酶的固定化优秀PPT
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2、空间障碍效应
固定化之后，由于酶的空间自由度受到限制(因为载体 的空隙太小，或者固定化方式与位置不当，给酶的活性部 位造成了空间屏障)，使酶分子的活性基团不易于底物或效 应物接触，影响酶分子的分子活性中心对底物的定位作用, 所造成的对固定化酶的活力的影响效应，被称为空间障碍 效应。
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40
64
1）酶传感器的原理
酶传感器主要由固定 化酶膜和变换器组成： 固定化酶膜：选择性 地“识别”并催化被 检测物质发生化学反 应 变换器：把催化反应 中底物或产物的变量 转换成电信号，通过 仪表显示出来。
65
（2）酶电极（葡萄糖氧化酶电极） 半透膜 酶胶层
感应电极
1967年Updike等采用 酶的固定化技术，将葡萄 糖氧化酶固定在疏水膜上， 然后再和氧电极结合，组 装成了世界上第一个生物 传感器——葡萄糖氧化酶 电极。
优点：操作简单、条件温和、 载体廉价易得、可反复使用。
缺点：结合力不劳、容易脱落。 9
2.包埋法
将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中， 使酶固定化的方法称为包埋法。
载体：琼脂、琼脂糖、海藻酸钠、角叉菜胶、明胶、 聚丙烯酰胺……
（1）凝胶包埋法：以各种多孔凝胶为载体，将酶、 细胞或原生质体包埋在凝胶的微孔内的固 定化方法。
1.必须注意维持酶的催化活性和专一性 2.酶与载体结合牢固 3.载体的机械强度 4.固定化酶要有最小的空间位阻 5.载体稳定，不可与底物、产物发生反应 6.固定化酶要廉价
34
三 固定化酶的性质
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37
1、分配效应
由于载体和底物的性 质差异引起了微环境和宏 观环境之间的性质不同。 微环境是在固定化酶附近 的局部环境，而将主体溶 液称为宏观环境。由这种 不同造成的底物、产物和 各种效应物在两个环境之 间的不同分配，被称为分 配效应。
A. 消血栓：
纤溶酶是异源蛋白质，在人体内引起免疫反 应，无法长期使用。
酶的不稳定性使其在较短的时间内失活。 用包埋法制备的酶固定化技术可克服上
述弊端，酶在囊中不能漏出，小分子物质能 自由进出。
62
B.人工肾
将病人血液中 的尿素经脲酶水 解成氨，再用活 性炭吸附。即： 用微胶囊固定化 脲酶和活性炭组 成人工肾。
67
血乳酸分析仪
SBA-70型血糖乳酸自动分析仪
68
HI96707 亚硝酸离子浓度比色仪
69
青霉素过敏皮试测试仪
四、固定化酶反应器
Go 1、什么是酶反应器? Go 2、理想酶反应器的要求 Go 3、各种酶反应器的特点 Go 4、酶反应器的选择和使用 Go 5、酶反应器的设计 Go 6、酶反应器的发展
氨基酰化酶 葡萄糖异构酶或含该酶菌体 青霉素酰胺酶 含有门冬氨酸的菌体 含有反丁烯二酸酶的菌体 乳糖酶 碱性蛋白酶 葡萄糖氧化酶和氧化氢酶 柚苷酶 木瓜蛋白酶 脂肪酶 脂肪酶
55
固定化方法
载体结合法 载体结合法或交联法 载体结合法 胶格包埋法 胶格包埋法 载体结合法 载体结合法 胶格包埋法 载体结合法 载体结合法或包埋法 胶格包埋法 载体结合法
第五章 酶固定化
1
Go 一、固定化酶发展简史 Go 二、固定化酶制备 Go 三、固定化酶的性质 Go 四、固定化酶反应器 Go 五、固定化酶的应用
2
游离酶的缺点
1.酶的稳定性较差，在温度、pH、和无 机离子等外界因素的影响下，容易变 性失活。
2.酶一般都是在水溶液中与底物反应， 反应结束后酶难以回收。
酶分子中可以形成共价键的基团：
氨基、羧基、巯基、羟基、酚基、咪唑基
13
载体 活泼基团
14
载体活化的方法
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1. 活化
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酶辅助蛋白交联法
29
30
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酶分子之间共价交联和与水不溶性载体共价偶联
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固定化方法与载体的选择
一、酶固定化的历史
1953年 1969年 1971年 1973年
Grubhofer,Schleith 以聚氨基苯乙烯固定羧肽酶、 淀粉酶、胃蛋白酶
千火田一郎
