、惡性貧血，LDHLDH1 1增高；白血病、肌肉萎縮，增高；白血病、肌肉萎縮，LDHLDH2 2增高；白血病、淋巴肉瘤、肺癌

6、，增高；白血病、淋巴肉瘤、肺癌，LDHLDH3 3增高；轉(zhuǎn)移性肝癌、結(jié)腸癌，增高；轉(zhuǎn)移性肝癌、結(jié)腸癌，LDHLDH4 4增高；肝炎、原發(fā)性肝癌、脂肪肝、心肌梗塞、外傷、增高；肝炎、原發(fā)性肝癌、脂肪肝、心肌梗塞、外傷、骨折，骨折，LDHLDH5 5增高增高葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶測定血糖含量，診斷糖尿病測定血糖含量，診斷糖尿病亮氨酸氨肽酶（亮氨酸氨肽酶（LAPLAP）肝癌、陰道癌、阻塞性黃疸，活力明顯升高肝癌、陰道癌、阻塞性黃疸，活力明顯升高2、用酶測定物質(zhì)的量的變化進行疾病診斷、用酶測定物質(zhì)的量的變化進行疾病診斷 酶酶測定的物質(zhì)測定的物質(zhì)用用 途途葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶葡萄糖葡萄糖測定血糖、

7、尿糖，診斷糖尿病測定血糖、尿糖，診斷糖尿病葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶+ +過氧化物酶過氧化物酶葡萄糖葡萄糖測定血糖、尿糖，診斷糖尿病測定血糖、尿糖，診斷糖尿病尿素酶尿素酶尿素尿素測定血液、尿液中尿素的量，測定血液、尿液中尿素的量，診斷肝臟、腎臟病變診斷肝臟、腎臟病變谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶谷氨酰胺谷氨酰胺測定腦脊液中谷氨酰胺的量，測定腦脊液中谷氨酰胺的量，診斷肝昏迷、肝硬化診斷肝昏迷、肝硬化膽固醇氧化酶膽固醇氧化酶膽固醇膽固醇測定膽固醇含量，診斷高血脂測定膽固醇含量，診斷高血脂等等DNADNA聚合酶聚合酶基因基因通過基因擴增，基因測序，通過基因擴增，基因測序，診斷基因變異、檢測癌基因診斷基因變異、檢

8、測癌基因體檢表中有體檢表中有關(guān)酶的選項關(guān)酶的選項3、酶在疾病治療方面的應(yīng)用、酶在疾病治療方面的應(yīng)用酶酶 名名來來 源源用用 途途淀粉酶淀粉酶胰臟、麥芽、微生物胰臟、麥芽、微生物治療消化不良，食欲不振治療消化不良，食欲不振蛋白酶蛋白酶胰臟、胃、植物、微生物胰臟、胃、植物、微生物治療消化不良，食欲不振，消炎，消腫，除去壞死組治療消化不良，食欲不振，消炎，消腫，除去壞死組織，促進創(chuàng)傷愈合，降低血壓織，促進創(chuàng)傷愈合，降低血壓脂肪酶脂肪酶胰臟、微生物胰臟、微生物治療消化不良，食欲不振治療消化不良，食欲不振纖維素酶纖維素酶霉菌霉菌治療消化不良，食欲不振治療消化不良，食欲不振溶菌酶溶菌酶蛋清、細(xì)菌蛋清、細(xì)菌

9、治療各種細(xì)菌性和病毒性疾病治療各種細(xì)菌性和病毒性疾病尿激酶尿激酶人尿人尿治療心肌梗塞，結(jié)膜下出血，黃斑部出血治療心肌梗塞，結(jié)膜下出血，黃斑部出血鏈激酶鏈激酶鏈球菌鏈球菌治療血栓性靜脈炎，咳痰，血腫，下出血，骨折治療血栓性靜脈炎，咳痰，血腫，下出血，骨折青霉素酶青霉素酶蠟狀芽孢桿菌蠟狀芽孢桿菌治療青霉素引起的變態(tài)反應(yīng)治療青霉素引起的變態(tài)反應(yīng)L-L-天冬酰胺酶天冬酰胺酶大腸桿菌大腸桿菌治療白血病治療白血病超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶微生物，植物，動物微生物，植物，動物預(yù)防輻射損傷，治療紅斑狼瘡，皮肌炎，結(jié)腸炎預(yù)防輻射損傷，治療紅斑狼瘡，皮肌炎，結(jié)腸炎凝血酶凝血酶動物，蛇，細(xì)菌，酵母等動物，蛇，細(xì)菌

