現(xiàn)代生物技術(shù)中酶工程技術(shù)的研究與應(yīng)用

摘要：酶是生物體內(nèi)天然催化劑，在代謝中發(fā)揮重要作用。近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越看重酶工程技術(shù)，諸多生物酶能夠?qū)a(chǎn)品量化，極大促進(jìn)生物技術(shù)行業(yè)的發(fā)展。據(jù)此，本文將從酶工程在醫(yī)療、遺傳、食品、畜牧工業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用和前景展望進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù);酶工程;研究應(yīng)用

人類身體在生活中重要關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)是新陳代謝過(guò)程，這個(gè)過(guò)程的完成必須依靠著體內(nèi)酶的催化作用，因此酶是人體中天然催化劑。不僅我們的身體健康需要酶，在生活、科技、生物等領(lǐng)域，由于酶的特定化學(xué)轉(zhuǎn)化功能，使酶也帶來(lái)了更多的便利和價(jià)值。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，通過(guò)酶的催化功能，讓其在不同的生物領(lǐng)域?qū)υ械奈锲愤M(jìn)行改變加工，提升原來(lái)的性能及優(yōu)點(diǎn)。眾所周知，現(xiàn)代生物技術(shù)中對(duì)酶工程技術(shù)的研究是越來(lái)越多，應(yīng)用的范圍也越來(lái)越廣泛。酶工程技術(shù)的目標(biāo)從過(guò)去的僅僅增加酶的產(chǎn)量，逐漸演變到現(xiàn)在通過(guò)生物技術(shù)來(lái)更改酶的結(jié)構(gòu)以大幅度的提高社會(huì)利益。

1.酶工程技術(shù)概述

1.1酶的生物特點(diǎn)

絕大多數(shù)的生物酶的根本本質(zhì)為蛋白質(zhì)，主要成分為DNA，還有一些成分為RNA，關(guān)鍵經(jīng)生物體活細(xì)胞生成，然后積聚在活細(xì)胞內(nèi)并發(fā)揮相應(yīng)催化作用。它是生物體祛陳出新的觸媒。酶有很多的生物特點(diǎn)：①催化的效率比較高。酶的催化作用最大的功用可以是其他的一千多倍，效率及其驚人，是其他催化劑不可比擬的。②專一性比較強(qiáng)，通常來(lái)說(shuō)一種酶只能催化一種化合物，而其他的催化劑往往可以同一時(shí)間催化不同的物質(zhì)。③較不穩(wěn)定。酶發(fā)揮作用一般需要特定的環(huán)境，如果溫度或者PH不適宜可能會(huì)破壞酶的活性，進(jìn)而失去催化作用。

1.2酶的作用原理

在研究生物酶與生物技術(shù)之間的作用原理的過(guò)程中，我們不僅深入掌握和應(yīng)用酶的生物特性，還需要確定酶在反應(yīng)中行使的功能。由于在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)體系中，發(fā)生反應(yīng)的不同分子的能量是各不相同的，因而在反應(yīng)的發(fā)生過(guò)程中，任意一個(gè)分子都是有機(jī)會(huì)引發(fā)化學(xué)反應(yīng)的，然而不都是每個(gè)分子都引發(fā)變化，那些有能量被激活或達(dá)到一定閾值的分子才會(huì)在活動(dòng)中誘發(fā)反應(yīng)。被激活的分子多引起的反應(yīng)速度快。分子正常靜止?fàn)顟B(tài)的能量與活動(dòng)性狀態(tài)是有差異的，分子從常態(tài)移為活動(dòng)態(tài)的過(guò)程是要增加能量的，這一部分能量是活化能。如何幫助反應(yīng)快速有效地到某一能量閾值呢？一是可以通過(guò)提高反應(yīng)中的溫度或者增加光照時(shí)間和程度;二是添加催化劑調(diào)低了反應(yīng)能量閾值，因此反應(yīng)可以在較低的活化閾值下進(jìn)行。與其他催化劑作用一致，酶將底物分子的活化能力調(diào)低。根據(jù)酶反應(yīng)的不同結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，影響酶的加速反應(yīng)的因素有酶濃度、抑制劑、激活劑和溫度、酸堿度等。