固定化氨基酰化酶，DL-氨基 酸拆分
第一届国际酶工程 固定化酶：Immobilized
大会
Enzyme
日本
固定大肠杆菌生产天冬氨酸
1979年 1982年 日本
原料
乙酰-DL-氨基酸 葡萄糖 青霉素G 反丁烯二酸 反丁烯二酸 牛奶 牛奶 蛋白 桔类果汁 生啤酒 植物油 植物油
产物
类固醇 L-丙氨酸
D-苯甘氨酸 ATP 核苷酸类味 精 乙醇
啤酒
L-亮氨酸 乙酸 乳酸 淀粉酶 杆菌肽 氢气
酶或细胞
固定化方法
原料
含脱氢酶及羟化酶的菌体
胶格包埋法
含有L-门冬氨酸、β-脱羧酶的菌 包埋法 体
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1 什么是酶反应器？
酶和固定化酶在体外进行催化反应时，都必需在一定的 反应容器中进行，以便控制酶催化反应的各种条件和催 化反应的速度。
用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器。
酶反应器是用于完成酶促反应的核心装置。它为酶催化反 应提供合适的场所和最佳的反应条件，以便在酶的催化下， 使底物（原料）最大限度地转化成产物。它处于酶催化应 过程的中心地位，是连接原料和产物的桥梁。
(2) 能用电脑自动检测和调控，从而获得最佳的反应条件。
(3) 应具有良好的传质和混合性能。传质是指底物和产物在反 应介质中的传递。传质阻力是反应器速度限制的主要因素。
(4) 应具有最佳的无菌条件，否则，杂菌污染使反应器的生产
能力下降。
73
3.常见的酶反应器
按结构区分 搅拌罐式反应器（Stirred Tank Reactor, STR） 鼓泡式反应器(bubble column reactor, BCR ) 填充床式反应器(packed column reactor, PCR ) 流化床式反应器( Fluidized Bed Reactor, FBR) 膜反应器(Membrane Reactor, MR)
（1）离子结合法：通过离子键使酶与载体结 合的固定化方法。
+ -+
+-+ -
-
-
++++++-++ -
--
-
-+-+++++++
载体：DEAE纤维素、 TEAE纤维素、 DEAE葡聚糖凝胶 ……
12
（2）共价结合法：通过共价键将酶与载体结 合的固定化方法。
载体：纤维素 琼脂糖凝胶 葡聚糖凝胶 甲壳质 氨基酸共聚物 ……
聚乙烯氯或多孔砖 吸附或海藻酸包埋 角叉胶包埋 水合氧化钛吸附 明胶包埋 聚丙烯酰胺胶包埋 聚丙烯酰胺胶包埋 聚丙烯酰胺或琼脂包 埋
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类固醇前体 L-门冬氨酸
乙酰-DL-苯基苷氨酸 ADP RNA
葡萄糖培养基
苏氨酸培养基 乙醇培养基
实例：
A.葡萄糖异构酶
世界上生产规模最大， 应用最为成功的一种固定化 酶。
63
3、固定化酶在分析化学中的应用
固定化酶在生化分析和临床检验中的应用也是一个十 分重要的领域，它的发展非常迅速，这不仅因为它们 比较稳定，可反复使用，能实行自动化、连续化等， 而且因为它们对抑制剂和活化剂比较不敏感，因此可 用于较复杂体系的检测。
分析化验中应用的固定化酶大体分为两类： 酶传感器(酶电极) 固定化酶柱检测器,包括固定化酶柱和检测器
在医药治疗上的应用5511固定化酶在工农业生产上的应用固定化酶在工农业生产上的应用酶或细胞固定化方法l氨基酸果糖浆6apal门冬氨酸l苹果酸低乳糖牛奶乳糖干蛋白果汁脱苦啤酒植物白脱脂肪酸氨基酰化酶葡萄糖异构酶或含该酶菌体青霉素酰胺酶含有门冬氨酸的菌体含有反丁烯二酸酶的菌体乳糖酶碱性蛋白酶葡萄糖氧化酶和氧化氢酶木瓜蛋白酶脂肪酶脂肪酶载体结合法载体结合法或交联法载体结合法胶格包埋法胶格包埋法载体结合法载体结合法胶格包埋法载体结合法载体结合法或包埋法胶格包埋法载体结合法乙酰dl氨基酸葡萄糖青霉素g反丁烯二酸反丁烯二酸牛奶牛奶蛋白桔类果汁生啤酒植物油植物油56酶或细胞固定化方法类固醇l丙氨酸d苯甘氨酸atp核苷酸类味乙醇啤酒l亮氨酸乙酸乳酸淀粉酶杆菌肽氢气含脱氢酶及羟化酶的菌体含有l门冬氨酸脱羧酶的菌氨基酰化酶乙酰激酶5磷酸二酯酶5腺苷酸脱氨酶sacharomycescarlsbergensie或scerevisiae同上serratiamarcescensaectobctersp
按操作方式区分 分批式反应(batch ) 连续式反应(continuous ) 流加分批式反应(feeding batch )
3、扩散限制效应
酶固定化使生物催化反应从均相转 化为多相，于是产生了扩散阻力：
1） 外扩散阻力是底物从宏观环 境向酶颗粒表面传递过程中的一种扩 散限制效应，它发生在反应之前，发 生在固定化颗粒周围的液膜层。
