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酶活力：

也称酶活性，酶催化一定化学反应的能力。

酶活力大小可用在一定条件下，它所催化的某一化学反应的起始速率V
0
表示，即用 反应起
始阶段产物增加(或底物减少)的速率表示。
二、酶活力单位
国际单位：

1961年国际生物化学与分子生物学联合会规定：在特定条件下，每 1 min 催化1 μmol 的
底物转化为产物的酶量定义为1 个酶活力单位。这个单位称为国际单位（IU）

国际上另一个常用的酶活力单位是卡特（Kat）。在特定条件下，每秒催化1 mol底物转化为
产物的酶量定义为1卡特（Kat）。

1Kat = ？ IU

1IU = ？nKat
酶的比活力

酶的比活力是酶纯 度的一个指标，是指在特定条件下，单位重量（mg）蛋白质或RNA所具
有的酶活力单位数。

酶活力：样品中酶总共有多少个酶单位。

比活力：每mg蛋白质中有多少个酶单位。
酶比活力＝酶活力（单位） mg （蛋白或RNA）
可用以比较每单位质量酶蛋白的催化能力。

对同一种酶， 比活力可以代表酶的纯度，比活力愈高，表示酶愈纯。在酶纯化过程中，比活
力增高。

例：13克酶粉溶于100毫升水中制成酶液，取该酶液5毫升与45毫升浓度为4molL的底 物
溶液混合，20分钟后混合溶液中底物的浓度为1molL，计算该酶粉1个酶活力单位相当于多少mg酶粉？该酶粉的酶比活力是多少？

答案：1 IU = 0.1mg，该酶粉的酶比活力为10 IUmg
三、酶的转换数与催化周期

酶的转换数（Kp），又称为摩尔催化活性（molar catalytic activity ），是指每个酶分子每分
钟催化底物转化的分子数。即是每摩尔酶每分钟催化底物转化为产物的摩尔数。

Kp是酶催化效率的一个指标。通常用每微摩尔酶的酶活力单位数表示。单位为 min
-1




转换数的倒数称为酶的催化周期。催化周期是指酶进行一次催化所需的时间。单位为毫秒（m
sec）或微秒（μsec）。
酶活力的国际单位——无法律效力

实际应用中及商品酶制剂中，酶单位的定义较乱，要注意：

酶活力单位的定义和测定系统条件。

生产上多使用：
在（）条件下，每（s、min、h）催化（umol、g、mg）底物产生（1umol、mg、ug）
产物所需要的酶量。

中温α-淀粉酶（GB8275-2009） ：1g固体酶粉(或1 mL液体酶)，于60℃、pH=6.0条件下，
1h液化1g可溶性淀粉所需 的酶量，即为1个酶活力单位，以ug(umL)表示。
可溶性淀粉（湖州展望化学药业有限公司）

例如：


木聚糖酶：
某公司定义：在50℃，pH为6.50条件下，每 分钟从浓度为10mgmL的燕麦木聚糖溶液中释
放1μmol还原糖所需要的酶量为一个活力单位（I U）。
夏盛：在50℃，pH=5.0的条件下，每分钟水解1mgmL木聚糖产生1µg还原糖（ 以木糖计）
所需酶量定义为一个酶活力单位（u）。
国家标准：饲用木聚糖酶GBT23874-2009
在37℃，pH为5.50条 件下，每分钟从浓度为5mgmL的木聚糖溶液中释放1μmol还原
糖所需要的酶量为一个活力单位（ U）

第一篇 酶的生产

1、提取分离法

提 取分离法是采用各种提取、分离、纯化技术从动物、植物的组织、器官、细胞或微生物细
胞中将酶提取出 来，再进行分离纯化的技术过程。

酶的提取是指在一定的条件下，用适当的溶剂处理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂中的过程。

酶的分离纯化是采用各种生化分离技术，使酶与各种杂质分离，达到所需的纯度，以满足使< br>用的要求。
2、生物合成法

经过预先设计，通过人工操作，利用微生物 细胞、植物或动物细胞的生命活动，获得所需的
酶的技术过程。

据所使用的细胞种 类不同，生物合成法可以分为微生物发酵产酶，植物细胞培养产酶和动物
细胞培养产酶。自从1949年 细菌α- 淀粉酶发酵成功以来，生物合成法就成为酶的主要生产方
法。

生物合成法产酶过程：产酶细胞→细胞培养→代谢产物→分离纯化→酶。
3 、化学合成法

化学合成法是采用合成仪进行酶的化学合成，成本高，难以工业化生产。 < br>
用途：酶的人工模拟和化学修饰，对认识和阐明生物体的行为和规律，具有重要的理论意义和发展前景。