2.酶工程技術(shù)的研究

酶工程也是一種蛋白質(zhì)工程，是運(yùn)用突變技術(shù)或分子生物技術(shù)，改變蛋白質(zhì)中的氨基酸對(duì)酶的技術(shù)研究應(yīng)用最早是在食品方面，我們吃的腌制食品大多是經(jīng)過(guò)酶的作用而制成，例如豆腐乳、啤酒等。隨著大家對(duì)酶的認(rèn)可，酶的作用在生活中是不可忽視的，慢慢對(duì)生物酶重視起來(lái)，對(duì)它的研究越來(lái)越廣、越來(lái)越深入，酶在各行各業(yè)都應(yīng)用其中，為我們帶來(lái)了高速、便利的生活，明顯提高了社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益，將發(fā)展的進(jìn)程大踏步的提升。酶工程所需要的技術(shù)很多：有分離提純酶技術(shù)、研發(fā)酶原技術(shù)、生產(chǎn)制備酶制劑、酶的固定與化學(xué)修飾及反應(yīng)器等技術(shù)?，F(xiàn)在酶工程技術(shù)已廣泛運(yùn)用在合成生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和生物制造等行業(yè)。其中酶制劑的制造是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，所占的比重逐年升高。并且在近幾年基因工程的運(yùn)動(dòng)對(duì)酶的改造和提升也是至關(guān)重要的，通過(guò)改善酶的構(gòu)造，將酶的活力加快，更加穩(wěn)定酶的性能，更加適應(yīng)現(xiàn)在對(duì)生物技術(shù)的需要。此外對(duì)酶的技術(shù)研究過(guò)程中，一些新興高級(jí)的技術(shù)也正在研發(fā)，對(duì)研發(fā)科技技術(shù)人員的要求也越來(lái)越高。

3.酶工程技術(shù)在現(xiàn)代生物不同領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1醫(yī)療中的應(yīng)用

關(guān)于人的身體健康，酶的作用是極其重要的，一些疾病是跟酶是有密不可分的關(guān)系，在疾病的診療過(guò)程中，可以通過(guò)對(duì)酶的含量的分析，來(lái)進(jìn)行判斷與治療。有些遺傳疾病因?yàn)轶w內(nèi)某些物質(zhì)結(jié)構(gòu)不正確，導(dǎo)致影響酶的正常功能，從而引發(fā)病變。對(duì)酶的深入研究不僅可以應(yīng)用到看病的過(guò)程中，而且治療方法中，不少藥物、器械應(yīng)用也有酶應(yīng)用其中，同時(shí)逐漸在預(yù)防和治未病方面也發(fā)揮重要作用。舉例說(shuō)明，人體內(nèi)消化功能依靠很多生物酶，出現(xiàn)消化不良等情況時(shí)，首先應(yīng)考慮酶的失衡;在清理外傷傷口和傷口愈合過(guò)程中，生物酶可以起到輔助功能，能有效的促進(jìn)傷口的恢復(fù);在抗炎方面，由于酶有催化作用，將細(xì)胞的活性激活與提高，促使人體的抗炎機(jī)制的發(fā)動(dòng);再就是對(duì)于惡性腫瘤的治療，酶也有突出的貢獻(xiàn)，可以一定程度上限制腫瘤的進(jìn)展;另外生物酶可以提高人體的抵抗力，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收有著促進(jìn)作用，有著一定的預(yù)防保健作用。

3.2遺傳學(xué)中的應(yīng)用

現(xiàn)代科研項(xiàng)目的研究表明動(dòng)物體內(nèi)的有些酶是具有遺傳性質(zhì)的，根據(jù)酶的追蹤與分析，可以總結(jié)出一定的遺傳學(xué)規(guī)律，根據(jù)酶可以判斷是否存在血緣關(guān)系。同理發(fā)現(xiàn)，這樣的研究亦可以運(yùn)用于人類的親子鑒定中。高效率、高準(zhǔn)確率的診斷特征在遺傳學(xué)中的運(yùn)用，也對(duì)調(diào)查相關(guān)的遺傳信息有所幫助，提出更加快捷、科學(xué)的方法及措施，在一定程度上降低了工作的難度，節(jié)省時(shí)間與費(fèi)用，也提高了工作的效率。

3.3食品業(yè)中的應(yīng)用

民以食為天，食物是人類是賴以生存的物質(zhì)，酶的工程研究技術(shù)存在大部分食物的制作與加工中。我國(guó)70年代末，研究學(xué)者成功研發(fā)酶的固定化技術(shù)，運(yùn)用在釀造啤酒、加工淀粉、面粉、乳類飲品等。在啤酒的陳釀過(guò)程中，麥芽作為制作原料隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生諸多淀粉酶等，但過(guò)去酶的活動(dòng)力不夠，蛋白質(zhì)的降解達(dá)不到最優(yōu)化，糖化效果較低，導(dǎo)致制作出的啤酒口感差。釀造啤酒制作工序中需添加淀粉酶，但外加的淀粉酶吸附原料中產(chǎn)生的淀粉酶，后來(lái)發(fā)現(xiàn)，在釀酒的原材料中添加酸性蛋白酶，可以明顯增加淀粉酶的活性而促進(jìn)糖化的提高，提高啤酒的口感度和產(chǎn)出率。

