现代生物技术中酶工程技术的研究与应用

王林芳

（福建师范大学生命科学学院，福建福州 350117）

随着经济的发展和科学技术水平的提高，人们对生物化学领域有了更深入的了解。有机化学反应是新陈代谢的主要构成要素，而酶则是生化领域中最重要的有机化学物质之一，在维持人体健康和推动各行业生产发展中都起到了一定的作用，给人们的生活带来了各种便利，做出了重大贡献。

1 酶工程技术概述

1.1 生物酶的主要特点

大部分生物酶的本质是一种蛋白质，主要通过有机物体的活细胞孕育而成，可以催化机体内生化反应的发生，而酶促反应是指有生物酶参与的化学反应[1]。生物酶主要具有以下4个特点：（1）催化效率高。与其他催化剂相比，酶的催化效率相对更高，最大可以达到1 013倍。（2）具有很强的专一性。生物酶的专一性主要体现在仅可以催化一种化合物的反应，而一般催化剂则可以催化多种化合物的反应。（3）反应条件温和，稳定性较弱。生物酶作为机体活细胞中的一种蛋白质，容易受到其他因素（温度、pH）的干扰而失去活性，稳定性较弱。

1.2 酶催化作用原理

我们可以通过酶在工程技术中的实际作用产生的效果做进一步的研究探讨，以此更方便剖析酶的基本特性。不同的物质与酶产生化学反应时，它的分解速度将会加剧，这可以充分的体现酶具备高效的催化效率。所以在一些比较重要的化学反应体系中，为了不同的分子参与化学反应，首先要保证这些分子的活性，也称它为活性分子。因为反应物分子本身包含的能量是不一样的，只不过他们的平均能量水平都不高，因此，只有能量较高的分子，或者超出水平线的分子才有机会参加化学反应。这也意味着超过平均水平能量的分子，才能达到活性状态，这也是我们通常所说的活化分子。而这些活性分子的数量又直接体现了化学反应速率。在这样的机制下，如果向反应物中提供温度和阳光，那么可以在一定程度上促进分子的活化，加速化学反应，酶就可以非常明显的降低反应活化能。所以说酶的催化效率相对于其他一般催化剂效率都要高。

1.2.2 影响酶反应速度的因素

根据多方面的研究实践，可以归纳出一下几个方面是影响酶促反应速度的因素：（1）酶本身的浓度；（2）激活剂；（3）抑制剂；（4）液体浓度；（5）温度；（6）酸碱度。以上这6种因素就是影响酶反应速度的主要因素[2]。

1.2.3 酶活力的测定

我们在进行实验的时候，关键在于测酶的活力性，而不是直接去测酶的对含量[3]。在通常情况下，酶的浓度和活力是成正比的。也就是说浓度越高，酶的活力就越强；浓度越低，酶的活力就越弱。由此可见，酶的活力可以在一定程度上反馈酶的含量。我们在测定酶活力的基本原理是基于相对的条件下的，酶的活力可以通过测定酶促反应里的底物的耗能以及产物的产能量来表示。不过，表示酶活力的方法多种多样，而且即使是同一种酶，它的测定方法也具有差异性，酶活力的表示方法也不尽相同，一般情况下是用单位来表示酶活力。不过酶的测定方法还等待进一步的研究考察。

1.3 酶工程技术的研究

现代生物技术中深入研究了酶工程技术，原因就在于这种技术运用于实际中可以起到非常重要的作用。就比如我们常见的酶分离提纯技术。而且现在酶工程技术的发展朝着越来越好的方向，极大地促进了社会生产发展。为了提高酶活力，可以在基因工程上发挥它的用处，把一些重要的生物酶通过一些化学反应作用到微生物中，提高催化效率。基因工程可以发挥它的优势，从技术上改变酶的结构，这样可以在一定程度上加强酶的稳定性，由此产生氨基酸结构[4]。我们知道，氨基酸结构具有特定的顺序序列，这样也可以生产出品质好、功能强的产品。因此，酶工程技术的研究是一项为社会的发展做出贡献的工作。

