第六章酶工程制药

2021/3/12
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2、固定化酶的性质
⑴ 酶活力的变化
酶经过固定化之后活力大都下降。其原因主要是酶活 性中心的重要氨基酸与载体发生结合，酶的空间结构 发生变化或酶与底物结合时存在空间位阻效应。包埋 法中还有底物与产物扩散阻力增大。
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⑵ 酶稳定性的变化
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六、固定化酶的形状与性质
1、固定化酶的形状
⑴ 颗粒状：包括酶株、酶块、酶片、酶粉、每种固定 化方法均可制备颗粒状，方法简单，比表面积大，转化 效率高，使用各种反应器。
⑵ 纤维状：三醋酸纤维素用适当的溶剂溶解后与酶混 合，再用喷丝的方法就可制成酶纤维。比表面积大，转 化效率高，但只适合于填充床反应器。此外，纤维酶可 以织成酶布用于填充床反应器。
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第三节 酶的人工模拟
一、模拟酶的概念
人工模拟酶就是指根据酶的作用原理，用各种方 法人为制造的具有酶性质的催化剂，简称人工酶或模 拟酶。它们一般具有高效和高适应性的特点，在结构 上比天然酶相对简单。
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第三节 酶的人工模拟
二、模拟酶的理论基础
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⑶ 酶学特性的变化：
A、底物专一性：对底物的专一性下降。 B、最适pH：最适pH可能变大，也可能变小；pH-酶活曲
线可能发生变化，其变化与酶蛋白和载体的带电性质 有关。 C、最适温度：一般升高，原因是固定化后空间结构更为 稳定。 D、米氏常数（Km）：Km值均发生变化，有的增加很小 ，有的增加很大，但不会变小。 E、最大反应速度（Vm）：变化很小或不定。
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第三节 酶的人工模拟
三、模拟酶的分类
根据Kirby分类法
单纯酶模型：以化学方法通过天然酶活性的模拟来 重建和改造酶活性。 机制酶模型：通过对酶作用机制诸如识别、结合和 过渡态稳定化的认识，来指导酶模型的设计和合成 单纯合成的酶样化合物：化学合成的具有酶样催化 活性的简单分子。
包括对温度、pH、蛋白酶变性和抑制剂的耐受程度。 固定化后，稳定性提高，有效寿命延长。其原因是限 制了酶分子之间的相互作用，阻止了其自溶，增加了 酶构型的牢固程度。 A、操作稳定性：是酶能否实际应用的关键因素。常 用半衰期表示，即酶的活力降为初活力一半时所经历 的连续操作时间。通常半衰期达到1个月以上时，即 具有工业应用价值。 B、贮藏稳定性：一般不能长期贮存，现做现用，否 则活力逐渐下降，若需长期保存，可在贮存液中添加 底物、产物、抑制剂和防腐剂，并与低温保存。
五、固定化方法与载体的选择依据
1、固定化方法的选择
⑴ 固定化酶应用的安全性：要按照药物和食品领域 的检验标准作必要的检查。所用试剂是否有毒性和 残留。尽可选择无毒性试剂。
⑵ 固定化酶在操作上中的稳定性：在选择固定化方法 时要求固定化酶在操作过程中十分稳定，能长期反 复使用，在经济上有极强的竞争力。
⑶ 固定化的成本：包括酶、载体、试剂的费用，也包 括水、电、气、设备和劳务投资等。
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第三节 酶的人工模拟
三、模拟酶的分类
按照模拟酶的属性
主-客体酶模型 胶束酶模型 肽酶 抗体酶 分子印迹酶模型 半合成酶
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第三节 酶的人工模拟
主-客体酶模型
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⑶ 膜状固定化酶：可通过共价结合的方法将酶偶联 在滤膜上。也可用其他方法制膜酶。酶膜比表面积大， 渗透阻力小，可用于酶电极，破碎后也可用于填充床。 目前已有木瓜酶、葡萄糖氧化酶、过氧化酶、脲酶等 酶膜。
⑷管状固定化酶：又称酶管，利用管状载体如尼龙， 聚氯苯乙烯和聚丙烯酰胺，经活化后与酶偶联的酶管。 酶管的机械强度大，切短后可用于填充床反应器，也 可组装成列管反应器。目前已制备出糖化酶、转化酶、 脲酶等酶管。
稳定过渡态理论
主客体化学和超分子化学
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第三节 酶的人工模拟
二、模拟酶的理论基础
稳定过渡态理论
酶先与底物结合，进而选择性地稳定某一特定 反应的过渡态（TS），降低反应活化能，从而加快 反应速度。模拟酶要和酶异养能够在结合底物的过 程中，通过底物的定向化、键的扭曲及变形来降低 反应的活化能。
胶束酶模型
模拟的胰凝乳蛋白酶侧链上接上羟基、咪唑基、羧基。
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C、热稳定性：热稳定性越高，工业化意义越大，热稳 定性高，可以提高反应温度和反应速度，提高效率。 D、对蛋白酶的稳定性：大多数天然酶经固定化后对蛋 白酶耐受力有所提高，可能的原因是由于空间位阻效 应是蛋白酶不能进入固定化酶内部。
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第三节 酶的人工模拟
二、模拟酶的理论基础
主客体化学和超分子化学
Cram把主体与客体通过配位键或其他次级键形 成稳定复合物的化学领域称为主-客体化学。本质上 ，主-客体化学的基本意义来源于酶和底物的相互作 用，体现为主体和客体在结合部位的空间及电子排 列的互补。
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五、固定化方法与载体的选择依据
2、载体的选择
为了工业化应用，最好选择工业化生产中已大量 应用的廉价材料为载体，如聚乙烯醇、卡拉胶、海藻 胶等。离子交换树脂、金属氧化物及不锈钢碎屑等都 是有应用前途的载体。此外，载体的选择要考虑底物 的性质，如当底物为大分子时，只能用可溶性固定化 酶，不能用包埋型；若底物不完全溶解或粘度大，宜 采用密度高的不锈钢屑或陶瓷材料制备固定化酶，以 便实现转化反应和回收固定化酶。
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第三节 酶的人工模拟
二、模拟酶的理论基础
主客体化学和超分子化学
超分子的形成源于底物和受体的结合，这种结 合基于非共价键相互作用，如静电作用、氢键和范 德华力等，当接受体与络合离子或分子结合成稳定 的、具有稳定结构和性质的实体时，即形成了超分 子。它兼具分子识别、催化和选择输出的功能。