模拟酶是在分子水平上模拟酶活性中心的结构特征和催化作用机制，设计 并合成的仿酶体
系。
第二章 酶生物合成的基本理论
第三节 酶生物合成的调节


根据酶在细胞中的含量变化：
组成酶、适应酶（调节酶）、诱导酶

酶生物合成的调节控制：转录水平的调节、转录产物的 加工调节、翻译水平的调节、翻译产
物的加工调节和酶降解的调节等。
一、原核生物中酶生物合成的调节机制

转录水平的调节（基因调节）

定义：通过调节酶合成的量来控制微生物代谢速度的调节机制，是在基因转录水平上进行的。

意义：通过阻止酶的过量合成，节约生物合成的原料和能量。

Jacob and Monod的操纵子学说（operon theory）

调节基因(regulator gene)：

可产生一种组成型调节蛋白(regulatory protein) （一种变构蛋白），通过与效应物(effector)

（包括诱导物和辅阻遏物）的 特异结合而发生变构作用，从而改变它与操纵基因的结合力。

调节基因常位于调控区的上游。

启动基因（promotor gene）（启动子）：
有两个位点：

（1）RNA聚合酶的结合位点

（2）cAMP-CAP的结合位点。

CAP：分解代谢产物基因活化蛋白（catabolite gene activator protein），又称环腺苷酸受体蛋
白(cAMP acceptor protein，CAP）。

只有cAMP-CAP复合物结合到启动子的位点上，RNA 聚合酶才能结合到其在启动子的位点
上，酶的合成才能开始。

操纵基因（Operater gene）:

位于启动基因和结构基因之间的一段 碱基顺序，能特异性地与调节基因产生的变构蛋白结
合，操纵酶合成的时机与速度。

结构基因（Structural gene）:

决定某一多肽的DNA模板，与 酶有各自的对应关系，其中的遗传信息可转录为mRNA，再
翻译为蛋白质。
1、分解代谢物阻遏作用

指细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源）存在时，利 用快的那种分解底物会阻遏利用慢
的底物的有关酶合成的现象。

分解代谢物的阻遏 作用，并非由于快速利用的甲碳源本身直接作用的结果，而是通过甲碳源
（或氮源等）在其分解过程中所 产生的中间代谢物所引起的阻遏作用。
分解代谢物阻遏现象：

实验：细菌在含有 葡萄糖和乳糖的培养基上生长，优先利用葡萄糖。待葡萄糖耗尽后才开始
利用乳糖，产生了两个对数生长 期中间隔开一个生长延滞期的“二次生长现象”(diauxie或
biphasic growth）。

这一现象又称葡萄糖效应，产生的原因是由于葡萄糖降解物阻遏了分解乳 糖酶系的合成。分
解代谢物阻遏的实质是当葡萄糖存在时，cAMP （环化腺核苷一磷酸）浓度降低，cAMP与
CAP结合受阻。
分解代谢物阻遏
2、诱导作用

诱导酶（Induced enzyme），在一般情况下不合成， 只有当某种基质（底物或底物结构类似物）
存在时才合成的酶类。
诱导物可以是：

（1）酶的底物，如乳糖诱导乳糖酶，果胶诱导果胶酶。

（2）也可能是分解代谢的产物，如纤维二糖诱导纤维素酶，麦芽糖诱导α-淀粉酶。 
（3）不能被微生物利用的底物结构类似物或底物衍生物，这类诱导物也叫安慰诱导物。如槐糖诱导纤维素酶等。



诱导酶合成的调节机制：
加进某种物质，使酶生物合成开始或加速进行。

酶合成诱导的现象：
已知分解利用乳糖的酶有：β-半乳糖苷酶； β-半乳糖苷透过酶；β-半乳糖苷乙酰转

移酶。
实验：

（1）大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内无上述三种酶合成；

（2）大肠杆菌生长在乳糖培养基上时，细胞内有上述三种酶合成；

（3）表明菌体生物合成的经济原则：需要时才合成。

3、反馈阻遏作用

反馈阻遏(feedback repression):酶生物合成的反馈阻遏作用也称为 产物阻遏作用。指的是酶催
化作用的产物或代谢途径的末端产物使该酶的生物合成受阻的过程。

