固定化酶的制备和应用 PPT课件
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固定化酶技术ppt课件
固定化酶应有最小的空间位阻。 酶与载体必须结合牢固，利于固定化酶的回收及反
复使用。 固定化酶应有最大的稳定性，所选载体不与废物、
产物或反应液发生化学反应。 固定化酶成本要低，以利于工业使用。
7
3.1 固定化酶的传统制备方法
3.1.1吸附法
吸附法是利用物理吸附法，将酶固定在纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻 璃、离子交换树脂等载体上的固定方式。显著特点是：工艺简便及条件温 和，包括无机、有机高分子材料，吸附过程可同时达到纯化和固定化；酶 失活后可重新活化，载体也可再生。但要求载体的比表面积要求较大，有 活泼的表面。
酶与载体的结合部位不应当是酶的活性部位（酶 活性中心的氨基酸残基不发生变化）
避免那些可能导致酶蛋白高级结构破坏的条件。 由于酶蛋白的高级结构是凭借氢键、疏水键和离
子键等弱键维持，所以固定化时要采取尽量温和 的条件，尽可能保护好酶蛋白的活性基团。
6
固定化应该有利于生产自动化、连续化。 载体能抗一定的机械力。
(2)微囊型
把酶包埋在由高分 子聚合物制成的小 球内，制成固定化 酶。由于形成的酶 小球直径一般只有 几微米至几百微米， 所以也称为微囊化 法。
9
1.3结合法 酶蛋白分子上与不溶性固相支持物表面上通过离子键结合而使酶固定
的方法，叫离子键结合法。其间形成化学共价键结合的固定化方法叫 共价键结合法。共价键结合法结合力牢固，使用过程中不易发生酶的 脱落，稳定性能好。该法的缺点是载体的活化或固定化操作比较复杂， 反应条件也比较强烈，所以往往需要严格控制条件才能获得活力较高 的固定化酶。
11
3.2固定化酶的新型制备方法
3.2.1共价固定法 酶分子表面存在很多可供利用的化学基团。选择性地利用酶分子表面远离
复使用。 固定化酶应有最大的稳定性，所选载体不与废物、
产物或反应液发生化学反应。 固定化酶成本要低，以利于工业使用。
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3.1 固定化酶的传统制备方法
3.1.1吸附法
吸附法是利用物理吸附法，将酶固定在纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻 璃、离子交换树脂等载体上的固定方式。显著特点是：工艺简便及条件温 和，包括无机、有机高分子材料，吸附过程可同时达到纯化和固定化；酶 失活后可重新活化，载体也可再生。但要求载体的比表面积要求较大，有 活泼的表面。
酶与载体的结合部位不应当是酶的活性部位（酶 活性中心的氨基酸残基不发生变化）
避免那些可能导致酶蛋白高级结构破坏的条件。 由于酶蛋白的高级结构是凭借氢键、疏水键和离
子键等弱键维持，所以固定化时要采取尽量温和 的条件，尽可能保护好酶蛋白的活性基团。
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固定化应该有利于生产自动化、连续化。 载体能抗一定的机械力。
(2)微囊型
把酶包埋在由高分 子聚合物制成的小 球内，制成固定化 酶。由于形成的酶 小球直径一般只有 几微米至几百微米， 所以也称为微囊化 法。
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1.3结合法 酶蛋白分子上与不溶性固相支持物表面上通过离子键结合而使酶固定
的方法，叫离子键结合法。其间形成化学共价键结合的固定化方法叫 共价键结合法。共价键结合法结合力牢固，使用过程中不易发生酶的 脱落，稳定性能好。该法的缺点是载体的活化或固定化操作比较复杂， 反应条件也比较强烈，所以往往需要严格控制条件才能获得活力较高 的固定化酶。
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3.2固定化酶的新型制备方法
3.2.1共价固定法 酶分子表面存在很多可供利用的化学基团。选择性地利用酶分子表面远离
固定化酶-PPT精品文档
世界第一例获得工业应用的固定化酶是 DEAESephadex A-25吸附的氨基酰化酶反应用于 DL-AA的光学分析。
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9
（二）、包埋法
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1、凝胶包埋法（胶格包埋法）：
第七章 固定化酶
（Immobilized Enzyme）
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1
酶在水溶液中不稳定，一般不能反复使 用，而且不易与产物分离，不利于产物 的提纯和精制。 针对这些限制酶广泛应用的因素，将 水溶性酶或游离细胞经过化学或物理手 段处理，将酶束缚在一定的空间内，限 制酶分子在此区间进行活跃的催化作用， 成为不溶于水的固定化的酶或细胞。 固定化酶:固定在载体上，并在一定范 围内进行催化反应的酶。
锲而舍之，朽木不折。锲而不2.吸附法的优点、缺点
吸附法的优点：操作简单，可供选择的载体类型多， 吸附过程可同时达到纯化和固化的目的，所得到的 固定化酶使用失活后可以重新活化和再生。 吸附法的缺点：酶和载体的结合力不强，易脱落， 会导致催化活力的丧失和沾污反应产物。
