生化工程第七章 固定化酶、固定化细胞

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1、第七章固定化酶、固定化细胞生物工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞酶催化剂的优点：专一性强，反应条件温和，反应速度较快。弱点：溶液酶在反应后，分离困难，重复利用困难；溶液酶稳定性差，易失活。1969出现了固定化酶技术。固定化酶就是把原来游离的水溶性酶，固定于某一局部的空间或者固定于载体上。概述生物工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞发展历史1953年，德国，Grubhofer、Schleith，聚氨基苯乙烯树脂为载体，重氮法；1969年，日本，千畑一郎，固定化氨基酰化酶，从DL-氨基酸连续生产L-氨基酸，首次工业规模应

2、用固定化酶，促使酶工程作为一个独立的学科从发酵工程中脱离出来；1971年，第一次国际酶工程会议确定固定化酶统一英文名称为ImmobilizedEnzyme。生物工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞1973年，日本首次在工业上成功应用固定化大肠杆菌菌体中天门冬氨酸酶，由反丁烯二酸连续生产L-天门冬氨酸。1976年，法国首次用固定化酵母细胞生产啤酒和酒精；1978年，日本用固定化枯草杆菌细胞生产淀粉酶，开始了固定化细胞产酶的先例。1979年，固定化毛地黄细胞和长春花细胞成功；1982年，日本首次研究用固定化原生质体生产谷氨酸。生物

3、工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞固定化酶：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)”生物工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞固定化酶的特点具有生物催化剂的功能，又有固相催化剂的功能。①可多次使用；②反应后，酶底物产物易分开，产物中无残

4、留酶，易纯化，产品质量高；③反应条件易控制；④酶的利用效率高；⑤比水溶性酶更适合于多酶反应；生物工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞水溶性酶水不溶性载体水不溶性酶（固定化酶）固定化技术生物工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞固定化酶生物反应器实际应用中，固定化酶可以装在反应器中，连续生产有利于生产的自动化，提高生产率。鉴于此，70年代以来，该技术受到各国学者的瞩目，纷纷开展固定化酶的研究。生物工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞第一节酶、细胞的固定化方法及固定化后的性质一、固定化的原则和方法酶催化作用依靠它的高

5、级结构及活性中心。固定化时，活性中心的必需基团应避免参加反应；避免高温、强碱、有机溶剂以及高浓度盐的处理，保护靠氢键、离子键、疏水键等弱键维系的酶蛋白质的高级结构。尽可能在温和条件下进行固定化反应。生物工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞固定化方法：载体结合法；交联法；包埋法；其他方法；载体结合法：将酶（细胞）固定在不溶性载体上。靠共价结合、离子结合、和物理吸附。常用的载体：纤维素、葡聚糖、琼脂糖等多糖衍生物颗粒或多孔玻璃等。交联法：使酶与具有两个以上官能团的试剂（如：戊二醛）进行反应，应用化学键把酶固定。生物工程专业课程生化

6、工程第七章固定化酶固定化细胞包埋法：将酶包在凝胶微小格子内，或是将酶包裹在半透性聚合物膜内的固定化方法。常用的凝胶为聚丙烯酰胺、海藻酸钙、胶原、卡拉胶等。包埋法简单，可适用于大多数酶。生物工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞生物工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞生物工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞固定化方法与载体的选择依据⑴固定化酶应用的安全性；⑵固定化酶在操作中的稳定性；⑶固定化的成本；固定化酶的形状⑴颗粒状固定化酶；⑵纤维状固定化酶；⑶膜状固定化酶；⑷管状固定化酶；生物工程专业课程生化工程第七章固定化

7、酶固定化细胞二、固定化酶、细胞的性质1、固定化后的活性酶经固定化后，活力降低。原因是：a.酶和载体结合时，活性中心的氨基酸也或多或少地参与了结合，使得酶的结构发生部分变化，酶活力有一部分丧失。b.由于载体的存在，有空间位阻，影响底物和酶接触，酶的活性得不到全部表达。细胞固定化后，一般酶活力不下降。细胞内酶受细胞膜、壁的保护。生物工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞固定化酶结构的改变生物工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞2、稳定性酶或细胞被固定化后，由于载体的存在，酶分子的结构或细胞被约束，对外部恶劣环境的敏感性下降，

8、使其稳定性增加（对热、对各种化学试剂等）。而且有时稳定性增加的幅度比较大。生物工程专业课程生化工程第七章固定化酶固定化细胞3、催化特征a.底物专一性：当底物为大分子时，酶或细胞对底物专一性下降；当底物为小分子时，酶或细胞