3.4畜牧業(yè)的應(yīng)用

生物酶也廣泛應(yīng)用在我國(guó)的畜牧業(yè)當(dāng)中。當(dāng)前，畜牧飼料當(dāng)中添加很多的微生物復(fù)合酶以及淀粉酶等。酶在動(dòng)物體內(nèi)也起到具有極大的作用。首先，攝入生物酶能促進(jìn)動(dòng)物正常的生長(zhǎng)發(fā)育，減少動(dòng)物疾病的發(fā)生，在體內(nèi)形成天然的保護(hù)屏障，對(duì)外界病菌等有抵抗作用，動(dòng)物的生存率從而可以提升。其次，飼料中添加生物酶，可以提高飼料的產(chǎn)量和質(zhì)量，更優(yōu)質(zhì)的飼料其抗霉、抗蟲(chóng)能力較強(qiáng)，儲(chǔ)存起來(lái)比較方便?？傮w來(lái)說(shuō)，在加工飼料當(dāng)中添加生物酶，一方面減少了飼養(yǎng)的成本，另一方面，動(dòng)物健康也減輕了醫(yī)療壓力，使畜牧業(yè)主取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.5洗滌工業(yè)的應(yīng)用

我們生活中使用的洗衣粉經(jīng)過(guò)酶工程的加入，改良了洗滌工藝。其中加入的酶主要有蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等，這些酶可以促使洗滌過(guò)程去污效果好，并可以清潔多種污染物。蛋白酶可以分解蛋白質(zhì)，成為可溶性氨基酸，所以添加蛋白酶后可以清潔奶漬、飲料污漬等;淀粉酶能分解淀粉，故米飯、面條、地瓜等污染衣物后可以經(jīng)添加淀粉酶的洗衣粉進(jìn)行清洗;脂肪酶可以分解脂肪，因此在低溫環(huán)境下，加入脂肪酶的洗衣粉可以去除油漬，并且隨著清潔次數(shù)增多，清潔能力更強(qiáng)。不同的酶對(duì)應(yīng)的效果不同，所以說(shuō)針對(duì)性的使用各種洗衣粉可以在去除污物方面事半功倍。

4.展望

目前酶的應(yīng)用還不完善，在研究過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)某些不足與問(wèn)題，例如酶比較單一，酶的復(fù)合程度不強(qiáng)，而且精度不高，很多粗加工生物酶即使用到產(chǎn)業(yè)中，另外酶工程的研發(fā)、使用過(guò)程中部分還有不少污染物生成等等。諸多問(wèn)題還需要我們慢慢解決。

樹(shù)立對(duì)酶的正確觀念，傳統(tǒng)過(guò)去的理論可能無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)在科技進(jìn)步的需求，因此對(duì)生物酶理論的及時(shí)更新以及如何科學(xué)的運(yùn)用酶技術(shù)是刻不容緩的。這個(gè)過(guò)程是需要時(shí)間和人力物力的，一者對(duì)過(guò)去的酶工程的研究經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行歸納總結(jié)，進(jìn)而也要確保酶工程技術(shù)的發(fā)展與革新，讓生物酶更適合的運(yùn)用到更多的相關(guān)專業(yè)中。

利用新技術(shù)、新設(shè)備。研究生物酶是靠技術(shù)，也依賴設(shè)備的。創(chuàng)新型的技術(shù)可以發(fā)掘酶的更多功能，設(shè)備也是為了該技術(shù)的有效實(shí)施提供了后盾支持。目前我們實(shí)際酶工程現(xiàn)況并不是到達(dá)巔峰，新技術(shù)和設(shè)備略有些缺乏，還有很大的進(jìn)步空間的。專業(yè)的研究人員應(yīng)確定各專業(yè)的主要所需，及時(shí)發(fā)掘新型技術(shù)，利用采購(gòu)的新設(shè)備，為酶工程的進(jìn)一步發(fā)展提供基石。

重視人才培養(yǎng)?，F(xiàn)代生物酶工程是一個(gè)高精尖的工作，難度高、專業(yè)性強(qiáng)，需要技術(shù)性的研究，所以盡早及時(shí)培養(yǎng)專業(yè)人才是目前所需，而且提高人才的素質(zhì)也是刻不容緩的。保障科研人員的待遇，定期舉辦培訓(xùn)班，增加獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，從而調(diào)動(dòng)科研人員的積極性，確保生物酶工程的有序不紊的進(jìn)步與發(fā)展。

5.結(jié)語(yǔ)

總之，酶工程在經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展中前景越來(lái)越好，酶的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用也是越來(lái)越廣泛，目前應(yīng)用在醫(yī)療、遺傳、食品、畜牧、工業(yè)等行業(yè)。酶工程帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，為社會(huì)的發(fā)展節(jié)省了諸多資源與成本。就目前發(fā)現(xiàn)的缺陷與不足還需要我們明天的努力，改進(jìn)技術(shù)，加強(qiáng)研究，提高現(xiàn)代生物技術(shù)?？傮w來(lái)說(shuō)，由于科技的進(jìn)步，實(shí)際國(guó)力的提升，酶工程技術(shù)在生物領(lǐng)域的發(fā)展越來(lái)越迅速，未來(lái)將占據(jù)一席之地，起到重要的作用，對(duì)增加我國(guó)的產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)率有著很深刻的貢獻(xiàn)意義。

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作者簡(jiǎn)介：王艷菊，1972.10.8，女，黑龍江，漢，大學(xué)本科，中級(jí)（擬申報(bào)高工），研究方向：生物化工。