离子结合法(ion binding)是指在适宜的pH和离子强度
条件下，利用酶的侧链解离基团和离子交换基间的 相互作用而达到酶固定化的方法（离子键）。
最常用的交换剂有CM-纤维素、DEAE-纤维素、DEAE-葡聚 糖凝胶等；其他离子交换剂还有各种合成的树脂如 Amberlite XE-97、Dowe X-50等。
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4
吸附法 包埋法 共价结合法 交联法
课题5制备和应用固定化酶课件
固定化酶与生物反应器的结合
01
通过优化生物反应器的设计和操作条件，提高固定化酶的催化
效率和产物收率。
固定化酶与分离技术的结合
02
利用分离技术对固定化酶反应产物进行分离和纯化，提高产品
的纯度和产率。
固定化酶与传感器技术的结合
03
将固定化酶应用于传感器技术中，实现对生物分子和化学物质
的快速、灵敏和准确的检测。
注意个人防护
在进行实验操作时，应佩戴防护眼镜、口 罩等个人防护用品，以防止意外伤害。
实验结果分析
数据记录
误差分析
在实验过程中，应认真记录实验数据，包括反应时间、温度、浓度等参数。
对实验结果进行误差分析，找出可能 影响实验结果的因素，提高实验的准 确性和可靠性。
结果分析
根据实验数据，分析固定化酶的催化 性能和应用效果，比较不同条件下的 反应结果。
以控制。
固定化酶的表征
01
02
03
04
酶活性的测定
通过测定固定化酶的催化活性， 评估其催化效果。
载酶量的测定
通过测定载体上固定化酶的质 量或数量，评估固定化效果。
稳定性评估
比较固定化酶与游离酶在不同 条件下的稳定性差异。
传质性能分析
分析固定化酶在催化反应过程 中的传质性能，为其应用提供
依据。
02
04
固定化酶的发展趋势和前景
新技术的应用
01
02
03
纳米技术
利用纳米材料和纳米结构 的特点，提高固定化酶的 稳定性和活性。
生物工程技术
利用基因工程和蛋白质工 程技术，改良酶的特性和 提高固定化酶的效率。
计算机模拟技术
利用计算机模拟酶的催化 反应过程，优化固定化酶 的反应条件和设计新型固 定化酶。
第四章固定化酶ppt讲解
随着固定化技术的发展，也可采用含酶菌体 或菌体碎片进行固定化，直接应用菌体或菌 体碎片中的酶或酶系进行催化反应，这称之 为固定化菌体或称固定化死细胞。
1973年，日本首次在工业上成功地应用固定 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。
固定化酶和固定化菌体都是以酶的应用为目 的，它们的制备和应用方法也基本相同
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。固定化细胞是指固定在载体 上并在一定的空间范围内进行生命活动的细胞。也称 为固定化活细胞或固定化增殖细胞。
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α-淀粉酶的研究成功，开始了用 固定化细胞生产酶的先例。
玉米淀粉 → 液化、糖化 → 葡萄糖浆 → 膜 过滤 → 离交、浓缩 → 异构化 → 部分变成 果糖（42%）→混合 →浓缩、精制→ 55% 高果糖浆 参与的酶： α—淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶 葡萄糖异构酶
淀粉酶能将淀粉水解为葡萄糖吗?
固定化菌体
用于固定化的酶，起初都是采用经提取和分 高纯化后的酶。
这一发现是酶的推广应用的转折点，也是酶工程发展的转折点。在此基 础上，酶的固定化技术日新月异。
60年代后期，固定化技术迅速发展。 1969年，日本的千烟一郎首次在工业 生产规模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。
此后，固定化技术迅速发展，促使酶 工程作为一个独立的学科从发酵工程 中脱颖而出。
缺点： 固定化过程中往往会引起酶的失活 固定化酶活力回收率低，且不适合用于 高分子质量的底物。
高果糖浆
也称果葡糖浆或异构糖浆，它是 以酶法糖化淀粉所得的糖化液，经葡 萄糖异构酶的异构作用，将其中一部 分葡萄糖异构成果糖，由葡萄糖和果 糖而组成的一种混合糖糖浆。
1973年，日本首次在工业上成功地应用固定 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。
固定化酶和固定化菌体都是以酶的应用为目 的，它们的制备和应用方法也基本相同
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。固定化细胞是指固定在载体 上并在一定的空间范围内进行生命活动的细胞。也称 为固定化活细胞或固定化增殖细胞。
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α-淀粉酶的研究成功，开始了用 固定化细胞生产酶的先例。
玉米淀粉 → 液化、糖化 → 葡萄糖浆 → 膜 过滤 → 离交、浓缩 → 异构化 → 部分变成 果糖（42%）→混合 →浓缩、精制→ 55% 高果糖浆 参与的酶： α—淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶 葡萄糖异构酶
淀粉酶能将淀粉水解为葡萄糖吗?
