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时间:2019-07-18
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1、Chapter5Immobilizedenzymeandcell固定化酶和细胞酶应用过程中的一些不足酶的稳定性较差:除了某些耐高温的酶,如α-淀粉酶等;和胃蛋白酶等可以耐受较低的pH条件以外,大多数的酶在高温、强酸、强碱和重金属离子等外界因素影响下,都容易变性失活。酶的一次性使用:酶一般都是在溶液中与底物反应,这样酶在反应系统中,与底物和产物混在一起,反应结束后,即使酶仍有很高的活力,也难于回收利用。这种一次性使用酶的方式,不仅使生产成本提高,而且难于连续化生产。产物的分离纯化较困难:酶反应后成为杂质与产物混在一起,无疑给产物的进
2、一步的分离纯化带来一定的困难。固定化技术Contentsofchapter5-1酶与细胞的固定化1、什么是固定化技术和固定化酶2、固定化酶的研究历史3、酶的固定化技术4、固定化酶的特点GoGoGoGo5、细胞、原生质体的固定化固定化生物技术——通过化学或物理的手段将酶或游离细胞定位于限定的空间区域内,使其保持活性并可反复利用。1.酶是蛋白质,稳定性差(热、酸碱、有机溶剂对其有影响)。2.不能回收,也使产物中混杂酶蛋白。3.分离纯化困难。游离酶的缺点:固定化酶和固定化细胞的定义及特点固定化酶(immobilizedenzyme)被局
3、限在某一特定区域上的、并且保留了它们的催化活力,可以反复、连续使用的酶。5.1酶与细胞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)固定化技术优点:(1)可提高稳定性。(2)能回收,易与产物分离,可反复使用。缺点:(1)存在扩散限制。适于催化小分子物质。(2)酶活性下降。2.固定化细胞(immobilizedcell)固定在载体上并在一定空间范围内进行生命活动(生长、繁殖、新陈代谢)的细胞。优越性:(1)降低成本,省去酶的分离纯化工作;(2)既可作为单一酶,也可作为复合酶系完成部分代谢过程。局限性:(1)细胞内
4、多种酶的存在,会形成不需要的副产物。(2)细胞膜、细胞壁和载体都存在着扩散限制作用。3.固定化原生质体意义:(1)固定化原生质体去除了细胞壁的扩散障碍,有利于氧的传递,营养成分的吸收和胞内产物的分泌。(2)原生质体不稳定,容易破裂,固定化后,由于载体的保护作用,稳定性提高。制备固定化酶的依据1.固定化酶必须能保持酶原有的专一性、高效催化能力和常温、常压下能起催化反应等特点。2.固定化酶应能回收、贮藏,利于反复使用。3.固定化酶应用于机械化和自动化操作,所用载体常有一定的机械强度。4.固定化酶应能保持甚至超过原有酶液的活性。即要保护
5、活性中心基团。5.固定化酶应能最大程度与底物接近,从而提高产量。具有最小的空间位阻。6.固定化酶应有最大的稳定性。7.固定化酶应易与产物分离。固定化酶的研究从50年代开始,1953年德国的Grubhofer和Schleith采用聚氨基苯乙烯树脂为载体与羧肽酶、淀粉酶、胃蛋白酶、核糖核酸酶等结合,制成固定化酶。60年代后期,固定化技术迅速发展起来。1969年,日本的千烟一郎首次在工业上生产应用固定化氨基酰化酶从DL-氨基酸连续生产L-氨基酸,实现了酶应用史上的一大变革。在1971年召开的第一次国际酶工程学术会议上,确定固定化酶的统一
6、英文名称为Immobilizedenzyme。5.2固定化酶的研究历史随着固定化技术的发展,出现固定化菌体。1973年,日本首次在工业上应用固定化大肠杆菌菌体中的天门冬氨酸酶,由反丁烯二酸连续生产L-天门冬氨酸。在固定化酶和固定化菌体的基础上,70年代后期出现了固定化细胞技术。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生产淀粉酶,开始了用固定化细胞生产酶的先例。1982年,日本首次研究用固定化原生质体生产谷氨酸,取得进展。固定化原生质体由于解除了细胞壁的障碍,更有利于胞内物质的分泌,这为胞内
7、酶生产技术路线的变革提供了新的方向。5.3酶固定化技术活性中心:保护酶的催化作用,并使酶的活性中心的氨基酸基团固有的高级结构不受到损害,在制备固定化酶时,需要在非常严密的条件下进行。功能基团:如游离的氨基、羧基、半胱氨酸的巯基、组氨酸的咪唑基、酪氨酸的酚基、丝氨酸和苏氨酸的羟基等,当这些功能基团位于酶的活性中心时,要求不参与酶的固定化结合酶的高级结构:要避免用高温、强酸、强碱等处理,而且有机溶剂、高浓度的盐也会使酶变性、失活,因此,操作应尽量在非常温和的条件下进行。固定化酶操作的注意事项5.3酶固定化技术固定化方法酶的固定化方法吸
8、附法结合法交联法包埋法网格型微囊型共价键结合法离子键结合法1、吸附法利用各种固体吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面上,而使酶固定化的方法。常用的固体吸附剂有活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、硅胶、羟基磷灰石等。操作简便,条件温和,不会引起酶
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