2 酶工程技术在不同领域中的应用

2.1 遗传育种中的应用

技术人员可以将某些酶作为动物遗传的特定标记，在一定程度上反应了遗传学规律，以此界定血缘关系。这项技术同样适用于人类，酶工程技术能够为亲子鉴定提供重要的依据。伴随着生物技术的飞速发展和进步，动物遗传标记的记录方法更加先进，极大的提高了研究工作的效率和保证了它的质量。这种高效的功能特性接下来也会运用于畜牧业中，可以助于研究人员调查相关的工作，为他们提供了更加便捷、科学合理的方式和研究策略。也在一定程度上减轻了技术人员工作的复杂性，他们能够更高效、更快速的完成这些作业。

2.2 医学中的应用

有些疾病的产生，与酶的特性有着一定的关联。比如遗传性疾病，与酶就有着一定的联系。有些物质的结合是不合理的，它们的存在会降低酶的活性，导致神经传递物质没有办法在特定的时间到达相应的位置，由此引发了某些疾病。在诊断疾病的时候，因为正常人体内的酶是比较稳定的，所以能够对疾病的产生原因进行合理的诊治。所以，随着现在医疗水平的不断提高，酶工程技术在未来某些疾病的治疗中提供更加重要的讯息，能够加强预防疾病的手段。酶与疾病存在三种联系：（1）遗传性疾病。因为先天原因导致的酶缺陷，由此不利于新陈代谢的发生。比如白化病病患，这类患者的体内缺乏酪氨酸酶，缺乏这种酶会导致患者的皮肤和毛发都变成白色，因为没有黑色素[5]。（2）酶与疾病的诊疗。酶分布在机体组织内，有它的定位。对于正常人而言，他体内的酶含量是比较稳定的，因为酶活力有它的空间。但是在一些疾病产生的时候，血液和其他体液中的酶活力就会发生非常大的改变。所以，在测体液的时候，注意酶活力的高低，可以预防疾病。有助于医护人员的诊断。因此，酶在医学中的作用力度是相当大的，应该发挥最大力度的将其运用到这个领域中来，为我国的医疗事业更进一步的发展带来更高质量的服务和研究。

2.3 酿酒工业中的应用

啤酒的主要原料是麦芽。如果麦芽的质量不好，或者由于大米和大麦这些辅助原料的用量过多时，就会导致淀粉酶、纤维素酶的活力太低[6]。糖分不够充足，蛋白质降解不够。这就会导致啤酒的吸收率不足，进而影响啤酒的口味。如果使用微生物淀粉酶和蛋白酶，可以弥补麦芽酶活力不足导致的问题，能够带来很好的效益。酿造酒的配料里面，液态化型的淀粉性酶容易被配料里的淀粉吸收，这就导致了淀粉酶的液化功能被阻碍，直接影响了啤酒的生产。这个时候，使用酸性的蛋白酶，解放了被吸收的淀粉酶，又开始了新的作用。因此，酶在酿酒工业中的应用也是比较广泛的，能够很好的节约相应的成本，同时又能提高一定的生产量。

2.4 在畜牧业上的应用

酶在畜牧业上的应用已经有很长时间了。目前来说，我国的畜牧饲料中有很多的淀粉酶和微生物复合酶[7]。一方面生物酶的使用能够对动物的生长起到一定的作用，帮助其更快更好的生长；另一方面，生物酶的使用能够提升饲料的质量，产出优质的产品。好的饲料能够提高疾病的预防能力，从某种角度来说，也提高了动物的存活率，减少了相关的医疗成本以及养殖成本，从而获取了较高的效益。

3 结语

现代生物技术发展的过程中，酶工程技术的研究与开发大大提升了社会相关产业的生产效率。不同工程技术的酶也产生了很大的依赖性，重点就在于这种蛋白质的催化效率高，反应速度快。能够给企业带来经济效益的同时，又在很大程度上节约了企业的生产成本。所以酶工程技术会被运用到以后的更多领域中，总的来说，就是源于科学水平的不断提高，生物技术中的酶工程技术发展速度越来越快，一个崭新的时代就要到来，在更多的行业中，运用酶的固有特性，实现更多的效益，为社会发展做出更多的贡献。