1、第一章緒論生物工程是生命科學和工程科學的交叉科學。生物工程學科的任務是促進和實現生命科學的實驗室研究成果向應用領域的轉化。1.1生物工程的學科基礎以生物科學和生物技術為基礎，結合化學工程、機械工程、控制工程、環境工程等工程學科，研究和發展利用生物體系或其中的一部分生產有益于社會的產品或達到一定社會目標的過程工程科學。生物工程的研究對象包括活的生物體或它們的一部分。生物工程的任務就是為細胞的生長和目標產物積累創造最好的條件，研究開發最適合的工藝路線和設備，實現工業化生產以滿足社會需要。1.2生物工程的研究領域生物工程的研究領域包括：基因工程、細胞工程、酶工程、微生物工程（發酵工程）及生物分離工程

2、。基因工程DNA是遺傳的物質基礎，1967年第一個基因工程產品人胰島素通過定位突變的方法使所表達的蛋白質產物的結構和功能發生變化，根據需要設計新的蛋白質氨基酸序列，已經發展成為一門新的交叉學科蛋白質工程。細胞工程細胞是構成包括人類、動物、植物和微生物在內的幾乎所有生物的基本單元。哺乳動物的干細胞（即未分化的細胞）也具有全能性和無限繁殖的能力。發酵工程和生物分離技術的進步則是提高細胞培養工程和目標產物回收過程效率的可靠保障。酶工程幾乎所有的酶都是蛋白質，酶又具有催化劑的功能，即能夠降低化學反應的活化能、加快反應速率，在反應中不消耗，反應結束時恢復到原來的狀態。酶工程是研究酶的分離、提純及利用酶作

3、為生物催化劑，實現化學轉化，合成各種產物或達到人類所需社會目標的工程科學。 酶催化反應的特點是很高的效率和專一性發酵工程發酵工程已經泛指所有細胞（動物、植物、微生物及基因工程細胞）的大規模培養并獲得目標產物的過程。生物分離工程與其他分離過程類似，生物技術產品的分離方法也是根據被分離對象及主要雜質的物理化學性質設計分離提純流程，但是生物技術產品的分離也具有其特殊性，主要表現：(1)目標產物的濃度低（2）目標產物和雜質的物理和化學性質十分接近，而且成分非常復雜（3）目標產物往往具有生物活性（4）在許多應用領域，生物技術產品有很高的純度和安全性要求。第二章 基因工程2.1概述基因工程的誕生基因工程的

4、誕生于1973年.1理論上的三大發現（1）20世紀40年代發現了生物的遺傳物質是DNA 1934年Avery（2）20世紀50年代提出了DNA的雙螺旋結構 1953年Watson和Crick提出了DNA的雙螺旋結構（3）20世紀60年代確定了遺傳信息的傳遞方式 1961年，Monod和Jacob提出 每三個核苷酸組成一個密碼子，代表一種氨基酸，1966年全部破譯了64個密碼，敘述了中心法則，提出遺傳信息流，即DNARNA蛋白質.2技術上的三大發明(1)工具酶 限制性核酸內切酶稱為“剪刀”,把DNA連接酶比喻成“縫紉針線 ”(2)載體 (3)逆轉錄酶 1970年,Baltimore等人和Temi

5、n等人同時在各自的實驗室發現了逆轉錄酶，打破了中心法則，使真核基因的制備成為可能。在完成以上三大理論發現和三大技術發明后，基因工程誕生的條件已經成熟。1973年，斯坦福大學的Cohen等人進行了另一個體外重組DNA實驗并成功地發現了細菌間性狀的轉移。這是人類歷史上第一次有目的地進行基因重組實驗，是第一個實現重組體轉化的成功例子，1973年被許多科學家稱為基因工程元年。 體外快速擴增技術即聚合酶鏈式反應（PCR）基因工程的內容.1基因工程的定義將外源基因通過體外重組后導入受體細胞內，使這個基因能在受體內復制、轉錄、翻譯表達的操作過程稱為基因工程。基因工程的實施至少有四個必要條件：工具酶基因載體受

