酶工程-酶的固定化
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④ 脂质体包埋法
脂质体是由人工制备的定向排列的磷脂双分子构成的封 闭囊状结构，可用于药物、酶包裹的载体。
2.3 共价结合法
共价结合法（covalent binding）:酶分子与载体 之间以共价键作用而实现结合的固定化方法称为共 价结合法。是通过酶分子表面的功能基团与载体表 面的功能基团发生化学反应形成共价键的一种固定 化方法。
体干燥法、脂质体包埋法。
微胶囊的制备方法
① 界面沉淀法
是利用某些高聚物在水相和有机相的界面上溶解度较低 而形成的膜将酶包埋。
② 界面聚合法
是用化学手段制备微囊的方法。利用疏水性单体和亲水 性单体在界面上发生聚合反应形成聚合体而将酶包裹起 来。
微胶囊的制备方法
③ 液体干燥法
是将一种聚合物（乙基纤维素）溶于与水不混溶的有机 溶剂中，加入酶液，乳化剂乳化，分散于含有保护性胶 质和表面活性剂的水溶液进行二次乳化，搅拌，低温真 空出去有机溶剂即可实现酶的包埋。
优点：操作简便、条件温和、酶活力不易丧失等。 此外，吸附过程同时可以纯化酶。
缺点：酶与载体的结合不够牢固，易受环境因素 如pH、离子强度、底物浓度等影响。
（3）生物特异性吸附法
定义：依据互补生物分子间的亲和作用而将酶间 接固定在载体上，利用酶与它的抗体的特异性结 合来实现酶的固定化。
利用糖蛋白糖基实现特异吸附固定化。如凝集素。
分为： 聚丙稀酰胺凝胶包埋法 海藻酸钙凝胶包埋法 琼脂凝胶包埋法 辐射包埋法
海藻酸钙凝胶包埋法
E
E
E
Eபைடு நூலகம்
1-2%海藻酸钠 +酶液
5%CaCl2溶液
使用最广、研究最多； 高 浓 度 Mg2+ 、 磷 酸 盐 、
单价金属离子破坏凝胶 的结构； 固化、成型方便； 孔隙太大，酶易泄露。
辐射包埋法
2.2 包埋法
包埋法是将酶分子截留在具有特定网状结构载体 中的一种方法。
不需酶蛋白的氨基酸残基参与载体的结合；反应 条件温和，很少改变酶结构；酶活力回收率高。
分为凝胶包埋法、纤维包埋法、半透膜包埋法。
（1）凝胶包埋法
凝胶包埋法常用的载体有海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、 明胶、琼脂凝胶、卡拉胶等天然凝胶以及聚丙烯酰 胺凝胶、聚乙烯醇和光交联树脂等。
（2）酶与载体必须有一定的结合程度，利于反复使用。 （3）用于固定化的载体必须有一定的机械强度，不易
破坏或受损。 （4）固定化应尽可能不妨碍酶与底物的接近，以提高
催化效率和产物的量。 （5）所选载体应不和底物、产物或反应液发生化学反
应。 （6）固定化酶的成本适中，以利于工业使用。
（3）半透膜包埋法
是将酶包埋在各种半透性聚合物膜的微囊内，制成 固定化酶。由于固定化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。
特点
半透膜使酶存在于类似细胞内的环境中，且可防止酶 脱落，增加了酶的稳定性；适用性底物和产物都是小 分子物质的酶；
微胶囊直径一般只有几微米至几百微米，表面积大。 物质扩散的阻力更明显。 微胶囊的制备方法有：界面沉淀法、界面聚合法、液
载体：有机载体：纤维素、胶原、淀粉等； 无机载体：活性炭、氧化铝、皂土、多孔玻璃、硅胶、
二氧化钛、羟基磷灰石等。 纳米材料载体：聚苯乙烯、金纳米颗粒等；比表面积
大、生物相容性好，但难于分离、易产生团聚。
（2）离子吸附法 (ion adsorption)
定义：将酶与含有离子交换基团的水不溶性载体以静电作用力 相结合的固定化方法，即通过离子键使酶与载体相结合的固定 化方法。
2 固定化酶的制备方法
酶的固定化方法主要可分 为四类：吸附法、包埋法、 共价结合法和交联法。
对于特定的目标酶，要根 据酶自身的性质、应用目 的、应用环境来选择固定 化载体和方法。
在具体选择时，一般应遵循以下6个原则。
（1）酶与载体的结合部位不应当是酶的活性部位，固 定化时应采取尽可能温和的条件。
所谓固定化酶(immobilized enzyme)，是指在 一定的空间范围内起催化作用，并能反复和连 续使用的酶。
