第三章固定化酶催化反应动力学1共101页
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◆固定化青霉素酰化酶 合成头孢羟氨苄（代替青霉素） ◆固定化脂肪酶 合成VC棕榈酸酯
◆固定化酶药物
蛋白类口酶口服易分解，固定后有助于保持活性
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2020/3/26
第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（二）固定化酶与游离酶
◆自由酶 (Free Enzyme) 酶直接加入至溶液中，酶自身的空间
Enzyme
Synthesis of IMER using glutaraldehyde method
Ye, M. L. et al. Electrophoresis, 2019, 25:1319-1326
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（四）酶的固定化方法 常用的共价键合方法 2、二琥珀酰亚胺碳酸酯法(DSC)
（三）固定化酶反应器的特点 2、固定化酶的缺点 ◆但由于固定化酶是通过反应而被结合在载体上，固 定化过程中酶的活力难免有一定损失； ◆而底物则要求是水溶性的，这样才能够接触酶而发 生反应； ◆也不适宜于需要辅助因子的反应。
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（一）固定化酶的应用 1、食品工业
影响：出汁率低；果汁浊， 黏度高，易出现沉淀。
■果汁生产，果胶存在，提产及去浊澄清问题？
固定化果胶酶
■啤酒、果蔬汁等 贮藏 浑浊或沉淀现象？
原因:酚类与蛋白质生成大分子物质
方法:漆酶
漆酶是一种结合多个铜离子的蛋白质，属于铜蓝氧化酶
◆易于将酶与底物及产物分离，产物相对容易提纯；
◆酶能够重复利用，使用效率提高，成本低；
◆大多数情况下可以提高酶的稳定性；
◆可以增加产物的收率，提高产物质量；
◆有利于实现管道化、连续化以及自动化操作，易于与
各种分离手段联用。
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（四）酶的固定化方法 ３、共价键合法(Covalent bonds)
交联法和肽键键合法 氨基：赖氨酸的氨基和多肽链的末端氨基； 羧基：天冬氨酸的羧基，谷氨酸的羧基和末端羧基； 酚基：酪氨酸的酚环； 巯基：半胱氨酸、蛋氨酸的巯基； 羟基：丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸的羟基； 咪唑基：组氨酸的咪唑基； 吲哚基：色氨酸的吲哚基。
◆ ◆
常用的载体如淀粉、谷蛋白等有机类载体，活性炭、多孔玻璃、 硅胶等无机类载体，大孔型的合成树脂，陶瓷以及纤维素衍生 物类。阴、阳离子交换剂
影响酶蛋白在载体上吸附程度的因素
pH，影响载体和酶的电荷变化,影响酶吸附；离子强度，一般认为盐阻止吸附； 蛋白质浓度，蛋白质浓度增加，吸附量也增加，直至饱和；温度，蛋白质往往 是随温度上升而减少吸附；吸附速度，蛋白质在固体载体上的吸附速度要比小 分子慢得多；载体，对于非多孔性载体，则颗粒越小吸附力越强。
结构不发生改变，保持自己的生物特性
◆固定化酶 (Immobilized Enzyme) 通过物理或化学的手段，将酶固载在某种基体上。
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2020/3/26
什么是固定化酶？
水溶性酶
水不溶性载体
固定化技术 水不溶性酶 （固定化酶）
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（四）酶的固定化方法 ２、包埋法(Entrapment)
包埋法是将游离酶包埋于格子或微胶囊内，格子的结构可以防 止酶渗出到周围的培养基中，而底物分子仍能渗入格子内与酶 接触。
包埋类型可有：网格型、微囊型及脂质体液膜型。
silica O Si (CH2)3 NH2 Enzyme
O O
NOC
O ON
O
O
silica
O Si
O
H (CH2)3 N C O N
O O
NH2
silica
O Si
H
H
(CH2)3 N C N
O
Enzyme
D-Glucosamine NH2
silica
O Si
H
H
(CH2)3 N C N
O
Enzyme
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（四）酶的固定化方法 常用的共价键合方法
1.戊二醛法
matrix O Si (CH2)3 NH2
OHCCH2CH2CH2CHO
matrix O Si (CH2)3 N CH (CH2)3CHO
Enzyme
NH2
matrix O Si (CH2)3 N CH (CH2)3 CH N
H
H
O Si (CH2)3 N C N D-Glucosamine
O
Synthesis of the IMER using DSC method
上一内容
Rawale, S., et al. J. Med. Chem., 2019, 45: 937-43 Calleri, E., et al., J. Pharm. Biomed. Anal., 2019,32:715-24
（四）酶的固定化方法
Ionic bond Covalent bond Cross linkage
Investment
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Microcapsule
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（四）酶的固定化方法
１、吸附法(Adsorption)
◆吸附法有物理吸附、离子吸附及螯合或金属结合法。
第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（三）固定化酶反应器的特点 1、自由酶反应器
优点：酶解效率高、使用比较方便，特别是在大 批量样品处理时。
缺点：不能重复使用、寿命短、产物分离难度大
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（三）固定化酶反应器的特点 2、固定化酶的优点
■食品工业的绿色生产问题?
