酶的来源
酶作为生物催化剂普遍存在于动物、植物和微生物中,可直接从生物体中分离提纯。
酶的生产方法可分为提取法﹑发酵法以及化学合成法。其中,化学法仍在实验室阶段;提取法是最早采用且沿用至今的方法;发酵法是50年代以来酶生产的主要方法。
微生物发酵法
发酵法是50年代以来酶生产的主要方法。它是利用细胞,主要是微生物细胞的生命活动而获得人们所需的酶。工业生产上一般都以微生物为主要来源,目前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的优点
①微生物种类繁多,酶的品种齐全,凡是动植物体内存在的酶,几乎都能从微生物中得到。
②微生物繁殖快、生产周期短、培养简便,并可以通过控制培养条件来提高酶的产量。一般来说,微生物的生长速度比农作物快500倍,比家畜快1000倍。
③微生物具有较强的适应性,通过各种遗传变异的手段,能培育出新的高产菌株。
④微生物培养法简单,其原料多为农副产品,来源丰富,价格低廉,经济效益高。
对酶的生产菌应有的要求
①繁殖快,产酶量高,最好是产生胞外酶的菌,产生的酶容易分离纯化;
②不是致病菌,在系统发育上与病源体无关,也不产生毒素。
③产酶性能稳定,不易变异退化,不易受噬菌体侵袭。
④能利用廉价的原料,易于培养;
⑤不产生有毒物质或其他生理活性物质的微生物,确保酶生产和应用的安全。
常用的产酶微生物
大肠杆菌是应用最广泛的产酶菌,一般分泌胞内酶,需经细胞破碎才能分离得到。由于其遗传背景清楚,还可被广泛用于遗传工程改造成为外来基因的宿主,而成为优良性状的工程菌。在工业上可用于生产谷氨酸脱羧酶、天门冬氨酸酶、青霉素酰化酶、半乳糖苷酶等。
枯草杆菌是工业上应用最广泛的产酶菌之一,主要用于发酵生产。α—淀粉酶、α—葡萄糖氧化酶、碱性磷酸酯酶等。
常用的产酶微生物
啤酒酵母是工业上广泛应用的酵母,主要用于酿造啤酒、酒精、饮料和面包,也用于生产转化酶、丙酮酸脱羧酶、乙醇脱氢酶等。
曲霉(黑曲霉和黄曲霉)可用于生产多种酶而在工业上被广泛应用,如糖化酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶、氨基酰化酶和脂肪酶等的生产。
酶的分离纯化
酶的提取和分离纯化是指将酶从细胞或培养基中取出再与杂质分开,而获得与使用目的要求相适应的有一定纯度的酶产品的过程。
从微生物细胞制备酶的流程一般包括破碎细胞、溶剂抽提、离心、过滤、浓缩、干燥这几个步骤,对某些纯度要求很高的酶则需经几种方法乃至多次反复处理。
酶的纯度与酶活力测定
酶的纯度可用酶的比活力来衡量,比活力是以每毫克蛋白所具有的酶活力单位数。一般情况下,酶的比活力随酶的纯度的提高而提高。
酶纯化过程中的每一个步骤都须进行酶活性及比活性的测定,这样才能知道所需的酶是在哪一个部分,才可以用来比较酶的纯度。
酶的修饰
酶的修饰是80年代以来兴起的蛋白质工程的一部分,主要包括三方面内容:
①用基因工程技术大量生产酶。
②修饰酶基因,产生遗传修饰。
③设计出新酶基因,合成自然界从未有过的酶。
胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin)的作用机理
酶活性中心的AA残基:
Asp102
His57
Ser195
酶与细胞固定化
所谓固定化酶,是指限制或固定于特定空间位置的酶,具体来说,是指经物理或化学方法处理,使酶变成不易随水流失即运动受到限制,而又能发挥催化作用的酶制剂。
制备固定化酶的过程称为酶的固定化。细胞固定化技术是酶固定化技术的延伸,因之固定化细胞可称为第二代固定化酶。