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

王林芳

（福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福建福州 350117）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，人們對(duì)生物化學(xué)領(lǐng)域有了更深入的了解。有機(jī)化學(xué)反應(yīng)是新陳代謝的主要構(gòu)成要素，而酶則是生化領(lǐng)域中最重要的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)之一，在維持人體健康和推動(dòng)各行業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中都起到了一定的作用，給人們的生活帶來(lái)了各種便利，做出了重大貢獻(xiàn)。

1 酶工程技術(shù)概述

1.1 生物酶的主要特點(diǎn)

大部分生物酶的本質(zhì)是一種蛋白質(zhì)，主要通過(guò)有機(jī)物體的活細(xì)胞孕育而成，可以催化機(jī)體內(nèi)生化反應(yīng)的發(fā)生，而酶促反應(yīng)是指有生物酶參與的化學(xué)反應(yīng)[1]。生物酶主要具有以下4個(gè)特點(diǎn)：（1）催化效率高。與其他催化劑相比，酶的催化效率相對(duì)更高，最大可以達(dá)到1 013倍。（2）具有很強(qiáng)的專一性。生物酶的專一性主要體現(xiàn)在僅可以催化一種化合物的反應(yīng)，而一般催化劑則可以催化多種化合物的反應(yīng)。（3）反應(yīng)條件溫和，穩(wěn)定性較弱。生物酶作為機(jī)體活細(xì)胞中的一種蛋白質(zhì)，容易受到其他因素（溫度、pH）的干擾而失去活性，穩(wěn)定性較弱。

1.2 酶催化作用原理

我們可以通過(guò)酶在工程技術(shù)中的實(shí)際作用產(chǎn)生的效果做進(jìn)一步的研究探討，以此更方便剖析酶的基本特性。不同的物質(zhì)與酶產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，它的分解速度將會(huì)加劇，這可以充分的體現(xiàn)酶具備高效的催化效率。所以在一些比較重要的化學(xué)反應(yīng)體系中，為了不同的分子參與化學(xué)反應(yīng)，首先要保證這些分子的活性，也稱它為活性分子。因?yàn)榉磻?yīng)物分子本身包含的能量是不一樣的，只不過(guò)他們的平均能量水平都不高，因此，只有能量較高的分子，或者超出水平線的分子才有機(jī)會(huì)參加化學(xué)反應(yīng)。這也意味著超過(guò)平均水平能量的分子，才能達(dá)到活性狀態(tài)，這也是我們通常所說(shuō)的活化分子。而這些活性分子的數(shù)量又直接體現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)速率。在這樣的機(jī)制下，如果向反應(yīng)物中提供溫度和陽(yáng)光，那么可以在一定程度上促進(jìn)分子的活化，加速化學(xué)反應(yīng)，酶就可以非常明顯的降低反應(yīng)活化能。所以說(shuō)酶的催化效率相對(duì)于其他一般催化劑效率都要高。

1.2.2 影響酶反應(yīng)速度的因素

根據(jù)多方面的研究實(shí)踐，可以歸納出一下幾個(gè)方面是影響酶促反應(yīng)速度的因素：（1）酶本身的濃度；（2）激活劑；（3）抑制劑；（4）液體濃度；（5）溫度；（6）酸堿度。以上這6種因素就是影響酶反應(yīng)速度的主要因素[2]。

1.2.3 酶活力的測(cè)定

我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，關(guān)鍵在于測(cè)酶的活力性，而不是直接去測(cè)酶的對(duì)含量[3]。在通常情況下，酶的濃度和活力是成正比的。也就是說(shuō)濃度越高，酶的活力就越強(qiáng)；濃度越低，酶的活力就越弱。由此可見，酶的活力可以在一定程度上反饋酶的含量。我們?cè)跍y(cè)定酶活力的基本原理是基于相對(duì)的條件下的，酶的活力可以通過(guò)測(cè)定酶促反應(yīng)里的底物的耗能以及產(chǎn)物的產(chǎn)能量來(lái)表示。不過(guò)，表示酶活力的方法多種多樣，而且即使是同一種酶，它的測(cè)定方法也具有差異性，酶活力的表示方法也不盡相同，一般情況下是用單位來(lái)表示酶活力。不過(guò)酶的測(cè)定方法還等待進(jìn)一步的研究考察。

1.3 酶工程技術(shù)的研究

現(xiàn)代生物技術(shù)中深入研究了酶工程技術(shù)，原因就在于這種技術(shù)運(yùn)用于實(shí)際中可以起到非常重要的作用。就比如我們常見的酶分離提純技術(shù)。而且現(xiàn)在酶工程技術(shù)的發(fā)展朝著越來(lái)越好的方向，極大地促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展。為了提高酶活力，可以在基因工程上發(fā)揮它的用處，把一些重要的生物酶通過(guò)一些化學(xué)反應(yīng)作用到微生物中，提高催化效率?；蚬こ炭梢园l(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)，從技術(shù)上改變酶的結(jié)構(gòu)，這樣可以在一定程度上加強(qiáng)酶的穩(wěn)定性，由此產(chǎn)生氨基酸結(jié)構(gòu)[4]。我們知道，氨基酸結(jié)構(gòu)具有特定的順序序列，這樣也可以生產(chǎn)出品質(zhì)好、功能強(qiáng)的產(chǎn)品。因此，酶工程技術(shù)的研究是一項(xiàng)為社會(huì)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)的工作。

2 酶工程技術(shù)在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 遺傳育種中的應(yīng)用

