固定化酶和固定化細胞.ppt

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1、固定化酶和固定化細胞固定化酶的定義所謂固定化酶(immobilizedenzyme)，是指在一定的空間范圍內(nèi)起催化作用，并能反復(fù)和連續(xù)使用的酶。1916年，Nelson和Griffin發(fā)現(xiàn)酶的固定化現(xiàn)象；1969年，千畑一郎等將固定化氨基酰化酶應(yīng)用于生產(chǎn)L-氨基酸，開創(chuàng)了固定化酶應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的先例；1971年召開的第一屆國際酶工程會議上，建議采用統(tǒng)一的英文名稱ImmobilizedEnzyme；1973年，固定化大腸桿菌菌體中的天冬氨酸酶連續(xù)生產(chǎn)L-天冬氨酸。1986年，利用固定化原生質(zhì)體發(fā)酵生產(chǎn)堿性磷酸酶和葡萄糖氧化酶等相繼獲得成功。酶固定化技術(shù)發(fā)展史從目前的發(fā)展

2、狀況來看，盡管酶種類繁多，但已經(jīng)固定化的酶卻相對有限，采用固定化酶技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)尚屬少數(shù)，真正在工業(yè)上使用的固定化酶還僅限于葡萄糖異構(gòu)酶、葡萄糖氧化酶和青霉素酰化酶等為數(shù)不多的十幾個酶種，故仍需大力研究開發(fā)使更多的固定化酶和細胞能適用于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。發(fā)展現(xiàn)狀固定化酶的優(yōu)點同一批固定化酶能在工藝流程中重復(fù)多次地使用；固定化后，和反應(yīng)物分開，有利于控制生產(chǎn)過程，同時也省去了熱處理使酶失活的步驟；穩(wěn)定性顯著提高；可長期使用，并可預(yù)測衰變的速度；提供了研究酶動力學的良好模型。固定化酶的制備原則（1）必須注意維持酶的構(gòu)象，特別是活性中心的構(gòu)象。（2）酶與載體必須有一定的結(jié)

3、合程度。酶的固定化既不影響酶的原有構(gòu)象，又能使固定化酶能有效回收貯藏，利于反復(fù)使用。（3）固定化應(yīng)有利于自動化、機械化操作。這要求用于固定化的載體必須有一定的機械強度，才能使之在制備過程中不易破壞或受損。（4）固定化酶應(yīng)有最小的空間位阻。（5）固定化酶應(yīng)有最大的穩(wěn)定性。在應(yīng)用過程中，所選載體應(yīng)不和底物、產(chǎn)物或反應(yīng)液發(fā)生化學反應(yīng)。（6）固定化酶的成本適中。固定化酶（細胞）的制備方法酶和細胞固定化方法載體結(jié)合法交聯(lián)法包埋法網(wǎng)格型微囊型物理吸附法離子結(jié)合法共價結(jié)合法熱處理（細胞）1、吸附法通過載體表面和酶分子表面間的次級鍵相互作用而達到固定目的的方法，是固定化中最簡單的方法

4、。吸附法又可分為物理吸附法和離子吸附法。物理吸附法(physicaladsorption)是通過非特異性物理吸附作用將酶直接吸附在水不溶性載體表面上而使酶固定化的方法。包括范德華力、疏水相互作用、氫鍵。物理吸附法常用的載體：有機載體：纖維素、膠原、淀粉及面筋等；無機載體：活性炭、氧化鋁、皂土、多孔玻璃、硅膠、二氧化鈦、羥基磷灰石等。物理吸附法離子吸附法(ionadsorption)是通過離子鍵使酶與含有離子交換基團的水不溶性載體相結(jié)合的固定化方法。此法固定的酶有葡萄糖異構(gòu)酶、糖化酶、β-淀粉酶、纖維素酶等，在工業(yè)上用途較廣。離子吸附法離子吸附法常用的載體：陰離子交換劑

5、：DEAE-纖維素、四乙氨基乙基(TEAE)-纖維素等；陽離子交換劑有羧甲基(CM)-纖維素、纖維素檸檬酸鹽、Dowex-50等。其吸附容量一般大于物理吸附劑。離子吸附法具有操作簡便、條件溫和、酶活力不易喪失等優(yōu)點。此外，吸附過程同時可以純化酶。2、包埋法包埋法（entrapment）是將酶包埋在高聚物的細微凝膠網(wǎng)格中或高分子半透膜內(nèi)的固定化方法。前者又稱為凝膠包埋法，酶被包埋成網(wǎng)格型；后者又稱為微膠囊包埋法，酶被包埋成微膠囊型。（1）凝膠包埋法將聚合物的單體與酶溶液混合，再借助于聚合促進劑(包括交聯(lián)劑)的作用進行聚合，酶被包埋在聚合物中以達到固定化。凝膠包埋法常用的

6、載體有海藻酸鈉凝膠、角叉菜膠、明膠、瓊脂凝膠、卡拉膠等天然凝膠以及聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和光交聯(lián)樹脂等合成凝膠或樹脂。（2）微膠囊包埋法微膠囊包埋即將酶包埋在各種高聚物制成的半透膜微膠囊內(nèi)的方法。它使酶存在于類似細胞內(nèi)的環(huán)境中，可以防止酶的脫落，防止微囊外的環(huán)境直接接觸，從而增加了酶的穩(wěn)定性。常用于制造微膠囊的材料有聚酰胺、火棉膠、醋酸纖維素等。3、共價鍵結(jié)合法共價鍵結(jié)合法(covalentbinding）是將酶與聚合物載體以共價鍵結(jié)合的固定化方法。（1）酶蛋白N末端的α-氨基或賴氨酸殘基的ε-氨基。（2）酶蛋白C末端的α-羧基、天門冬氨酸殘基的β-羧基以及谷氨酸殘基的

7、γ-羧基。（3）苯丙氨酸和酪氨酸殘基的苯環(huán)。（4）其他：半胱氨酸殘基的巰基；絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸殘基的羥基；組氨酸殘基的咪唑基；色氨酸殘基的吲哚基。酶蛋白上可供載體結(jié)合的功能基團酶共價偶聯(lián)的載體的功能基團：芳香氨基、羥基、羧基和羧甲基等。載體活化的主要反應(yīng)重氮法疊氮法溴化氰法芳香烴化法（1）重氮法重氮法是將酶蛋白與水不溶性載體的重氮基團通過共價鍵相連接而固定化的方法，是共價鍵法中使用最多的一種。常用的載體有多糖類的芳族氨基衍生物、氨基酸的共聚體和聚丙烯酰胺衍生物等。（2）疊氮法即載體活化生成疊氮化合物，再與酶分子上的相應(yīng)基團偶聯(lián)成固定化酶。含有羥基