《固定化酶和細(xì)胞》ppt課件

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1、Chapter5Immobilizedenzymeandcell固定化酶和細(xì)胞酶應(yīng)用過程中的一些不足酶的穩(wěn)定性較差：除了某些耐高溫的酶，如α-淀粉酶等；和胃蛋白酶等可以耐受較低的pH條件以外，大多數(shù)的酶在高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和重金屬離子等外界因素影響下，都容易變性失活。酶的一次性使用：酶一般都是在溶液中與底物反應(yīng)，這樣酶在反應(yīng)系統(tǒng)中，與底物和產(chǎn)物混在一起，反應(yīng)結(jié)束后，即使酶仍有很高的活力，也難于回收利用。這種一次性使用酶的方式，不僅使生產(chǎn)成本提高，而且難于連續(xù)化生產(chǎn)。產(chǎn)物的分離純化較困難：酶反應(yīng)后成為雜質(zhì)與產(chǎn)物混在一起，無疑給產(chǎn)物的進(jìn)

2、一步的分離純化帶來一定的困難。固定化技術(shù)Contentsofchapter5-1酶與細(xì)胞的固定化1、什么是固定化技術(shù)和固定化酶2、固定化酶的研究歷史3、酶的固定化技術(shù)4、固定化酶的特點GoGoGoGo5、細(xì)胞、原生質(zhì)體的固定化固定化生物技術(shù)——通過化學(xué)或物理的手段將酶或游離細(xì)胞定位于限定的空間區(qū)域內(nèi)，使其保持活性并可反復(fù)利用。1.酶是蛋白質(zhì)，穩(wěn)定性差（熱、酸堿、有機(jī)溶劑對其有影響）。2.不能回收，也使產(chǎn)物中混雜酶蛋白。3.分離純化困難。游離酶的缺點：固定化酶和固定化細(xì)胞的定義及特點固定化酶(immobilizedenzyme)被局

3、限在某一特定區(qū)域上的、并且保留了它們的催化活力，可以反復(fù)、連續(xù)使用的酶。5.1酶與細(xì)胞的固定化什么是固定化酶？水溶性酶水不溶性載體水不溶性酶（固定化酶）固定化技術(shù)優(yōu)點：(1)可提高穩(wěn)定性。(2)能回收，易與產(chǎn)物分離，可反復(fù)使用。缺點：(1)存在擴(kuò)散限制。適于催化小分子物質(zhì)。(2)酶活性下降。2.固定化細(xì)胞（immobilizedcell）固定在載體上并在一定空間范圍內(nèi)進(jìn)行生命活動（生長、繁殖、新陳代謝）的細(xì)胞。優(yōu)越性：(1)降低成本，省去酶的分離純化工作;(2)既可作為單一酶，也可作為復(fù)合酶系完成部分代謝過程。局限性：(1)細(xì)胞內(nèi)

4、多種酶的存在，會形成不需要的副產(chǎn)物。(2)細(xì)胞膜、細(xì)胞壁和載體都存在著擴(kuò)散限制作用。3.固定化原生質(zhì)體意義：(1)固定化原生質(zhì)體去除了細(xì)胞壁的擴(kuò)散障礙，有利于氧的傳遞，營養(yǎng)成分的吸收和胞內(nèi)產(chǎn)物的分泌。(2)原生質(zhì)體不穩(wěn)定，容易破裂，固定化后，由于載體的保護(hù)作用，穩(wěn)定性提高。制備固定化酶的依據(jù)1.固定化酶必須能保持酶原有的專一性、高效催化能力和常溫、常壓下能起催化反應(yīng)等特點。2.固定化酶應(yīng)能回收、貯藏，利于反復(fù)使用。3.固定化酶應(yīng)用于機(jī)械化和自動化操作，所用載體常有一定的機(jī)械強(qiáng)度。4.固定化酶應(yīng)能保持甚至超過原有酶液的活性。即要保護(hù)

5、活性中心基團(tuán)。5.固定化酶應(yīng)能最大程度與底物接近，從而提高產(chǎn)量。具有最小的空間位阻。6.固定化酶應(yīng)有最大的穩(wěn)定性。7.固定化酶應(yīng)易與產(chǎn)物分離。固定化酶的研究從50年代開始，1953年德國的Grubhofer和Schleith采用聚氨基苯乙烯樹脂為載體與羧肽酶、淀粉酶、胃蛋白酶、核糖核酸酶等結(jié)合，制成固定化酶。60年代后期，固定化技術(shù)迅速發(fā)展起來。1969年，日本的千煙一郎首次在工業(yè)上生產(chǎn)應(yīng)用固定化氨基?；笍腄L-氨基酸連續(xù)生產(chǎn)L-氨基酸，實現(xiàn)了酶應(yīng)用史上的一大變革。在1971年召開的第一次國際酶工程學(xué)術(shù)會議上，確定固定化酶的統(tǒng)一

6、英文名稱為Immobilizedenzyme。5.2固定化酶的研究歷史隨著固定化技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)固定化菌體。1973年，日本首次在工業(yè)上應(yīng)用固定化大腸桿菌菌體中的天門冬氨酸酶，由反丁烯二酸連續(xù)生產(chǎn)L-天門冬氨酸。在固定化酶和固定化菌體的基礎(chǔ)上，70年代后期出現(xiàn)了固定化細(xì)胞技術(shù)。1976年，法國首次用固定化酵母細(xì)胞生產(chǎn)啤酒和酒精，1978年日本用固定化枯草桿菌生產(chǎn)淀粉酶，開始了用固定化細(xì)胞生產(chǎn)酶的先例。1982年，日本首次研究用固定化原生質(zhì)體生產(chǎn)谷氨酸，取得進(jìn)展。固定化原生質(zhì)體由于解除了細(xì)胞壁的障礙，更有利于胞內(nèi)物質(zhì)的分泌，這為胞內(nèi)

7、酶生產(chǎn)技術(shù)路線的變革提供了新的方向。5.3酶固定化技術(shù)活性中心：保護(hù)酶的催化作用，并使酶的活性中心的氨基酸基團(tuán)固有的高級結(jié)構(gòu)不受到損害，在制備固定化酶時，需要在非常嚴(yán)密的條件下進(jìn)行。功能基團(tuán)：如游離的氨基、羧基、半胱氨酸的巰基、組氨酸的咪唑基、酪氨酸的酚基、絲氨酸和蘇氨酸的羥基等，當(dāng)這些功能基團(tuán)位于酶的活性中心時，要求不參與酶的固定化結(jié)合酶的高級結(jié)構(gòu)：要避免用高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等處理，而且有機(jī)溶劑、高濃度的鹽也會使酶變性、失活，因此，操作應(yīng)盡量在非常溫和的條件下進(jìn)行。固定化酶操作的注意事項5.3酶固定化技術(shù)固定化方法酶的固定化方法吸

8、附法結(jié)合法交聯(lián)法包埋法網(wǎng)格型微囊型共價鍵結(jié)合法離子鍵結(jié)合法1、吸附法利用各種固體吸附劑將酶或含酶菌體吸附在其表面上，而使酶固定化的方法。常用的固體吸附劑有活性炭、氧化鋁、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、硅膠、羥基磷灰石等。操作簡便，條件溫和，不會引起酶