酶工程酶的固定化优秀课件
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
固定化方法
Enzyme Engineering
酶和细胞的固定化
酶的固定化
固定化方法（重点）
包埋法 物理吸附法 离子结合法 共价结合法 交联法 其他方法 固定化方法的比较 ▲
Enzyme Engineering
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
酶的固定化
固定化方法 —— 包埋法
《载体固定化酶 —— 原理、应用 和设计》
杨晟，袁中一译，化学工业出版社， 2008
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
本章内容
酶的固定化
酶的固定化方法（重点） 固定化酶的性质（重点） 固定化酶的反应动力学简述（补充内容） 固定化酶的应用
细胞的固定化
细胞固定化方法（重点） 微生物细胞固定化 植物细胞固定化 动物细胞固定化
应有最小的 空间位阻
制备的原则
成本尽可能低
稳定性好
酶与载体必须 结合牢固
载体具有惰性
酶和细胞的固定化
酶的固定化
固定化方法
非共价结合法
酶的 固定化
化学结合法 包埋法
Enzyme Engineering
结晶法 分散法 物理吸附法 离子结合法 交联法 共价结合法 微囊法 网格法
酶和细胞的固定化
酶的固定化
1953 年，Grubhofer 和 Schleith（德）用重氮化聚氨基苯乙 烯树脂固定化水解酶（共价结合法）
1969 年，千畑一郎（日）采用固定化氨基酰化酶，从 DL-氨 基酸消旋混合物中连续拆分生产 L-氨基酸
——固定化酶的首次工业规模应用，并促使酶工程作为一个独立 的学科从发酵工程中脱离出来
——首次报道固定化细胞的应用
1976 年，法国用固定化酵母细胞生产啤酒和酒精 1978 年，日本用固定化 B. subtilis 细胞生产淀粉酶
——固定化细胞产酶的先例
1979 年，固定化毛地黄细胞和长春花细胞成功
——固定化植物细胞技术的突破
1982 年，日本首次研究用固定化原生质体生产谷氨酸
固定化酶的缺点
固定化时酶活有损失 增加了生产初始成本 只能用于可溶性底物且较小分子，催化过程受传质因素的限制 一般适用于胞外产物，而胞内产物分离较困难
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
固定化酶概述
固定化酶的发展简史
1916 年，Nelson 和 Griffin（美）发现吸附在骨碳上的蔗糖 酶仍显示催化活力 —— 最早的固定化酶（吸附法）
1971 年，第一次国际酶工程会议确定“固定化酶”的统一英 文名称为 Immobilized Enzyme
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
固定化酶概述
固定化酶的发展简史
1973 年，日本首次在工业上成功应用固定化 E. coli 菌体中的 天冬氨酸酶，由反丁烯二酸连续生产 L-天冬氨酸
固定化生物催化剂
固定化酶 固定化死细胞（微生物菌体） 固定化活细胞（增殖细胞） 固定化植物细胞 固定化动物细胞 固定化原生质体
固定化酶是一个广义的概念！
Enzyme Engineering
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
固定化酶概述
固定化酶的优点
提高酶稳定性，可反复或连续使用，提高使用效率，降低成本 易于和反应产物分开，产物溶液无酶残留，简化提纯工艺 酶反应过程可严格控制 较游离酶更适合多酶反应 增加产物收率，提高产物质量
制备“固定化酶”的过程，即将酶或菌体与不溶性载体结合的过 程
固定化采用的酶的类型
粗酶，或是提纯后的酶 结合在菌体或细胞碎片上的酶 / 酶系（固定化菌体）
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
酶的固定化
固定化酶制备原则
应有利于生产
自动化、连续化
维持酶的催化
活性及专一性
固定化酶
产物分离纯化的问题
酶反应后成为杂质与产物混在一起，增加分离纯化的困难，尤其 是大分子产物
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
固定化酶概述
游离酶的改进思路
设计一种方法，将酶束缚于特殊的相（固定化），使它与整体 分开，但仍能进行底物和效应物的分子交换
固定化酶（Immobilized enzyme）的概念
——固定化原生质体技术诞生
wk.baidu.com
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
固定化酶概述
固定化酶的专著
Carrier-bound Immobilized Enzymes: Principles, Applications and Design
Written by Lin-Qiu Cao
Enzyme Engineering
酶工程酶的固定化优秀课件
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
固定化酶概述
问题的提出：游离酶的不足之处
酶的稳定性问题
在温度、pH 和无机离子等外界因素的影响下，酶的稳定性不佳， 半衰期较短，容易变性失活
酶的重复使用的问题
在均相体系中的酶催化反应，反应结束后，即使仍有较高酶活力， 也难以回收利用，成本较高，不便连续化生产
将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中的固定化方法 多孔载体
琼脂、海藻酸钠、角叉菜胶、明胶、聚酰胺、火棉胶等
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
酶的固定化
固定化方法 —— 包埋法
凝胶包埋法
天然凝胶 天然多糖及其衍生物 特点：条件温和，操作简便，对酶活影响小，强度较差
原生质体的固定化
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
酶的固定化
几个概念
固定化酶（immobilized enzyme）
水不溶酶（water insoluble enzyme） 固相酶（solid phase enzyme）
酶的固定化（enzyme immobilization）
固定在一定 载体 上，并在一定的 空间范围 内进行催化反
应的酶 固定化酶可像一般化学反应中的固相催化剂一样，既有酶催化
特性，又有一般化学催化剂能回收、反复使用等优点，可使生 产工艺连续化、自动化 固定化酶克服游离酶的不足之处，增加酶的稳定性，使昂贵的 酶能重复使用