末端产物阻遏

由某代谢途径末端产物的过量累积引起的阻遏。

酶合成阻遏的现象：

实验：
（1）大肠杆菌生长在无机盐和葡萄糖的培养基上时， 检测到细胞内有色氨酸合成酶的存在；
（2）在上述培养基中加入色氨酸，检测发现细胞内色氨酸合成酶的活性降低，直至消失。
（3）表明色氨酸的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，体现了菌体生长的经济原则:不需要就不
合成。

色氨酸操纵子——酶的阻遏

酶的诱导和阻遏操纵子模型
二、真核生物酶生物合成的调节

细胞分化改变酶的生物合成

基因扩增加速酶的生物合成

增强子促进酶的生物合成

抗原诱导抗体酶的生物合成
抗体酶

是一种具有催化功能的抗 体分子，在其可变区赋予了酶的属性。是抗体的高度选择性和酶的
高效催化能力巧妙结合的产物。 
已成功开发出天然酶所催化的6种酶促反应和数十种类型的常规反应的抗体酶：酯、羧酸和
酰胺键的水解，酰胺键的水解，酰胺形成，光诱导裂解和聚合，酯交换，内酯化等。
抗体酶制备方法

半抗原诱导法：即用设计好的半抗原，通过间隔链与载体蛋白（例 如牛血清白蛋白等）偶联
制成抗原，然后采用标准的单克隆抗体来制备、分离、筛选抗体酶。
半抗原设计原则就是酶的催化作用机制。常用过渡态类似物半抗原。

抗体酶制备方法

酶蛋白诱导法：用酶作为抗原免疫动物得到抗酶的抗体，再将此抗 体免疫动物并进行单克隆
化，获得单克隆的抗抗体。对抗抗体进行筛选，应获得具有原来酶活性的抗体酶 。

缺点：具有一定的盲目性和偶然性，并且不能产生新酶。
第三章 酶的生物合成法生产
第一节 产酶细胞的选择
一、酶源

酶可由动物（ 如胰蛋白酶、胃蛋白酶）、植物（如木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶）和微生物（细菌、
霉菌、酵母）产生，其 中工业酶制剂大多数由微生物发酵法生产。


由于微生物世代时间短，繁殖快 、容易培养和管理，可大规模工业化生产，所以工业酶制剂
大多由微生物发酵产生。

产酶微生物的获得：
1、从有关菌种保藏机构购买
2、从自然界分离筛选
国内一些比较著名的菌种保藏机构

ACCC 中国农业微生物菌种保藏管理中心

ISF 中国农业科学院土壤肥料研究所

CAF 中国林业科学院菌种保藏管理中心

CICC 工业微生物菌种保藏管理中心

IFFI 轻工业部食品发酵工业科学研究所

CMCC 医学微生物菌种保藏管理中心

CVCC 兽医微生物菌种保藏管理中心

YM 云南省微生物研究所

GIMCC 广东省微生物研究所微生物菌种保藏中心

CCTCC 中国典型培养物保藏中心 ，武汉大学

HKUCC 香港大学保藏中心，香港大学

台湾新竹BCRC (Bioresources Collection and Research Center)台湾生物资源保存及研究中心
（食品工业发展研究所）
国外一些比较著名的菌种保藏机构

ATCC (American Type Culture Collection)

NRRL(Agricultural Research Service Culture Collection) 美国农业部菌种保藏中心。

DSMZ (German Collection of Microorganisms and Cell Cultures)

NBRC (NITE Biological Resource Center)日本技术评价研究所生物资源中心，NBRC（IFO）
是由日本经 济部、商业部、工业部支持的半政府性质菌种保藏中心。

JCM (Japan Collection of Microorganisms)

VKM (All- Russian Collection of Microorganisms)

CBS (Centraalbureau voor Schimmelcultures荷兰真菌中心收藏所)

UKNCC (United Kingdom National Culture Collection)

NCIMB (National Collections of Industrial, food and Marine Bacteria)英国食品工业与海洋细
菌菌种保藏中心
2、从自然界中分离筛选产酶微生物

从与产生目的酶菌种可能相适应的生态环境中，采样分离筛选。

1克土壤中含有1×10
8
个微生物，自然界蕴藏着巨大的微生物资源。

从不可培养微生物中筛选新酶种。用PCR技术从土样中直接扩增DNA，能够从不可培养的
微生物中分离到DNA，并用作克隆来源，可获得更多种类的酶。
从极端环境微生物筛选新酶种

嗜热微生物（Thermophiles 60-85 ℃， 超嗜热菌生长温度85℃以上,105 ℃）。

嗜冷微生物（Psychrophiles -10～0 ℃ ）

嗜盐微生物(Halophiles, 含盐32%或5.2%)