它会使底物在固相酶周围形成浓 度梯度，通过增加搅拌速度和底物流 速的方法可以减少外扩散效应。
41
2） 内扩散阻力是指底物分子达到固相酶表面后 传递到酶活性部位时的一种扩散阻力，它与催化 反应同时进行。
载体小而弯曲的细孔是产生内扩散阻力的主 要原因。因此使用低分子量底物，小的粒径、载 体孔尽可能大而直且互相连通，或仅仅将酶固定 在载体表面都可以降低这种内扩散阻力。
42
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对蛋白酶的抵抗性增强，不易被蛋白酶水解。
固定化植物细胞：长春花和毛 地黄细胞
固定原生质体生产谷氨酸
6
二、固定化酶的制备
7
（一）、酶的固定化方法
吸附法
包埋法 结合法
胶体包埋法 半透膜包埋法 离子键结合法 共价键结合法
交联法
热处理法 8
1.吸附法
吸附法是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。
活性炭、氧化铝、硅藻 土、多孔陶瓷、多孔玻 璃、硅胶、羟基磷灰石。
71
生物催化 剂制备
过程调控
能量
原料
消
预处理
毒
酶反应器
产物分
产
离提纯
品
空气
除菌
热量
酶催化反应过程示意图
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2 理想的酶反应器的要求
生物反应器设计的主要目标： 使产品的质量最高，生产成本最低。
评价生物反应器的主要标准： 反应器生产能力的大小和产品质量的高低。
(1) 所用生物催化剂应具有较高的比活和酶浓度（或细胞浓 度），才能得到较大的产品转化率。
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游离酶：
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固定化酶：
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四、固定化酶的应用
Go 1.在工、农业生产上的应用 Go 2.在医药、治疗上的应用 Go 3.在分析化学中的应用
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1、固定化酶在工农业生产上的应用
产物
酶或细胞
L-氨基酸 果糖浆
6-APA L-门冬氨酸 L-苹果酸 低乳糖牛奶 乳糖 干蛋白 果汁脱苦 啤酒 植物白脱 脂肪酸
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A-L-Ala A-D-Ala
储 罐
固定化酶 柱子
泵 反应产物
消Leabharlann 离心机旋反
应
器
L-Ala A-D-Ala
B. 氨基酰化酶（Aminoacylase） 世界上第一种工业化生产的固定化酶58
晶体 L-Ala
2、固定化酶在医药治疗上的应用
溶液酶的应用缺陷： 酶作为异体物质，在体内应用会导致免疫反应 酶是蛋白质，在体内易被网状内皮系统移除和
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（2）半透膜包埋法 将酶包埋在由各种高分子聚合物制成的小
球内，制成固定化酶. 制备方法： 酶， 水， 乙二胺
癸二酰氯+氯仿
包埋法 优点：结合力牢、活力回收高、底物专一性不变。
缺点：制备较难，载体无法回收、扩散限制。 11
3.结合法
选择适宜载体，使之通过共价键或离子键 与酶结合在一起的固定化方法称为结合法。
被蛋白质酶水解破坏 由于稀释效应，药物酶无法集中于靶器官组织
以达到治疗所需的最适高浓度
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（1）转入体内发挥作用（口服和注入）
口服：最初主要限于消化酶类，近年来也有人尝试将酶以 口服方式用于尿中毒等疾患的治疗。口服的优点是药物通 过粘膜吸收后能迅速进行扩散，进入体内，通常不会引起 免疫反应。
注入：是最有实用价值的一种方式，溶液酶的弱点集中于 此方式。 固定化酶可很好的地解决这一问题，办法是将药物酶包埋 于半透膜中，可防止药物酶和蛋白水解酶以及其它免疫因 子等直接接触，因而可延长酶在体内的半衰期和避免免疫 过敏反应。
氨基酰化酶 乙酰激酶 5’-磷酸二酯酶，5’-腺苷酸脱氨酶 Sacharomyces carlsbergensie
载体结合法 载体结合法 载体结合法
或S.Cerevisiae 同上
角叉胶或聚丙烯 酰胺胶包埋
Serratia marcescens Aectobcter.sp. 乳酸杆菌与酵母 Bacillus substilis Bacill sp. Clostridium butyicum Rhodospirillium rubrum