固定化菌体
用于固定化的酶，起初都是采用经提取和分 高纯化后的酶。
这一发现是酶的推广应用的转折点，也是酶工程发展的转折点。在此基 础上，酶的固定化技术日新月异。
60年代后期，固定化技术迅速发展。 1969年，日本的千烟一郎首次在工业 生产规模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。
此后，固定化技术迅速发展，促使酶 工程作为一个独立的学科从发酵工程 中脱颖而出。
缺点： 固定化过程中往往会引起酶的失活 固定化酶活力回收率低，且不适合用于 高分子质量的底物。
高果糖浆
也称果葡糖浆或异构糖浆，它是 以酶法糖化淀粉所得的糖化液，经葡 萄糖异构酶的异构作用，将其中一部 分葡萄糖异构成果糖，由葡萄糖和果 糖而组成的一种混合糖糖浆。
《固定化酶》PPT课件 (2)
包埋法
网格法 微囊法
化学结合法
交联法 共价结合法
1、物理吸附法
(physical adsorption)
• 是通过氢键、疏水键等作用力将酶吸附于不溶性载体的方法。
• 选择载体的原则
①要有巨大的比表面积
② 要有活泼的表面 ③ 便于装柱进行连续反应。
常用的载体有：
• (1)有机载体： • 纤维素、骨胶原、火棉胶及面筋、淀粉等。
第三章
酶的固定化
• 第一节 酶的固定化 • 第二节 辅酶的固定方法 • 第三节 固定化细胞 • 第四节 固定化酶的性质及其影响因素 • 第五节 固定化酶催化反应动力学
对于现代工业来说，酶不是一种理想的 催化剂
• 绝大多数水溶性的酶，酶蛋白对外界环境很敏 感，极易失活。催化结束后极难回收，只能进 行分批生产。
• 特点:
它的机械强度高，在包埋的同时使酶共价偶联到 高聚物上。
缺点：酶容易漏失，以低分子量蛋白质为甚。调 整交联剂浓度与交联程度可以得到克服。
• 海藻酸钠
它从海藻中提取出来，可被多价离子Ca2+、Al 3+凝胶化 ，操作简单经济。
• K-角叉莱胶（卡拉胶）
• 卡拉胶(K-Carrageenin)是由角叉菜(又称鹿角菜；Cawageen)中提取的一种多糖。
可以冷却成胶或与二、三价金属离子成胶。 包埋条件温和无毒性，机械强度好。固定化 的酶活回收率和稳定性都比聚丙烯酰胺法好 。
(2)微囊化包埋法
➢微囊法主要将酶封装在半透性聚合物膜的微 囊中（如胶囊、脂质体和中空纤维）。
➢胶囊和脂质体主要用于医学治疗； 中空纤维主要适于工业使用 。
➢主要包括
（1）界面沉淀法 （2）界面聚合法 （3）脂质体包埋法
高中生物 3.2 固定化酶的制备和应用课件 苏教版选修1
探究点一 探究点二 探究点三
2.结果分析与评价 (1)凝胶珠的颜色和形状:如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色,说明海藻 酸钠的浓度偏低,固定的酵母细胞数目较少;如果形成的凝胶珠不是圆形或椭 圆形,则说明海藻酸钠的浓度偏高,制作失败,需要再作尝试。 (2)检验凝胶珠的质量是否合格,可以使用下列方法。一是用镊子夹起一 个凝胶珠放在实验桌上用手挤压,如果凝胶珠不容易破裂,没有液体流出,就表 明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠,如果凝胶珠很容易 弹起,也能表明制备的凝胶珠是成功的。
提示:固定化酵母细胞包埋在海藻酸钠内,不容易与葡萄接触。可用葡 萄糖溶液代替鲜葡萄,将固定化酵母细胞加到葡萄糖溶液中发酵,葡萄糖容 易透过海藻酸钠进入到凝胶珠内部。
探究点一 探究点二 探究点三
●名师精讲●
1.实验流程的几点提醒 (1)选用的干酵母要具有较强的活性,而且物种单一。 (2)酵母菌细胞活化时体积会变大,因此活化前应选择体积足够大的容器, 防止酵母菌细胞的活化液溢出。 (3)海藻酸钠溶液的配制是固定化细胞的关键,因为如果海藻酸钠浓度过 高,将很难形成凝胶珠,如果浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母菌细胞的数 量少,也会影响实验结果。 (4)溶化海藻酸钠时要用小火或间断加热,避免海藻酸钠发生焦糊。 (5)将溶化后的聚乙烯醇—海藻酸钠溶液先冷却至 45 ℃,再与预热至 35 ℃ 的酵母菌培养液混合,避免高温杀死酵母菌细胞。要混合均匀,不要进入气泡。 (6)固定化酵母菌细胞时,应将酵母菌—聚乙烯醇—海藻酸钠胶液用注射 器以恒定速度缓慢滴入饱和硼酸—氯化钙溶液中,而不是注射,以免影响凝胶 珠的形成。 (7)细胞的固定要在严格的无菌条件下进行,如定容时要用蒸馏水,冲洗凝 胶珠要用无菌水。
