酶工程简介 教学过程

    一、设疑，引入课题
    在我国，每年死于冠心病者约60万人，死于脑梗塞、脑溢血者约120万人，约有80％的病例是由于阻止血液流向大脑的凝血块引起而导致突发性死亡的。最近，天津市轻工学院研究人员从一种根霉中分离出了一种溶血栓的物质——“血栓溶解酶”，对血栓溶解活力很高，而对血细胞无分解作用，即有很强的专一性，用于治疗因血栓而引起的疾病起到了很好的实验效果。
    那人们怎样把生物体内的酶提取出来，并应用到社会生活中去呢？这就是我们今天要讨论的“酶工程”所要达到的目的。什么是酶工程呢？
    教师活动：展示酶工程产品的标本，并做适当介绍（加酶洗衣粉、溶菌酶针剂等）。
    加酶洗衣粉，由于把从生物体内提取的蛋白酶、脂肪酶等多种酶加工成了固体酶制剂加入到了洗衣粉中，从而使洗衣粉能更有效地清除衣物上的污渍；溶菌酶制剂，由于加入了从生物体内提取、加工而成的液体溶菌酶制剂，所以对多种细菌有很强的抑制作用，因此，溶菌酶制剂常用于抗菌、消炎。这些都是酶工程的产品。
    由此我们不难看出所谓酶工程就是将酶所具有的生物催化功能，借助工程手段应用于社会生活的一门科学技术。
    二、进行新课
    我们刚才看到了酶工程的产品——酶制剂有固态的也有液态的，那这些酶制剂是怎样产生的呢？
    （一）酶制剂的生产。
    我们知道，酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，它广泛存在于动植物和微生物的体内。如猪的胰脏中有蛋白酶，大麦麦芽中有淀粉酶，人们是怎样获取这些酶的呢？
    通过启发引导和讨论得出如下结论：
    1．可以采用一定的技术直接从动植物或微生物的组织、细胞中将酶提取出来。
    例如：在屠宰厂，可以从家畜胰脏中提取出胰酶；在水果加工厂，可以从菠萝皮中提取出菠萝蛋白酶。
    2．可以通过微生物发酵获得所需要的酶。如果是胞外酶，可以从发酵液中直接提取；如果是细胞内酶，则可将细胞弄碎再经过提取纯化而得到。
    3．对已知分子结构的酶，可以用人工合成法获得。
    提出问题并启发学生思考：从生物体的细胞或组织中提取出来的酶，能不能直接用于催化化学反应呢？
    通过启发讲解使学生了解：提取出来的酶还要经过分离、纯化，再加入适量的稳定剂和填充剂，制成相应的酶制剂后才能用于催化化学反应。
    提出问题引导学生思考：酶制剂的生产成本是较高的，很多酶制剂却只能用一次，而且，如果将酶制剂直接用于催化化学反应，反应结束后酶制剂会和反应的产物混合在一起。酶制剂既不能重复使用，也影响了产物纯度。怎样才能解决这个难题呢？下面我们就来看看科学家们是如何解决的。
    教师活动：出示酶的固定方式示意图，指导学生观察，井作适当的的讲解。
    通过启发讲解使学生了解：科学家是通过固定酶来解决酶不能重复使用和影响产物纯度这个难题的。即将分离纯化后的酶固定到一定的载体上，形成固定化酶。使用时，将固定的酶投放到反应溶液中，催化反应结束后又能将固定的酶回收。这样，既可反复使用又不影响反应物纯度。
    固定酶的方法：
    1．将酶吸附在固体表面上。
    2．将酶相互连接起来。
    3．将酶包埋在细微网格里。
    教师活动：通过小结，概括出酶制剂生产的大致过程。
   （二）酶制剂的应用
    教师活动：组织学生以“酶制剂在社会生活中的应用”为主题展开讨论，交流收集到的资料、信息、并引导学生通过讨论概括出酶制剂的主要用途。
    1．酶制剂可用于治疗疾病。
    从曲霉中提取的淀粉酶可用于治疗消化不良、。溶菌酶可用于抗菌、消炎。尿激酶可用于治疗血栓病。
    2．酶制剂可用于加工生产一些产品。
    （1）用于食品加工：果胶酶可用于澄清果酒和果汁。用木瓜蛋白酶制成的嫩肉粉，可以使肉丝肉片等烹调后吃起来嫩滑可口。
    （2）用于生产一些药品：青霉素酞化酶可用于生产氨卞青霉素。
    3．酶制剂可用于化验诊断和水质监测。
    有关这部分内容的讨论，教师可以先做如下的演示实验：
    在几条尿糖试纸上分别滴上两滴不同浓度的葡萄糖溶液。并让学生对比几条试纸上所出现的不同颜色。
    再通过启发讲解使学生了解尿糖试纸中葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶用于检测尿糖的原理。
    由此可以看茁，葡萄糖的量不同产生的氧气量则不同。进而，氧化而成的颜色也就不同。
    以上述的原理为依托启发学生理解尿糖快速测试仪——酶传感器的原理：不同浓度的葡萄糖，在固定化酶膜上的葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的作用下产生不同浓度的氧气。再通过变换器，将氧气的变化量转换成电信号在显示器上反映出来。这样，就可以快速检测出尿液中尿糖的含量。
    再通过启发、讲解使学生理解：用不同的固定化酶可以制成不同类型的传感器，用于化验和检测。例如：科学家利用固定化多酚氧化酶研制成多酚氧化酶传感器。这种传感器可以快速检测出水中质量分数仅有百万分之二的酚。
    4．酶制剂可用于生物工程其他分支领域。
    通过回忆基因工程和细胞工程的相关知识使学生了解：基因工程离不开内切酶和连接酶；植物细胞工程中体细胞杂交离不开纤维素酶和果胶酶；动物细胞的培养过程中，防止细胞黏连离不开胰蛋白酶。这些酶都是用酶工程的方法来生产的。
    （三）各分支领域之间的关系
    提出问题：到现在为止，我们先后讨论了基因工程、发酵工程、细胞工程、酶工程，那么生物工程中的这些分支之间存在着怎样的联系呢？
    教师活动：组织学生以用大肠杆菌通过发酵工程生产人的胰岛素的过程为例，就前面所提问题展开讨论。
    通过讨论使学生理解：人们要想获得某些生物工程产品，往往要用基因工程和细胞工程的方法首先对物种进行定向的改造，再通过发酵工程的方式来实现人们的愿望。而基因工程和细胞工程中所需的酶往往要靠酶工程来获得。当然，酶工程中酶的生产一般也需要通过微生物发酵的方法来进行。
    在此基础上概括出生物工程各分支领域的相互关系：既相互独立，又有错综复杂的联系。在生物工程的研究，开发和产业化过程中要靠彼此合作来实现。随着生物工程的发展，各分支领域的界限会趋于模糊，相互交叉渗透，高度结合的趋势会越来越明显。
     最后教师以“生物工程的现在和未来”为题让学生展开讨论，通过讨论使学生了解生物工程在当今世界的发展现状和未来的发展趋势，以及在世界经济中的重要地位，加深科技是第一生产力的认识。从而激发学生的创造欲望和学习兴趣。

板书设计

第四节  酶工程简介

    一、酶制剂的生产

    二、酶制剂的应用
     1．用于治疗疾病               3．用于化验诊断和水质监测
     2．用于加工和生产产品         4．用于生物工程其他分支领域
     三、生物工程各分支领域之间的关系 ：略