酶和细胞的固定化
固定化酶概述
Enzyme Engineering
酶和细胞的固定化
酶的固定化
固定化方法（重点）
包埋法 物理吸附法 离子结合法 共价结合法 交联法 其他方法 固定化方法的比较 ▲
Enzyme Engineering
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
酶的固定化
固定化方法 —— 包埋法
《载体固定化酶 —— 原理、应用 和设计》
杨晟，袁中一译，化学工业出版社， 2008
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
本章内容
酶的固定化
酶的固定化方法（重点） 固定化酶的性质（重点） 固定化酶的反应动力学简述（补充内容） 固定化酶的应用
细胞的固定化
细胞固定化方法（重点） 微生物细胞固定化 植物细胞固定化 动物细胞固定化
应有最小的 空间位阻
制备的原则
成本尽可能低
稳定性好
酶与载体必须 结合牢固
载体具有惰性
酶和细胞的固定化
酶的固定化
固定化方法
非共价结合法
酶的 固定化
化学结合法 包埋法
Enzyme Engineering
结晶法 分散法 物理吸附法 离子结合法 交联法 共价结合法 微囊法 网格法
酶和细胞的固定化
酶的固定化
1953 年，Grubhofer 和 Schleith（德）用重氮化聚氨基苯乙 烯树脂固定化水解酶（共价结合法）
1969 年，千畑一郎（日）采用固定化氨基酰化酶，从 DL-氨 基酸消旋混合物中连续拆分生产 L-氨基酸
——固定化酶的首次工业规模应用，并促使酶工程作为一个独立 的学科从发酵工程中脱离出来
——首次报道固定化细胞的应用
1976 年，法国用固定化酵母细胞生产啤酒和酒精 1978 年，日本用固定化 B. subtilis 细胞生产淀粉酶
——固定化细胞产酶的先例
1979 年，固定化毛地黄细胞和长春花细胞成功
——固定化植物细胞技术的突破
1982 年，日本首次研究用固定化原生质体生产谷氨酸
固定化酶的缺点
固定化时酶活有损失 增加了生产初始成本 只能用于可溶性底物且较小分子，催化过程受传质因素的限制 一般适用于胞外产物，而胞内产物分离较困难
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
固定化酶概述
固定化酶的发展简史
1916 年，Nelson 和 Griffin（美）发现吸附在骨碳上的蔗糖 酶仍显示催化活力 —— 最早的固定化酶（吸附法）
1971 年，第一次国际酶工程会议确定“固定化酶”的统一英 文名称为 Immobilized Enzyme
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
固定化酶概述
固定化酶的发展简史
1973 年，日本首次在工业上成功应用固定化 E. coli 菌体中的 天冬氨酸酶，由反丁烯二酸连续生产 L-天冬氨酸
固定化生物催化剂
固定化酶 固定化死细胞（微生物菌体） 固定化活细胞（增殖细胞） 固定化植物细胞 固定化动物细胞 固定化原生质体
固定化酶是一个广义的概念！
Enzyme Engineering
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
固定化酶概述
固定化酶的优点
提高酶稳定性，可反复或连续使用，提高使用效率，降低成本 易于和反应产物分开，产物溶液无酶残留，简化提纯工艺 酶反应过程可严格控制 较游离酶更适合多酶反应 增加产物收率，提高产物质量
制备“固定化酶”的过程，即将酶或菌体与不溶性载体结合的过 程
固定化采用的酶的类型
粗酶，或是提纯后的酶 结合在菌体或细胞碎片上的酶 / 酶系（固定化菌体）
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
酶的固定化
固定化酶制备原则
应有利于生产
自动化、连续化
维持酶的催化
活性及专一性
固定化酶
产物分离纯化的问题
酶反应后成为杂质与产物混在一起，增加分离纯化的困难，尤其 是大分子产物
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
固定化酶概述
游离酶的改进思路
设计一种方法，将酶束缚于特殊的相（固定化），使它与整体 分开，但仍能进行底物和效应物的分子交换
固定化酶（Immobilized enzyme）的概念
——固定化原生质体技术诞生
wk.baidu.com
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
固定化酶概述
固定化酶的专著
Carrier-bound Immobilized Enzymes: Principles, Applications and Design
Written by Lin-Qiu Cao
Enzyme Engineering
酶工程酶的固定化优秀课件
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
固定化酶概述
问题的提出：游离酶的不足之处
酶的稳定性问题
在温度、pH 和无机离子等外界因素的影响下，酶的稳定性不佳， 半衰期较短，容易变性失活
酶的重复使用的问题
在均相体系中的酶催化反应，反应结束后，即使仍有较高酶活力， 也难以回收利用，成本较高，不便连续化生产
将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中的固定化方法 多孔载体
琼脂、海藻酸钠、角叉菜胶、明胶、聚酰胺、火棉胶等
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
酶的固定化
固定化方法 —— 包埋法
凝胶包埋法
天然凝胶 天然多糖及其衍生物 特点：条件温和，操作简便，对酶活影响小，强度较差
原生质体的固定化
酶和细胞的固定化
Enzyme Engineering
酶的固定化
几个概念
固定化酶（immobilized enzyme）
水不溶酶（water insoluble enzyme） 固相酶（solid phase enzyme）
酶的固定化（enzyme immobilization）
固定在一定 载体 上，并在一定的 空间范围 内进行催化反
应的酶 固定化酶可像一般化学反应中的固相催化剂一样，既有酶催化
特性，又有一般化学催化剂能回收、反复使用等优点，可使生 产工艺连续化、自动化 固定化酶克服游离酶的不足之处，增加酶的稳定性，使昂贵的 酶能重复使用
酶和细胞的固定化
固定化酶概述