6、體細胞基因工程也稱為基因克隆或DNA分子克隆2.2基因工程的理論基礎DNA 的結構與功能基因工程的核心是重組DNA.1DNA的組成核苷酸分子中有四種不同的堿基，即腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）.2DNA結構1953年Watson和Crick提出了DNA的雙螺旋結構，闡明了DNA分子的二級結構決定DNA的雙螺旋結構的因素有：氫鍵的形成、堿基的堆積力、磷酸基之間的靜電斥力、堿基分子內能的作用等DNA復制有如下特點：DNA的復制從特定的位點開始，這個位點稱為復制起始點，在復制起始點雙鏈DNA解旋，形成復制叉半保留復制，每一雙鏈體都是由一條親鏈和一條新合成的子鏈組成DNA的復

7、制具有高度的忠實性雖然DNA聚合酶是DNA復制的主酶。然而DNA復制是多種酶和蛋白因子協同有序工作的結果。DNA解旋酶的功能是在復制叉處使雙螺旋DNA解旋DNA的變性、復性與雜交在加熱或某些試劑的作用下，DNA配對堿基之間的氫鍵結構受到破壞，雙鏈DNA的多核苷酸鏈能完全分離，分離過程稱為變性或熔解。當復性的DNA分子由不同的兩條單鏈分子形成時，稱為雜交。遺傳信息的傳遞方向中心法則DNA（基因）RNA蛋白質（性狀）.1RNA的轉錄轉錄是基因表達的關鍵一步，DNA分子中所儲存的遺傳信息，必須轉錄成信使RNA才能通過蛋白質生物合成的過程轉變成具有生物活性的蛋白質。.2逆轉錄和逆轉錄酶以DNA為模板，

8、在RNA聚合酶（依賴于DNA的RNA聚合酶）的催化下合成RNA的過程稱為轉錄，而將以RNA為模板，在逆轉錄酶（依賴于DNA的RNA聚合酶）催化下合成DNA的過程稱為逆轉錄。.3翻譯蛋白質的生物合成翻譯就是將以核苷酸形式編碼在mRNA中的信息轉變成多肽鏈中特定的氨基酸順序。翻譯過程是非常復雜的生物反應過程，需要大約200多種以上的生物大分子參與，包括核糖體、mRNA、tRNA、氨酰tRNA合成酶、各種可溶性的蛋白因子（起始因子、延伸因子、釋放因子）等參加并協同作用，從而完成蛋白質的生物合成，體現了生物體的功能基因性狀。基因的表達與調控基因根據功能不同分為結構基因、調節基因和操縱基因。2.3基因工

9、程工具酶基因工程的操作，是分子水平上的操縱，它依賴于一些重要的酶作為工具來對基因進行人工切割和拼接等操作。一般把這些切割DNA分子、進行DNA片段修飾和DNA片段連接等所需的酶稱為工具酶。按用途分：限制性內切酶連接酶修飾酶識別和切割雙鏈DNA分子內特殊核苷酸順序的酶統稱為限制性內切酶，簡稱限制酶。其他基因工程的工具酶：DNA聚合酶、逆轉錄酶、T4多核苷酸酶和堿性磷酸酶等。2.4基因工程載體基因工程載體的定義外源基因必須先同某種傳遞者結合后才能進入細菌和動植物受體細胞，這種能承載外源DNA片段（基因）并帶入受體細胞的傳遞者稱為基因工程載體。用于原核生物宿主的載體.1質粒載體質粒是能自主復制的雙鏈

10、閉合環狀DNA分子，它們在細菌中以獨立于染色體外的方式存在。某些藍藻、綠藻和真菌細胞中也存在質粒。.3柯斯質粒柯斯質粒是將噬菌體的粘性末端和大腸菌質粒的抗氨芐西林素基因相連而獲得的人工載體,含一個復制起點,一個或多個限制酶切位點、一個cos片段和抗藥基因，能加入40 50kb的外源DNA，常用于構建真核生物基因組文庫。.1Ti質粒用于動物宿主的載體.1用于昆蟲細胞的載體 桿狀病毒.2用于哺乳動物細胞的載體猿猴空泡病毒40（SV40）作為載體基因工程載體的必備條件和簡單分類必備條件 能夠進入宿主細胞 載體可以在宿主細胞中獨立復制 要有篩選標記 對多種限制酶有單一或較少的切點,最好是一個切點DNA