10、，酵母等治療各種出血病治療各種出血病膠原酶膠原酶細(xì)菌細(xì)菌分解膠原，消炎，化膿，脫痂，治療潰瘍分解膠原，消炎，化膿，脫痂，治療潰瘍右旋糖酐酶右旋糖酐酶微生物微生物預(yù)防齲齒預(yù)防齲齒 膽堿酯酶膽堿酯酶細(xì)菌細(xì)菌治療皮膚病，支氣管炎，氣喘治療皮膚病，支氣管炎，氣喘溶纖酶溶纖酶蚯蚓蚯蚓溶血栓溶血栓彈性蛋白酶彈性蛋白酶胰臟胰臟治療動脈硬化，降血脂治療動脈硬化，降血脂核糖核酸酶核糖核酸酶胰臟胰臟抗感染，祛痰，治肝癌抗感染，祛痰，治肝癌尿酸酶尿酸酶牛腎牛腎治療痛風(fēng)治療痛風(fēng)溶菌酶溶菌酶栓溶酶類與心血管疾病栓溶酶類與心血管疾病凝血酶凝血酶n健美生消化酶健美生消化酶幫助腸胃蠕動幫助腸胃蠕動【產(chǎn)品規(guī)格產(chǎn)品規(guī)格】90片瓶

11、片瓶【食用方法食用方法】成人每日成人每日3片，隨主餐服用片，隨主餐服用【成分成分(每片含每片含)】1)消化蛋白質(zhì)：木瓜蛋白酶消化蛋白質(zhì)：木瓜蛋白酶50毫克、菠蘿蛋白酶毫克、菠蘿蛋白酶30毫克；毫克；2)消化脂肪：脂肪酶消化脂肪：脂肪酶30毫克；毫克；3)消化碳水化合物消化碳水化合物/淀粉：淀粉酶淀粉：淀粉酶50毫克；毫克；4)消化乳制品：乳糖酶消化乳制品：乳糖酶30毫克；毫克；5)消化纖維：纖維素酶消化纖維：纖維素酶15毫克。毫克。另含：能抑制過多胃酸的葡萄糖酸鈣，能緩解反胃另含：能抑制過多胃酸的葡萄糖酸鈣，能緩解反胃薄荷葉和茴香薄荷葉和茴香【適用人群適用人群】消化不良者消化不良者腸胃疾病患者

12、腸胃疾病患者大病初愈者大病初愈者消化酶類消化酶類SOD 美國醫(yī)學(xué)家WF安德森等人對腺苷脫氨酶缺乏癥（ADA缺乏癥）的基因治療，是世界上第一個基因治療成功的范例。謝德爾，謝德爾，19994、酶在藥物制造方面的應(yīng)用、酶在藥物制造方面的應(yīng)用 酶酶主要來源主要來源用途用途青霉素?；盖嗝顾仵；肝⑸镂⑸镏圃彀牒铣汕嗝顾睾皖^孢菌素制造半合成青霉素和頭孢菌素11-羥化酶羥化酶霉菌霉菌制造氫化可的松制造氫化可的松L-酪氨酸轉(zhuǎn)氨酶酪氨酸轉(zhuǎn)氨酶細(xì)菌細(xì)菌制造多巴（制造多巴（L-二羥苯丙氨酸）二羥苯丙氨酸）-酪氨酸酶酪氨酸酶植物植物制造多巴制造多巴-甘露糖苷酶甘露糖苷酶鏈霉菌鏈霉菌制造高效鏈霉素制造高效鏈霉素核

13、苷磷酸化酶核苷磷酸化酶微生物微生物生產(chǎn)阿拉伯糖腺嘌呤核苷（阿糖腺生產(chǎn)阿拉伯糖腺嘌呤核苷（阿糖腺苷）苷）?；被崴饷铬；被崴饷肝⑸镂⑸锷a(chǎn)生產(chǎn)L-氨基酸氨基酸5-磷酸二酯酶磷酸二酯酶桔青霉等微生物桔青霉等微生物生產(chǎn)各種核苷酸生產(chǎn)各種核苷酸多核苷酸磷酸化酶多核苷酸磷酸化酶微生物微生物生產(chǎn)聚肌胞，聚肌苷酸生產(chǎn)聚肌胞，聚肌苷酸無色桿菌蛋白酶無色桿菌蛋白酶細(xì)菌細(xì)菌由豬胰島素（由豬胰島素（Ala-30）轉(zhuǎn)變?yōu)槿艘龋┺D(zhuǎn)變?yōu)槿艘葝u素（島素（Thr-30）核糖核酸酶核糖核酸酶微生物微生物生產(chǎn)核苷酸生產(chǎn)核苷酸蛋白酶蛋白酶動物、植物、微生物動物、植物、微生物生產(chǎn)生產(chǎn)L-氨基酸氨基酸-葡萄糖苷酶葡萄糖苷

