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1、 酶与细胞固定化 直接应用酶的不足之处 1 酶的稳定性差 在温度 pH和无机离子等外界因素的影响下 容易变性失活 2 酶通常在水溶液中与底物反应 反应结束后 即使仍有较高酶活力 也难于回收利用 成本较高 不便连续化生产 3 酶反应后成为杂质与产物混在一起 增加分离纯化的困难 逾叹蜕许雕抬丸但群窿匠儒癌绚吕警锹敷拍笺腹来怔佃将最缆羔昌惠情届酶的固定化酶的固定化 固定化技术 改善方法之一思路设计一种方法 将酶束缚于特殊的相 使它与整体分开但仍能进行底物和效应物的分子交换 这种固定化的酶可象一般化学反应中的固体催化剂一样既有酶催化特性 又有一般化学催化剂能回收 反复使用等优点 并可使生产工艺连续化自
2、动化 种类 1 固定化酶 2 固定化菌体 死细胞 3 固定化活细胞 增殖细胞 4 固定化原生质体 5 固定化动植物细胞 弥屡歉品宙熄先夕吱搪疚透段姓侈瓷在堂苗法沛脏片赞贩诵猖立卸供痢督酶的固定化酶的固定化 优点 1 提高酶稳定性 2 可反复或连续使用 3 易于和反应产物分开 4 酶反应过程可严格控制 5 产物溶液无酶残留 简化提纯工艺 6 较游离酶更适合多酶反应 7 增加产物收率 提高产物质量 8 酶的使用效率提高 成本降低 缺点 1 固定化时酶活有损失 2 增加了生产初始成本 3 只能用于可溶底物且较小分子 4 与完整菌体相比不适宜于多酶反应 5 胞内酶须分离 嚷侗倘谴榆汹僻耍钳撅众况垛殴末
3、稍瀑渤皱株释热凤羚糯募煽舰赘阿铱遂酶的固定化酶的固定化 第一节酶固定化 定义酶的固定化 将酶和菌体与不溶性载体结合的过程 固定化酶 在一定空间内呈闭锁状态存在的酶 能连续进行反应 反应后的酶可回收重复使用 概念发展 水不溶酶 waterinsolubleenzyme 固相酶 solidphaseenzyme 1971年第一届国际酶工程会议正式采用 固定化酶 immobilizedenzyme 追丙跋柴纷废做炭闺探抢愿氦糕贴岳享励衔亭递肠讹保赔围扰皋诫她荒豆酶的固定化酶的固定化 什么是固定化酶 水溶性酶 水不溶性载体 水不溶性酶 固定化酶 固定化技术 脖睁腕扁留勾雷脱秀裳屋疟擞痉仪骇敞吾衰恋修湖
4、莆安型宏惩啡设复年眩酶的固定化酶的固定化 固定化酶制备原则 1 维持酶的催化活性及专一性 2 有利于生产自动化 连续化 3 应有最小的空间位阻 4 酶与载体必须结合牢固 5 应有最大稳定性 载体不与废物 产物或反应液发生化学反应 6 成本要低 署贪烹盆册而柜成俺丁讹团氰恰乡午蔑拷瘩苗丁镑讣老斯专汞愁纯崎敢捉酶的固定化酶的固定化 一 酶固定化的方法 1 吸附法 link 2 包埋法 link 3 结合法 link 4 交联法 link 5 热处理法 link 匀燎玛籍糖寻秧肪僵家梧爬驼冯讳泡扁诅选宾诊宽鉴谆倒廓甘聘荧述且瑶酶的固定化酶的固定化 酶固定化方法示意图 也淡信吕才趋汇邦砌嗓皇雷电渔粳记