11、重組使用的載體分類克隆載體穿梭載體表達載體2.5目的基因的獲得基因是具有遺傳功能的DNA分子上的片段,平均長度約1000bp。1975年Sanger等人發明了加減法，能夠直接分析100 500個核苷酸的DNA片段，取得了DNA測序的重大突破。 基因庫也叫基因組文庫，是指用克隆的方法將一種生物的全部基因組長期以重組體方式保持在適當的宿主中。 基因文庫，也叫cDNA文庫，經克隆后形成文庫，cDNA文庫和基因庫的不同在于，cDNA文庫在mRNA拼接過程中已經除去了內含子等成分，便于DNA重組是直接使用。.2基因組文庫的篩選有三種通用的鑒定方法：一是用標記的DNA探針進行DNA雜交；二是用抗體對蛋白質

12、進行免疫雜交：三是對蛋白質的活性進行鑒定。（1） DNA雜交法雙鏈DNA分子可以分子可以通過熱處理或堿變性的方法變性成單鏈DNA分子。退火后有的DNA的兩條鏈分別來自不同的DNA分子，即形成了雜合DNA分子。（2） 免疫反應法若一個目的基因DNA序列可以轉錄和翻譯成蛋白質，那么只要出現這種蛋白質，甚至只需要該蛋白質的一部分，就可以用免疫的方法檢測。（3） 酶活性法如果目的基因編碼一種酶，而這種酶又是宿主細胞所不能編碼的，那么就可以通過檢查酶活性來篩選目的基因的重組子。真核生物目的基因的獲得（cDNA方法、DNA的化學合成法、PCR法）.1cDNA方法cDNA文庫的組建步驟：分離表達目的基因的組

13、織或細胞從組織或細胞中制備總體RNA和mRNA合成第一條cDNA鏈，合成第一條cDNA鏈需要mRNA作為模板、預先設計的cDNA合成引物、逆轉錄酶及4種脫氧核苷三磷酸和相應的緩沖液等第二條cDNA鏈合成cDNA的甲基化和接頭的加入雙鏈cDNA與載體的連接2.7目的基因導入受體細胞目前用做基因克隆受體的原核生物主要是大腸桿菌和枯草桿菌。最早應用于基因工程，至今仍最廣泛使用的受體細胞是大腸桿菌。大腸桿菌表達產物常常在細胞內形成不溶性包涵體，以不正常的蛋白質折疊形式存在，產物無生物活性。 枯草桿菌主要用于分泌型表達，缺點是表達產物容易被枯草桿菌分泌的蛋白酶水解，而且重組質粒在枯草桿菌中的穩定性較差。

14、將外源重組子分子導入受體細胞的方法很多，其中轉化（轉染）和轉導主要適用于原核的細菌細胞和低等的真核細胞（酵母），而顯微注射和電穿孔則主要應用于高等動植物的真核細胞。原核細胞的轉化過程就是一個攜帶基因的外源DNA分子通過與膜結合進入受體細胞、并在胞內復制和表達的過程。轉化過程包括制備感受態細胞和轉化處理。感受態細胞是指處于攝取外界DNA分子的生理狀態的細胞。轉導是指通過噬菌體（病毒）顆粒感染宿主細胞的途徑將外源DNA分子轉移到受體細胞內的過程。聚乙二醇（PFG）和多聚賴氨酸等是協助DNA轉移的常用多聚物，可在原生質體表面形成顆粒沉淀，使DNA進入細胞內。哺乳動物細胞能捕獲粘性附在細胞表面的DNA

15、-磷酸鈣沉淀物，并能將DNA轉入細胞中，從而實現外源基因的導入。脂質體是人工構建的由磷脂雙分子層組成的膜狀結構。 粒子轟擊法普遍應用于轉基因植物，無論植物器官或組織都能應用。2.8重組體的篩選重組體篩選的方法很多，歸納起來可分為兩種：在核算水平或蛋白質水平上篩選。從核算水平篩選克隆子可以通過核酸雜交的方法。這類方法根據DNA-DNA、DNA-RNA堿基配對的原理，以使用基因探針技術為核心。從蛋白質水平上篩選克隆子的方法主要有：檢測抗生素抗性及營養缺陷型、觀測噬菌斑的形成、檢測目標酶的活性、目標蛋白的免疫特性和生物活性等。利用抗生素抗性基因營養缺陷互補法 若宿主細胞屬于某一營養缺陷型，則在培養這

