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酶工程的發展狀況及其應用前景

酶工程的發展狀況及其應用前景

摘要:酶在現代生物生產中扮演著重要角色,酶作為一種生物催化劑,因其催化作用具有高度專一性、催化條件溫和、無污染等特點,以及酶工程不斷的技術性突破,使得酶在工業、農業、醫藥衛生、能源開發及環境工程等方面的應用越來越廣泛。

關鍵詞:酶工程生物催化劑酶的固定

正文:

隨著酶生產的不斷發展,酶的應用越來越廣泛。現在,酶工程已在醫藥、食品工業、農業、飼料、環保、能源、科研等領域廣泛應用。成為基因工程、細胞工程、蛋白質工程等新技術領域的科學研究和技術開發中不可取代的工具。

一、酶工程的發展及應用現狀

(一)國內外酶制劑的發展現狀

BCC最新研究報告顯示,未來4 年全球工業酶制劑市場價值將以9.1%的復合年增長率繼續增長,由2011年的39億美元增加至2016 年的約61億美元。該報告將工業酶市場細分成3個部分:生物酶、食品和飲料酶以及其他酶制劑。2011 年生物酶的市場價值達12 億美元,預計還將以8.2%的復合年增長率繼續增長,2016年達17億美元。2011年食品和飲料活性酶的市場價值接近13億美元,未來4 年還將以10.4%的年均復合增長率增長,預計2016年達21 億美元。2011年其他酶制劑的市場價值為15 億美元,預計還將以8.7%的復合年增長率增長,到2016年市場價值將達到22億美元①。

我國酶制劑工業面經過近幾十年的發展,初步具有一定的規模,取得了很大的進步。但是,國外酶制劑公司仍然處于絕對的領先地位,特別是一些比較出色的公司,例如,諾和諾德公司(Novo Nordisk)、丹尼斯克公司(Danisco)等②。

(二)酶工程的應用現狀

一、酶工程技術在醫藥工業中的應用

1、酶的固定化技術

酶的固定化(enzyme immobilization)是指采用有機或無機固體材料作為載體(carrier or support),將酶包埋起來或束縛、限制于載體的表面和微孔中,使其仍具有催化活性,并可回收及重復使用的酶化學方法與技術。不使用固體材料作為載體,通過酶分子之間的相互交聯形成聚集體,也可將酶固定化,稱為無載體酶固定化。由于酶的蛋白質屬性,進人人體后產生免疫反應,因稀釋效應,而無法集中于靶器官組織,常不能保持最適合的治療濃度,而固定化酶則很好的克服了游離酶的這些缺點,應用于治療鎂缺乏癥、代謝異常癥及制造人工內臟方面,如固定化L-天冬酰胺酶用于治療白血病。葡萄糖氧化酶被固定化在納米微帶金電極上可用于活體檢測的微生物傳感器③。

固定化酶技術可用于治療一些代謝障礙疾病。已知人類關于新陳代謝的疾病已過120

余種,很多病因歸結為人體缺乏某種酶的活性,一種可能的治療方法就是通過某種方式給病人提供他所
缺乏的酶。其提供的方式主要有:①將固定化酶用于體內作為治療藥物;②將固定化酶組裝成體外生物反應器,通過體外循環作為臨床治療劑。將固定化酶用于臨床診斷的例子很多,如各種酶測試盒層出不窮,采用固定化酶柱反應器的FIA(流動注射法)可用于臨床診斷檢測尿酸、葡萄糖、氨、尿素、膽甾醇、谷氨酸、乳酸、無機磷等。

余種,很多病因歸結為人體缺乏某種酶的活性,一種可能的治療方法就是通過某種方式給病人提供他所缺乏的酶。其提供的方式主要有:①將固定化酶用于體內作為治療藥物;②將固定化酶組裝成體外生物反應器,通過體外循環作為臨床治療劑。將固定化酶用于臨床診斷的例子很多,如各種酶測試盒層出不窮,采用固定化酶柱反應器的FIA(流動注射法)可用于臨床診斷檢測尿酸、葡萄糖、氨、尿素、膽甾醇、谷氨酸、乳酸、無機磷等。

2、酶催化技術

主要介紹非水相介質中的酶催化,傳統的酶催化反應主要在水相中進行,但自1987年Kilibanov等。用脂肪酶粉或固定化酶在幾乎無水的有機溶劑中成功地催化合成了肽以及手性的醇、脂和酰胺以來,對酶在非水相介質的催化反應技術的開發及研究報道迅速增加,特別在手性藥物的不對稱合成及手性藥物拆分的生物技術開發中得到了很多應用。目前非水相中的酶催化技術已衍生出以下幾類體系:①水與有機溶劑的互溶均相體系;②水與有機溶劑

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