技術(shù)人員可以將某些酶作為動(dòng)物遺傳的特定標(biāo)記，在一定程度上反應(yīng)了遺傳學(xué)規(guī)律，以此界定血緣關(guān)系。這項(xiàng)技術(shù)同樣適用于人類，酶工程技術(shù)能夠?yàn)橛H子鑒定提供重要的依據(jù)。伴隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展和進(jìn)步，動(dòng)物遺傳標(biāo)記的記錄方法更加先進(jìn)，極大的提高了研究工作的效率和保證了它的質(zhì)量。這種高效的功能特性接下來(lái)也會(huì)運(yùn)用于畜牧業(yè)中，可以助于研究人員調(diào)查相關(guān)的工作，為他們提供了更加便捷、科學(xué)合理的方式和研究策略。也在一定程度上減輕了技術(shù)人員工作的復(fù)雜性，他們能夠更高效、更快速的完成這些作業(yè)。

2.2 醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

有些疾病的產(chǎn)生，與酶的特性有著一定的關(guān)聯(lián)。比如遺傳性疾病，與酶就有著一定的聯(lián)系。有些物質(zhì)的結(jié)合是不合理的，它們的存在會(huì)降低酶的活性，導(dǎo)致神經(jīng)傳遞物質(zhì)沒(méi)有辦法在特定的時(shí)間到達(dá)相應(yīng)的位置，由此引發(fā)了某些疾病。在診斷疾病的時(shí)候，因?yàn)檎Ｈ梭w內(nèi)的酶是比較穩(wěn)定的，所以能夠?qū)膊〉漠a(chǎn)生原因進(jìn)行合理的診治。所以，隨著現(xiàn)在醫(yī)療水平的不斷提高，酶工程技術(shù)在未來(lái)某些疾病的治療中提供更加重要的訊息，能夠加強(qiáng)預(yù)防疾病的手段。酶與疾病存在三種聯(lián)系：（1）遺傳性疾病。因?yàn)橄忍煸驅(qū)е碌拿溉毕?，由此不利于新陳代謝的發(fā)生。比如白化病病患，這類患者的體內(nèi)缺乏酪氨酸酶，缺乏這種酶會(huì)導(dǎo)致患者的皮膚和毛發(fā)都變成白色，因?yàn)闆](méi)有黑色素[5]。（2）酶與疾病的診療。酶分布在機(jī)體組織內(nèi)，有它的定位。對(duì)于正常人而言，他體內(nèi)的酶含量是比較穩(wěn)定的，因?yàn)槊富盍τ兴目臻g。但是在一些疾病產(chǎn)生的時(shí)候，血液和其他體液中的酶活力就會(huì)發(fā)生非常大的改變。所以，在測(cè)體液的時(shí)候，注意酶活力的高低，可以預(yù)防疾病。有助于醫(yī)護(hù)人員的診斷。因此，酶在醫(yī)學(xué)中的作用力度是相當(dāng)大的，應(yīng)該發(fā)揮最大力度的將其運(yùn)用到這個(gè)領(lǐng)域中來(lái)，為我國(guó)的醫(yī)療事業(yè)更進(jìn)一步的發(fā)展帶來(lái)更高質(zhì)量的服務(wù)和研究。

2.3 釀酒工業(yè)中的應(yīng)用

啤酒的主要原料是麥芽。如果麥芽的質(zhì)量不好，或者由于大米和大麥這些輔助原料的用量過(guò)多時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致淀粉酶、纖維素酶的活力太低[6]。糖分不夠充足，蛋白質(zhì)降解不夠。這就會(huì)導(dǎo)致啤酒的吸收率不足，進(jìn)而影響啤酒的口味。如果使用微生物淀粉酶和蛋白酶，可以彌補(bǔ)麥芽酶活力不足導(dǎo)致的問(wèn)題，能夠帶來(lái)很好的效益。釀造酒的配料里面，液態(tài)化型的淀粉性酶容易被配料里的淀粉吸收，這就導(dǎo)致了淀粉酶的液化功能被阻礙，直接影響了啤酒的生產(chǎn)。這個(gè)時(shí)候，使用酸性的蛋白酶，解放了被吸收的淀粉酶，又開始了新的作用。因此，酶在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用也是比較廣泛的，能夠很好的節(jié)約相應(yīng)的成本，同時(shí)又能提高一定的生產(chǎn)量。

2.4 在畜牧業(yè)上的應(yīng)用

酶在畜牧業(yè)上的應(yīng)用已經(jīng)有很長(zhǎng)時(shí)間了。目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)的畜牧飼料中有很多的淀粉酶和微生物復(fù)合酶[7]。一方面生物酶的使用能夠?qū)?dòng)物的生長(zhǎng)起到一定的作用，幫助其更快更好的生長(zhǎng)；另一方面，生物酶的使用能夠提升飼料的質(zhì)量，產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。好的飼料能夠提高疾病的預(yù)防能力，從某種角度來(lái)說(shuō)，也提高了動(dòng)物的存活率，減少了相關(guān)的醫(yī)療成本以及養(yǎng)殖成本，從而獲取了較高的效益。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，酶工程技術(shù)的研究與開發(fā)大大提升了社會(huì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率。不同工程技術(shù)的酶也產(chǎn)生了很大的依賴性，重點(diǎn)就在于這種蛋白質(zhì)的催化效率高，反應(yīng)速度快。能夠給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，又在很大程度上節(jié)約了企業(yè)的生產(chǎn)成本。所以酶工程技術(shù)會(huì)被運(yùn)用到以后的更多領(lǐng)域中，總的來(lái)說(shuō)，就是源于科學(xué)水平的不斷提高，生物技術(shù)中的酶工程技術(shù)發(fā)展速度越來(lái)越快，一個(gè)嶄新的時(shí)代就要到來(lái)，在更多的行業(yè)中，運(yùn)用酶的固有特性，實(shí)現(xiàn)更多的效益，為社會(huì)發(fā)展做出更多的貢獻(xiàn)。