16、種細胞時的培養基中必須加入該營養物質后，細胞才能生長；如果重組后進入這種細胞的外源DNA中除了含有目的基因外再插入一個能表達該營養物質的基因，就實現了營養缺陷互補，使得重組細胞具有完整的系列代謝能力，培養基中即使不加營養物質也能生長核酸雜交法通過免疫反應篩選通過酶活性篩選2.9目的基因的高效表達大腸桿菌的許多優點確保了它在基因工程中的地位，是一個最常用的基因高效表達系統。枯草桿菌是另一種常用的原核表達系統。酵母菌是常用的真核生物表達系統影響目的基因表達的基本因素影響外源DNA轉錄的主要因素是啟動子的強弱。啟動子時宿主細胞的RNA聚合酶專一結合并其實轉錄合成mRNA聚合酶識別，因此必須將外源基因

17、置于大腸桿菌啟動子控制下。Lac、lacUV5、tac等都是常用的強啟動子。轉錄終止信號也會影響轉錄，人工合成的基因后面一定要裝配合適的終止子，以減少能來那個消耗及保持轉錄的準確性。強啟動子往往需要強終止子予以匹配。翻譯水平影響外源基因表達的重要因素是翻譯起始區。翻譯是在核糖體上進行的，因此mRNA上必須有核核糖體的結合部位（稱SD序列）。對于人工合成的基因來說，密碼子的優化亦很重要，應該采用宿主菌的偏愛密碼子、保持嘌呤和嘧啶堿基配對反應的能量平衡。翻譯后的加工修飾也將影響表達水平。包括切除新生肽鍵N端甲酰蛋氨酸、形成二硫鍵、糖基化和肽鍵本身的后加工等。目的基因的不溶性高效表達采用高密度培養及

18、工程菌生長和誘導表達相分離的兩段培養技術，包涵體的產量可以達到很高的水平，對于不需要翻譯后修飾的蛋白質產物，利用生長速度快、培養基簡單的大腸桿菌為宿主細胞，采用不溶性融合蛋白表達策略仍是一種提高目的基因表達效率的很好選擇。目的基因的高效可溶性表達對于不少目的蛋白，可通過降低啟動子強度和減少培養溫度的手段成功地實現高水平的可溶性表達。 目的建議你的高效分泌型表達目的基因的分泌型表達有兩種情形：目的蛋白分泌到細胞周質中和目的蛋白轉運到細胞周質后再分泌到細胞外。基因工程宿主菌的改造目前基因工程常用宿主是大腸桿菌K12系列和B系列已經發現在一種細菌（透明菌）內含有起輸送氧作用的血紅蛋白基因，通過將血紅

19、蛋白基因整合到大腸桿菌宿主中后，大腸桿菌就能在貧氧條件下培養生長，從而提高了菌體生長密度和外源蛋白的表達產率。利用細胞培養工程手段提高基因表達水平.1提高工程菌的質粒穩定性提高工程菌的質粒穩定性需要從質粒構建和培養方法改進兩條途徑進行研究。在質粒構建時，一般都插入抗生素抗性基因，另外，在質粒構建時應該加入稱為par和cer的位點，par位點能夠在細胞分裂工程中使質粒分布更均勻，cer位點則能夠防止多聚體質粒的形成，從而能從源頭上提高質粒穩定性。 采用細胞生長期和誘導表達時期分開的分段培養策略。 采用固定化細胞培養也有利于提高質粒的穩定性2.9.7.2 大腸桿菌的培養可分為合成培養基、半合成培養

20、基和復合培養基。高密度培養采用半合成培養基2.9.7.3 減少乙酸等抑制性副產物的形成（1）降低比生長速率（2）降低培養溫度（3）限制性流加葡萄糖（4）基因工程菌培養和乙酸分離耦合過程 基因工程制藥1982年第一個基因工程藥物人胰島素就在美國的Eli Lilly公司研究成功并投放市場。基因工程藥物常分為四類：激素和多肽類、酶、重組疫苗及單克隆抗體。第一類基因工程藥物主要針對因缺乏天然內源性蛋白所引起的疾病，這類蛋白質主要以激素類為代表，如人胰島素、人生長激素、降鈣素等。第二類基因工程藥物屬于酶類，如tPA、尿激酶及鏈激酶等。第三類屬于疫苗，分為基因工程亞單位疫苗、載體疫苗、核酸疫苗、基因缺少疫

