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酶工程的主要研究内容：酶的生产、分离纯化、酶的固定化、酶及固定化酶的反应器、酶与固定化酶的应用等内容。酶的分类（数字）：①氧化还原酶类②转移酶类③水解酶类④裂合酶类⑤异构酶类⑥合成酶或连接酶类酶的一级结构：指的是酶分子多肽链共价主链的氨基酸排列顺序。酶的二级结构：指多肽链通过氢键排列成沿一维方向具有周期性结构的构象。酶的三级结构：指单一的多肽链或共价连接的多肽链中所有的原子在空间上的排列，它是在二级结构的基础上，借助于各种次级键（非共价键），肽链进一步转曲、折叠和盘绕成具有特定肽链走向的紧密球状结构。酶的必需基团：必需基团包括活性中心必需基团和活性中心外必需基团。其中活性中心必需基团包括结合基团和催化基团，结合基团具有结合酶和底物的作用，决定酶的专一性，催化基团具有催化酶和底物反应的作用，决定反应的催化性质。活性中心外必需基团具有维持酶具有活性的空间结构。酶的类型：单体酶、寡聚酶、多酶复合体、多酶融合体等。酶催化特点：催化反应的高效性、专一性、温和性、酶活性可以调控。酶催化作用机制：⑴酸碱催化：反应物分子与酸碱相接触，或吸附在催化剂固体表面一定的酸碱部位上，就会发生酸碱反应，形成活性中间络合物,然后再分解出产物,使催化剂复原。⑵共价催化：在催化时，亲核催化剂或亲电子催化剂分别放出电子或吸取电子并作用于底物的缺电子中心或负电子中心，迅速形成不稳定的共价配合物，降低反应的活化能，以达到加速反应的目的。⑶邻近效应与定向效应：邻近效应，就是底物的反应基团与酶的催化基团越靠近，其反应速度越快。定向效应，是指反应物的反应基团之间、酶的催化基团与底物的反应基团之间的正确取位后产生的反应速度增大的一种效应。⑷扭曲变形和构象变化的催化效应⑸多元催化与协同效应⑹金属离子催化⑺微环境的影响类型VmaxKm竞争性抑制不变增加反竞争性抑制减小减小非竞争性抑制减小不变酶抑制作用类型：不可逆抑制、可逆抑制不可逆抑制剂：是指抑制剂与酶的活性中心发生了化学反应，抑制剂共价的连接到酶分子中的必须基团上，阻碍了底物与酶的结合或破坏了酶的催化基团。可逆抑制：指的是抑制剂与酶之间是以非共价键发生相互作用，其结合是建立在解离平衡的基础上，未涉及化学反应，因此，可以通过透析等方法除去抑制剂，从而减轻或消除抑制作用。可逆的抑制作用分为竞争性的和非竞争性的抑制作用。Ks型专一性不可逆抑制：也称亲和标记，指结构与底物类似但同时带有一个活泼化学基团的Ks型专一性不可逆抑制剂或亲和标记试剂对酶分子必需基团的某一个侧链进行共价修饰，从而抑制酶的活性。Kcat型不可逆抑制：也称“自杀性抑制剂”，也是底物的类似物，但其结构中潜在着一种活性基团，在酶的作用下被激活，与酶的活性中心发生共价结合，使酶失活。每一种自杀底物都是酶的作用对象，这是一种专一性很高的不可逆抑制剂。固定化酶：是指在一定空间内呈闭锁状态存在的酶，能连续的进行反应，反应后的酶可以回收重复使用。(书)固定化酶：是通过物理的或化学的手段，将酶束缚于水不溶的载体上，或将酶束缚在一定的空间内，限制酶分子的自由流动，但能使酶充分发挥催化作用。优点：①极易将固定化酶与底物、产物分开②可以在较长时间内进行反复分批反应和装柱连续反应③在大多数情况下，能够提高酶的稳定性④酶反应过程能够加以严格控制⑤产物溶液中没有酶的残留，简化了提纯工艺⑥较游离酶更适合于多酶反应⑦可以增加产物的收率，提高产物的质量⑧酶的使用效率提高，成本降低缺点：①固定化时，酶活力有损失②增加了生产的成本，工厂初始投资大③只能用于可溶性底物，而且较适用于小分子底物，对大分子底物不适宜④与完整菌体相比不适宜于多酶反应，特别是需要辅助因子的反应⑤胞内酶必须经过酶的分离程序固定化方法分类非化学结合法结晶法分散法物理吸附法离子结合法化学结合法交联法共价结合法包埋法微囊法网格法吸附法吸附法制备固定化酶操作简单，可充分选择不同电荷、不同形状的载体，吸附过程可以同时纯化酶，固定化酶在使用过程失活后可重新活化，同时，载体可以回收再利用；同时，此法固定化酶酶易脱落，影响产物纯度和酶操作的稳定性。