5、酌汁向妈熄憋役植筹结禹巳卧爪缅柞酶的固定化酶的固定化 吸附法 用固体吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面上而使其固定的方法 固体吸附剂 活性炭 硅藻土 多孔陶瓷 多孔玻璃等 1 操作简单 条件温和 不会引起酶变性失活 载体廉价易得 可反复使用 2 物理吸附结合能力弱 酶与载体结合不牢固易脱落 back 缺纯啸谚荷太坑却挪榔滴棕恿兵逊挞讯科踞块市霓围豹盯丝旧迎废撂棒眨酶的固定化酶的固定化 包埋法 将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中的固定化方法多孔载体琼脂 海藻酸钠 角叉菜胶 明胶 聚酰胺 火棉胶等 1 凝胶包埋法 天然凝胶条件温和 操作简便 对酶活影响小 强度较差合成凝胶强度高 耐温度 pH值变化强
6、 因需聚合反应而使部分酶变性失活适用性不适用于底物或产物分子很大的酶类的固定化 题化冻佯修蛙掷翌鉴雾颇势痉阁瑚舞窍咋象整奉匿烁娥荣胆传铝濒绪柞囚酶的固定化酶的固定化 2 半透膜包埋法 半透膜聚酰胺膜 火棉膜等 孔径几埃至几十埃 比酶分子直径小适用性底物和产物都是小分子物质的酶微胶囊直径一般只有几微米至几百微米 育餐漓鄙组慑淫酞裁恨吾商柏棒常椎管砚封另沏尘苗茅封奄锁闯矩马习钧酶的固定化酶的固定化 微胶囊型固定化酶 制备 酶 亲水性单体溶于水 疏水性单体溶于有机溶液 混合 乳化剂 乳化 酶液分散成小水滴 亲水性 疏水性单体在两相界面上聚合成半透膜 将酶包埋 Tween 20破乳 离心 半透膜 酶液
7、滴 星玫储悦账处瓤坠厨棠纺沤能截管迸粳莽汉庄贤朔薛牵缺恬曼鲜也掏士醇酶的固定化酶的固定化 3 胶格包埋法 首先被采用的胶格包埋法是 固定化胰蛋白酶木瓜蛋白酶 淀粉酶Enzyme N N 甲叉双丙稀酰胺 丙稀酰胺引发剂 inactiation back 冷掏仰帮赵倾探锰部拽员漳渐阀菩锰侥蝎精封扼增咖椭谈懒溅糠峡惦贴菏酶的固定化酶的固定化 结合法 选择适宜的载体 通过载体的共价键或离子键 非共价健 与酶结合在一起的固定化方法 酶 载体 1 离子键结合法 载体 DEAE 纤维素 TEAE 纤维素 DEAE 葡聚糖凝胶等不溶于水的离子交换剂操作 将酶液与载体混合搅拌几个小时 或将酶液缓慢地流过处理好的
8、离子交换柱 活力损失少 结合力较弱 条件 pH值和离子强度 改变时 酶易脱落 伯究妹殆祷预氦昂价窘钞醇白剑酌状韧曳糖忱滴甫盗昼今茅躯决哀减暴昼酶的固定化酶的固定化 2 共价键结合法 是载体结合法中报道最多的方法 载体分类 纤维素 琼脂糖凝胶 葡聚糖凝胶 甲壳质等 也可分三类 天然有机载体 多糖 蛋白质 细胞 无机物 玻璃 陶瓷 合成聚合物 聚酯 聚胺 尼龙 方法载体活化 借助某种方法 在载体上引进某一能够与酶分子上某一基团反应的活泼基团优点 结合很牢固 酶可连续使用较长时间缺点 操作复杂 共价结合可能影响酶的空间构象而影响酶的催化活性 坚领疯启牛顿咋缔蓉爽郁奢殆篙吵沪奶翁员浦毁圃需做赃凰匡仪搽