固定化细胞 一系列酶 明胶、琼脂糖、海藻酸 钠、醋酸纤维素、聚丙烯 酰胺 包埋法
固定化酶简述 PPT课件 通用
固定化酶的应用固定能源开发化学分析生物工程临床诊断医学环境保护酶的固定化及应用研究已得到长足进展开发新型固定化技术进传统固定化方法和注重天然高分子载体改性是酶固定化研究的主要趋生物学及生物工程医学及生命科学仍是固定化酶应用的重要场合适于化学化工及环境科学领域应用的固定化酶具有生态环境材料的鲜明特应给予足够重视
不足：由于包埋 优点：酶不参加化
学反应，整体结 构保持不变，酶 的催化活性得到 很好保留。
物或半透膜具 有一定的空间 或立体阻碍作 用，因此对一 些反应不适用
• 形式较物理法少 • 过程较物理法复杂 • 与物理法比较可形成相对 分子质量更大、不溶性的 固定化酶
传统固定化技术的改进
• 基于传统载体材料的各自优点与不足，通 过改性充分发挥其优势并弥补不足，将会 显著提高所得固定化酶的性能，已成为固 定化酶载体材料研究的主要内容之一。 • 经过近几十年的不断发展，已经产生了很 多制备载体固定化酶的新方法。
水不溶性大分子载体结合或把酶包 埋在水不溶性凝胶或半透膜的微囊 体中制成的。
┌─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐ │景┆等┆生┆的┆酶┆于┆便┆制┆系┆稳│ │。┆方┆产┆酶┆是┆自┆于┆，┆统┆定│ │ ┆面┆、┆应┆近┆动┆运┆能┆中┆性│ │ ┆有┆化┆用┆十┆化┆输┆反┆分┆增│ │ ┆诱┆学┆技┆余┆生┆和┆复┆离┆加│ │ ┆人┆分┆术┆年┆产┆贮┆多┆，┆，│ │ ┆的┆析┆，┆发┆。┆存┆次┆且┆易│ │ ┆应┆和┆在┆展┆固┆，┆使┆易┆从│ │ ┆用┆医┆工┆起┆定┆有┆用┆于┆反│ │ ┆前┆药┆业┆来┆化┆利┆。┆控┆应│ └─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘
简讯
我国自主开发成功固定化酶技术
“ 十五” 国家科技攻关计划’ 纳米材料 技术及应用开发 ’ 延续项目——纳米结构固 定化酶组装技术的开发，上 周在北京通过了 中国石油和化学工业协会、 中国钢协粉末冶 金协会共同组织的专家验收。这一成果可望 使我国 摆脱依赖进口载体生产固定化青霉素 酰化酶催化剂的被动局面，促进我国固定化 酶技术提升和抗生素产业可持续发 展。
不足：由于包埋 优点：酶不参加化
学反应，整体结 构保持不变，酶 的催化活性得到 很好保留。
物或半透膜具 有一定的空间 或立体阻碍作 用，因此对一 些反应不适用
• 形式较物理法少 • 过程较物理法复杂 • 与物理法比较可形成相对 分子质量更大、不溶性的 固定化酶
传统固定化技术的改进
• 基于传统载体材料的各自优点与不足，通 过改性充分发挥其优势并弥补不足，将会 显著提高所得固定化酶的性能，已成为固 定化酶载体材料研究的主要内容之一。 • 经过近几十年的不断发展，已经产生了很 多制备载体固定化酶的新方法。
水不溶性大分子载体结合或把酶包 埋在水不溶性凝胶或半透膜的微囊 体中制成的。
┌─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐ │景┆等┆生┆的┆酶┆于┆便┆制┆系┆稳│ │。┆方┆产┆酶┆是┆自┆于┆，┆统┆定│ │ ┆面┆、┆应┆近┆动┆运┆能┆中┆性│ │ ┆有┆化┆用┆十┆化┆输┆反┆分┆增│ │ ┆诱┆学┆技┆余┆生┆和┆复┆离┆加│ │ ┆人┆分┆术┆年┆产┆贮┆多┆，┆，│ │ ┆的┆析┆，┆发┆。┆存┆次┆且┆易│ │ ┆应┆和┆在┆展┆固┆，┆使┆易┆从│ │ ┆用┆医┆工┆起┆定┆有┆用┆于┆反│ │ ┆前┆药┆业┆来┆化┆利┆。┆控┆应│ └─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘
简讯
我国自主开发成功固定化酶技术