21、苗及蛋白質工程疫苗等。第四類產物單克隆抗體.2 1989年我國第一個基因工程藥物干擾素-lb上市，標志著我國基因工程制藥實現了零的突破。第三章細胞是構成生物體的基本單元，細胞工程就是通過大規模的細胞或組織培養，獲得所需要的產品。細胞可以分為動物細胞，植物細胞和微生物細胞三大類。1999年12月，美國科學雜志公布了當年世界科學進展的評定結果，肝細胞的研究陳果排名在舉世矚目耗資巨大的人類基因組工程之前，名列十大科學進展的首位，那是因為肝細胞的發現否定了動物細胞不具有全能型的傳統觀念，為人類健康提供了新希望，干細胞是一類極特殊的來自胚胎或成體的未分化細胞，同時具有不斷增長繁殖的功能以及想多種功能細胞

22、分化的潛能。由于具備不斷增值與定向分化的雙重功能，肝細胞具有可用于組織器官生產或新藥刪選的巨大潛力。離體培養環境可分為鐵臂和復生長兩種方式。動物細胞的培養主要有間接培養，流加培養和關注培養。非致死和致死兩大類。少數屬于非致死的細胞，如癌細胞，表皮細胞及成纖維細胞等。一般，將從特定功能組織器官中分離后無法增值或處于未穩定傳代培養前的動物細胞稱為原代或初代細胞，而將能溫度穩定傳代培養并能連續生長繁殖的細胞稱為連續化細胞。原代細胞是直接從組織器官中分離得到的，原代細胞培養一般由組織器官解剖分離，解聚和離體細胞培養三個步驟組成，解聚分機械分離和酶解兩種方法。酶法分離是目前應用最廣的動物細胞分離法，最常

23、使用的酶有胰蛋白酶，膠原酶，彈性蛋白酶等。它們可以單獨或混合使用。原代培養為一系列細胞培養的第一步，原代細胞的生理就帶些特性差異非常大，屬于不穩定細胞系。一旦原代細胞進行了傳代培養（亦稱轉種），便稱為細胞系。細胞系中往往存在有若干表型，相似或相異的細胞世界系，若其中一世系，經過選殖克隆、物理性細胞分離，或其他選擇技術，而在培養的細胞群體中辨識出其特殊表型性質，該細胞便稱為細胞株。動物細胞呈圓形，如線粒體是進行呼吸的地方，高爾基體是進行蛋白質糖基化和折疊等后加工的場所，粗內質網膜則是合成蛋白質的場所等。動物細胞的離體培養最初采用天然體液培養基，如小雞胚胎萃取液、血清、淋巴液等。化學成為明確的培養

24、基配方。旋轉瓶和中空纖維反應器是比較常見的動物細胞大規模貼壁培養的反應器。微載體是一種能懸浮于溶液中，直徑為100-200um的球狀顆粒。聚苯乙烯、葡聚糖和膠原等都是通用的為載體材料，通過加工而成為球狀顆粒。懸浮培養反應器大多在微生物反應器基礎上發展形成，以通氣攪拌罐最常見細胞懸浮培養操作方式有間歇培養，補料-分批培養和灌流培養等。植物細胞培養具有全能型即單一的離體細胞在一定環境下分化成不同的細胞組織乃至整個植株。植物體受到切割等傷害后會產生愈傷組織，愈傷組織的形成實際上是一種創傷反應，是植物脫分化的結果，產生愈傷組織的植物器官可以是種子，根、莖、葉等。進行植物細胞大估摸培養的基本步驟是，1建

25、立細胞株，2，將愈傷組織轉移到液體培養集中，3.擴大培養，現已建立了針對植物細胞的而不培養法， 及使用生長培養及使細胞大量增殖，達到一定的細胞密度，然后再改用適合細胞產物積累得到培養基，促進細胞啟動次級代謝途徑并提高產物的產量。 培養條件的優化 物理因素，1光對光的需要與否，2溫度25.左右3PH值，5-6之間。 化學因素1溶氧，2植物細胞懸浮培養的培養基。植物細胞培養的細胞生理特性1植物細胞尺寸較大，2植物細胞對剪切力非常敏感，3易沉降。4植物細胞生長緩慢，5植物細胞生長與次級代謝產物的合成無顯著關聯，6易染菌。從鞘蕊花屬細胞培養得到的迷迭香酸，以細胞干重計含量高達27%。自1996年美國大