嗜酸微生物(Acidophiles,pH2.5)

嗜碱微生物(Alkalophiles, pH11)

嗜压微生物(Barophiles，1.01×10
5
Pa,4 ×10
7
Pa)


重视微生物资源、基因文库、基因表达载体等 方面的建设，以及极端环境微生物，不可分离
微生物，绝对厌氧微生物等新的种质资源的研究开发。

产酶微生物的分离筛选方法

1)样品的采集：从富含该酶作用底物的场所采集样品。

2)富集培养: 投其所好，取其所抗。

3)分离获得纯培养(pure culture)的微生物。

4)初筛：选出产酶菌种，以多为主。

5)复筛：选出产酶水平相对较高的菌株，以质为主。
培养基

细菌：营养肉汤琼脂培养基（pH 7.0，30-37℃）

霉菌：可用察氏、土豆（PDA）、麦汁琼脂培养基（pH5.5， 25-28℃，为了防 止霉菌菌落蔓
延连成一片，可加入0.1%去氧胆酸钠、0.1%山梨糖等限制菌落扩散）。

放线菌：高氏培养基、甘油精氨酸培养基等（pH6.8-7.0）。

酵母：用麦汁琼脂培养基（pH4.5-5.5）。

添加药物抑制非目标微生物生长

为了提高菌种分离效率，分离培养基中可添加一定数量的药剂以抑制干扰微生物的生长。

如为了抑制霉菌的生长，可加入30-50Uml 制霉菌素、克念霉素、杀霉素等多烯类抗生素，
不妨碍细菌的生长繁殖。

为了抑制 细菌的生长，可添加青霉素（30Uml）、四环素、猛加拉红（0.001%），不干扰霉菌
的生长。

为了抑制酵母的生长，可添加放线菌酮（50mgml）或纳他霉素，不影响细菌的生长。
选择性培养基

用酸性或碱性培养基，可分离耐酸、耐碱微生物；

用添加了高浓度食盐培养基，可分离耐盐微生物；

用添加了高浓度盐或蔗糖的培养基，可分离耐高渗透压的微生物；

在高温下培养，可筛选耐热、耐高温微生物；

分离芽孢杆菌，可先将样 品于80℃加热10-15min，可杀死不产芽孢微生物后，再进行分离。



为了提高工作效率，可设计一些肉眼可检测的方法，可设计一些肉眼可检测的方法，如水解
透明 圈、变色圈等方法，鉴别出产酶菌落。




产酶细胞的选择

用于酶的生产的细胞必须具备的条件：
1、酶的产量高
2、容易培养和管理
3、产酶稳定性好
4、利于酶的分离纯化
5、安全可靠、无毒性

二、产酶微生物
1、放线菌（Actinomyces）

是呈菌丝状生长、以孢子进行繁殖、革兰氏染色阳性的一类原核微生物。由于菌落呈放射状< /p>

而得名。
工业上常用的放线菌有：

链霉菌属 Streptomyces，生产抗生素、维生素、酶及酶抑制剂。

诺卡氏菌属 Nocardia，生产抗生素，石油脱蜡、烃类发酵， 处理含氰废水

小单孢菌属 Micromonospora，生产庆大霉素Rifamycin

孢囊链霉菌属 Streptosporanium 生产多霉素。


链霉菌属是放线菌中最大的一个属。

菌落呈放射状，有分支菌丝体，菌丝直径0.2-1.2μm，G
+
。 菌 丝有气生菌丝和基内菌丝之
分，基内菌丝不断裂，气生菌丝形成孢子链。可产生葡萄糖异构酶，纤维素酶 ，碱性蛋白酶，
中性蛋白酶，几丁质酶，青霉素酰化酶等。

2、细菌

大肠杆菌（Escherichia coli）：谷氨酸脱羧酶、天冬氨酸酶、青霉素酰化 酶、天冬酰胺酶、β
-半乳糖苷酶、限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、核酸外切酶等