“ 十五” 国家科技攻关计划’ 纳米材料 技术及应用开发 ’ 延续项目——纳米结构固 定化酶组装技术的开发，上 周在北京通过了 中国石油和化学工业协会、 中国钢协粉末冶 金协会共同组织的专家验收。这一成果可望 使我国 摆脱依赖进口载体生产固定化青霉素 酰化酶催化剂的被动局面，促进我国固定化 酶技术提升和抗生素产业可持续发 展。
固定化酶PPT参考幻灯片
17
LOGO
展望
膜反应器融酶触转化、产品分离、 酶剂再利用为一体
将酶固定化与酶的选择性修饰结合
将酶固定化与细胞固定化结合
酶固定化 的发展方向
18
LOGO
19
将酶固定在生物膜 或超滤膜上，制造 出来的生物膜反应 器5Biblioteka LOGO固定化酶的优点
能反复使用
对热、pH等的稳定性提高， 对抑制剂的敏感性降低
经过简单过滤离心， 产品与酶可分离开
反应空间大大缩小 ， 从而能准确控制反应,
可以消除侧反应
优点
应用制成酶电极的固定 化酶建成监测化学反应 的系统
适用于连续化、自动化生产
日本一家制药公司第一次将 固定化的酰化氨基酸水解酶 用来从混合氨基酸中生产L-氨基酸， 开辟了固定化酶工业化的新纪元。
4
LOGO
固定化酶简介
定义
常用 技术
先进 方法
通过化学或物理的 处理方法，使原来 水不溶的酶与固态 的水不溶性支持物 结合或被载体包埋 。
物理吸附法、交联 、共价结合及包埋 等方法
3
LOGO
背景
发展历程
自1972
1916
Neleson和Griffin 最先发现了 酶的固定化现象。科学家就 开始了固定化酶的研究工作。
1969
1970
已固定了几种芽孢杆菌和链 霉菌中提取的葡萄糖异构化 酶，并大量应用于工业生产。
我国开始了固定化酶的研究工作， 许多单位相继进行了固定化酶和 固定化细胞的应用。
新型载体
高分子复合物 ， 因其 优良的传质性能 、 电 解质的灵敏介电特性 以 及 良好 的生物相容性 等特点， 也成为固定化 酶良好的新型载体， 在 酶固定化 领域 显示 了 广 阔的应用前景 。
LOGO
展望
膜反应器融酶触转化、产品分离、 酶剂再利用为一体
将酶固定化与酶的选择性修饰结合
将酶固定化与细胞固定化结合
酶固定化 的发展方向
18
LOGO
19
将酶固定在生物膜 或超滤膜上，制造 出来的生物膜反应 器5Biblioteka LOGO固定化酶的优点
能反复使用
对热、pH等的稳定性提高， 对抑制剂的敏感性降低
经过简单过滤离心， 产品与酶可分离开
反应空间大大缩小 ， 从而能准确控制反应,
可以消除侧反应
优点
应用制成酶电极的固定 化酶建成监测化学反应 的系统
适用于连续化、自动化生产
日本一家制药公司第一次将 固定化的酰化氨基酸水解酶 用来从混合氨基酸中生产L-氨基酸， 开辟了固定化酶工业化的新纪元。
4
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固定化酶简介
定义
常用 技术
先进 方法
通过化学或物理的 处理方法，使原来 水不溶的酶与固态 的水不溶性支持物 结合或被载体包埋 。
物理吸附法、交联 、共价结合及包埋 等方法
3
LOGO
背景
发展历程
自1972
1916
Neleson和Griffin 最先发现了 酶的固定化现象。科学家就 开始了固定化酶的研究工作。
1969
1970
已固定了几种芽孢杆菌和链 霉菌中提取的葡萄糖异构化 酶，并大量应用于工业生产。
我国开始了固定化酶的研究工作， 许多单位相继进行了固定化酶和 固定化细胞的应用。
新型载体
高分子复合物 ， 因其 优良的传质性能 、 电 解质的灵敏介电特性 以 及 良好 的生物相容性 等特点， 也成为固定化 酶良好的新型载体， 在 酶固定化 领域 显示 了 广 阔的应用前景 。
3.2制备和应用固定化酶 课件(苏教版选修1)
生产成本；(3)反应后酶会混在产物中，可能影响
产品质量。
二、固定化细胞技术的应用 1.固定化细胞技术
通过各种方法将______ 细胞 与一定的载体结合，
使其仍保持原有的__________ 生物活性 ，这一过程
称为细胞固定化。
2.细胞固定化的方法 (1)吸附法：是制备固定化动物细胞的主要方
法，此法也可制备固定化植物细胞，它既可
C．细胞个大，难被吸附或结合
D．细胞宜采用包埋法固定
解析：选A。一般来说，酶更适合采用化学结 合法和物理吸附法固定，而细胞多采用包埋法 固定。这是由于细胞相对较大，而酶分子相对 很小，个大的细胞难以被吸附或结合，个小的 酶容易从包埋材料中漏出。
固定化细胞技术及其应用、 优缺点
