固定化酶的制备及应用.pdf

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1、第2期高分子通报·13·固定化酶的制备及应用1!12李彦锋，李军荣，伏莲娣（1.兰州大学化学化工学院，兰州大学材料科学与工程研究所，兰州730000；2.甘肃省科学院自然能源研究所，兰州730000）摘要：酶的固定化及其酶促反应是最具发展前景的生物技术前沿领域之一。固定化酶已经广泛应用于生物化学、生物技术与工程、生物医学工程、化学化工等方面，将在人类社会可持续发展中发挥重要作用。本文综述了近期固定化酶制备及应用研究的进展。关键词：酶；固定化酶；酶促反应；生物技术；生物工程酶的固定化（Immobiiizationofenzymes）是用固体材料将酶束缚或限制

2、于一定区域内，仍能进行［1］其特有的催化反应、并可回收及重复使用的一类技术。与游离酶相比，固定化酶在保持其高效、专一及温和的酶催化反应特性的同时，还呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作［2］［3~5］［6~8］连续及可控、工艺简便等一系列优点，不仅在化学、生物学及生物工程、医学及生命科［9~12］学等学科领域得到迅速发展，而且因为具有节省资源与能源、减少或防治污染的生态环境效应［13］而符合可持续发展的战略要求。［1，2］依据酶的性质及用途，可通过包埋法、交联法、吸附法及共价结合法来实现酶的固定化。包埋法分为网格型和微囊型两类，其制备工艺简

3、便且条件较为温和、可获得较高的酶活力回收。交联法亦称架桥法，游离酶的氨基酸残基与双官能团或多功能团交联剂反应而被固定化、可得酶蛋白单位浓度较高的固定化酶。吸附法包括物理吸附和离子结合法，工艺简便及条件温和是其显著特点，可供选择的载体涉及天然或合成的无机与有机高分子材料、有时酶的纯化与固定化尚可同时实现。共价结合法因酶分子与载体之间的共价结合而呈现良好的稳定性及重复使用性，是目前研究最为［14］活跃的一类酶固定化方法。诚然，前述各种酶固定化方法亦有各自的不足，如包埋法中高分子凝胶或半透膜的分子尺寸选择性不利于大分子底物与产物的扩散，交联法与共价结合法因为较激

4、烈的共价反应而使酶活力损失较大，吸附法中由离子键、氢键、偶极键及疏水键固定的酶易受反应介质pH、离子强度等的影响而从载体上脱落。这些不足限制了固定化酶的广泛应用，成为急待解决的主要问题。因此，开发简便、温和、适用的固定化方法，设计合成性能优异且可控的载体，以及应用工艺的优化研究等使固定化酶及其酶促反应研究至今方兴未艾，仍是目前研究热点之一。1新型固定化技术的开发运用当代高新技术、设计合成新型载体以及两者的有机结合是引人注目的研究动向。利用超基金项目：兰州大学中青学术骨干基金资助项目（LD810718）；作者简介：李彦锋（1954—），男，甘肃省秦安县人，现

5、任兰州大学化学化工学院副教授、兰州大学材料科学与工程研究所副所长.理学博士.多年从事高分子学科的教学与科研，研究方向为功能高分子和高分子材料，内容涉及反应性高分子、生物医用高分子、耐高温高分子材料及农业节水微灌器材等；!通讯联系人。·14·高分子通报2001年4月［15］声波使高分子主链均裂产生自由引发功能性单体聚合成嵌段共聚物载体固定化酶的结果表明，借助现代技术可使一般性聚合物经功能化改性成为新的酶固定化载体。磁性体Fe304与聚苯乙烯、含醛基聚合物一起溶解混合后再除去溶剂时可获得磁性载体，其固定化葡萄糖氧化酶在适宜条［8］件下的酶活力回收可高达70%，

6、磁性载体固定化酶由于Fe304的磁响应性而能借助外部磁场简［16~18］便地回收，已引起人们的极大研究兴趣。导电聚合物作为酶固定化载体时特别有利于酶电极［11，19~21］［22］类生物传感器的制备，这里研究较多的是葡萄糖氧化酶、应用最广泛的是聚吡咯、应用目［11］标主要是生物医学检测。!射线引发丙烯醛与聚乙烯膜接枝聚合后，活性醛基可共价固定化葡［23］60萄糖氧化酶并呈现良好结果；CO辐照冰冻态水溶性单体与酶的水溶液混合体时将使单体聚合与酶固定化同步完成，其回到常温时因冰融化而形成的多孔结构非常有利于底物与产物的扩散、并［24］［25］可提高酶活性。等离

7、子体活化处理聚丙烯膜接枝丙烯酸后可用于固定化胰蛋白酶，而等离子体引发丙烯酰胺聚合包埋固定化的葡萄糖氧化酶用于麦芽糖的酶促转化时，运转20天也未发现酶［26］［27］活性损失现象、显示出优良的操作稳定性。光敏性单体聚合包理固定化酶或带光敏性基团的［28］载体共价固定化酶时，由于条件温和可获得酶活力较高、稳定性良好的固定化酶。!-异丙基丙烯酰胺与丙烯酰胺及其衍生物共聚可得到温敏性水凝胶载体，其固定化嗜热菌蛋白酶时可实现均［29］相催化与异相分离的统一，温敏载体的较低临界液相温度（LCST）可通过改变!-取代丙烯酰胺［30］的结构予以调整。温敏载体是环境敏感性载

8、体的一种，类似地酸敏性载体固定化酶时亦可达到［31］［32］良好效