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酶工程ppt郭勇

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酶 工 程 孫 旸 robsuny @163.com QQ:271833985 光合作用怎樣進行? TCA循環中的酶 第一章 緒 論 第一節 酶的基本概念 一、酶的定義 二、酶的特點 三、酶學回顧 一、酶的定義 酶是活細胞產生的具有催化活性的蛋白質。 酶是生物催化劑。 酶是具有生物催化活性的生物大分子(蛋白質或核酸)。 二、酶的特點 1.高效性 2.專一性 3.反應條件溫和 4.易變性失活 5.活性可調節 1.高效性: 以分子比表示,酶的催化反應的速度比非催化反應高108—1020倍,比非酶催化劑高105—1013倍。 酶促反應降低反應活化能 2.專一性: 只能作用于某一類或某一種特定物質 1)絕對專一性 2)相對專一性: 2.專一性:只能作用于某一類或某一種特定物質 1)絕對專一性:一種酶只能催化一種底物進行一種反應,這種高度的專一性稱為絕對專一性。 當酶作用的底物含有不對稱碳原子時,酶只能作用于異構體的一種。這種絕對專一性稱為立體異構專一性。 2)相對專一性: 一種酶能夠催化—類結構相似的底物進行某種相同類型的反應,這種專一性稱為相對專一性。 相對專一性又可分為鍵專一性和基團專一性。 鍵專一性的酶能夠作用于具有相同化學鍵的一類底物。 基團專一性的酶則要求底物含有某一相同的基團。 3.反應條件溫和: 許多反應如無酶催化須在高溫、高壓、極端的pH條件下才能進行。 以酶為催化劑則可在常溫、常壓及中等的pH條件下進行。 三、酶學的回顧:古代 最早酶的利用: 食品加工:面包,酒,醋及奶酪等。 埃及人很早就知道利用發酵技術來制造酒類。考古學者在史前2500年的埃及Theban法老王墳墓內找到經發酵的面包實體及酒和啤酒釀造的壁畫。 我國史料記載夏禹時代,人們掌握了釀酒技術。 商代,(BC 1300) “酒池肉林”, 釀醋出現的時間幾乎和釀酒同步 公元前12世紀周朝,制作飴糖和醬。 春秋戰國時期已知用曲治療消化不良的疾病。 ——古人們不知道酶的存在,但已廣泛的利用酶。 酶學的回顧:近代 酶的發現: 十八世紀 法國科學家雷莫爾 (Réaumur ) 布匝德(buzzard )鳥 胃液對肉塊的消化 化學變化而非物理變化(如溶解) “溫和”的條件下實現 1878德國的庫尼(Kühne)定義Enzyme 原意為在酵母中。 1897年,德國巴克納( Buchner )證明發酵是酶作用的化學本質,為此Buchner獲得了1911年諾貝爾化學獎。 1897年Bertrand由3種樹汁液中部分純化了漆酶。 至1913年米切利司(Michaclis)和漫騰(Menten)進一步推進了亨利(Henri)的工作,導出了米氏方程,奠定了酶動力學的最早的基礎。 1926年美國的薩姆那Sumner從刀豆中得到脲酶結晶,首次提出酶的蛋白質本質,并為此獲得1947年諾貝爾獎。 ◆ 酶是高分子膠體物質、兩性電解質,在電場 中如蛋白質一樣泳動; ◆ 導致蛋白質變性的因素如溫度、pH、紫外線、表面活性劑、重金屬等往往也能使酶變性; ◆ 酶能被蛋白酶水解而失活。 二十世紀酶學進入快速發展。前半期,過渡態理論解釋了酶催化的物理化學機理(1948)。 50-60年代考師蘭德(Koshland )提出了誘導契合模型。此時有關酶活性調節的理論也被提出。 1965年莫諾德(Monod ) 等人提出了別構理論。與此同時,克力蘭德(Clealand )發展了多底物多產物的酶動力學原理和公式。 隨著X光晶體衍射,多維核磁共振(NMR )技術的發展,很多酶的空間結構被揭示。 至今用X光衍射和多維核磁共振(NMR )研究酶的空間結構已是常見的方法。 1957年,另一個重要進展:桑格(Sanger)報道了胰島素的氨基酸系列,這是第一次闡明一個蛋白質的氨基酸全系列。 1963年第一個酶(核糖核酸酶)的氨基酸系列被報道。從此,酶的結構與功能和它的氨基酸系列全面掛鉤。 1969 日本固定化氨基酰化酶,第一次將固定化酶成功地應用于工業生產。——酶工程誕生 1970 美國的Smith 發現限制性內切酶(1979年諾貝爾獎) 1982 美國的切克(cech)發現四膜蟲的26s rRNA具有自我剪切能力,1986 核酶發現獲得諾貝爾獎。 酶學今日 現代酶學已成為現代生物學的重要組成部分。酶學和生物學的其它部分正在互相滲透日益融合。 對酶學的研究使我們日益了解生命的本質和奧妙。 通過對酶活性的調控和改造已在人類健康,農業生產,環境保護等方面取得眾多應用成果。 