14、酶黑曲霉等微生物黑曲霉等微生物生產(chǎn)人參皂甙生產(chǎn)人參皂甙-Rh2青霉素酰化酶與抗生素改造青霉素?；概c抗生素改造 CRONHNSOCH3COOHCH3CROOH+NH2NSOCH3COOHCH3CR1ONHNOSR2COOHCR1OOH+H2NNONSR2COOH頭孢菌素7-ACA青霉素6-APA 天然發(fā)酵生成的青霉素有兩種，一為青霉素G （R： ），另一為青霉素V（R： ），通過青霉素?；傅淖饔?，可以半合成得到： CH2OCH2氨芐青霉素（R： ），羥氨芐青（R： ）羧芐青霉素（R： ）等 （P269 表表9-5）CHNH2HOCHNH2CHCOOH 發(fā)酵生成的天然頭孢霉素是頭孢霉素C 通過

15、青霉素?；傅淖饔?，頭孢霉素經(jīng)水解生成7-ACA后, 再與側(cè)鏈羧酸衍生物反應(yīng)，可半合成得到各種新型頭孢霉素。 例如：頭孢利定,頭孢金素，頭孢氨卞等（P271 表表9-6）9.2 9.2 酶在食品方面的應(yīng)用酶在食品方面的應(yīng)用 n食品保鮮食品保鮮n食品生產(chǎn)食品生產(chǎn)n食品添加劑的生產(chǎn)食品添加劑的生產(chǎn) n增強或改善食品的風(fēng)味和品質(zhì)增強或改善食品的風(fēng)味和品質(zhì)淀粉酶類與淀粉糖業(yè)淀粉酶類與淀粉糖業(yè)淀粉液化液淀粉酶糖化酶糖化液噴霧干燥氫化還原結(jié)晶異構(gòu)酶粉狀葡萄糖山梨醇結(jié)晶葡萄糖果葡糖漿果糖42%葡萄糖55%低聚糖分離混合高果糖漿果糖漿果糖80-90%果糖55%葡萄糖39%低聚糖環(huán)狀糊精環(huán)狀糊精環(huán)糊精葡糖基轉(zhuǎn)移

16、酶環(huán)糊精葡糖基轉(zhuǎn)移酶果汁生產(chǎn)與果膠酶奶酪與凝乳酶在在果酒果酒生產(chǎn)中使用的酶制劑主要有生產(chǎn)中使用的酶制劑主要有果膠酶、纖維果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶和風(fēng)味酶素酶、半纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶和風(fēng)味酶等等1、焙烤食品：將菠蘿蛋白酶加入生面團中，可使面筋降解，生面團被軟化后易于加工。并能提高餅干與面包的口感與品質(zhì)。 2、肉類的嫩化：菠蘿蛋白酶將肉類蛋白質(zhì)的大分子蛋白質(zhì)水解為易吸收的小分子氨基酸和蛋白質(zhì)?？蓮V泛地應(yīng)用于肉制品的精加工。菠蘿蛋白酶9.3 9.3 酶在輕工、化工方面的應(yīng)用酶在輕工、化工方面的應(yīng)用 n用酶進行原料處理用酶進行原料處理n用酶生產(chǎn)各種輕工、化工產(chǎn)品用酶生產(chǎn)各種輕工

17、、化工產(chǎn)品n用酶增強產(chǎn)品的使用效果。用酶增強產(chǎn)品的使用效果。 生物拋光是一種用生物拋光是一種用纖維素酶纖維素酶改善纖維素纖維制品表面的改善纖維素纖維制品表面的整理工藝整理工藝, ,以達(dá)到持久的抗起以達(dá)到持久的抗起毛起球并增加織物的光潔度毛起球并增加織物的光潔度和柔軟度和柔軟度 酶水解了毛根部的毛囊蛋白而酶水解了毛根部的毛囊蛋白而使毛松動使毛松動脫落脫落。蛋白酶分解皮。蛋白酶分解皮纖維間質(zhì)中的可溶性蛋白質(zhì)，纖維間質(zhì)中的可溶性蛋白質(zhì)，使皮纖維進一步松散使皮纖維進一步松散軟化軟化。皮革脫毛與軟化皮革脫毛與軟化生絲脫膠生絲脫膠溫和條件下催化絲膠蛋白水解溫和條件下催化絲膠蛋白水解蛋白酶蛋白酶乙酰乙酰 -

