12酶在生物技术领域的应用解析.pptx
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1、 酶的应用 生物技术领域生物技术又称生物工程,主要包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等四个方面的内容,这些内容都是以生物体及其代谢产物为主要研究对象。酶是生物催化剂,在生物体及其代谢过程中是必不可少的。现在介绍酶在细胞工程和基因工程中起着关键性作用的几个方面的应用情况。酶在生物技术领域的应用主要有三种:I.用酶除去细胞壁II.用酶进行大分子切割III.用酶进行分子拼接一、酶在除去细胞壁方面的应用 微生物细胞和植物细胞的表层都有细胞壁。细胞壁对微生物和植物维持其细胞的形状和结构起着重要作用,可保护细胞遭外界因素的破坏。但在生物工程方面,很多时候都需要除去细胞壁。例如:胞内物质的提取 微生物
2、和植物细胞的许多物质,如胞内酶、胰岛素及干扰素等微生物和植物细胞的许多物质,如胞内酶、胰岛素及干扰素等基因工程菌的产物,天然抗氧化剂等植物细胞次级代谢产物基因工程菌的产物,天然抗氧化剂等植物细胞次级代谢产物都存在于细胞内。为了将这些细胞内物质提取出来都存在于细胞内。为了将这些细胞内物质提取出来,很多时候很多时候都需要将细胞壁破坏或除去。都需要将细胞壁破坏或除去。原生质体的制备 在制备原生质体或提取胞内某些稳定性较差的活性物质时在制备原生质体或提取胞内某些稳定性较差的活性物质时,既要既要除去细胞壁除去细胞壁,又要不损伤其他成分。这样就不能采用激烈的破又要不损伤其他成分。这样就不能采用激烈的破碎方
3、法碎方法,而只能利用各种具有专一性的酶。而只能利用各种具有专一性的酶。根据不同细胞的结构和细胞壁组分的不同根据不同细胞的结构和细胞壁组分的不同,除去细胞壁时所采用的酶也有所区别。除去细胞壁时所采用的酶也有所区别。除去细菌细胞壁除去细菌细胞壁 细菌的细胞壁主要成分是肽多糖。细菌的细胞壁主要成分是肽多糖。革兰氏阴性细菌的细胞壁除了肽多糖以革兰氏阴性细菌的细胞壁除了肽多糖以外,还有一层脂多糖。外,还有一层脂多糖。除去革兰氏阳性细菌的细胞壁是采除去革兰氏阳性细菌的细胞壁是采用从蛋清中分离得到的用从蛋清中分离得到的溶菌酶溶菌酶。该酶专。该酶专一地作用于细菌细胞壁的肽多糖分子中一地作用于细菌细胞壁的肽多糖
4、分子中N-乙酰胞壁酸与乙酰胞壁酸与N-乙酰氨基葡萄糖之间乙酰氨基葡萄糖之间的的-1,4-键。而对于革兰氏阴性菌需键。而对于革兰氏阴性菌需由由溶菌酶溶菌酶和和EDTA共同作用才能达到较共同作用才能达到较好地除去细胞壁的效果。这是由于好地除去细胞壁的效果。这是由于EDTA可作用于脂多糖的缘故。可作用于脂多糖的缘故。除去酵母细胞壁除去酵母细胞壁 酵母的细胞壁分为两层,外层由磷酸酵母的细胞壁分为两层,外层由磷酸甘露糖和蛋白质组成,内层由甘露糖和蛋白质组成,内层由-葡聚糖构葡聚糖构成细胞壁的骨架。成细胞壁的骨架。除去酵母细胞壁主要采用除去酵母细胞壁主要采用-1,3-葡聚葡聚糖酶糖酶。该酶作用于细胞壁内层
5、的。该酶作用于细胞壁内层的-葡聚糖葡聚糖分子中分子中-1,3-糖苷键,使作为细胞壁骨架糖苷键,使作为细胞壁骨架的的-葡聚糖水解,而使细胞壁破坏。由于葡聚糖水解,而使细胞壁破坏。由于蜗牛的消化液中含有较多的蜗牛的消化液中含有较多的-1,3-葡聚糖葡聚糖酶,故常用于酵母的破壁。此外,若酶,故常用于酵母的破壁。此外,若-葡葡聚糖酶与磷酸甘露糖酶及蛋白酶联合作用,聚糖酶与磷酸甘露糖酶及蛋白酶联合作用,则可使细胞壁的内外两层同时被破坏,而则可使细胞壁的内外两层同时被破坏,而显著提高破壁效果。显著提高破壁效果。除去霉菌细胞壁除去霉菌细胞壁 毛霉、根霉等藻菌纲霉菌的细胞壁毛霉、根霉等藻菌纲霉菌的细胞壁主要由