1.方法
(1)吸附法
2.制备固定化酶 目前，制备固定化酶的方法主要有________ 吸附法 、 交联法 、包埋法等。 ________ (1)吸附法的显著特点是工艺简便且 ____________ 条件温和 ，在生产实践中应用广泛； (2)交联法是利用多功能试剂进行酶与载体之间 的交联，在酶和多功能试剂之间形成 共价键 ，从而得到三维的交联网架结构； _________
A．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面
D．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作 用只是作为反应底物 【思路点拨】 本题主要考查固定化酶和固定 化细胞的异同。解答本题关键掌握： ①固定化酶每次只是固定一种酶，而固定化细
胞发挥作用的是整个细胞中所有的酶分子。
②固定化酶作为一种有机物需要适宜的温度、 pH，但不需要氧气和营养条件。
第二节 制备和应用固定化酶
学习导航 1.固定化酶和固定化细胞的应用。(重点)
2．固定化酶与固定化细胞的制备方法。(难点)
固定化酶ppt课件
载体带正电荷，pH向酸性方向移动。 11
产物性质对固定化酶体系pH的影响
催化反应的产物为酸性时，固定化酶的pH值比游离 酶的pH值高；反之则低
12
4． 最适温度变化
一般与游离酶差不多，但有些会有较明显的变化。
5． 底物特异性变化
作用于低分子底物的酶特异性没有明显变化
既可作用于低分子底物又可作用于大分子低物的酶 特异性往往会变化。
9
3． 最适pH的变化
pH对酶活性的影响：
（1） 改变酶的空间构象 （2）影响酶的催化基团的解离 （3）影响酶的结合基团的解离 （4）改变底物的解离状态，酶与底物
不能结合或结合后不能生成产物。
10
载体对固定化酶体系pH的影响
载体带负电荷，pH向碱性方向移动。
微环境是指在固定化酶附近的局部环境，而把主 体溶液称为宏观环境。
酶
60
酶固定化方法选择依据：
（1） 酶的性质 （2） 载体的性质 （3） 制备方法的选择
61
四、辅酶固定化
原因
有机辅因子中具有某些特殊的化学基团，参与酶的催化 反应
有机辅因子在使用过程中要流失，并且不能自行再生 有机辅因子价格昂贵
——工业上应用全酶的关键是有机辅因子的保留和再生
感应电极
酶电极示意图
ß－D－葡萄糖＋O2
D－葡萄糖酸－1，5－内酯＋H2O 69
葡萄糖氧化酶
葡萄糖＋醌＋H2O
葡萄糖酸＋氢醌
Pt
氢醌
醌＋2H＋＋2e－
铂电极
70
（2）脲电极 Urea + 2H2O
脲酶
2NH4++2HCO3-
产生的2NH4+为阳离子电极感应。
产物性质对固定化酶体系pH的影响
催化反应的产物为酸性时，固定化酶的pH值比游离 酶的pH值高；反之则低
12
4． 最适温度变化
一般与游离酶差不多，但有些会有较明显的变化。
5． 底物特异性变化
作用于低分子底物的酶特异性没有明显变化
既可作用于低分子底物又可作用于大分子低物的酶 特异性往往会变化。
9
3． 最适pH的变化
pH对酶活性的影响：
（1） 改变酶的空间构象 （2）影响酶的催化基团的解离 （3）影响酶的结合基团的解离 （4）改变底物的解离状态，酶与底物
不能结合或结合后不能生成产物。
10
载体对固定化酶体系pH的影响
载体带负电荷，pH向碱性方向移动。
微环境是指在固定化酶附近的局部环境，而把主 体溶液称为宏观环境。
酶
60
酶固定化方法选择依据：
（1） 酶的性质 （2） 载体的性质 （3） 制备方法的选择
61
四、辅酶固定化
原因
有机辅因子中具有某些特殊的化学基团，参与酶的催化 反应
有机辅因子在使用过程中要流失，并且不能自行再生 有机辅因子价格昂贵
——工业上应用全酶的关键是有机辅因子的保留和再生
感应电极
酶电极示意图
ß－D－葡萄糖＋O2
D－葡萄糖酸－1，5－内酯＋H2O 69
葡萄糖氧化酶
葡萄糖＋醌＋H2O
葡萄糖酸＋氢醌
Pt
氢醌
醌＋2H＋＋2e－
铂电极
70
（2）脲电极 Urea + 2H2O
脲酶
2NH4++2HCO3-
产生的2NH4+为阳离子电极感应。
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本 4．固定化酶应用的常见方式
课 栏
