一、基本概况
课程名称：酶与酶工程（Enzymes and Enzyme Engineering）
课程代码：131010051
课程类别：专业核心课
学时/学分：34/2（其中理论34学时，实验0学时）
需预修课程：生物化学、微生物学、分子生物学、细胞生物学、基因工程、发酵工程
适用专业：适用生物技术专业的本科教学（汉）
课程简介
酶与酶工程是生物技术五大核心工程（基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、蛋
白质工程）之一，是建立在生物化学、微生物学、分子生物学、细胞生物学、发酵工程基
础之上的现代生物工程的重要组成部分。其特点是利用酶、含酶细胞器或细胞（微生物、
植物、动物）作为生物催化剂，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会
生活的工程技术科学。
酶与酶工程课程是面向生物技术专业的一门专业核心课程。其主要任务是：通过本课程的学习，让学生了解酶及酶工程课程的基本理论和知识框架，理解酶促反应动力学及酶促发酵动力学。掌握现代生物技术产酶的基本工艺流程及影响因素，掌握酶的分离纯化技术及固定化方法。并进一步了解酶反应器及酶传感器的作用原理、应用，以及现代分子技术制造产酶的发展前景。本课程通过层层递进、不断深入的方式将酶工程的基本理论与产酶工艺进行联系，并辅以现代生物技术在酶生产上的创新实践应用，为今后学生从事酶制剂研制、生产、开发等相关工作奠定理论基础。
二、教学目标
学生通过本课程的学习，在知识和能力等方面达到以下要求：
1.理论、知识目标：了解酶工程的发展趋势、应用以及现代分子技术产酶的趋势；理解酶促反应动力学和产酶动力学的基本原理、分类及对产酶工艺的影响；掌握产酶工艺流程中的产酶方式方法、酶的分离纯化过程及其工艺过程中的影响因素；掌握酶、含酶细胞器或细胞的固定化方法；掌握酶分子的化学修饰方法及在有机介质中的催化原理；了解现代分子技术产酶方式及酶反应器、酶传感器的应用。
2.能力目标：培养学生掌握产酶动力学原理及酶的生产工艺流程的基本能力；培养学生具备在酶生产过程中遇到问题时的分析问题及解决问题能力。
3.达成目标：培养学生注重理论知识相互关联与实际生产应用之间的关系；培养学生掌握生物技术产酶的工艺原理、流程及产酶实验设计能力；培养学生具备获取知识途径，以及分析问题解决问题的综合能力；培养学生实事求是、严肃认真的科学态度，提高学生的团队合作意识和创新性思维。该课程支撑人才培养方案毕业要求的第1-4项。
三、教学内容及教学要求
绪论（讲课 2学时；实验0学时）
教学内容：
1.酶工程的基本概念；
2.酶工程的研究内容、应用及发展历史；
3.酶工程与其他学科的关系；
4.酶工程课程的学习方法。
教学要求：
1.掌握酶工程的基本概念；
2.了解酶工程的研究内容及发展历史，以及酶工程与其他学科之间的关系；
3.了解酶工程在农业、食品行业、轻工业、环境保护及医疗保健中的应用与重要性。
本章重点、难点：
重点：酶工程的基本概念。
难点：酶工程的研究内容。
第一章酶学基础知识（讲课6学时；实验0学时）
教学内容：
1.酶的概念及作为生物催化剂的特点；
2.酶的化学组成、结构组成和催化机理，辅酶、辅基的概念及区别；
3.酶的分类与命名；
4.酶促反应动力学，包括底物浓度[S]、酶浓度[E]、pH、温度、抑制剂和激活剂六大因素对酶促反应速率的影响机制；
5.酶稳定性的基本原理，包括酶稳定性因素、酶失活的因素和机理以及酶的稳定化原因；
6.酶活力测定，包括酶活力与活力单位定义、酶的转换数与比活力表示方法、酶活力的测定方法以及酶活力测定条件与应注意的问题。
教学要求：
1.掌握酶的基本概念及作为生物催化剂的特点；
2.掌握酶的化学组成及结构组成，区别辅酶和辅基的特点；
3.理解酶催化的机理（中间产物学说）；
4.了解酶的分类与命名；
5.理解酶促反应动力学的底物浓度[S]、酶浓度[E]、pH、温度、抑制剂和激活剂六个
影响因素对酶促反应速率的影响原理及特点；
6.了解酶具有稳定性的原理；
7.掌握酶活力的测定方法及酶活力、酶的比活力以及酶的转换数的表示方法；