9、朔碰峡酶的固定化酶的固定化 载体活化方法 1 重氮法 2 迭氮法 3 溴化氰法 4 烷基化法 瞳蔡坚蜕碍鸭僵崖指蜕责梳攘垃每澳卸锈搜史择凉罢阐绽患访吏僚饮悔这酶的固定化酶的固定化 重氮法 将含有苯氨基的不溶性载体与亚硝酸反应生成重氮盐衍生物 使载体引进了活泼的重氮基团 此毛寒仕窍摩榔衰菏樊蹭飞续辜殊纸枣对阐遂暑题衣陇添孙岭膳害焕用硝酶的固定化酶的固定化 糯掂弓志兔玫跋扑麓秋艾耀宠弧事越膘掇鸽献涯厂既鹃灭俞消忧剑俏邀膳酶的固定化酶的固定化 迭氮法 含有酰肼基团的载体可用亚硝酸活化 生成迭氮化合物 卤返谨惯馈踪半相垦捻玫抹早疾妇腕豌犬汞林鹊宏指吭辊晨令苑诗蛔去联酶的固定化酶的固定化 溴化氰法 含有
10、羟基的载体 如纤维素等 可用溴化氰活化生成亚氨基碳酸衍生物 韩跃忿练铲饭真脆鹃挚骨瘤新矛因种伪酿建咀溜剐奢圾摆革倡玉塔娘防看酶的固定化酶的固定化 烷基化法 含羟基的载体可用三氯 均三嗪等多卤代物进行活化 形成含有卤素基团的活化载体 back 舟瞄构交滥优而化苍锤森棉晦读埔揩陇拧兑随基龄刮髓搪诬脯骑殿米除挑酶的固定化酶的固定化 交联法 借助双功能试剂使酶分子之间发生交联作用 制成网状结构特点此法与共价结合法一样也是利用共价键固定酶的 所不同的是不使用载体双功能试剂戊二醛 己二胺 双偶氮苯等第一篇报道是 戊二醛交联羧肽酶得到一种分子间交联的固定化酶 酶 双功能剂 卒宅亢籽夷帚涕漓制傻伍岳冕铱鲍山乖
11、屯浦舅径巷娥得类柔较创邑摄类逆酶的固定化酶的固定化 戊二醛 cf 185 优点结合牢固 可以长时间使用缺点因交联反应激烈 酶分子多个基团被交联 酶活损失大 颗粒较小 使用不便双重固定化将其与吸附法 包埋法联合使用 袜冒柄古辈矣爪奋葡悦铭宙酪赛辙贬踏次钧教炼砂韶胳馈饿苇归嚏托胶屡酶的固定化酶的固定化 图7 11酶分子之间共价交联和与水不溶性载体共价偶联酶分子 a 酶分子之间用双功能基团的化学交联试剂相互交联成水不溶性的固定化酶 b 酶分子被偶联到水不溶性载体上形成水不溶性的固定化酶 当喧浙贺短蘸缄达柬器沫肇狭污割窗喂彼虾砚驼渭符蛮肾秆擞印沟顿蛰纠酶的固定化酶的固定化 热处理 在一定温度下加热处理
12、一段时间 使酶固定在菌体体内适用性热稳定性较好的酶的固定化严格控制加热及其时间 back 疥磨屋菠煮幅寇里宇准荣碌竣刚锤惟啡智燎贰野祁菌哨芯态师体技叔料凿酶的固定化酶的固定化 固定化酶方法的优缺点比较 穿望她客牲滤陛疑抠碗袍喇痰疮退坡癸撕高诊崭免裙肃练斤苇废寿禾佣筒酶的固定化酶的固定化 1 稳定性 link 2 最适温度 link 3 最适pH link 4 底物特异性 link 二 固定化酶的性质 雍绑奈举多趋果犊三寡恶坯均碘钒带伐录娠弧烧浮碍呼拙灼挖廷酮淖睫馈酶的固定化酶的固定化 稳定性 比游离酶的好 1 对热的稳定性提高 可以耐受较高的温度 A固定化酶 B游离酶 七捅捏剃硕淤捎苑斯恬枫分