3.反应结束后，酶成为产物的杂质。
3
4
概念
固定化酶是指固定在载体上并在一定的 空间范围内进行催化反应的酶。固定化酶既 保持了酶的催化特性，又克服了游离酶的不 足之处，具有增强稳定性，可反复或连续使 用以及易于和反应产物分开等显著特点。直 接固定菌体或菌体碎片的，称为固定化菌体 或固定化死细胞。
5
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（2）通过“体外循环”做成人工脏器
固定化酶也可做成“人工脏器”参与体外循环， 应用有两方面：
用于除去有害的毒性物质及有潜在毒害作用的代谢产物 除去氨基酸，使需要这些物质的病变组织“饿死”；治疗时
只需将患者的血液引出体外，通过由固定化酶等构成的“人 工脏器”加以处理，然后再回流体内。
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实例：
酶电极示意图
葡萄糖氧化酶
葡萄糖＋醌＋H2O
葡萄糖酸＋氢醌
氢醌
Pt 醌＋2H＋＋2e－
铂电极
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（3）脲电极 Urea + 2H2O
脲酶
2NH4++2HCO3-
产生的2NH4+为阳离子电极感应。
此外还有： 氨基酸电极 醇电极 尿酸电极 乳酸电极 青霉素电极 亚硝酸离子电极：菠菜亚硝酸还原酶产生NH3
2、空间障碍效应
固定化之后，由于酶的空间自由度受到限制(因为载体 的空隙太小，或者固定化方式与位置不当，给酶的活性部 位造成了空间屏障)，使酶分子的活性基团不易于底物或效 应物接触，影响酶分子的分子活性中心对底物的定位作用, 所造成的对固定化酶的活力的影响效应，被称为空间障碍 效应。
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1）酶传感器的原理
酶传感器主要由固定 化酶膜和变换器组成： 固定化酶膜：选择性 地“识别”并催化被 检测物质发生化学反 应 变换器：把催化反应 中底物或产物的变量 转换成电信号，通过 仪表显示出来。
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（2）酶电极（葡萄糖氧化酶电极） 半透膜 酶胶层
感应电极
1967年Updike等采用 酶的固定化技术，将葡萄 糖氧化酶固定在疏水膜上， 然后再和氧电极结合，组 装成了世界上第一个生物 传感器——葡萄糖氧化酶 电极。
优点：操作简单、条件温和、 载体廉价易得、可反复使用。
缺点：结合力不劳、容易脱落。 9
2.包埋法
将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中， 使酶固定化的方法称为包埋法。
载体：琼脂、琼脂糖、海藻酸钠、角叉菜胶、明胶、 聚丙烯酰胺……
（1）凝胶包埋法：以各种多孔凝胶为载体，将酶、 细胞或原生质体包埋在凝胶的微孔内的固 定化方法。
1.必须注意维持酶的催化活性和专一性 2.酶与载体结合牢固 3.载体的机械强度 4.固定化酶要有最小的空间位阻 5.载体稳定，不可与底物、产物发生反应 6.固定化酶要廉价
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三 固定化酶的性质
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1、分配效应
由于载体和底物的性 质差异引起了微环境和宏 观环境之间的性质不同。 微环境是在固定化酶附近 的局部环境，而将主体溶 液称为宏观环境。由这种 不同造成的底物、产物和 各种效应物在两个环境之 间的不同分配，被称为分 配效应。
A. 消血栓：
纤溶酶是异源蛋白质，在人体内引起免疫反 应，无法长期使用。
酶的不稳定性使其在较短的时间内失活。 用包埋法制备的酶固定化技术可克服上
述弊端，酶在囊中不能漏出，小分子物质能 自由进出。
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B.人工肾
将病人血液中 的尿素经脲酶水 解成氨，再用活 性炭吸附。即： 用微胶囊固定化 脲酶和活性炭组 成人工肾。
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血乳酸分析仪
SBA-70型血糖乳酸自动分析仪
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HI96707 亚硝酸离子浓度比色仪
