酶工程的应用

酶是生物催化剂。生物体内的各种化学反应都是在酶的催化下进行的，所以没有酶生物体就无法进行新陈代谢，生命也就停止了。

酶工程酶工程是生物工程 (生物技术) 的内容之一。它利用生物酶催化效率高、专一性强的特点，将生物酶置于适当的反应器中，使之生产人类所需产品或达到其它目的，如处理污染

等。酶工程的应用范围包括工业、农业、环保、医学诊断等诸多领域。

固定化酶。由于生物酶在体外条件下稳定性不好，体外环境中的许多因素都可能使它失活，因此为了克服酶的这些缺点，发展了酶的固定化技术。即将酶固定在适当的载体上，做成固定化酶后，使产品**提纯的工艺大大简化，而且酶也可以反复利用。

现在固定化酶已成为酶工程产业化中的一个关键环节。

酶工程的广泛应用。利用固定化酶技术可以在常温常压下将乙烯或丙烯氧化为环氧乙烷和环氧丙烷等化工产品。在食品工业上，在转化糖、麦芽糖、乳酪等的生产上酶工程发挥了重要的作用。

在环保领域，固定化酶生物反应器用来监测和处理含苯、酚、氰化物等有毒物质的污水和废水。在医药领域，可将青霉素酰胺酶固定化，将青霉素分解为6-氨基青霉烷酸，此项工艺可以替代传统的化学合成方法，消除有机溶剂对人健康的危害。

食品工业生产中酶的应用就是酶工程。酶的特点使工业生产能在常温常压下进行，酶的高效催化率加快了生产过程，酶的专一性保证了产物只含一种异构体。

进行酶工程要考虑的主要问题，一是酶的性质和**。从工业角度来讲，酶最好使用微生物来生产，因酶被分泌到培养液中，酶量大，且易分离；二是将酶以什么方式进行最大程度的利用。目前最好的方法是使反应液通过装有固定化酶颗粒的柱子，流出的即是生成物，这可省去从生成物中除去酶的步骤，且酶便于反复使用。

工业上生产果葡糖就是利用酶工程来完成的，首先利用从细菌或真菌中生产出来的酶使淀粉分解成葡萄糖，再把葡萄糖溶液流过装有葡萄糖异构酶的酶颗粒柱，调节流出速度，即可得到所要求葡萄糖和果糖比例的果葡糖浆。其葡萄糖异构酶颗粒能反复使用，它的半衰期为800小时。

酶的高效专一性催化，所需反应条件的温和，反应物的无毒性等优点使酶在工农业中有着广泛的应用。如蛋白酶用于皮革工业的脱毛和软化，肉类的嫩化，酒类的澄清或加入洗涤剂中洗涤血渍和蛋白污物；淀粉酶可用于纺织品的退浆；脂肪酶用于食品增香，羊毛洗涤；葡萄糖氧化酶可除去罐头中残余的氧，纤维素酶可处理饲料，增加饲料的营养价值等。特别是固定化酶技术及最近兴起的酶工程研究，更为酶的进一步应用展示了美好的前景。

不断地将尖端科学技术应用于水产业。主要有利用计算机技术，加速水产生产和管理自动化，尤其在提高助渔和导航系统的能力，全面实现各种捕鱼作业的自动化：以先进的生物技术为基础，培育抗逆性强的高产优质养殖品种，包括开发单项增养殖技术，实现按需养殖，以及解决防治鱼病的病毒疫苗；应用酶和发酵工程技术发展水产加工技术。

近些年来，在动植物的dna重组技术方面开展一些研究，如辽宁省蚕科所开展的免疫肽aw、ap及溶菌酶的研制与应用、柞蚕npv载体表达系统基因工程的研究及其应用、以柞蚕核型多角体病毒为载体进行多肽药物的表达；辽宁省果树所开展的李染色体分带技术的研究；辽宁省农科院园艺所开展的利用同工酶技术分析鉴定蔬菜种质遗传纯度研究、外缘重组基因导入蔬菜植株及花药花粉单倍体植株诱导培养研究；辽宁省农科院生物所开展的柞蚕个体表达系统生产基因工程多肽药物研究、柞蚕融合蛋白质表达载体及产物纯化系统的建立研究、柞蚕抗菌肽基因的克隆及表达研究、柞蚕抗菌肽基因防治蔬菜作物细菌病害的基因工程研究；辽宁省农科院生物技术实验室开展的农作物转基因育种研究与应用(玉米、水稻、高粱、黄瓜、番茄、花卉等作物)、高粱抗蚜基因的分子标记和抗虫基因转移研究；辽宁省农科院植保所开展了富士苹果高接病病毒原及转广谱抗病基因苹果植株培育研究；辽宁省农科院稻作所开展的用基因工程方法获得水稻雄性不育和育性恢复的研究等。

医疗。如尿激酶、溶纤酶是**血栓的有效药物；胃蛋白酶、胰酶制剂可增进消化能力；门冬酰胺酶、谷氨酰胺酶、组氨酸酶都可用来抗白血病；胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶可用于外科化脓性创口的净化等等。医学上还常常通过测定血液或其他体液中酶的活性来帮助诊断某些疾病和了解病情的发展。

如患肝炎和心肌炎时血清中转氨酶活力增高；急性胰腺炎患者血清和尿中淀粉酶活性显著升高；有机磷农药中毒时血清中胆碱酯酶活力下降等。

酶化学修饰法

用化学方法对酶进行改造和修饰，使之更适用于生产实践的一种技术和方法。对酶进行化学修饰可使酶的活性结构得以维持和加固，增加其稳定性。例如：

用还原剂处理可保持和恢复巯基酶的活性；将淀粉酶作成聚碳酸酯卤化衍生物后可经受长时间的高温处理；用戊二醛交联修饰的磷酸化酶在耐热、抗冷等方面有保护作用。此外，化学修饰法还可以改变酶的活性、催化效率、专一性以及酶对辅助因子的要求，消除酶的免疫原性或抗原性，以利于医疗应用。近年来，随着蛋白质工程的迅速发展，已开始进行酶的预见性修饰与改造工作，通过计算机将x衍射分析技术、蛋白质溶液构象研究技术与基因工程技术结合在一起的特定部位定向修饰，可望带来酶工程技术的重大突破。

酶反应一般是在反应器中进行的，固定化酶反应器一般有两种类型：分批式反应器和连续流动式反应器。生物反应器在无菌操作及对温度、酸碱度、溶氧度的控制方面，都比一般的化工设备要严格得多。

酶电极的研制和开发酶电极是一种生物传感器，由酶层和感受装置组装而成。其中感受装置可以是电导型电极、电流型电极或离子选择型电极，它反映的是酶层中产物浓度或底物浓度的变化。

采用酶反应器后，工厂就可以通过酶电极来对生产过程实现直接地、连续的动态监测，而不必象以前定时分批地取小样进行测定了。现在这种监测方式已得到普遍应用，如用于监测反应器中的二氧化碳、氨、氧的变化，污水的处理，尿中的尿酸、尿素、蛋白质等的含量等。

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