8.掌握酶活力测定条件及应注意的问题。
本章重点、难点：
重点：酶的概念，酶作为生物催化剂的特点，酶的化学组成、结构组成和催化机理，
酶促反应动力学原理及特点，酶活力的测定方法，酶活力与活力单位的概念，酶活力测定条件与应注意的问题。
难点：酶促反应动力学中底物浓度对酶促反应速率的影响原理，酶活力单位如何定义，
酶活力的测定方法。
第二章微生物发酵产酶（讲课 6学时；实验0学时）
教学内容：
1.产酶微生物的要求，产酶菌种的分类、产酶菌种的筛选与保存；
2.产酶的发酵技术，包括微生物产酶的生产流程、微生物发酵产酶所需培养基的营养
成分选择、微生物发酵产酶条件的控制、微生物发酵产酶的具体方法、提高酶产量的方法；
3.酶发酵动力学，包括酶生物合成的模式、微生物细胞生长动力学、产酶动力学；
4.微生物产酶发酵生产实例，包括常见纤维素酶的生产工艺及蛋白酶的生产工艺。
教学要求：
1.掌握产酶微生物选择的基本要求，产酶菌种的区别及产酶菌种的筛选过程和标准；
2.掌握产酶发酵过程的基本工艺流程；
3.了解微生物发酵产酶所需培养基营养成分的组成及发酵产酶条件的控制；
4.理解提高酶产量的方式方法及原理；
5.掌握酶生物合成的模式；
6.理解酶发酵动力学中的产酶动力学和细胞生长动力学的原理及其之间互作之间的关
系；
7.了解纤维素酶及蛋白酶的生产流程及条件控制。
本章重点、难点：
重点：产酶微生物的选择标准及筛选方法，微生物发酵产酶的工艺流程，微生物发酵
产酶的条件控制，提高酶产量的方式方法，酶生物合成的模式。
难点：酶生物合成的模式及在生产中的实际运用。
第三章细胞工程产酶（讲课 2学时；实验0学时）
教学内容：
1.植物细胞的特性及植物细胞培养产酶的特点；
2.植物细胞培养产酶的前期准备；
3.植物细胞培养产酶的工艺流程；
4.动物细胞的特性及动物细胞培养产酶的特点；
5.动物细胞培养产酶的前期准备；
6.动物细胞培养产酶的工艺流程；
7.植物细胞及动物细胞培养产酶的实例。
教学要求：
1.掌握植物细胞培养产酶工艺流程及动物细胞培养产酶的工艺流程及关键参数；
2.理解植物细胞培养与微生物细胞培养产酶之间的区别；
3.理解动物细胞培养与微生物细胞培养产酶之间的区别。
本章重点、难点：
重点：植物细胞培养产酶的工艺流程及关键参数，动物细胞培养产酶的工艺流程及关
键参数，区分动植物细胞产酶与微生物细胞产酶的异同点。
难点：动物细胞产酶的前期准备及产酶特点。
第四章酶的分离纯化（讲课6学时；实验0学时）
教学内容：
1.酶分离纯化的基本策略，包括酶分离纯化的基本过程、方法的选择、影响因素及分离纯化过程中的评价方法；
2.粗酶液的制备，包括原材料的选择、预处理及细胞破碎方法、粗酶液的抽提方法及注意事项、粗酶液的净化脱色方法及粗酶液的浓缩方法；
3.酶蛋白的粗分离方法，包括沉淀分离法、过滤分离法及离心分离法三种方法。具体沉淀酶蛋白粗分离方法有盐析法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、复合沉淀法、选择性沉淀法、变性沉淀法等。过滤分离酶蛋白的方法包括非膜过滤及膜过滤两类方法；
4.酶蛋白的细分离方法，包括层析分离法及电泳分离法。层析分离法具体包含：柱层
析的基本原理、装置及过程，常用的酶蛋白层析方法，聚焦层析，蛋白质的HPLC分离分析法简介；电泳分离法具体包含:电泳的基本原理，常用电泳方法，高效毛细管电泳，亲和电泳等；
5.酶制剂高度纯化后的浓缩与干燥、结晶以及保存方法。
教学要求：
1.掌握酶分离纯化的基本策略及纯化过程中的评价方法；
2.了解产酶细胞破碎的方法、粗酶液的抽提方法、粗酶液的净化脱色方法；
3.理解沉淀酶蛋白的常见方法并能结合实际应用于实验工艺流程设计中；
3.理解过滤分离酶蛋白的方法并能结合实际应用于实验工艺流程设计中；
4.了解离心沉淀酶蛋白所需的设备及常见离心技术；
5.掌握酶蛋白细分离的层析分离方法及原理，电泳分离方法及原理，并结合实践应用于产酶工艺流程设计中；
6.理解酶制剂结晶的原理及条件，掌握酶制剂浓缩干燥的方法。
本章重点、难点：
重点：酶分离纯化的基本策略，酶蛋白的沉淀分离方法，酶蛋白的过滤分离方法，酶蛋白的离心分离方法，酶蛋白的层析分离方法，酶蛋白的电泳分离方法，酶制剂结晶、浓缩干燥的方法。