6、几丁质主要由几丁质(N-乙酰乙酰-D-氨基葡萄糖以氨基葡萄糖以-1,4-键结合而成键结合而成)和壳多糖和壳多糖(氨基葡氨基葡萄糖以萄糖以-1,4键结合而成键结合而成)等多种物质等多种物质组成。破壁时主要采用放线菌或细菌组成。破壁时主要采用放线菌或细菌产生的产生的壳多糖酶壳多糖酶、几丁质酶几丁质酶及及蛋白酶蛋白酶等多种酶的混合物。这些混合多酶制等多种酶的混合物。这些混合多酶制剂一般称之为细胞壁溶解酶剂一般称之为细胞壁溶解酶。米曲霉、黑曲霉和青霉等半知菌纲米曲霉、黑曲霉和青霉等半知菌纲霉菌的细胞壁的主要组分是几丁质和霉菌的细胞壁的主要组分是几丁质和-葡聚糖等。破壁时主要使用葡聚糖等。破壁时主要使用
7、-1,3-葡聚糖酶葡聚糖酶和和几丁质酶几丁质酶的混合物。的混合物。植物细胞壁的破除植物细胞壁的破除 植物细胞壁主要由纤维素、半植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素、木质素和果胶等组成。破纤维素、木质素和果胶等组成。破除植物细胞壁主要采用除植物细胞壁主要采用纤维素酶纤维素酶、半纤维素酶半纤维素酶和和果胶酶果胶酶组成的混合酶。组成的混合酶。这几种酶大多数是由霉菌发酵产生。这几种酶大多数是由霉菌发酵产生。利用酶除去细胞壁,除了要根利用酶除去细胞壁,除了要根据细胞的结构特点选用适宜的酶之据细胞的结构特点选用适宜的酶之外,还必须控制好酶作用条件和时外,还必须控制好酶作用条件和时间。此外,若用酶除去细胞壁以制
8、间。此外,若用酶除去细胞壁以制备原生质体时,必须在反应系统中备原生质体时,必须在反应系统中添加添加渗透压稳定剂渗透压稳定剂,维持,维持高渗状态高渗状态而使制备得到的原生质体不致破裂。而使制备得到的原生质体不致破裂。二、酶在大分子切割方面的应用 生物工程经常与生物大分子打交道。在许多情况下需要把大分子切割成较小的分子或片断,以便在生物工程的有关领域使用。在生物大分子的切割过程中往往要求在特定的位点上进行,这就只能借助于具有专一性的各种水解酶或其他酶类才能做到限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 限制性核酸内切酶在基因工程中用以从双链限制性核酸内切酶在基因工程中用以从双链限制性核酸内切酶在基因工程中用
9、以从双链限制性核酸内切酶在基因工程中用以从双链DNADNADNADNA分子中切取所需的基因,并用同一种酶将质粒分子中切取所需的基因,并用同一种酶将质粒分子中切取所需的基因,并用同一种酶将质粒分子中切取所需的基因,并用同一种酶将质粒DNADNADNADNA或或或或噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体DNADNADNADNA切开切开切开切开,以便进行以便进行以便进行以便进行DNADNADNADNA的体外重组。在应用时的体外重组。在应用时的体外重组。在应用时的体外重组。在应用时可根据需要选用适宜的限制性核酸内切酶。可根据需要选用适宜的限制性核酸内切酶。可根据需要选用适宜的限制性核酸内切酶。可根据需要选用适宜的限
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