淀粉糖/高果糖浆
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（一）固定化酶的应用 2、燃料工业（生物柴油）
主要酸碱催化。
固定化脂酶
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（一）固定化酶的应用 3、医药工业
◆固定化酶药物
蛋白类口酶口服易分解，固定后有助于保持活性
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（二）固定化酶与游离酶
◆自由酶 (Free Enzyme) 酶直接加入至溶液中，酶自身的空间
Enzyme
Synthesis of IMER using glutaraldehyde method
Ye, M. L. et al. Electrophoresis, 2019, 25:1319-1326
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（四）酶的固定化方法 常用的共价键合方法 2、二琥珀酰亚胺碳酸酯法(DSC)
（三）固定化酶反应器的特点 2、固定化酶的缺点 ◆但由于固定化酶是通过反应而被结合在载体上，固 定化过程中酶的活力难免有一定损失； ◆而底物则要求是水溶性的，这样才能够接触酶而发 生反应； ◆也不适宜于需要辅助因子的反应。
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（一）固定化酶的应用 1、食品工业
影响：出汁率低；果汁浊， 黏度高，易出现沉淀。
■果汁生产，果胶存在，提产及去浊澄清问题？
固定化果胶酶
■啤酒、果蔬汁等 贮藏 浑浊或沉淀现象？
原因:酚类与蛋白质生成大分子物质
方法:漆酶
漆酶是一种结合多个铜离子的蛋白质，属于铜蓝氧化酶
◆易于将酶与底物及产物分离，产物相对容易提纯；
◆酶能够重复利用，使用效率提高，成本低；
◆大多数情况下可以提高酶的稳定性；
◆可以增加产物的收率，提高产物质量；
◆有利于实现管道化、连续化以及自动化操作，易于与
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（四）酶的固定化方法 ３、共价键合法(Covalent bonds)
交联法和肽键键合法 氨基：赖氨酸的氨基和多肽链的末端氨基； 羧基：天冬氨酸的羧基，谷氨酸的羧基和末端羧基； 酚基：酪氨酸的酚环； 巯基：半胱氨酸、蛋氨酸的巯基； 羟基：丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸的羟基； 咪唑基：组氨酸的咪唑基； 吲哚基：色氨酸的吲哚基。
◆ ◆
常用的载体如淀粉、谷蛋白等有机类载体，活性炭、多孔玻璃、 硅胶等无机类载体，大孔型的合成树脂，陶瓷以及纤维素衍生 物类。阴、阳离子交换剂
影响酶蛋白在载体上吸附程度的因素
pH，影响载体和酶的电荷变化,影响酶吸附；离子强度，一般认为盐阻止吸附； 蛋白质浓度，蛋白质浓度增加，吸附量也增加，直至饱和；温度，蛋白质往往 是随温度上升而减少吸附；吸附速度，蛋白质在固体载体上的吸附速度要比小 分子慢得多；载体，对于非多孔性载体，则颗粒越小吸附力越强。
结构不发生改变，保持自己的生物特性
◆固定化酶 (Immobilized Enzyme) 通过物理或化学的手段，将酶固载在某种基体上。
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什么是固定化酶？
水溶性酶
水不溶性载体
固定化技术 水不溶性酶 （固定化酶）
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（四）酶的固定化方法 ２、包埋法(Entrapment)
包埋法是将游离酶包埋于格子或微胶囊内，格子的结构可以防 止酶渗出到周围的培养基中，而底物分子仍能渗入格子内与酶 接触。
包埋类型可有：网格型、微囊型及脂质体液膜型。
silica O Si (CH2)3 NH2 Enzyme
O O
NOC
O ON
O
O
silica
O Si
O
H (CH2)3 N C O N
O O
NH2
silica
O Si
H
H
(CH2)3 N C N
O
Enzyme
D-Glucosamine NH2
silica
O Si
H
H
(CH2)3 N C N
O
Enzyme
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（四）酶的固定化方法 常用的共价键合方法
1.戊二醛法
matrix O Si (CH2)3 NH2
OHCCH2CH2CH2CHO
matrix O Si (CH2)3 N CH (CH2)3CHO
Enzyme
NH2
matrix O Si (CH2)3 N CH (CH2)3 CH N
H
H
O Si (CH2)3 N C N D-Glucosamine
O
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Rawale, S., et al. J. Med. Chem., 2019, 45: 937-43 Calleri, E., et al., J. Pharm. Biomed. Anal., 2019,32:715-24
（四）酶的固定化方法
Ionic bond Covalent bond Cross linkage
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（四）酶的固定化方法
１、吸附法(Adsorption)
◆吸附法有物理吸附、离子吸附及螯合或金属结合法。
第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（三）固定化酶反应器的特点 1、自由酶反应器
优点：酶解效率高、使用比较方便，特别是在大 批量样品处理时。
缺点：不能重复使用、寿命短、产物分离难度大
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（三）固定化酶反应器的特点 2、固定化酶的优点
■食品工业的绿色生产问题?
淀粉糖/高果糖浆
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（一）固定化酶的应用 2、燃料工业（生物柴油）
主要酸碱催化。
固定化脂酶
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第3章 固定化酶催化应动力学>>概述
（一）固定化酶的应用 3、医药工业