包埋法包埋法操作简单，可以制的较高活力的固定化酶，对大多数酶、粗酶制剂甚至完整的微生物细胞都是使用的。但是，只有小分子底物和底物可以通过凝胶网络，而对大分子不适宜，同时导致酶的活力降低。共价键结合法酶与载体结合牢固，酶不易脱落，但反应条件较激烈，酶易失活，同时，制作手续亦较繁琐。交联法操作简单，酶的固定化程度好；但是交联反应过于激烈，许多酶固定化过程中失效，回收率不高。立体屏蔽：是指由于固定化过程所用的载体的孔径太小，或者是由于固定化的方式与位置不当，给酶的活性中心或/和调解中心造成了空间障碍，使底物与效应物等无法直接和酶接触，从而影响了酶活性的一种效应。本征速率：一般将考虑到固定化后酶分子的结构改变、底物作用及位阻效应等诸多因素的固定化酶反应速率称为本征速率。固有速率：是假定底物和产物在酶的微环境及宏观环境之间的传递是无限的，也就是在没有扩散阻力情况下的反应速率。酶反应器种类：搅拌罐式反应器、填充床式反应器、流化床反应器、鼓泡式反应器、膜反应器、喷射式反应器。酶反应器的操作条件主要包括：温度、pH、底物浓度、酶浓度、反应液的混合与流动等，需要根据具体的情况确定及调控这些条件。酶的分子修饰：通过各种方法可使酶分子结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的技术过程，称为酶分子的修饰。酶分子的化学修饰：就是在分子水平上对酶进行改造，以达到改造和改性的目的。即是在体外将酶分子通过人工的方法与一些化学基团，也别是具有生物相容性的物质，进行供价连接，从而改变酶的结构和性质。在构成酶蛋白的20种常见的氨基酸中，只有具有极性的氨基酸残基的侧链基团才能够进行化学修饰。通常，酶蛋白分子侧链上的功能基主要有：氨基、羧基、巯基、酚基、吲哚基、胍基、甲巯基等。酶分子定向进化：酶分子的定向进化就是人为地创造特殊的进化条件，模拟自然进化机制，在体外对基因进行随机突变，从一个或多个已经存在的亲本酶（天然的或者人为获得的）出发，进过基因的突变和重组，构建一个人工突变酶库，通过一定的筛选或选择方法最终获得预先期望的具有某些特性的进化酶。酶分子定向进化的基本策略：1.易错PCR技术：易错PCR、盒式诱变、随机/定位诱变。2.DNA改组3.同源重组4.外显子改组5.杂合酶：杂合酶是把来自不同酶分子中的结构单元或是整个酶分子进行组合或交换，以产生具有所需性质的优化酶杂合体。核酶或脱氧核酶的应用：核酶（脱氧核酶）最主要的应用在医疗领域中。基因治疗的主要策略可以分为：①向体内导入外源基因取代体内有缺陷的基因发挥作用；②对致病基因进行抑制。与这些方法相比，利用RNA切割型核酶或者脱氧核酶通过识别特定位点而抑制目标基因表达的基因治疗方案在抑制效率和专一性上有独特的优势。抗体酶：又叫催化抗体，是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力巧妙结合的产物，是一类具有催化活力的免疫球蛋白，其可变区赋予了酶的属性。抗体酶的制备方法：①拷贝法②引入法③诱导法④抗体与半抗原互补法⑤熵阱法⑥多底物类似物法⑦抗体库法模拟酶：利用有机化学合成的方法合成的比酶结构简单的具有催化作用的非蛋白质分子叫模拟酶。