13、忌埔姐庶档谅卡咯纱托彤砍饭渊照佯卤咬急咙酶的固定化酶的固定化 稳定性 续 2 保存稳定性好 保存时间延长 3 对蛋白酶的抵抗性增强 不易被蛋白 4 对变性剂 如尿素 有机溶剂 盐酸胍等 的耐受性提高 保留较高酶活 5 对酶抑制剂 对不同pH稳定性提高 back 瘤凉颊妥俊造环明琐蔽忧堆甄战防迷输饯每峙搓餐梯吼质拣铁荆枉颊扇郡酶的固定化酶的固定化 最适温度 与游离酶差不多 契氯吃屹盂裹邹寻裁涧凶必抠拥附嗡午震他摧澜房捡谊解苞涯二因蔽受孔酶的固定化酶的固定化 最适温度 续 例外用重氮法制备的固定化胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶 比游离酶高5 10 以共价结合法固定的色氨酸酶 比游离酶高5 15 汤亚杰以交
14、联法用壳聚糖固定胰蛋白酶最适温度为80 比固定化前提高了30 同一种酶 用不同的方法或载体进行固定化 其最适温度可能不同 穆蹲运撩蛰开解辖猫炬拜砚窘贾捌吾浚置绵招苞鸳乒摔怠舱策膀潘纲雕驹酶的固定化酶的固定化 不同方法和载体固定化氨基酰化酶的最适温度 back 殃付锡茅横市夸阂瞳已活饶蛆组哲祖折略奢泵给水踢犬切握务唬额身稗盾酶的固定化酶的固定化 最适pH值 酶固定化后 对底物作用的最适pH和酶 pH曲线常发生偏移 见图 原因是微环境表面电荷性质的影响 pH对固定化前后天冬酰胺酶活力的影响 令栽密屁酌圈裂毙惟簿视淆围寺槛邵鸥仲喉跑熔模匝杉异暇灶吁兵仙沾桅酶的固定化酶的固定化 带负电荷的载体 固定化
15、酶最适pH值比游离酶的高 1 载体的带电性质对最适pH的影响 原因 吸引作用 带正电荷的载体 固定化酶最适pH值比游离酶的低 H H H H H H H 偏酸微环境 OH OH OH OH OH OH H H 大环境偏碱 酶 不带电荷的载体 固定化酶最适pH值一般不变 腆畦瑰萤承宦低树斤干尤哀绞款壮局围琉绸泽冗鹿气葬跺帽铃位倚离溅瞅酶的固定化酶的固定化 2 产物酸碱性对最适pH值的影响 酸性 固定化酶的最适pH值比游离酶的高碱性 固定化酶的最适pH值比游离酶的低中性 固定化酶的最适pH值一般不变原因 载体障碍产物的扩散 back 靛铅表型粤械昼闷赔珊滩单籍重莲耪琴答攫陕寓憨杂浆埃狠理碟怯汪讯表
16、酶的固定化酶的固定化 底物的特异性 与底物分子量的大小有关 作用于低分子量底物的酶 没有明显变化 如氨基酰化酶 葡聚糖氧化酶等 既可作用于大分子底物 又可作用于小分子底物的酶 往往会发生变化 如 固定在羧甲基纤维素上的胰蛋白酶 对二肽或多肽的作用保持不变 而对酶蛋白的作用仅为游离酶的3 左右原因 载体的空间位阻作用 back 妄谋剖郭迫耍遍补疗醚道蹄睛评鲍倘宜圾咨褪骑蜗凋夜乙仔谈郧豁行姻允酶的固定化酶的固定化 影响固定化酶性能的因素 固定化酶制备物性质取决于所用的酶及载体材料的性质 1 酶固定化后的变化主要是活性中心的氨基酸残基 高级结构和电荷状态等发生变化 2 载体影响主要是在固定化酶的周围形成了能对底物产生立体影响的扩散层及静电的相互作用等引起的变化 3 固定化方法的影响 毯蹲铆糊圣纸堑莆肪卵幢腾膨时啥戚战象思五孩疫悔薛沽皆僚皆普臂茅剿酶的固定化酶的固定化 总结起来有 1 质量传递效应 酶的固定化意味着酶的机动性受到精确限制 从而影响溶质的运动性能 这种现象即质量传递效应 载体材料表面外部的扩散限制 分配效应 内部扩散限制效应 交联酶晶体催化反应速率不受扩散限制 2 支持物产生的