(1)间歇式：每次反应完后，经_离__心__或__过__滤___法
目
收集酶后再重复利用。
开 关
(2)连续式：用固定化酶制成的_反__应__柱___进行不
间断的重复利用，如图。
图中①是反应柱，②是固定化酶，③是分布着
小孔的筛板，不允许酶颗粒通过，而反应液可
以自由流出。
目 开
_纤__维__素__酶___。 其中应用最 广泛、效果最 明显的是
关
_碱__性__蛋__白__酶___和__碱__性__脂__肪__酶___。
2．酶制剂具有催化效率_高___，低能耗、低污染，可以大
规模地应用于_食__品___、化工等各个领域。
知识储备区
第8课时
3．酶大多数是_蛋__白__质___，对环境条件敏感，易_失__活___；
关
__葡__萄__糖__和__半__乳__糖__，可以减少这种症状。
②固定乳糖酶用的是凝胶包埋法：凝胶是由
__丙__烯__酰__胺__(Arc) 和 _N__，__N_－__甲__叉__双__丙__烯__酰__胺___(Bis) 形成的三维网状结构的_高__聚___化合物，将酶和凝胶混 合，酶即包埋在凝胶内部的_微__孔___中，从而将酶固定。
学习探究区
第8课时
(2)方法步骤
①乳糖酶的溶解：准确称取乳糖酶 100 mg，然后将其溶
本
解在 pH__7_.3__的磷酸缓冲液中，其中单体__A_r_c__浓度为
课 栏
质量分数 20%，交联剂__B_i_s __浓度为质量分数 5%。
目 开 关
②聚合：将含有 N，N，N′，N′－四甲基乙二胺和 _过__硫__酸__铵___的磷酸缓冲液迅速倒入乳糖酶的溶解液中，
物分离，提高产品质量；可以反复利用，降低生产成本；
但是固定化酶作为生物催化剂，具有一定的生物至消失，即固定化酶
不能长久使用。例如：生产高果糖浆的固定化酶一般只能
连续使用半年。
自我检测区
第8课时
3．酶的固定方法不包括
(D )
A．将酶吸附在载体表面上
本 课
B．将酶相互连接起来
学习探究区
第8课时
(2)酶的固定方法 根据酶的_性__质___和载体_特__性___需要采用不同的方法，有 本 时还需要将几种方法联合使用：
课 栏 目 开 关
学习探究区
第8课时
①是_吸__附___法：是将酶吸附到载体表面；
②是_载__体__偶__联___法：是将酶通过共价键结合到载体的表面；
③是__交__联__法：通过把酶交互连接、相互结合从而将酶固定；
学习探究区
本 课 栏 目 开 关
第8课时
吸附 载体
交联 包埋
凝胶 微格
漂洗
聚合
检测 回收
自我检测区
第8课时
1．固定化酶技术通常采用
本
课
A．包埋法
栏
目
B．化学结合和物理吸附固定法
开
关
C．活化法
(B)
D．微囊化法 解析 酶的体积较小，容易从包埋的材料中漏出来，
所以一般采用化学结合和物理吸附固定法。
自我检测区
固定化酶在工业生产和医学等方面有着重要的用途，下面我
们就利用固定化酶来检测牛奶中乳糖的分解。
1．实验原理
本 课
乳糖酶可以将牛奶中的乳糖分解为__半__乳__糖__和__葡__萄__糖___，
栏 目
还原糖可和__斐__林__试剂反应生成_砖___红__色化合物，根据
开
关
化合物颜色的深浅变化，可以了解乳糖酶的作用活性。
溶液中的酶_很__难__回__收___，不能再次利用，提高了生产
本
成本；反应后的酶会混合在产物中，如不除去会
课
栏 目
_影__响__产__品__质__量___。
开 关
4．乳糖是一种_二___糖，主要存在于动物的__乳__汁__之中。 5．常见的还原性糖有_葡__萄___糖、__果__糖、半乳糖、麦芽
糖，在 还原性糖溶液中 加入新制的 __斐__林__试剂，在
(2)加酶分解：向 A 烧杯内加入适量的__固__定__化__酶___制剂，
_4_5_～__5_0___ ℃条件下保温 45 min，保温过程中要用预先
灭过菌的玻璃棒每隔一段时间轻轻搅拌。
本 课
(3)检测乳糖的分解：保温到时后，将牛奶__过__滤__。用移
栏 目 开 关
液管分别取 A 烧杯和 B 烧杯内的牛奶滤液各 2 mL，放 到两支试管中，用移液管取_斐__林___试剂各 2 mL 分别放 入被检试管中，然后把试管放入装有__热__水___的烧杯中，
面没有固定的酶冲洗掉，0～4 ℃保存备用
学习探究区
第8课时
本
解析 对于固定化乳糖酶的制备过程中始终都应该是用
课 栏
