《固定化酶》PPT課件

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1、第十章固定化酶（ImmobilizedEnzyme）酶的優(yōu)點：酶在工業(yè)中使用的缺點：酶在水溶液中易失活不能反復使用，而且不易與產物分離，不利于產物的提純和精制成本高。理想的可用于工業(yè)的生物催化劑：既具有酶的催化特性，又具有一般化學催化劑能回收、反復使用等優(yōu)點，并且生產工藝可以連續(xù)化、自動化固定化酶：指在一定空間內呈閉鎖狀態(tài)存在的酶，能連續(xù)地進行反應，反應后的酶可以回收重復使用。1916年，Nelson和Griffin將轉化酶吸附在木炭上，活性與原酶一樣1948年，Summer制備出不溶于水的刀豆脲酶，具有原酶活

2、性1953年，Grubhofev和Schleith首先開始了酶固定化研究，并第一次實現(xiàn)了酶的固定化。1960年，日本的千畑一郎開始了氨基?；腹潭ɑ芯浚_始了將固定酶應用在工業(yè)上的第一步。1969年，千畑一郎成功地將氨基?；阜磻糜贒L-氨基酸的光學分析，實現(xiàn)了酶連續(xù)反應的工業(yè)化。這是世界上固定化酶用于工業(yè)的開端。1973年，千畑一郎再次在工業(yè)上成功地固定化大腸桿菌細胞，成功實現(xiàn)了L-天冬氨酸連續(xù)生產。固定化酶的優(yōu)點：①酶的穩(wěn)定性得到改進；②酶可以反復利用；③可以管道化，連續(xù)化及自動化；④酶與產物易于分開，

3、產物容易提純；⑤反應所需的空間小；固定化酶的缺點：①固定化時，酶活力有損失；②增加了生產的成本，工廠初始投資大；③只能用于可溶性底物，而且較適用于小分子底物，對大分子底物不適宜；④與完整菌體相比不適于多酶反應，特別是需要輔助因子的反應；⑤胞內酶必須經過酶的分離手續(xù)。第二節(jié)酶的固定化方法一、載體結合法載體結合法是將酶結合于水不溶性載體的一種固定化方法。1．物理吸附法：這是酶通過氫鍵、疏水鍵等作用力物理吸附于不溶性載體的一種固定化方法。載體：無機載體有活性炭、多孔玻璃、酸性白土、漂白土、高嶺石、氧化鋁、硅膠、膨潤土

4、、羥基磷灰石、磷酸鈣、金屬氧化物等；天然高分子載體有淀粉、谷蛋白、大孔型合成樹脂、陶瓷等物理吸附法優(yōu)點：操作簡單酶活性中心不易被破壞和酶高級結構變化少酶失活后載體仍可再生物理吸附法缺點：酶與載體相互作用力弱對離子強度、pH、溫度等因子敏感，酶易脫落導致酶活下降并污染產物最適吸附酶量無規(guī)律可循離子結合法優(yōu)點：操作簡單處理條件溫和酶的高級結構和活性中心的氨基酸殘基不易被破壞酶活回收率較高離子結合法缺點：載體和酶的結合力比較弱容易受緩沖液種類或pH的影響在離子強度高的條件進行反應時，酶易從載體上脫落操作時的兩類方法：

5、將載體有關基團活化，然后與酶有關基團發(fā)生偶聯(lián)反應；在載體上接上一個雙功能試劑，然后將酶偶聯(lián)上去?？膳c載體結合的酶的功能團有α或ε-氨基、γ-羧基、疏基、羥基、咪唑基、酚基等，但參與共價結合的氨基酸殘基應當不是酶催化活性所必需的共價結合法優(yōu)點：載體與酶偶聯(lián)的方法多樣化；酶與載體結合牢固，一般不會因底物濃度高或存在鹽類等原因而輕易脫落。共價結合法缺點：反應條件苛刻，操作復雜偶聯(lián)試劑對生命組織多有一定毒性由于采用了比較激烈的反應條件，會引起酶蛋白高級結構變化，破壞部分活性中心（酶活回收率30％左右）底物的專一性等酶的

6、性質可能會發(fā)生變化二、交聯(lián)法交聯(lián)法是雙功能或多功能試劑使酶分子之間交聯(lián)的固定化方法。此法與共價結合法一樣也是利用共價鍵固定酶，所不同的是它不使用載體。酶蛋白分子彼此交叉連接起來，形成網(wǎng)絡結構交聯(lián)劑：形成希夫堿的戊二醛，形成肽鍵的異氰酸酯，發(fā)生重氮偶合反應的雙重氮聯(lián)苯胺或N,N’-乙烯雙馬來亞胺等。參與交聯(lián)反應的酶蛋白的功能基團：N-末端的α-氨基、賴氨酸的ε-氨基、酪氨酸的酚基、半胱氨酸的巰基和組氨酸的咪唑基等。交聯(lián)法的優(yōu)缺點：優(yōu)點是操作簡便。缺點：反應條件比較激烈，固定化的酶活回收率一般比較低，常出現(xiàn)擴散限制

7、，使用有一定難度。盡可能降低交聯(lián)劑濃度和縮短反應時間有利于固定化酶比活的提高。酶直接交聯(lián)法：在酶液中加入適量多功能試劑，使其形成不溶性衍生物。酶輔助蛋白交聯(lián)：當可得到的酶量有限，可以使用第二個“載體”蛋白來增加蛋白質濃度，從而使酶與惰性蛋白共交聯(lián)的方法。這種“載體”蛋白可以是白蛋白、明膠、血紅蛋白等。三、包埋法2、微囊化包埋法（微囊型）微囊法主要將酶封裝在膠囊、脂質體中。微囊型固定化酶通常是直徑為幾微米到幾百微米的球狀體，顆粒比網(wǎng)格型要小得多，比較有利于底物和產物擴散，但是反應條件要求高，制備成本也高。膠囊和脂

8、質體主要用于醫(yī)學治療。作為膜材料的高聚物有硝酸纖維素、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等。微囊制備方法（1）界面沉淀法：是一種簡單的物理微囊化法，它是利用某些高聚物在水相和有機相的界面上溶解度較低而形成的皮膜將酶包埋。例如：先將含血紅蛋白的酶溶液在水不互溶的有機相中乳化，這時它們就會在油溶性的表面活性劑存在的情況下形成油包水的微滴，再將溶于有機溶劑的高聚物在油－水界面上沉淀、析出，形成膜，將