固定化酶的优点：
（1）同一批固定化酶能在工艺流程中重复多次地使用； （2）固定化后，和反应物分开，有利于控制生产过程，
同时也省去了热处理使酶失活的步骤； （3）稳定性显著提高； （4）可长期使用，并可预测衰变的速度； （5）提供了研究酶动力学的良好模型。
载体：离子交换剂。 阴 离 子 交 换 剂 ： 二 乙 氨 基 乙 基 (DEAE)- 纤 维 素 、 混 合 胺 类 (ECTEOLA)- 纤 维 素 、 四 乙 氨 基 乙 基 (TEAE)- 纤 维 素 、 DEAE葡聚糖凝胶等； 阳 离 子 交 换 剂 ： 羧 甲 基 (CM)- 纤 维 素 、 纤 维 素 柠 檬 酸 盐 、 Amberlite CG-50、IRC-50、IR-200、Dowex-50等。
定义：利用电离辐射引发产生自由基的能力，在 室温或低温下诱发有机单体合成生物高分子材料 来包埋酶的方法。
如辐射聚合的水凝胶包埋酶。
（2）纤维包埋法
大规模生产。 把酶溶液在高聚物（醋酸纤维素、聚乙烯）的有机
溶剂（二氯甲烷）中乳化，然后通过多孔喷丝头把 上述乳化液挤压进入凝结液中，即形成丝状的纤维 包埋体，酶包埋在纤维束内。 包埋量高、包埋牢固。
2.1 吸附法
吸附法是通过大量的氢键、疏水作用、离子键等 非共价相互作用，将酶固定于水不溶载体表面的 固定化方法，是酶固定化最简单的方法。
吸附法又可分为物理吸附法、离子吸附法和生物 特异性吸附法。
（1）物理吸附法(physical adsorption)
定义：通过物理方法将酶直接吸附在载体表面上而使酶固定 化的方法。酶与载体的亲和力主要是范德华力、氢键、疏水 作用。
第四讲 固定化酶与固定化细胞
主要内容：
1 固定化酶的定义与优点 2 固定化酶的制备方法 3 固定化酶的特性 4 细胞的固定化 5 辅酶的固定化
蒸汽→
游离酶的使用
稳定性差 酶无法回收 产物分离纯 化困难
酶解罐简易图
1 固定化酶的定义与优点
采用适当的方法使酶处于一个闭锁状态，能连 续进行催化反应，反应后的酶可以回收重复使 用，这样的过程称为酶的固定化。
脂质体是由人工制备的定向排列的磷脂双分子构成的封 闭囊状结构，可用于药物、酶包裹的载体。
2.3 共价结合法
共价结合法（covalent binding）:酶分子与载体 之间以共价键作用而实现结合的固定化方法称为共 价结合法。是通过酶分子表面的功能基团与载体表 面的功能基团发生化学反应形成共价键的一种固定 化方法。
体干燥法、脂质体包埋法。
微胶囊的制备方法
① 界面沉淀法
是利用某些高聚物在水相和有机相的界面上溶解度较低 而形成的膜将酶包埋。
② 界面聚合法
是用化学手段制备微囊的方法。利用疏水性单体和亲水 性单体在界面上发生聚合反应形成聚合体而将酶包裹起 来。
微胶囊的制备方法
③ 液体干燥法
是将一种聚合物（乙基纤维素）溶于与水不混溶的有机 溶剂中，加入酶液，乳化剂乳化，分散于含有保护性胶 质和表面活性剂的水溶液进行二次乳化，搅拌，低温真 空出去有机溶剂即可实现酶的包埋。
优点：操作简便、条件温和、酶活力不易丧失等。 此外，吸附过程同时可以纯化酶。
缺点：酶与载体的结合不够牢固，易受环境因素 如pH、离子强度、底物浓度等影响。
（3）生物特异性吸附法
定义：依据互补生物分子间的亲和作用而将酶间 接固定在载体上，利用酶与它的抗体的特异性结 合来实现酶的固定化。
利用糖蛋白糖基实现特异吸附固定化。如凝集素。
分为： 聚丙稀酰胺凝胶包埋法 海藻酸钙凝胶包埋法 琼脂凝胶包埋法 辐射包埋法
海藻酸钙凝胶包埋法
E
E
E
Eபைடு நூலகம்
1-2%海藻酸钠 +酶液
5%CaCl2溶液
使用最广、研究最多； 高 浓 度 Mg2+ 、 磷 酸 盐 、
单价金属离子破坏凝胶 的结构； 固化、成型方便； 孔隙太大，酶易泄露。
辐射包埋法
2.2 包埋法
包埋法是将酶分子截留在具有特定网状结构载体 中的一种方法。
不需酶蛋白的氨基酸残基参与载体的结合；反应 条件温和，很少改变酶结构；酶活力回收率高。
分为凝胶包埋法、纤维包埋法、半透膜包埋法。
（1）凝胶包埋法