26、面積推廣種植轉基因作物以后，轉基因食品以驚人的速度向全球擴散。常見的建立轉基因動物方法有顯微注射法，逆轉錄病毒法與干細胞法等方法，1顯微注射法2逆轉錄病毒感染法3胚胎干細胞4精子載體法5體細胞核移植法從轉基因動物的乳汁中獲取對人類有益的基因工程產物，不但具有產量高，容易提純的優點，而且表達的蛋白經過了充分的修飾加工，具有穩定的生物活性。因此被稱為動物乳腺生物反應器。干細胞即未分化的細胞，是一類具有自我更新和分化發育潛能的原始細胞。干細胞分胚胎干細胞和組織肝細胞兩類，肝細胞研究最早是從胚胎干細胞開始的，經過6個月的增殖，這些胚胎干細胞，胚胎肝細胞具有形成所有組織和器官的能力，具有全能型，只能發育

27、分化成一個系統中的幾種細胞，但不能生成其他系統的細胞，因此這些干細胞稱為“多能”干細胞，“多能”干細胞繼續分化發育，將生成更加專門化的細胞，即“專能”干細胞。它們只能再增殖分化為一種類型的“終端”細胞。多能及專能干細胞統稱為組織干細胞。由于干細胞的數目很少，因此需要在體外對干細胞進行非分化性增殖，這需要許多生長因子和間質細胞的共培養，纖維細胞生長因子得到培養集中培養，上皮生長因子，胚胎干細胞人體發育起始于卵子的受精，產生一個能發育為完整有機體潛能的單細胞，及全能型的受精卵造血干細胞造血干細胞分布于骨髓，外周血和臍血中，尤其臍血含有豐富的造血干細胞。造血干細胞是造血細胞的種子，體內所有血細胞，包

28、括紅細胞、白細胞、血小板等，都是由它分化發育而來，也是人們認識最早的干細胞之一。間充質干細胞是分化發展為成骨細胞、成軟骨細胞、脂肪細胞、成肌肉細胞和骨髓基質細胞的干細胞，在成年后主要存在于骨膜下和骨髓腔中，也分布于肌肉，胸腺和皮膚中神經及其他干細胞存在于成體神經組織中，具有再生神經元，星形膠質細胞和少突狀細胞的潛在能力，組織工程的研究幾乎遍及人體所有的器官或組織，20世紀90年代，美國FDA已批準組織皮膚工程及自體軟骨細胞移植修復關鍵軟骨部分缺損益用于臨床，并開始產業化進程組織工程按組織器官的構筑方式可分為兩個部分：組織再生工程和組織替代工程組織工程的三種基本要素是細胞、支架材料與調節因子人工

29、支架的作用包括人工細胞外基質、空間確保膜、生長因子控制釋放、組織生長的支撐體、免疫隔離膜和生物反應器等。酶是一類生物催化劑，其化學本質為蛋白質，同時又具有催化劑的功能。第四章酶工程 酶是一類生物催化劑，其化學本質是蛋白質，同時又具有催化劑的功能。酶工程是蛋白質化學與工程學相互交叉滲透、相互結合并發展而形成的一門新的技術科學。酶工程是研究和開發酶的生產、酶的分離純化、酶的固定化、酶及固定化酶的反應器、酶與固定化酶的應用等的工程科學酶的命名 1酶是依據酶作用的反應物2酶所催化的反應性質來命名3酶的來源或酶的其他特點來取名酶分為6類，1氧化還原酶類，2，轉移酶類3，水解酶類4.裂合酶類5異構酶類，6

30、，合成酶或鏈接酶類。酶的活力是指酶催化特定底物轉化成產物的速率。酶的活力還常常是制定酶制劑價格的最重要的參考指標。酶活力的單位是：單位時間、單位質量酶蛋白所催化的底物反應或產物生成的物質的量酶的三級結構是在二級結構的基礎上，借助于各種次級鍵盤繞城具有特定肽鏈走向的緊密球狀構象，寡聚酶是有2個或2個以上亞基組成的酶，分子質量一般高于30KD，具有四級結構酶催化的特點，1，反應條件溫和，2，極高的催化效率，3，高度專一性，（底物專一性、反應專一性、立體化專一性）4，輔酶和輔因子，許多酶只有在某些非蛋白質成分存在時才表現出催化作用，人們將這些非蛋白質成分稱為輔助因子，其中能通過透析出去的稱為輔酶，不