18、DL Ala L Ala +乙酸乙酸乙酰乙酰 -D AlaAminoacylase 氨氨 基基 酰酰 化化 酶酶泵泵儲罐反應(yīng)產(chǎn)物離心機離心機消消旋旋反反應(yīng)應(yīng)器器固定化酶柱子晶體 L-AlaL-Ala A-D-AlaA-L-Ala A-D-AlaCH2CHCN丙烯腈水合酶CH2CHCONH2HOOCCCCOOHHH延胡索酸酶H2OHOOCCH2CHCOOHOH縮短洗滌時間，提高洗滌效果縮短洗滌時間，提高洗滌效果加酶洗滌劑加酶洗滌劑- -堿性蛋白酶堿性蛋白酶酶制劑在國外飼料工酶制劑在國外飼料工業(yè)中得到不斷應(yīng)用，業(yè)中得到不斷應(yīng)用，不僅提高了飼料原料不僅提高了飼料原料的轉(zhuǎn)化率，也促進了的轉(zhuǎn)化率，也促進

19、了對飼料的消化。對飼料的消化。植酸酶：植酸酶：主要用于提高植酸磷的消化率，并相應(yīng)改善鈣和其它礦物主要用于提高植酸磷的消化率，并相應(yīng)改善鈣和其它礦物元素的利用率。元素的利用率。大大降低了動物糞便中磷的排放量，有益大大降低了動物糞便中磷的排放量，有益環(huán)保。環(huán)保。 9.4 9.4 酶在環(huán)境保護中的應(yīng)用酶在環(huán)境保護中的應(yīng)用n環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測n廢水處理廢水處理n可降解材料開發(fā)可降解材料開發(fā)利用膽堿酯酶檢測有機磷農(nóng)藥污染利用膽堿酯酶檢測有機磷農(nóng)藥污染CROO CH2CH2N(CH3)3 + H2OOHHOCH2CH2N(CH3)3 + RCOOHOH 膽堿酯 膽堿脂肪酸 有機磷農(nóng)藥是膽堿酯酶的一種抑制劑，

20、可以通過檢測膽堿酯酶的活性變化，來判定是否受到有機磷農(nóng)藥的污染。廢水處理廢水處理n有的廢水中含有淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等各種有機物質(zhì)，可以在有氧和無氧的條件下用微生物處理，也可以通過固定化淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等進行處理。n冶金工業(yè)產(chǎn)生的含酚廢水，可以采用固定化酚氧化酶進行處理。n含有硝酸鹽、亞硝酸鹽的地下水或廢水，可以采用相應(yīng)的固定化還原酶進行處理。使硝酸根、亞硝酸根逐步還原，最終成為氮氣。 其反應(yīng)過程如下： HNO3 + HNO2 + HNO2 + NO + H2O + 2NO + N2 + n在脂肪酶催化下，己二酸（或癸二酸）與蔗糖在己烷溶液中進行酯化反應(yīng)，能夠生成聚糖酯高聚物聚糖酯高聚物：

21、OOHOHOHOOOHCH2OHHOCH2HOCH2HOHOOC(CH2)4COOH+OC(CH2)4COOHHOHOCH2OCH2OOHCH2OOOHOHOHOHOOC(CH2)4COn回本章目錄合成可生物降解材料合成可生物降解材料9.5 9.5 酶在生物技術(shù)方面的應(yīng)用酶在生物技術(shù)方面的應(yīng)用n除去細(xì)胞壁n大分子切割n大分子連接 現(xiàn)代基因工程的創(chuàng)始人P伯格伯格（美國,1926）在1960年以敏銳的科學(xué)預(yù)見力提出一個大膽的設(shè)想：是否可以創(chuàng)造出一種人工方法，把外界的遺傳基因引入動物體內(nèi)，以達(dá)到改變遺傳性狀和治療某些疾病的需要呢？1972年，伯格把兩種病毒的DNA用同一種限制性內(nèi)切酶切割后，再用DN

22、A連接酶把這兩種DNA分子連接起來，于是產(chǎn)生了一種新的重組DNA分子，首次實現(xiàn)兩種不同生物的DNA體外連接，獲得了第一批重組DNA分子，這標(biāo)志著基因工程技術(shù)的誕生。伯格因此獲得了1980年諾貝爾化學(xué)獎。 高度專一性 一些限制性核酸內(nèi)切酶的來源與作用位點一些限制性核酸內(nèi)切酶的來源與作用位點酶識別序列與作用位點53來 源Alu AGCTArthrobacter luteusAvaCPyCGPuGAnabaena vayiabilisBamH GGATCCBacillus amyloliquefaciensBgl AGATCTBacillu globigiiEco R GAATTCEscherichia coli Rye13Hae GGCCHacmophilus aegyptiusHind AAGCTTHaemophilus influenzaeHpa GTTAACHacmophilus parainfluenzaeKpn GGTACCKlebsiella pneumoniaePst CTGCAGProvidencia stuartiiSal GTCGACStreptomyces albusSma CCCGGGSerratia marcensXba TCTAGAXanthomonas badriiXho CTCGAGXanthomonas holicola回本章目錄