模拟酶的分类：①主客体酶模型，包括环糊精、冠醚、穴醚、杂环大环化合物和卟啉类等；②胶束酶模型；③肽酶；④抗体酶；⑤分子印迹酶模型；⑥半合成酶等。分子印迹聚合物原理①功能单体通过与模板分子相互作用聚集在模板分子周围形成某种可逆的复合物②功能单体与过量交联剂在致孔剂存在下发生共聚生成高聚物③将模板分子从高聚物中解离出来，结果，形成的聚合物内保留有与印迹分子的形状﹑大小完全一样的孔穴。制备分子印迹聚合物的过程①选定印迹分子和单体，让它们之间充分作用；②在印迹分子周围发生聚合反应；③将印迹分子从聚合物中抽提出去。分子印迹方法：①预组织法印迹分子预先共价联结到单体上，待聚合后共价键可逆打开，去除印迹分子，此法中结合部位的官能团预先与印迹分子定向排列。②自组织方法印迹分子与功能单位之间预先自组织排列，以非共价键形式形成多点相互作用，聚合后这种作用保存下来。环糊精模拟酶→模拟α-胰凝乳蛋白酶、核糖核酸酶、转氨酶及氧化还原酶等多种天然酶。酶在非水介质中的催化反应的特征和优势：①可进行水不溶或水溶性差化合物的催化转化，大大拓展了酶催化作用的底物和生成产物的范围。②改变了催化反应的平衡点，使在水溶液中不能或很难发生的反应向期望的方向得以顺利进行，如在水溶液中催化水解反应的酶在非水介质中可有效催化合成反应的进行。③使酶对包括区域专一性和对映体专一性在内的底物专一性大为提高，使对酶催化作用的选择性的调控有可能实现。④大大提高了一些酶的热稳定性。⑤由于酶不溶于大多数的有机溶剂，使催化后酶易于回收和重复利用。⑥可有效减少或防止由于水引起的副反应的产生。⑦可避免杂水溶液中进行长期反应时微生物引起的污染。⑧可方便的利用对水分敏感的底物进行相关的反应。⑨当使用挥发性溶剂作为介质时，可使反应后的分离过程能耗降低。用作酶催化的非水介质主要包括：①含微量水的有机溶剂②与水混溶的有机溶剂和水形成的均一体系③水与有机溶剂形成的两相或多相体系④胶束与反胶束体系⑤超临界流体⑥气相酶在非水介质中的性质：①热稳定性②底物专一性③对映体选择性④区域选择性⑤化学键选择性⑥pH记忆pH记忆：在有机溶剂中不存在发生质子化或去质子化的条件时，将酶分子从水溶液转移到有机溶剂中，酶能保持原有的离子化状态，此时的环境因素也不能改变酶分子的这种状态，或者说酶在缓冲液中所处的pH状态仍被保持在有机溶剂中，这种现象称为pH记忆，即酶的离子化基团在缓冲液中所获得的离子化状态可以在非水介质中得以保持。利用酶的pH记忆特性可以通过控制缓冲溶液pH的方法，有效的控制非水介质中酶催化的最适pH。必需水：必需水是酶在非水介质中进行催化反应所必需的，它会直接影响酶的催化活性和选择性，通过必需水的调控，可以调节有机介质中酶催化反应中酶的催化活性和选择性。水活度：是指在反应体系中水的逸度与纯水逸度之间的比值。水化过程四个步骤：①酶蛋白分子的离子化基团水化过程（水与酶蛋白分子表面的带电基团结合）②酶蛋白分子中的极性部分水簇的生长过程（水与酶蛋白分子表面极性基团结合）③水吸附到酶蛋白分子表面相互作用较弱的部位④酶蛋白分子表面完全水化，被单层水分子所覆盖获得恒定水活度的方法：①用一个饱和盐水溶液分别预平衡底物溶液和酶制剂②向反应体系中直接加一种水合盐③向每一溶剂中加入不同量的水水淀粉酶：①α—淀粉酶（以糖原或淀粉为底物，从分子内部切开α—1,4-糖苷键而使淀粉水解）②β—淀粉酶（从底物淀粉的非还原性末端顺次水解每相隔一个的α—1,4-糖苷键而使淀粉水解成麦芽糖）③葡萄糖淀粉酶（从底物淀粉的非还原性末端顺次水解α—1,4-糖苷键和分枝的α—1,6-糖苷键而生成葡萄糖）④解枝酶或异淀粉酶（只能水解糖原或支链淀粉分枝点α—1,6-糖苷键，并切下整个侧枝）