第二節 酶工程概況 酶工程的基本概念 國際酶制劑工業的現狀 我國的酶制劑工業 一、酶工程的基本概念 1. 定義 酶的生產和應用的技術過程稱為酶工程。 二、國際酶制劑工業現狀和發展趨勢 近年來,隨著酶工程研究的快速發展,酶工程產業的發展也非常迅速,成為21世紀大有發展前途的新興產業之一。 1、產值: 全世界已發現的酶有6000多種 目前工業上生產的酶有60多種 真正達到工業規模的只有20多種 劑型和品種有60多個 2001年為16億美元 每年以7――8%的增長率發展 2008年銷售額達到30億美元 用于醫藥的酶產值超過10億美元 2、產品結構 就世界范圍而言,酶制劑總產量最大的是蛋白酶類,主要用于洗滌劑、制革和乳品工業 其次為淀粉酶類,主要用于食品釀造、淀粉加工、造紙、紡織等工業 其它酶類則包括藥用酶、試劑酶、工具酶等。 以酶法合成的主要產品 3、生產廠商 世界上酶生產廠商有70多家,其中較大的有25家。最大的8家酶制劑生產廠商是: (1)  Novo Nordisk (諾和諾德公司,丹麥) (2)  Gist Broccdes(荷蘭) (3)  Cultot (科特公司,芬蘭) (4)  Genencor International (杰能科公司,美國) (5)  Solvay (蘇爾威公司,比利時) (6)  Clr Hansen (漢森公司,丹麥) (7)  Rhone Ponlene (羅蘭,普朗克公司,法國) (8)  Quest (荷蘭) 生產廠商的合并重組 (1)  Novo Nordisk (諾和諾德公司,丹麥)+丹博母公司的酶工程部分 (2)  Genencor International (杰能科公司,美國)+Gist Broccdes(荷蘭)+Solvay (蘇爾威公司,比利時) (3)  Cultot (科特公司,芬蘭)+丹尼斯科 Clr Hansen (漢森公司,丹麥)  Rhone Ponlene (羅蘭,普朗克公司,法國)  Quest (荷蘭) 4、國際酶制劑工業發展趨勢 國外酶制劑公司的兼并,重組將繼續進行 研究、開發投入加大,高新技術應用廣 大力研制、開發新酶種和新用途 酶制劑的劑型趨向多樣化 趨勢判斷和需求分析 酶工程在精細化學品市場中呈現強勁的增長勢頭。 到2020年,通過酶工程和生物催化技術,將實現化學工業的原料消耗、水資源消耗、能量消耗降低30%,污染物的排放和污染擴散減少30%。 當前酶工程研究熱點 新酶或已有酶的新功能的開發 根據已有底物開發新的酶反應 利用突變或定向進化技術改善生物催化劑性能 利用重組DNA技術大規模生產生物催化劑 利用有機溶劑開發新的反應體系 體內或體外合成的多酶體系 克服底物和產物抑制 精細化工品或醫藥合成技術的放大 酶和輔因子再生 生物催化劑的修飾 生物催化劑的固定化 三、我國的酶制劑工業 我國的酶制劑工業是在解放后逐漸發展起來的。早期是用動植物組織提取胃蛋白酶、胰酶和麥芽淀粉酶等,規模小,產量亦少。 六十年代中期,我國開始研制第一個微生物酶制劑——BF-7658淀粉酶。1965年輕工部在無錫投資興建了全國第一家酶制劑廠——無錫酶制劑廠(現名是星達生物工程有限公司)標志著我國酶制劑工業的起步。 1、產品結構 2、我國酶制劑生產的特點 3、中國酶制劑產業存在的問題 1、產品結構 我國酶制劑目前主要的產品是淀粉酶(其中大部分是糖化酶),其次是蛋白酶,其它酶的產量甚微。 酶名稱 占酶總產量的百分率 糖化酶 71.4% 蛋白酶 14.3% α-淀粉酶 13.4% 其它 1% 2、我國酶制劑生產的特點 (1)部分酶制劑品種和質量接近國際先進水平 (2)生產企業逐步向規模化和現代化發展 (3)產品價格具競爭力 (4)行業管理確保企業健康發展 (5)酶制劑的應用促進了食品工業的發展 3、中國酶制劑產業存在的問題 技術研究與開發滯后 行業和企業規模小而分散,市場調控能力弱 應用結構、產品結構不合理,技術含量低,產品品級低 應用的深度和廣度不夠 課程內容 酶學基礎知識 微生物發酵產酶 酶的分離純化 酶分子修飾 固定化酶與固定化細胞 酶在有機介質中的催化作用 酶反應器和酶傳感器 淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、脂肪酶 國內外酶的應用現狀 參考教材 《酶工程原理與技術》 郭勇主編 高等教育出版社 2005年9月第一版 《酶工程》 郭勇主編 科學技術出版社 2004年8月第二版 《酶與酶工程》袁勤生 趙健 主編 華東理工大學出版社 《酶工程》 羅貴民 主編 化學工業出版社2002年5月 第一版 《酶和酶工程》 羅九甫 上海交通大學出版社 1996年11月 第一版

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