酶的生成与改造及酶工程在食品中的应用.ppt
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1、关于酶的生成与改造及酶工程在食品中的应用现在学习的是第1页,共33页一一海洋藻类活性多糖概述海洋藻类活性多糖概述 海藻多糖主要来自海带、鹿尾菜(羊栖菜)、巨藻、泡叶藻、墨角藻等海藻。海藻多糖主要包括褐藻胶、褐藻糖胶和褐藻淀粉。从海带中分离得到的褐藻胶、褐藻糖胶和褐藻淀粉粗品均为白色略带黄色的粉末。经纯化得到的褐藻 酸钠为白色丝状物;褐藻糖胶为乳白色粉末;二者均 溶于水、不溶于乙醇、丙酮、氯仿等有机溶剂。现在学习的是第2页,共33页海洋藻类活性多糖功效海洋藻类活性多糖功效1.1 1.1 抗肿瘤作用抗肿瘤作用1.2 1.2 抗病毒作用抗病毒作用1.3 1.3 抗辐射作用抗辐射作用1.4 1.4 降
2、血脂作用降血脂作用1.5 1.5 抗凝血作用抗凝血作用1.6 1.6 护肤作用护肤作用现在学习的是第3页,共33页 海藻多糖具有抗肿瘤的作用。绿藻中松藻科松藻冷水抽出物,对接种S-180实体肉瘤和艾氏腹水瘤20d的小鼠,以0.5mg/kg腹腔注射6d,抑瘤率达37%-42%;螺旋藻多糖蛋白提取物可显著抑制小鼠体内腹水中肝癌细胞的增殖;螺旋藻多糖以0.3-0.5g/L对B37乳腺癌细胞的抑制率可达68%,对K652白血病细胞抑制率为46%;裙带菜多糖对615荷瘤小鼠抑瘤率为69.13%;施志仪等实验证明海带褐藻糖胶可通过抑制人肝癌细胞进入对数生长期来抑制肿瘤的生长,当剂量达到250L/mL时,加
3、样24h后表现出杀伤作用,并且实验组细胞生长缓慢,形态较小,多呈圆形,分布不均匀;肺癌细胞、胃癌细胞、白血病细胞HL-60在含有螺旋藻多糖的培养液中培养后,细胞形状变得不规则,内部出现空泡,并逐渐解体;紫菜多糖具有促进免疫功能活性而具抗癌的作用;羊栖菜多糖对荷瘤小鼠的红细胞免疫功能有促进作用 1.1 1.1 抗肿瘤作用抗肿瘤作用现在学习的是第4页,共33页1.2 1.2 抗病毒作用抗病毒作用 从海藻Gelidum cartilagenium中提取的多糖和卡拉胶对流感B病毒和腮腺炎病毒有对抗作用;红藻多糖(RP1,RP2)对牛免疫缺陷病毒(BIV)有明显的生长抑制作用,抑制率分别为85.96%和
4、88.65%,与临床批准使用的抗AIDS药物叠脱氧胸腺嘧啶89.52%近似;Gonzale报道13从海藻中提取得到的多糖硫酸酯能阻断病毒对细胞的吸附,以及抑制人类免疫缺陷病毒(HIV)的逆转录酶;从微红藻中提取的多糖可以阻止病毒在寄主细胞中的复制,并有效地防止病毒侵入正常细胞14。研究表明,多糖的硫酸基含量与其抗病毒作用密切相关,可能是通过干扰病毒和宿主细胞之间的吸附来达到其抗病毒作用。现在学习的是第5页,共33页 对自然酶的化学结构进行修饰以改善酶的性对自然酶的化学结构进行修饰以改善酶的性能的方法很多。例如,能的方法很多。例如,a a一淀粉酶一般有一淀粉酶一般有 CaCa2+2+,MgMg2
5、+2+等金属离子,属于杂离子型,若通过离子置换法将其等金属离子,属于杂离子型,若通过离子置换法将其他离子都换成他离子都换成CaCa2+2+,则酶的活性提高,则酶的活性提高3 3倍,稳定性倍,稳定性也大大增加;胰凝乳蛋白酶与水溶性大分子化合物也大大增加;胰凝乳蛋白酶与水溶性大分子化合物右旋糖酐结合,酶的空间结构发生某些细微改变,右旋糖酐结合,酶的空间结构发生某些细微改变,使其催化活力提高使其催化活力提高4 4倍;还有对抗白血病药物倍;还有对抗白血病药物天天冬酰胺酶的游离氨基进行修饰后,该酶在血浆中冬酰胺酶的游离氨基进行修饰后,该酶在血浆中的稳定性也得到很大的提高。的稳定性也得到很大的提高。现在学