31、能通過透析除去的就叫做輔基因子，5.酶催化活性的調控機制酶反應速率與底物濃度的關系P103 E代表游離酶，ES為酶與底物的復合物，S為底物，P為產物，k+1、k-1、k+2為相應各步反應速率常數。固定酶具有的優點：可以重復多次使用，而且在大多數情況下，酶的穩定性也有明顯改善催化反應后，酶與底物以及產物容易分開，產物中沒有殘留酶，易于分離純化，使產品的質量有大的提高反應條件易于控制，可實現生物催化反應的連續化和自動控制酶的利用效率高，單位酶量催化的底物量增加，而用酶量則大為減少比水溶性酶更合適于多酶催化反應。固定化方法按所用載體和操作方法的差異分為：載體結合法、包埋法和交聯法等三類，載體結合法包

32、括物理吸附法、離子結合法、螯合法和共價結合法等，包埋法包括聚合物包埋法、疏水相互作用法、微膠囊包埋法、脂質體包埋法等 只有L型氨基酸才具有生理活性，外消旋氨基酸必須轉化為L型氨基酸，主要的拆分方法有物理化學法、化學法和酶法等三種，其中以酶法最為有效，能夠生產純度較高的L氨基酸。生物傳感器的發展非常迅速，生物傳感器是用生物活性物質做敏感器件，配以適當的換能器所構成的分析工具，大致可以分為酶傳感器、微生物敏感器、免疫傳感器和場效應晶體傳感器等四大類。其中利用酶的催化作用制成的酶傳感器是問世最早、成熟度最高的一類生物傳感器。P116 蛋白質側鏈基團修飾可以改變蛋白質表面電荷和疏水性，從而影響其催化活

33、性和穩定性。酶蛋白中個別氨基酸的置換可以采用點突變的方法很容易就可以完成，點突變是研究蛋白質結構與功能關系的重要工具。一般地說，經過修飾的酶可顯著提高酶活力、增加穩定性或降低抗原性、顯著提高酶的使用范圍和應用價值。酶的新用途靶酶及酶標藥物 每一種酶都有一些特定的抑制劑，通常將這種酶稱為該抑制劑的靶酶。靶酶的意義 傳統上，人們只有根據某些化合物對特定疾病有一定治療作用作為設計藥物的線索，大量合成出其類似物，從中進行篩選，并獲得某種療效最好的藥物。根據統計，每種統計，每種新藥的上市需要從大約10萬種化合物中篩選得到，可以想象新藥研究和開發所需的巨大人力、物力和資金投入!隨著人類基因組計劃完成對疾病

34、引發機理的深入研究，人們發現許多疾病的發生都是由于基因突變引起的酶蛋白表達水平的變化引起的。這樣一來，只要對這些酶蛋白的活性水平進行調節，就可能治愈疾病。這種對疾病具有關鍵作用的酶就是靶酶，篩選得到的能影響和調節靶酶活性并能治療疾病的藥物就成為酶標藥物。非水系統中的酶催化的特點絕大多數有機化合物在非水系統中的溶解度高于水溶液根據熱力學原理，一些在水中不可能進行的反應，有可能在非水系統中進行與水相比，酶在非水系統中的穩定性比較高從非水系統中回收反應產物比從水相中容易在非水系統中酶很容易回收和反復使用。根據酶的作用原理，用人工方法合成的具有活性和催化作用的非蛋白質結構的化合物稱為人工合成酶或人工模

35、擬酶。P120分子印記技術自20世紀80年代初Cech和Altman各自獨立地發現了RNA具有生物催化功能后，人們發現除蛋白質才能有酶的催化功能以外，某些RNA和DNA分子也具有催化功能。目前已知的核酸酶大致上可以分為剪切型核酸酶和剪接型核酸酶。抗體酶是指通過一系列化學與生物方法制備的具有催化活性的抗體。第五章微生物工程按細胞生長是否需要氧氣，發酵過程可以分為兩類：好氧和厭氧發酵。好氧發酵過程以氧作為電子受體。典型的如動植物細胞培養，利用微生物發酵生產抗生素、有機酸、氨基酸、酶制劑、單細胞蛋白等需要向反應器中通入無菌空氣，有時甚至純氧以滿足微生物生長和代謝對氧的需求。由于氧在水中的溶解度很低。微生物工程的發展史 大約在9000年前就已經開始了原始的啤酒生產。公元前6000年左右，在黑海與里海的外高加索地區，就已經開始種植葡萄和釀制葡萄酒。在公元前2400年左右，在埃及第五王朝的墓葬壁畫上，就有烤制面包和釀酒的大幅浮雕。 從19世紀末-2