应用广泛的酶工程,本文主要内容关键词为:工程论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。
生物体的化学变化几乎都在酶的催化作用下进行,其作用具有选择性。酶工程是指将酶所具有的生物催化功能,借助工程学的手段应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。酶制剂指含有酶的制品,现简述酶制剂主要用途。
一、用于工业生产
由于酶的优越性,决定了酶在工业中有广泛的应用。蔗糖几乎全部是通过加工甘蔗或甜菜得到的。但是,甘蔗和甜菜的种植范围有限,因此,蔗糖的产量也就受到了影响。能否利用淀粉来生产类似蔗糖的物质呢?科学家利用α-淀粉酶等多种酶的催化作用,在酶反应器中将淀粉转化成与蔗糖具有同样甜度的高果糖浆(果糖含量高达70%~90%的糖浆)。现在,一些发达国家高果糖浆的年产量已经达到几百万吨,高果糖浆在许多饮料的制造中已经逐渐代替了蔗糖。
一些纺织原料也可以利用酶制剂进行加工。例如,天然蚕丝的外表有一层丝胶,丝胶直接影响天然蚕丝的使用。现在,人们可以在温和的条件下,利用蛋白酶对天然蚕丝直接脱胶,脱胶后的蚕丝具有鲜亮的色泽和柔滑的手感。
淀粉酶用于纺织品的退浆,可节约大量的碱并提高棉布质量。蛋白酶用于皮革工业的脱毛和软化,既节省了时间,又改善了劳动卫生条件。
酿酒厂和饮料厂利用果胶酶来澄清果酒和果汁,效果十分明显。脂肪酶可用于食品增香、羊毛洗涤。
此外,葡萄糖异构酶可用来制造果糖浆;葡萄糖氧化酶可用来除去罐头中残余的氧。
二、用于生产药物
青霉素在临床应用初期,敏感的金黄色葡萄球菌达90%以上,疗效显著。但长期广泛使用后,就出现了大量耐青霉素的耐药菌株。为此,科学家设法通过酶制剂(青霉素酰化酶)来改造青霉素的分子结构,进而研制出新型的青霉素(氨苄青霉素)。
猪胰岛素与人胰岛素在结构上的差别:猪胰岛素B链上最后一个氨基酸是丙氨酸,人胰岛素B链上最后一个氨基酸是苏氨酸。科学家应用酶工程,利用专一性极高的酶,切下并移去猪胰岛素B链上的丙氨酸,然后接上一个苏氨酸。这样,猪胰岛素就魔术般地变成人的胰岛素。
三、用于化验诊断
根据葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下形成葡萄糖酸和过氧化氢,过氧化氢在过氧化氢酶的催化作用下形成水和原子氧,以及原子氧可以将某种无色的化合物氧化成有色的化合物的原理,将上述两种酶和无色的化合物固定在纸条上,可以制成测试尿糖含量的酶试纸。这种酶试纸与尿液相遇时,很快就会因尿液中葡萄糖含量的少至多,依次呈现出浅蓝、浅绿、棕或深棕色。急性胰腺炎患者,血清和尿中淀粉酶活性显著升高。患肝炎和心肌炎时,血清中转氨酶活力增高。有机磷中毒时,神经组织的胆碱酯酶受到抑制,血清中胆碱酯酶的活力也下降。因此,通过测定血液或其他体液中相应的酶活性,来诊断疾病。
四、用于治疗疾病
一些酶制剂可以用作药品,治疗多种疾病。溶菌酶可以用来分解病原菌的细胞壁,具有明显的抗菌和消炎作用。
尿激酶可以用来活化人体的溶纤维蛋白酶原,使溶纤维蛋白酶原转化为溶纤维蛋白酶。溶纤维蛋白酶具有溶解患者血管内纤维蛋白凝块的作用,可以用来治疗血栓病。
胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶可用于外科化脓性创口的净化,以及胸腔或腹腔间浆膜粘连的治疗。
胃蛋白酶、胰酶制剂可增进消化能力。L-天冬酰氨酶可用来治疗白血病。
五、用于生物工程
基因工程离不开DNA限制性内切酶和DNA连接酶。在植物体细胞杂交过程中,为了制备原生质体,需要利用纤维素酶将细胞壁分解掉。