6、习的是第6页,共33页 酶进行化学修饰时,应注意:酶进行化学修饰时,应注意:(1)(1)修饰剂修饰剂的要求的要求 (2)(2)酶性质的了解酶性质的了解 (3)(3)反应条件的选择反应条件的选择大多数酶经过修饰后性质会发生一些变化,如大多数酶经过修饰后性质会发生一些变化,如酶的热稳定性、抗各类失活因子能力、抗原性、酶的热稳定性、抗各类失活因子能力、抗原性、半衰期、最适半衰期、最适PHPH值等酶学性质,酶修饰中存在值等酶学性质,酶修饰中存在的问题是,随着酶与修饰剂结合率提高,酶活的问题是,随着酶与修饰剂结合率提高,酶活回收率将下降。克服的方法是采取一些保护措回收率将下降。克服的方法是采取一些保护措
7、施,如添加酶的竞争性抑制剂,保护酶活性部施,如添加酶的竞争性抑制剂,保护酶活性部位以及改进现有的修饰工艺,进一步完善酶的位以及改进现有的修饰工艺,进一步完善酶的化学修饰。化学修饰。现在学习的是第7页,共33页 制备修饰酶的目标制备修饰酶的目标:提高酶活力提高酶活力;改进酶改进酶的稳定性允许酶在一个变化的环境中起作用的稳定性允许酶在一个变化的环境中起作用最适最适PHPH值或温度值或温度,改变酶的特异性使它能催改变酶的特异性使它能催化不同底物的转化改变催化反应类型化不同底物的转化改变催化反应类型,提高提高催化过程的反应效率。催化过程的反应效率。现在学习的是第8页,共33页2.22.2生物酶工程法生
8、物酶工程法 随着人们对酶的深入研究以及氨随着人们对酶的深入研究以及氨基酸一级结构的测定、基因重组技术基酸一级结构的测定、基因重组技术的应用等,可以彻底地改造、合成并的应用等,可以彻底地改造、合成并且模拟酶。这也就是生物酶工程的主且模拟酶。这也就是生物酶工程的主要内容。生物酶工程主要包括基因工要内容。生物酶工程主要包括基因工程技术生产酶和蛋白质工程技术改造程技术生产酶和蛋白质工程技术改造酶两方面内容。酶两方面内容。现在学习的是第9页,共33页2.2.12.2.1基因工程技术改造和生产酶基因工程技术改造和生产酶 基因工程改造酶分子主要包括三方面内容:基因工程改造酶分子主要包括三方面内容:用基因工程
9、技术大量生产酶。用基因工程技术大量生产酶。修饰酶基因,修饰酶基因,产生遗传修饰。产生遗传修饰。设计出新酶基因,合成自然界设计出新酶基因,合成自然界从未有过的酶。从未有过的酶。例如:凝乳蛋白酶是生产乳酪的必需用酶,其来例如:凝乳蛋白酶是生产乳酪的必需用酶,其来源有限。从微生物中提取的凝乳蛋白酶常会引起乳酪源有限。从微生物中提取的凝乳蛋白酶常会引起乳酪苦味。因此,人们克隆了小牛凝乳酶基因在酵母系统苦味。因此,人们克隆了小牛凝乳酶基因在酵母系统中表达,得到的凝乳酶与从小牛胃中提取的天然酶性中表达,得到的凝乳酶与从小牛胃中提取的天然酶性质完全一致。质完全一致。现在学习的是第10页,共33页2.2.22
10、.2.2蛋白质工程改造和生产酶蛋白质工程改造和生产酶 酶的蛋白质工程是在基因工程的酶的蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的,而且仍需要应用基础上发展起来的,而且仍需要应用基因工程的全套技术。所不同的是,基因工程的全套技术。所不同的是,酶的基因工程主要解决的是酶大量生酶的基因工程主要解决的是酶大量生产的问题,而蛋白质工程则致力于天产的问题,而蛋白质工程则致力于天然蛋白质的改造,制备各种定做的蛋然蛋白质的改造,制备各种定做的蛋白质,但也要用到基因工程的技术手白质,但也要用到基因工程的技术手段。段。现在学习的是第11页,共33页2.2.2.1 2.2.2.1 合理设计合理设计 合理设计是蛋白质工
11、程最早使用的技术,而且现在合理设计是蛋白质工程最早使用的技术,而且现在也在广泛的使用。要达到此目的要做好三个方面的工作。也在广泛的使用。要达到此目的要做好三个方面的工作。第一要用结晶学技术来获得蛋白质结晶体,然后利用第一要用结晶学技术来获得蛋白质结晶体,然后利用x x一射线技术对晶体进行测量、分析,确定蛋白质的三一射线技术对晶体进行测量、分析,确定蛋白质的三维结构。第二借助计算机对蛋白质进行选择修饰,从维结构。第二借助计算机对蛋白质进行选择修饰,从氨基酸的化学结构预见空间结构,或通过人工智能等氨基酸的化学结构预见空间结构,或通过人工智能等其它方法来确定蛋白质和功能的关系,找到要修饰的其它方法来