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青霉素过敏皮试测试仪
四、固定化酶反应器
Go 1、什么是酶反应器? Go 2、理想酶反应器的要求 Go 3、各种酶反应器的特点 Go 4、酶反应器的选择和使用 Go 5、酶反应器的设计 Go 6、酶反应器的发展
氨基酰化酶 葡萄糖异构酶或含该酶菌体 青霉素酰胺酶 含有门冬氨酸的菌体 含有反丁烯二酸酶的菌体 乳糖酶 碱性蛋白酶 葡萄糖氧化酶和氧化氢酶 柚苷酶 木瓜蛋白酶 脂肪酶 脂肪酶
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固定化方法
载体结合法 载体结合法或交联法 载体结合法 胶格包埋法 胶格包埋法 载体结合法 载体结合法 胶格包埋法 载体结合法 载体结合法或包埋法 胶格包埋法 载体结合法
第五章 酶固定化
1
Go 一、固定化酶发展简史 Go 二、固定化酶制备 Go 三、固定化酶的性质 Go 四、固定化酶反应器 Go 五、固定化酶的应用
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游离酶的缺点
1.酶的稳定性较差，在温度、pH、和无 机离子等外界因素的影响下，容易变 性失活。
2.酶一般都是在水溶液中与底物反应， 反应结束后酶难以回收。
酶分子中可以形成共价键的基团：
氨基、羧基、巯基、羟基、酚基、咪唑基
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载体 活泼基团
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载体活化的方法
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1. 活化
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酶辅助蛋白交联法
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酶分子之间共价交联和与水不溶性载体共价偶联
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固定化方法与载体的选择
一、酶固定化的历史
1953年 1969年 1971年 1973年
Grubhofer,Schleith 以聚氨基苯乙烯固定羧肽酶、 淀粉酶、胃蛋白酶
千火田一郎
固定化氨基酰化酶，DL-氨基 酸拆分
第一届国际酶工程 固定化酶：Immobilized
大会
Enzyme
日本
固定大肠杆菌生产天冬氨酸
1979年 1982年 日本
原料
乙酰-DL-氨基酸 葡萄糖 青霉素G 反丁烯二酸 反丁烯二酸 牛奶 牛奶 蛋白 桔类果汁 生啤酒 植物油 植物油
产物
类固醇 L-丙氨酸
D-苯甘氨酸 ATP 核苷酸类味 精 乙醇
啤酒
L-亮氨酸 乙酸 乳酸 淀粉酶 杆菌肽 氢气
酶或细胞
固定化方法
原料
含脱氢酶及羟化酶的菌体
胶格包埋法
含有L-门冬氨酸、β-脱羧酶的菌 包埋法 体
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1 什么是酶反应器？
酶和固定化酶在体外进行催化反应时，都必需在一定的 反应容器中进行，以便控制酶催化反应的各种条件和催 化反应的速度。
用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器。
酶反应器是用于完成酶促反应的核心装置。它为酶催化反 应提供合适的场所和最佳的反应条件，以便在酶的催化下， 使底物（原料）最大限度地转化成产物。它处于酶催化应 过程的中心地位，是连接原料和产物的桥梁。
(2) 能用电脑自动检测和调控，从而获得最佳的反应条件。
(3) 应具有良好的传质和混合性能。传质是指底物和产物在反 应介质中的传递。传质阻力是反应器速度限制的主要因素。
(4) 应具有最佳的无菌条件，否则，杂菌污染使反应器的生产
能力下降。
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3.常见的酶反应器
按结构区分 搅拌罐式反应器（Stirred Tank Reactor, STR） 鼓泡式反应器(bubble column reactor, BCR ) 填充床式反应器(packed column reactor, PCR ) 流化床式反应器( Fluidized Bed Reactor, FBR) 膜反应器(Membrane Reactor, MR)
（1）离子结合法：通过离子键使酶与载体结 合的固定化方法。
+ -+
+-+ -
-
-