凝胶包埋法常用的载体有海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、 明胶、琼脂凝胶、卡拉胶等天然凝胶以及聚丙烯酰 胺凝胶、聚乙烯醇和光交联树脂等。
（2）酶与载体必须有一定的结合程度，利于反复使用。 （3）用于固定化的载体必须有一定的机械强度，不易
破坏或受损。 （4）固定化应尽可能不妨碍酶与底物的接近，以提高
催化效率和产物的量。 （5）所选载体应不和底物、产物或反应液发生化学反
应。 （6）固定化酶的成本适中，以利于工业使用。
（3）半透膜包埋法
是将酶包埋在各种半透性聚合物膜的微囊内，制成 固定化酶。由于固定化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。
特点
半透膜使酶存在于类似细胞内的环境中，且可防止酶 脱落，增加了酶的稳定性；适用性底物和产物都是小 分子物质的酶；
微胶囊直径一般只有几微米至几百微米，表面积大。 物质扩散的阻力更明显。 微胶囊的制备方法有：界面沉淀法、界面聚合法、液
载体：有机载体：纤维素、胶原、淀粉等； 无机载体：活性炭、氧化铝、皂土、多孔玻璃、硅胶、
二氧化钛、羟基磷灰石等。 纳米材料载体：聚苯乙烯、金纳米颗粒等；比表面积
大、生物相容性好，但难于分离、易产生团聚。
（2）离子吸附法 (ion adsorption)
定义：将酶与含有离子交换基团的水不溶性载体以静电作用力 相结合的固定化方法，即通过离子键使酶与载体相结合的固定 化方法。
2 固定化酶的制备方法
酶的固定化方法主要可分 为四类：吸附法、包埋法、 共价结合法和交联法。
对于特定的目标酶，要根 据酶自身的性质、应用目 的、应用环境来选择固定 化载体和方法。
在具体选择时，一般应遵循以下6个原则。
（1）酶与载体的结合部位不应当是酶的活性部位，固 定化时应采取尽可能温和的条件。
所谓固定化酶(immobilized enzyme)，是指在 一定的空间范围内起催化作用，并能反复和连 续使用的酶。
固定化酶的优点：
（1）同一批固定化酶能在工艺流程中重复多次地使用； （2）固定化后，和反应物分开，有利于控制生产过程，
同时也省去了热处理使酶失活的步骤； （3）稳定性显著提高； （4）可长期使用，并可预测衰变的速度； （5）提供了研究酶动力学的良好模型。
载体：离子交换剂。 阴 离 子 交 换 剂 ： 二 乙 氨 基 乙 基 (DEAE)- 纤 维 素 、 混 合 胺 类 (ECTEOLA)- 纤 维 素 、 四 乙 氨 基 乙 基 (TEAE)- 纤 维 素 、 DEAE葡聚糖凝胶等； 阳 离 子 交 换 剂 ： 羧 甲 基 (CM)- 纤 维 素 、 纤 维 素 柠 檬 酸 盐 、 Amberlite CG-50、IRC-50、IR-200、Dowex-50等。
定义：利用电离辐射引发产生自由基的能力，在 室温或低温下诱发有机单体合成生物高分子材料 来包埋酶的方法。
如辐射聚合的水凝胶包埋酶。
（2）纤维包埋法
大规模生产。 把酶溶液在高聚物（醋酸纤维素、聚乙烯）的有机
溶剂（二氯甲烷）中乳化，然后通过多孔喷丝头把 上述乳化液挤压进入凝结液中，即形成丝状的纤维 包埋体，酶包埋在纤维束内。 包埋量高、包埋牢固。
2.1 吸附法
吸附法是通过大量的氢键、疏水作用、离子键等 非共价相互作用，将酶固定于水不溶载体表面的 固定化方法，是酶固定化最简单的方法。
吸附法又可分为物理吸附法、离子吸附法和生物 特异性吸附法。
（1）物理吸附法(physical adsorption)
定义：通过物理方法将酶直接吸附在载体表面上而使酶固定 化的方法。酶与载体的亲和力主要是范德华力、氢键、疏水 作用。
第四讲 固定化酶与固定化细胞
主要内容：
1 固定化酶的定义与优点 2 固定化酶的制备方法 3 固定化酶的特性 4 细胞的固定化 5 辅酶的固定化
蒸汽→
游离酶的使用
稳定性差 酶无法回收 产物分离纯 化困难
酶解罐简易图
1 固定化酶的定义与优点
采用适当的方法使酶处于一个闭锁状态，能连 续进行催化反应，反应后的酶可以回收重复使 用，这样的过程称为酶的固定化。