12、确定蛋白质和功能的关系,找到要修饰的位点。第三,通过对基因序列的了解,运用定点突变位点。第三,通过对基因序列的了解,运用定点突变技术来进行碱基替换。通过此法来改变蛋白质的功能,技术来进行碱基替换。通过此法来改变蛋白质的功能,但要想获得理想的蛋白质工程产物往往要经过多次分但要想获得理想的蛋白质工程产物往往要经过多次分析,替换才能达到目的析,替换才能达到目的2 2 现在学习的是第12页,共33页2.2.2.2 2.2.2.2 定向进化定向进化 定向进化是蛋白质工程的新策略,它是在不需要事定向进化是蛋白质工程的新策略,它是在不需要事先了解蛋白质的空间结构的情况下通过模拟自然进化机先了解蛋白质的空间结
13、构的情况下通过模拟自然进化机制,以改进的诱变技术结合确定进化方向的选择方法。制,以改进的诱变技术结合确定进化方向的选择方法。因此它能解决合理设计所不能解决的问题,在生产中的因此它能解决合理设计所不能解决的问题,在生产中的应用越来越受到重视。定向进化是在待进化蛋白质基因应用越来越受到重视。定向进化是在待进化蛋白质基因的的PCRPCR扩增反应中,利用扩增反应中,利用TaqDNATaqDNA多聚酶不具有多聚酶不具有3-53-5校对功能的性质,配合适当条件,以很低的比率向目校对功能的性质,配合适当条件,以很低的比率向目的基因中引人突变,构建突变库,凭借定向选择方法,的基因中引人突变,构建突变库,凭借定
14、向选择方法,选出所需性质的蛋白质。定向进化实际就是随机突变选出所需性质的蛋白质。定向进化实际就是随机突变加上选择,它与自然进化不同,整个过程都是在人为加上选择,它与自然进化不同,整个过程都是在人为控制下进行的,并且还可以模拟真核细胞中控制下进行的,并且还可以模拟真核细胞中DNA DNA 随机随机拼接这一蛋白质进化过程来加速蛋白质的优化。拼接这一蛋白质进化过程来加速蛋白质的优化。现在学习的是第13页,共33页2.3 2.3 酶分子的定向改造和进化酶分子的定向改造和进化 酶分子设计可以采用定点突变和体外分酶分子设计可以采用定点突变和体外分子定向进化两种方式对天然酶分子进行改造。子定向进化两种方式对
15、天然酶分子进行改造。现在学习的是第14页,共33页2.3.12.3.1定点突变定点突变 定点突变需要知道酶蛋白的一级结构定点突变需要知道酶蛋白的一级结构及编码序列,并根据蛋白质空间结构知识及编码序列,并根据蛋白质空间结构知识来设计突变位点。定点突变技术可以随心来设计突变位点。定点突变技术可以随心所欲地在已知所欲地在已知DNADNA序列中取代、插入或缺序列中取代、插入或缺失一定长度的核苷酸片段失一定长度的核苷酸片段66。该方法与。该方法与使用化学因素、自然因素导致突变的方法使用化学因素、自然因素导致突变的方法相比,具有突变率高、简单易行、重复性相比,具有突变率高、简单易行、重复性好的特点。好的特
16、点。现在学习的是第15页,共33页2.3.2 2.3.2 体外分子定向进化体外分子定向进化 体外定向进化是近几年新兴起来的一种体外定向进化是近几年新兴起来的一种蛋白质改造新策略,它可以在尚不知道蛋白蛋白质改造新策略,它可以在尚不知道蛋白质的空间结构,或者根据现有的蛋白质结构质的空间结构,或者根据现有的蛋白质结构知识尚不能进行有效的定点突变时,借鉴实知识尚不能进行有效的定点突变时,借鉴实验室手段在体外模拟自然进化的过程验室手段在体外模拟自然进化的过程(随机随机突变、重组和选择突变、重组和选择),使基因发生大量变异,使基因发生大量变异,并定向选择出所需性质或功能,从而使几百并定向选择出所需性质或功
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