难点：酶分离纯化方法的选择及酶分离纯化工艺的设计。
第五章固定化酶与固定化细胞（讲课6学时；实验0学时）
教学内容：
1.固定化酶的制备原则及固定化方法；
2.影响固定化酶酶促反应动力学的因素；
3.固定化酶的性质及评价指标；
4.辅助因子的固定化方法；
5.细胞固定化的常用方法及策略；
6.植物细胞的固定化方法及特点，动物细胞的固定化方法及特点，原生质体的固定化
方法及特点；
7.固定化技术的应用，包括固定化酶的应用及固定化细胞的应用。
教学要求：
1.理解固定化酶的制备原则；
2.掌握酶的固定化方法，并根据酶的性质选择设计酶的固定化方法；
3.理解固定化酶的性质，并掌握酶的固定化的评价指标；
4.了解辅助因子的固定化方法；
5.理解细胞固定化的策略与方法；
6.了解动植物细胞、原生质体固定化的常用方法及固定化特点；
7.了解酶及细胞固定化的实际应用实例。
本章重点、难点：
重点：酶的固定化策略，酶的固定化方法，细胞、原生质体的固定化方法。
难点：动植物细胞的固定化方法，动植物细胞固定化与酶固定化的区别。
第六章酶反应器和酶传感器（讲课2学时；实验0学时）
教学内容：
1.酶反应器的概念、类型及特点；
2.酶反应器的选择原则；
3.酶反应器的操作，包括酶反应器操作条件的确定及其控制，酶反应器操作的注意事
项；
4.酶传感器的概述；
5.酶传感器的结构与工作原理；
6.酶传感器的应用实例。
教学要求：
1.理解酶反应器的概念、类型及特点；
2.了解酶反应器的选择原则及策略；
3.了解酶反应器工作时操作控制及注意事项；
4.理解酶传感器的概念；
5.掌握酶传感器的结构与工作原理；
6.了解酶传感器的应用。
本章重点、难点：
重点：酶反应器的概念、类型及特点，酶传感器的结构与工作原理。
难点：各类酶反应器间的区别及选择，酶传感器的工作原理。
第七章酶的应用（讲课4学时；实验0学时）
教学内容：
1.酶在生物技术领域的应用，包括酶在去除细胞壁方面的应用，酶在生物大分子切割方面的应用，酶在分子拼接方面的应用；
2.酶在食品工业领域的应用，包括在食品保鲜中的应用，在食品生产中的应用，在果汁加工中的应用及改善食品风味和颜色中的应用；
3.酶在动物饲料领域的应用，包括酶在农副产品和饲料加工中的应用，饲料用酶的种类和来源，饲料用酶制剂的种类、特性和要求，合理使用饲料添加剂；
4.酶在医疗保健领域的应用，包括酶在诊断中的应用，酶在疾病治疗中的应用，酶在制药中的应用；
5.酶在环境保护领域的应用，包括酶在环境监测中的应用，酶在废水处理中的应用，酶在可生物降解材料开发的应用；
6.酶在轻化工中的应用，包括酶在原料处理方面的应用，酶在产品制造方面的应用，酶在增强产品能效方面的应用。
教学要求：
1.了解酶在生物技术领域的应用实例，掌握生物技术中常用酶的种类及应用特点；
2.了解酶在食品工业领域的应用实例，掌握食品工业常用酶的种类及催化作用；
3.了解酶在动物饲料领域的应用实例，掌握饲料酶制剂的种类、特性和要求，合理使用饲料添加剂的原则；
4.了解酶在医疗保健领域的应用实例，掌握在医学诊断、疾病治疗、生物制药方面的酶的种类及其作用；
5.了解酶在环境保护领域的应用实例，掌握酶在环境监测和废水处理中的保护原理；
6.了解酶在轻化工领域的应用实例，掌握酶在该领域的应用类型及新型开发。
本章重点、难点：
重点：酶在各领域中酶的种类的选择和催化特点。
难点：酶在环境保护废水处理方面的反应原理，酶在医学诊断及疾病治疗方面的作用
原理。
四、考核方式及成绩评定
本课程的成绩将由平时成绩（考勤、作业及提问）和期末闭卷考查成绩两部分组成，其中平时成绩占50%，期末闭卷成绩占50%。
五、教材及参考书目
教材：《酶与酶工程》第二版，王金胜编著，中国农业出版社，2007年，标准书号：ISBN 978-7-109-11937-6。
参考书目：
1.《酶工程》第二版,徐凤彩编著，中国农业出版社，2001年，标准书号：ISBN 978-7-109-06685-4。
2.《酶工程》第三版,罗贵明主编，武汉大学出版社，2016年，标准书号：ISBN 978-7-122-25760-4。