++++++-++ -
--
-
-+-+++++++
载体：DEAE纤维素、 TEAE纤维素、 DEAE葡聚糖凝胶 ……
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（2）共价结合法：通过共价键将酶与载体结 合的固定化方法。
载体：纤维素 琼脂糖凝胶 葡聚糖凝胶 甲壳质 氨基酸共聚物 ……
聚乙烯氯或多孔砖 吸附或海藻酸包埋 角叉胶包埋 水合氧化钛吸附 明胶包埋 聚丙烯酰胺胶包埋 聚丙烯酰胺胶包埋 聚丙烯酰胺或琼脂包 埋
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类固醇前体 L-门冬氨酸
乙酰-DL-苯基苷氨酸 ADP RNA
葡萄糖培养基
苏氨酸培养基 乙醇培养基
实例：
A.葡萄糖异构酶
世界上生产规模最大， 应用最为成功的一种固定化 酶。
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3、固定化酶在分析化学中的应用
固定化酶在生化分析和临床检验中的应用也是一个十 分重要的领域，它的发展非常迅速，这不仅因为它们 比较稳定，可反复使用，能实行自动化、连续化等， 而且因为它们对抑制剂和活化剂比较不敏感，因此可 用于较复杂体系的检测。
分析化验中应用的固定化酶大体分为两类： 酶传感器(酶电极) 固定化酶柱检测器,包括固定化酶柱和检测器
在医药治疗上的应用5511固定化酶在工农业生产上的应用固定化酶在工农业生产上的应用酶或细胞固定化方法l氨基酸果糖浆6apal门冬氨酸l苹果酸低乳糖牛奶乳糖干蛋白果汁脱苦啤酒植物白脱脂肪酸氨基酰化酶葡萄糖异构酶或含该酶菌体青霉素酰胺酶含有门冬氨酸的菌体含有反丁烯二酸酶的菌体乳糖酶碱性蛋白酶葡萄糖氧化酶和氧化氢酶木瓜蛋白酶脂肪酶脂肪酶载体结合法载体结合法或交联法载体结合法胶格包埋法胶格包埋法载体结合法载体结合法胶格包埋法载体结合法载体结合法或包埋法胶格包埋法载体结合法乙酰dl氨基酸葡萄糖青霉素g反丁烯二酸反丁烯二酸牛奶牛奶蛋白桔类果汁生啤酒植物油植物油56酶或细胞固定化方法类固醇l丙氨酸d苯甘氨酸atp核苷酸类味乙醇啤酒l亮氨酸乙酸乳酸淀粉酶杆菌肽氢气含脱氢酶及羟化酶的菌体含有l门冬氨酸脱羧酶的菌氨基酰化酶乙酰激酶5磷酸二酯酶5腺苷酸脱氨酶sacharomycescarlsbergensie或scerevisiae同上serratiamarcescensaectobctersp
按操作方式区分 分批式反应(batch ) 连续式反应(continuous ) 流加分批式反应(feeding batch )
3、扩散限制效应
酶固定化使生物催化反应从均相转 化为多相，于是产生了扩散阻力：
1） 外扩散阻力是底物从宏观环 境向酶颗粒表面传递过程中的一种扩 散限制效应，它发生在反应之前，发 生在固定化颗粒周围的液膜层。
它会使底物在固相酶周围形成浓 度梯度，通过增加搅拌速度和底物流 速的方法可以减少外扩散效应。
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2） 内扩散阻力是指底物分子达到固相酶表面后 传递到酶活性部位时的一种扩散阻力，它与催化 反应同时进行。
载体小而弯曲的细孔是产生内扩散阻力的主 要原因。因此使用低分子量底物，小的粒径、载 体孔尽可能大而直且互相连通，或仅仅将酶固定 在载体表面都可以降低这种内扩散阻力。
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对蛋白酶的抵抗性增强，不易被蛋白酶水解。
固定化植物细胞：长春花和毛 地黄细胞
固定原生质体生产谷氨酸
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二、固定化酶的制备
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（一）、酶的固定化方法
吸附法
包埋法 结合法
胶体包埋法 半透膜包埋法 离子键结合法 共价键结合法
交联法
热处理法 8
1.吸附法
吸附法是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。
活性炭、氧化铝、硅藻 土、多孔陶瓷、多孔玻 璃、硅胶、羟基磷灰石。
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生物催化 剂制备
过程调控
能量
原料
消
预处理
毒
酶反应器
产物分
产
离提纯
品
空气
除菌
热量
酶催化反应过程示意图
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2 理想的酶反应器的要求
