第六章酶工程制药第一节概述酶工程的名称出现在20世纪20年代初，在当时，主要是指自然酶制剂在工业上的大规模应用。在1953年，Grubhofer和Schleith首先将羧肽酶、淀粉糖化酶、胃蛋白酶和核糖核酸酶等，用重氮化聚氨基聚苯乙烯树脂进行固定，提出了酶的固定化技术。1969年，日本的千田一郎等人首先应用固定化酶技术成功地拆分了DL-氨基酸。随着科学的发展和酶技术研究的深入，酶工程所涉及的范围也越来越广。1971年，第一届国际酶工程会议提出的酶工程的内容主要是：酶的生产、分离纯化、酶的固定化、酶及固定化酶的反应器、酶与固定化酶的应用等。近年来，由于酶在工业、农业、医药和食品等领域中应用的迅速发展，酶工程也在不断地增添新的内容。从现代观点来看，酶工程主要有以下几个方面的研究内容:①酶的分离、提纯、大批量生产及应用开发。②酶和细胞的固定化及酶反应器的研究(包括酶传感器、反应检测等〉。③酶生产中基因工程技术的应用及遗传修饰酶（突变酶)的研究。④酶的分子改造与化学修饰以及酶的结构与功能之间关系的研究。⑤有机相中酶反应的研究。⑥酶的抑制剂、激活剂的开发及应用研究。⑦抗体酶、核酸酶的研究。⑧模拟酶、合成酶及酶分子的人工设计、合成的研究。酶工程技术研究的深入和应用，使其在工业、农业、食品和医药等方面发挥着极其重要的作用。二、酶的来源早期酶的生产多以动植物为主要原料，由植物提供的酶主要有蛋白酶、淀粉酶、氧化酶等，由动物组织提供的酶主要有胰蛋白酶、脂肪酶和用于奶酪生产的凝乳酶等，有些酶的生产至今还应用此法。如从猪颌下腺中提取激肽释放酶，从菠萝中制取菠萝蛋白酶，从木瓜汁液中制取木瓜蛋白酶等。但随着酶制剂应用范围的日益扩大以及技术、经济和伦理上的问题，使得单纯依赖动植物来源的酶已远远不能满足要求，而且动植物原料的生长周期长、来源有限，又受地理、气候和季节等因素的影晌，不适于大规模生产。近10多年来，动植物组织和细胞培养技术取得了较大的进步，但因其周期长、成本高，因而还有一系列问题正待解决，估计在不久的将来会出现利用动植物细胞培养的方法来生产酶的新技术工业。所以目前工业生产一般都以微生物为主要来源，在千余种被使用的商品酶中，大多数都是利用微生物生产的。利用微生物生产酶制剂，主要是因为微生物具有如下突出的优点:三、酶的生产菌2.生产菌的来源3.目前常用的产酶微生物四、酶在医药领域的应用2.在疾病治疗方面的应用3在药物生产方面的应用4在分析检测方面的应用第二节酶和细胞的固定化一、固定化酶的制备2固定化酶的特点与天然酶相比，固定化酶具有下列优点：①可以在较长时间内多次使用，而且在多数情况下，酶的稳定性提高。如固定化的葡萄糖异构酶，可以在60~65oC条件下连续使用超过1000h，固定化黄色短杆菌中的延胡索酸酶用于生产L一苹果酸，连续反应4年，其活力仍保持不变，②反应后，酶与底物和产物易于分开，产物中无残留酶，易于纯化，产品质量高。③反应条件易于控制，可实现转化反应的连续化和自动控制。④酶的利用效率高，单位酶催化的底物量增加，用酶量减少，⑤比水溶性酶更适合于多酶反应。3.酶的固定化方法与制备技术(1)载体结合法①物理吸附法。②离子结合法。③共价结合法。(2)交联法④载体交联法是指同一多功能试剂分子的一些化学基团与载体偶联而另一些化学基团与酶分子偶联的方法。其过程是多功能试剂(如戊二醛)先与载体(氨乙基纤维素、部分水解的尼龙或其他含伯氨基的载体)偶联，洗去多余的试剂后再与酶偶联，如将葡萄糖氧化酶、丁烯-3，4-氧化物和丙烯酰胺共聚偶联即可得到固定化的葡萄糖氧化酶。微囊包埋的酶也可以用戊二醛交联使之稳定化。另外，交联酶也可以再用包埋法来提高其稳定性并防止酶的脱落。(3)包埋法①网格型。②微囊型。包埋法制备固定化酶的条件温和，不改变酶的结构，操作时保护剂及稳定剂均不影响酶的包埋率，适用于多种酶、粗酶制剂、细胞器和细胞的固定化。但包埋的固定化酶只适用于小分子底物及小分子产物的转化反应，不适于催化大分子底物或产物的反应，而且扩散阻力会导致酶的动力学行为发生改变而降低其活力。(4)选择性热变性法4.酶和细胞的固定化载体酶和细胞的固定化载体见表6-1。主要有以下三类.二、固定化细胞的制备2.固定化细胞的特点同时，固定化细胞技术也有它的局限性：3.固定化细胞的制备技术三、固定化方法与载体的选择依据(1)固定化酶应用的安全性(2)固定化酶在操作中的稳定性(3)固定化的成本2．载体的选择四、固定化酶固定化细胞的形状和性质(l)颗粒状固定化酶(2)纤维状固定化酶(3)膜状固定化酶(4)管状固定化酶2．固定化酶的性质(l)酶活力的变化(2)酶稳定性的变化(1)操作稳定性。固