缓冲液来维持 pH 的相对稳定，从而保证酶不会变性失
目 开
活，而对于聚合反应完成后形成凝胶应该在温度为 4 ℃，
关
而不是 40 ℃。
答案 C
学习探究区
第8课时
探究点二 固定化酶的应用
学习探究区
第8课时
归纳提炼
检测牛奶中乳糖的分解实验的注意事项
(1)检测乳糖酶对牛奶的分解时，为了使实验现象更明
本
显，可以适当减少底物鲜牛奶的量或增加固定化酶的
课 栏
含量，或适当延长保温时间。
目 开
(2)加酶分解时，温度不宜过高或过低，否则酶变性失
关
活或活性太低，得不到实验结果或不明显。
(3)酶回收要用缓冲液反复洗涤固定化酶，维持酶的活
课
栏 D．实验步骤：鲜牛奶处理→加酶分解→检测乳糖的分解→固
目
开
定化酶的回收
关
解析 牛奶中乳糖分解的检测原理是乳糖酶可以将乳糖
分解为半乳糖和葡萄糖；还原糖可与斐林试剂反应产生
砖红色沉淀；根据化合物颜色的深浅变化，可以了解乳
糖酶的作用活性。实验步骤：鲜牛奶处理→加酶分解→
检测乳糖的分解→固定化酶的回收。
本 课
④是__包__埋__法：是将酶或者细胞包埋在细微的网格里。
栏 目
(3)固定化酶技术的优缺点
开 关
①优点：_稳__定___性好，而且与_底__物__和__产__物___容易分离。
②缺点：一次只能固定一种酶，不利于催化一系列的反应。
小贴士 为了解决固定化酶不能催化一系列反应的问
题，人们又发展出固定化细胞技术，直接将整个细胞固
缓慢搅拌混匀，_4__℃条件下进行__聚__合__反应 30 min。
③漂洗：聚合反应完成后形成__凝__胶__，用小刀切成小块， 用_缓__冲__液___洗涤 4～6 次，_0_～__4__℃保存备用。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
学习探究区
第8课时
(3)讨论
①制备固定化乳糖酶时为什么要用缓冲液配制凝胶单体？
本 课
答案 酶活性易受温度和酸碱度的影响，用缓冲液配制
栏 目
凝胶单体能保持溶液中 pH 的相对稳定，从而保证实验
开 关
过程中酶的活性。
②漂洗凝胶的目的是什么？
答案 将凝胶表面没有固定的乳糖酶冲洗干净。
学习探究区
第8课时
归纳提炼
1．固定化酶的优点
本
(1)同一批固定化酶能在工艺流程中重复多次地使用；
课 栏
栏 目
C．将酶包埋在细微网格里
开 关
D．将酶制成固体酶制剂，如加酶洗衣粉中的酶
2．方法步骤 (1)鲜牛奶的处理：取新鲜牛奶 0.5 kg 放入 1 000 mL 干净 烧杯中，__8_5_～__9_0__ ℃巴氏灭菌。将灭菌后的牛奶冷却至 __4_5_～__5_0___ ℃，_过__滤___后平均分为两部分，一部分放入 A 烧杯，另一部分放到 B 烧杯内作对照。
学习探究区
第8课时
加酶分解是用预先灭过菌的玻璃棒每隔一段时间轻轻搅
拌；固定化酶回收用的是缓冲液反复冲洗固定化酶。所
以 C 正确。 答案 C
学习探究区
第8课时
3．下列关于牛奶中乳糖的分解的检测的相关叙述，错误的是( B ) A．乳糖酶可以将乳糖分解为半乳糖和葡萄糖
B．还原糖可与双缩脲试剂反应产生砖红色沉淀
本 C．根据化合物颜色的深浅变化，可以了解乳糖酶的作用活性
性；再用体积分数为 0.05%的双氧水洗涤，达到消毒
目的，以防固定化酶被微生物污染；然后于 0～4 ℃下
保存，以备下次再使用。
学习探究区 活学活用
第8课时
2．下列有关检测牛奶中乳糖的分解的实验过程正确的是 ( )
A．取新鲜牛奶 0.5 kg 放入 1000 mL 干净烧杯中，100 ℃沸
水灭菌。将灭菌后的牛奶冷却至 45 ℃～50 ℃，过滤后
定，催化一系列的生化反应。
学习探究区
第8课时
2．固定化乳糖酶的制备
(1)实验原理
①乳糖酶学名为__β_－__D_－__半__乳__糖__苷__水__解____酶，是工业
本
中应用相当广泛的一种酶，较多地应用于乳制品加工
课 栏
中。很多人小肠黏膜内的乳糖酶活性严重降低，导致
目 开
__乳__糖__不__耐__症 。用 乳糖 酶处理 部分乳 糖， 分解 为
_水__浴__加__热___的条件下，会出现_砖__红___色的沉淀。
学习探究区
第8课时
探究点一 固定化酶及其制备
由于酶的分离与提纯有许多技术性难题，造成酶制剂来源有
本
课 限、成本高、不利于大规模使用。利用固定化酶技术可以解
栏
目 决这些难题。
开