芽孢杆菌（Bacillus）

枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis ）中温α-淀粉酶，蛋白酶，纤维素酶

地衣芽孢杆菌（Bacillus Licheniformis）高温α- 淀粉酶，碱性蛋白酶

乳酸菌 谷氨酸脱羧酶

3、酵母菌

啤酒酵母（酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae）可产丙酮酸脱羧酶，醇脱氢酶等。

假丝酵母（Candida），可产脂肪酶、醇脱氢酶

巴氏毕赤酵母，甲醇酵母（Pichia pastoris ），基因工程优良表达宿主菌。
酵母菌落形态

固体培养基上菌落湿润、凸起、光 滑。质地均匀，但是比细菌菌落大而厚、菌落颜色较为单
调，会有酒香。









酵母的形态 酵母菌电镜照片
4、霉菌

黑曲霉（Aspergillus niger）

米曲霉（Aspergillus oryzae）

青霉（Penicillium）

木霉（Trichoderma）

根霉（Rhizopus）

毛霉（Mucor）

红曲霉（Monascus）
黑曲霉（Aspergillus niger）


是一种重要的工业微生物，其代谢活力强，安全性高。菌丝体由具横隔的分枝 菌丝构成，菌
丛黑褐色，顶囊球形，小梗双层，分生胞子球形，平滑或粗糙。

如黑曲霉可用于生产多种酶，有胞外酶也有胞内酶。如，可产糖化酶、 α—淀粉酶、酸性蛋
白酶，纤维素酶，果胶酶， β-葡聚糖酶、木聚糖酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶、
核糖核酸酶、橙皮苷酶、柚苷酶等。
米曲霉（Aspergillus oryzae）

食品酿造中的常用微生物。菌 落一般为黄绿色，后变为黄褐色，分生袍子头呈放射形，顶裹
囊球形或瓶形，小梗一般为单层，分生孢子 球形，平滑少数有刺，分生孢子梗长2mm左右，
粗糙。

米曲霉可用于生产蛋白酶 和糖化酶，这在我国传统的酒曲和酱油曲中得到广泛应用。此外，
米曲霉还用于生产真菌α- 淀粉酶、氨基酰化酶、磷酸二酯酶、核酸酶P1、果胶酶等。
青霉菌（Penicillium） < br>
营养菌丝体无色、淡色或具鲜明颜色。菌丝有横隔，分生孢子梗亦有横隔，光滑或粗糙。分生孢子梗经过多次分枝，产生几轮对称或不对称的小梗，形如扫帚，称为帚状体。分生孢子球
形，椭 圆形或短柱形，光滑或粗糙，大部分在生长时呈蓝绿色。

产黄青霉(Penicillium chrysogenum)用于生产葡萄糖氧化酶、青 霉素酰化酶(主要作用于青霉素
V,别名苯氧甲基青霉素)、果胶酶、纤维素酶等。

桔青霉(Penicillium citrinum)用于生产5’-磷酸二酯酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、凝乳蛋白酶、
核酸酶P1等。
木霉（Trichoderma）

生长时菌落呈棉絮状或致密丛束状，菌落表面呈 不同程度的绿色。菌丝透明，有分隔，分枝
繁复，分枝末端为小梗，瓶状，束生、对生、互生或单生，分 生孢子由小梗相继生出，靠粘液
把它们聚集成球形或近球形的孢子头。分生孢子近球形或椭圆形，透明或 亮黄绿色。

木霉中的绿色木霉、里氏木霉、康氏木霉、长梗木霉等是生产纤维素酶的重要菌株。

此外，木霉中含有较强的17α羟化酶，常用于甾体转化。
根霉（Rhizopus）

由营养菌丝产生匍匐枝，匍匐枝的末端生出假根，在有 假根的匍匐枝上生出成群的孢子囊梗，
梗的顶端膨大形成孢子囊，囊内生孢子囊孢子，孢子呈球形、卵形 或不规则形状。

根霉可用于生产糖化酶、α—淀粉酶、转化酶、酸性蛋白酶、核糖核酸酶、 脂肪酶、果胶酶、
纤维素酶、半纤维素酶等。

根霉有强的11-α-羟化酶，是用于甾体转化的重要菌株。
毛霉（Mucor）

毛霉的菌丝体在基质上或基质内广泛蔓延，菌丝体上直接生长孢子囊梗，分枝较小或单生，< br>孢子囊梗顶端有膨大成球形的孢子囊，囊壁上常带有针状的草酸钙结晶。

毛霉用于生产蛋白酶、糖化酶、α-淀粉酶、脂肪酶、果胶酶、凝乳酶等。
红曲霉（Monascus）

可产淀粉酶、糖化酶、脂肪酶、蛋白酶等。

大型真菌 粉褶侧耳
草菇
三、动、植物细胞

植物细胞培养主要用于色素、药物、香精、酶等次级代谢产物的生产


动物细胞培养主要用于疫苗、抗体、激素、多肽、酶等功能蛋白质的生产