生物反应器设计的主要目标： 使产品的质量最高，生产成本最低。
评价生物反应器的主要标准： 反应器生产能力的大小和产品质量的高低。
(1) 所用生物催化剂应具有较高的比活和酶浓度（或细胞浓 度），才能得到较大的产品转化率。
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四、固定化酶的应用
Go 1.在工、农业生产上的应用 Go 2.在医药、治疗上的应用 Go 3.在分析化学中的应用
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1、固定化酶在工农业生产上的应用
产物
酶或细胞
L-氨基酸 果糖浆
6-APA L-门冬氨酸 L-苹果酸 低乳糖牛奶 乳糖 干蛋白 果汁脱苦 啤酒 植物白脱 脂肪酸
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A-L-Ala A-D-Ala
储 罐
固定化酶 柱子
泵 反应产物
消Leabharlann 离心机旋反
应
器
L-Ala A-D-Ala
B. 氨基酰化酶（Aminoacylase） 世界上第一种工业化生产的固定化酶58
晶体 L-Ala
2、固定化酶在医药治疗上的应用
溶液酶的应用缺陷： 酶作为异体物质，在体内应用会导致免疫反应 酶是蛋白质，在体内易被网状内皮系统移除和
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（2）半透膜包埋法 将酶包埋在由各种高分子聚合物制成的小
球内，制成固定化酶. 制备方法： 酶， 水， 乙二胺
癸二酰氯+氯仿
包埋法 优点：结合力牢、活力回收高、底物专一性不变。
缺点：制备较难，载体无法回收、扩散限制。 11
3.结合法
选择适宜载体，使之通过共价键或离子键 与酶结合在一起的固定化方法称为结合法。
被蛋白质酶水解破坏 由于稀释效应，药物酶无法集中于靶器官组织
以达到治疗所需的最适高浓度
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（1）转入体内发挥作用（口服和注入）
口服：最初主要限于消化酶类，近年来也有人尝试将酶以 口服方式用于尿中毒等疾患的治疗。口服的优点是药物通 过粘膜吸收后能迅速进行扩散，进入体内，通常不会引起 免疫反应。
注入：是最有实用价值的一种方式，溶液酶的弱点集中于 此方式。 固定化酶可很好的地解决这一问题，办法是将药物酶包埋 于半透膜中，可防止药物酶和蛋白水解酶以及其它免疫因 子等直接接触，因而可延长酶在体内的半衰期和避免免疫 过敏反应。
氨基酰化酶 乙酰激酶 5’-磷酸二酯酶，5’-腺苷酸脱氨酶 Sacharomyces carlsbergensie
载体结合法 载体结合法 载体结合法
或S.Cerevisiae 同上
角叉胶或聚丙烯 酰胺胶包埋
Serratia marcescens Aectobcter.sp. 乳酸杆菌与酵母 Bacillus substilis Bacill sp. Clostridium butyicum Rhodospirillium rubrum
3.反应结束后，酶成为产物的杂质。
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概念
固定化酶是指固定在载体上并在一定的 空间范围内进行催化反应的酶。固定化酶既 保持了酶的催化特性，又克服了游离酶的不 足之处，具有增强稳定性，可反复或连续使 用以及易于和反应产物分开等显著特点。直 接固定菌体或菌体碎片的，称为固定化菌体 或固定化死细胞。
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（2）通过“体外循环”做成人工脏器
固定化酶也可做成“人工脏器”参与体外循环， 应用有两方面：
用于除去有害的毒性物质及有潜在毒害作用的代谢产物 除去氨基酸，使需要这些物质的病变组织“饿死”；治疗时
只需将患者的血液引出体外，通过由固定化酶等构成的“人 工脏器”加以处理，然后再回流体内。
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实例：
酶电极示意图
葡萄糖氧化酶
葡萄糖＋醌＋H2O
葡萄糖酸＋氢醌
氢醌
Pt 醌＋2H＋＋2e－
铂电极
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（3）脲电极 Urea + 2H2O
脲酶
2NH4++2HCO3-
产生的2NH4+为阳离子电极感应。
此外还有： 氨基酸电极 醇电极 尿酸电极 乳酸电极 青霉素电极 亚硝酸离子电极：菠菜亚硝酸还原酶产生NH3