酶固定化演示教学.ppt

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1、酶固定化早在1916年，美国科学家奈尔森和格里芬就发现，酶和载体结合以后，在水中呈不溶解状态时，仍然具有生物催化活性。1953年，德国科学家格鲁布霍费和施莱斯首先将聚氨基苯乙烯树脂重氮化，然后将淀粉酶等与这种载体结合，制成了固定化淀粉酶。7/31/202121969年，日本科学家千畑一郎首先在工业上应用固定化氨基酰化酶生产出L-氨基酸。同年，各国科学家开始使用“酶工程”这一名称来代表生产和使用酶制剂这一新兴的科学技术领域。1971年，第一次国际酶工程学术会议在美国召开，会议的主题就是固定化酶的研制和应用。7/31

2、/20213采用各种方法，将酶与水不溶性的载体结合，制备固定化酶的过程。固定化酶（ImmobilizedEnzyme）：固定在载体上并在一定的空间范围内进行催化反应的酶。7/31/20214固定化酶的优点：（1）同一批固定化酶能在工艺流程中重复多次地使用；（2）固定化后，和反应物分开，有利于控制生产过程，同时也省去了热处理使酶失活的步骤；7/31/20215（3）稳定性显著提高；（4）可长期使用，并可预测衰变的速度；（5）提供了研究酶动力学的良好模型。7/31/20216固定化酶水溶性酶水不溶性载体固定化技术水不

3、溶性酶（固定化酶）7/31/202177/31/202187/31/20219固定化菌体：固定在载体上的菌体或菌体碎片。固定化酶和固定化菌体都是以酶的应用为目的。7/31/202110酶的固定化技术和固定化酶化学偶联酶固定化间歇可溶交联包埋吸附间歇连续7/31/202111第一节酶的固定化方法7/31/202112固定化酶的制备方法、制备材料多种多样，不同的制备方法和材料，固定化后酶的特性不同。对于特定的目标酶，要根据酶自身的性质、应用目的、应用环境来选择固定化载体和方法。7/31/202113在具体选择时，一

4、般应遵循以下几个原则。（1）必须注意维持酶的构象，特别是活性中心的构象。酶的催化反应取决于酶本身蛋白质分子所特有的高级结构和活性中心，为了不损害酶的催化活性及专一性，酶在固定化状态下发挥催化作用时，既需要保证其高级结构，又要使构成活性中心的氨基酸残基不发生变化。7/31/202114这就要求酶与载体的结合部位不应当是酶的活性部位，应避免活性中心的氨基酸残基参与固定化反应；另外，由于酶蛋白的高级结构是凭借疏水键、氢键、盐键等较弱的键维持的，所以固定化时应采取尽可能温和的条件，避免那些可能导致酶蛋白高级结构破坏的条件

5、，如高温、强酸、强碱、有机溶剂等处理。7/31/202115（2）酶与载体必须有一定的结合程度。酶的固定化既不影响酶的原有构象，又能使固定化酶能有效回收贮藏，利于反复使用。（3）固定化应有利于自动化、机械化操作。这要求用于固定化的载体必须有一定的机械强度，才能使之在制备过程中不易破坏或受损。（4）固定化酶应有最小的空间位阻。固定化应尽可能不妨碍酶与底物的接近，以提高催化效率和产物的量。7/31/202116（5）固定化酶应有最大的稳定性。在应用过程中，所选载体应不和底物、产物或反应液发生化学反应。（6）固定化酶的

6、成本适中。工业生产必须要考虑到固定化成本，要求固定化酶应是廉价的，以利于工业使用。7/31/202117酶的固定化方法主要可分为四类：吸附法、包埋法、共价键结合法和交联法等。吸附法和共价键结合法又可统称为载体结合法。7/31/202118吸附法吸附法（adsorption）是通过载体表面和酶分子表面间的次级键相互作用而达到固定目的的方法，是固定化中最简单的方法。酶与载体之间的亲和力是范德华力、疏水相互作用、离子键和氢键等。吸附法又可分为物理吸附法和离子吸附法。7/31/202119物理吸附法(physicalad

7、sorption)是通过物理方法将酶直接吸附在水不溶性载体表面上而使酶固定化的方法。是制备固定化酶最早采用的方法，如α-淀粉酶、糖化酶、葡萄糖氧化酶等都曾采用过此法进行固定化。物理吸附法常用的有机载体如纤维素、胶原、淀粉及面筋等；无机载体如活性炭、氧化铝、皂土、多孔玻璃、硅胶、二氧化钛、羟基磷灰石等。物理吸附法7/31/202120物理吸附法制备固定化酶，操作简单、价廉、条件温和，载体可反复使用，酶与载体结合后，活性部位及空间构象变化不大，故所制得的固定化酶活力较高。但由于靠物理吸附作用，酶和载体结合不牢固，在使

8、用过程中容易脱落，所以使用受到限制。常与交联法结合使用。7/31/202121离子吸附法(ionadsorption)是将酶与含有离子交换基团的水不溶性载体以静电作用力相结合的固定化方法，即通过离子键使酶与载体相结合的固定化方法。此法固定的酶有葡萄糖异构酶、糖化酶、β-淀粉酶、纤维素酶等，在工业上用途较广。如最早应用于工业化生产的氨基酰化酶，就是使用多糖类阴离子交换剂二乙