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第十一章 生物化工技术
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第一节 概述
生物化工的简单介绍：
生物化工是生物学技术和化学工程技术相互融合的新型学科，它以生物来源的物质为原料，通过生物活性物质为催化剂使其转化，或用其他。
全酶
酶蛋白
（决定专一性和高效率）
辅助因子
（决定反应性质）
结合酶：酶的组分中除了蛋白质外，还有其他非蛋白成分。
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根据分子结构：可分为单体酶、寡聚酶和多酶复合物单体酶：只具有一条多肽链的酶； 特点：分子量较小。寡聚酶：两个或两个以上的亚基组成的酶； 特点：亚基间以非共价键结合，容易在变性剂的作用下失活。多酶复合物：由几种酶彼此嵌合形成的复合体； 特点：有利于细胞中系列反应的连续进行，催化效率高，便于调控。
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酶分为六类
催化底物中基团（如：甲基、氨基、酰基等）转移的酶类。如谷丙转氨酶：
AH2 + B A + BH2
如：乙醛氧化为乙酸
谷氨酸 丙酮酸 —酮戊二酸 丙氨酸
CH3—CHO+ H2O — → CH3—COOH + 2H+ + 2e-
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催化底物发生水解反应，如蛋白质的水解
催化一个底物分解为两个化合物或两个化合物合成为一个化合物，如醛缩酶催化的反应
F—1，6—2P 甘油醛—3—P 磷酸二羟丙酮
蛋白质 + H2O ——→ 氨基酸
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催化各种合成反应，该过程是需能过程。如脂酰CoA合成酶催化的反应：
催化各种同分异构反应。如磷酸丙糖异构酶催化的如下反应
甘油醛—3—P 磷酸二羟丙酮
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酶工程
概念: 酶工程就是将酶或微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转换成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。
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酶的固定化
游离酶的一些不足之处：
（1）酶的稳定性较差
（2）酶的一次性使用
（3）产物的分离纯化较困难
1、为什么开展酶的固定化技术？
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2、什么是固定化酶？
水溶性酶
水不溶性载体
固定化技术
水不溶性酶
（固定化酶）
固定化酶是被固定在某一有限空间内不再能自由流动而仍有催化活性的酶。
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固定化酶是20世纪50年代发展起来的一项技术
1969年固定化氨基酸酸化酶在工业生产中被正式应用
1971年的第一届国际酶工程会议上，正式 采用固定化酶
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3、固定化酶的优点和缺点
优点：
—易于将酶与底物及产物分离，因而产物相对容易提纯；
—酶能够重复利用，使用效率提高，成本低；
—大多数情况下可以提高酶的稳定性；
—可以增加产物的收率，提高产物质量；
—有利于实现管道化、连续化以及自动化操作，易于与各种分离手段联用。
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缺点：
但由于固定化酶是通过反应而被结合在载体上，固定化过程中酶的活力难免有一定损失；
而底物则要求是水溶性的，这样才能够接触酶而发生反应；
也不适宜于需要辅助因子的反应。
胞内酶必须经过酶的分离过程
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交联法
胶体包埋法
半透膜包埋法
离子键结合法
共价键结合法
热处理法
结合法
包埋法
吸附法
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固定化酶的模式图
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1、吸附法
吸附法是利用各种固体吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面上而使酶固定化的方法。
常用载体：活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、硅胶、羟基磷灰石。
优点：操作简单、条件温和、载体廉价易得、可反复使用。
缺点：结合力不劳、容易脱落。
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2、包埋法
将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中，使酶固定化的方法称为包埋法。
载体：琼脂、琼脂糖、海藻酸钠、角叉菜胶、明胶、聚丙烯酰胺……
（1）凝胶包埋法：
以各种多孔凝胶为载体，将酶、细胞或原生质体包埋在凝胶的微孔内的固定化方法。
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（2）半透膜包埋法
将酶包埋在由各种高分子聚合物制成的小球内，制成固