固定化酶固定化细胞优秀课件
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酶与细胞的固定化课件.ppt
采用明胶作载体,戊二醛作交联剂 制备固定化果胶酯酶（焦云鹏，2005）
固定化果胶酯酶的热稳定性
固定化果胶酯酶的pH稳定性
采用明胶作载体,戊二醛作交联剂 制备固定化果胶酯酶（焦云鹏，2005）
固定化果胶酯酶作用的最适温度
固定化果胶酯酶作用的最适pH值
5、酶的动力学特征 固定化酶的表观米氏常数Km随载体的带电性能变化。 二者电荷不同，因静电作用，固定化酶的表观Km值低于溶液的Km值； 电荷相同，由于亲和力降低，固定化酶的表观Km值显著增加。
Cefaclor(R1=H,R3=Cl) Cephalexin(R1=H,R3=Me) Cefadroxil(R1=OH,R3=Me)
酶促合成头孢类抗生素
CHCOOCH3 + H2N
NH2
O
S
Synthetase
N CH3
COOH
Esterase
CHCOOH +
NH2
CHCONH
NH2 O
S
N CH3
交联法有2种形式即酶直接交联法和酶辅助蛋白交联法。
酶直接交联法：在酶液中加入适量多功能试剂，使其形成不溶性衍生物。 固定化依赖酶与试剂的浓度、溶液pH和离子强度、温度和反应时间之间 的平衡。
酶辅助蛋白交联法：为避免分子内交联和在交联过程中因化学修饰而引起 酶失活，可使用第二个"载体"蛋白质（即辅助蛋白质，如白蛋白、明胶、 血红蛋白等）来增加蛋白质浓度，使酶与惰性蛋白质共交联。
二、固定化酶和固定化细胞的性质与表征 （一）固定化酶的性质 1、酶的活性 多数情况下固定化酶的活力常低于天然酶。原因：酶结构变化与空间
位阻。
2、酶的稳定性 大多数固定化酶具有较高的稳定性、较长的操作寿命和保存寿命。
固定化酶和固定化细胞ppt课件
21
❖（3）溴化氰法 即用溴化氰将含有羟基的载体，如 纤维素、葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶等，活化生成亚 氨基碳酸酯衍生物，然后再与酶分子上的氨基偶联， 制成固定化酶。
❖ 任何具有连位羟基的高聚物都可用溴化氰法来活化。
22
❖（4）烷基化和芳基化法 以卤素为功能团的载体 可与酶蛋白分子上的氨基、巯基、酚基等发生烷 基化或芳基化反应而使酶固定化。
❖ （4）其他：半胱氨酸残基的巯基；丝氨酸、苏氨酸和酪 氨酸残基的羟基；组氨酸残基的咪唑基；色氨酸残基的吲 哚基。
❖ 酶共价偶联的载体的功能基团：芳香氨基、羟基、羧 基和羧甲基等。
18
载体活化的主要反应 ❖ 重氮法 ❖ 叠氮法 ❖ 溴化氰法 ❖ 芳香烃化法
19
❖（1）重氮法 重氮法是将酶蛋白与水不溶性载体 的重氮基团通过共价键相连接而固定化的方法， 是共价键法中使用最多的一种。
14
❖ （1）凝胶包埋法 ▪ 将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助于聚合 促进剂(包括交联剂)的作用进行聚合，酶被包 埋在聚合物中以达到固定化。 ▪ 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、聚乙烯醇和光交联树脂等合成 凝胶或树脂。
15
❖ （2）微胶囊包埋法 ▪ 微胶囊包埋即将酶包埋在各种高聚物制成的半 透膜微胶囊内的方法。它使酶存在于类似细胞 内的环境中，可以防止酶的脱落，防止微囊外 的环境直接接触，从而增加了酶的稳定性。常 用于制造微胶囊的材料有聚酰胺、火棉胶、醋 酸纤维素等。
❖ 常用的载体有多糖类的芳族氨基衍生物、氨基酸 的共聚体和聚丙烯酰胺衍生物等。
20
❖（2）叠氮法 即载体活化生成叠氮化合物，再与 酶分子上的相应基团偶联成固定化酶。
❖（3）溴化氰法 即用溴化氰将含有羟基的载体，如 纤维素、葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶等，活化生成亚 氨基碳酸酯衍生物，然后再与酶分子上的氨基偶联， 制成固定化酶。
❖ 任何具有连位羟基的高聚物都可用溴化氰法来活化。
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❖（4）烷基化和芳基化法 以卤素为功能团的载体 可与酶蛋白分子上的氨基、巯基、酚基等发生烷 基化或芳基化反应而使酶固定化。
❖ （4）其他：半胱氨酸残基的巯基；丝氨酸、苏氨酸和酪 氨酸残基的羟基；组氨酸残基的咪唑基；色氨酸残基的吲 哚基。
❖ 酶共价偶联的载体的功能基团：芳香氨基、羟基、羧 基和羧甲基等。
18
载体活化的主要反应 ❖ 重氮法 ❖ 叠氮法 ❖ 溴化氰法 ❖ 芳香烃化法
19
❖（1）重氮法 重氮法是将酶蛋白与水不溶性载体 的重氮基团通过共价键相连接而固定化的方法， 是共价键法中使用最多的一种。
14
❖ （1）凝胶包埋法 ▪ 将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助于聚合 促进剂(包括交联剂)的作用进行聚合，酶被包 埋在聚合物中以达到固定化。 ▪ 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、聚乙烯醇和光交联树脂等合成 凝胶或树脂。
15
❖ （2）微胶囊包埋法 ▪ 微胶囊包埋即将酶包埋在各种高聚物制成的半 透膜微胶囊内的方法。它使酶存在于类似细胞 内的环境中，可以防止酶的脱落，防止微囊外 的环境直接接触，从而增加了酶的稳定性。常 用于制造微胶囊的材料有聚酰胺、火棉胶、醋 酸纤维素等。
❖ 常用的载体有多糖类的芳族氨基衍生物、氨基酸 的共聚体和聚丙烯酰胺衍生物等。
20
❖（2）叠氮法 即载体活化生成叠氮化合物，再与 酶分子上的相应基团偶联成固定化酶。
固定化酶与固定化细胞 ppt课件
• 固定化细胞意义：用完整的细胞作为生物催化剂， 以充分有效地利用生物细胞内的特定酶或多酶系 统。
ppt课件
4
优点
①省去对酶的提取过程，使酶的损失和生产 成本降到最低程度；
②可以利用细胞的多酶系统直接生产有价值 的产物。
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5
第一节 酶和细胞的固定化
一、固定化酶和细胞的定义及特点 二、固定化方法 三 细胞的固定化方法
缺点：结合力弱，易解吸 附。
ppt课件
17
2.共价偶联法（covalent binding or covalent coupling）
借助共价 键将酶的活性 非必需侧链基 团和载体的功 能基团进行偶 联。
ppt课件
18
1）载体：亲水载体优于疏水载体
如:天然高分子衍生物:
纤维素
葡聚糖凝胶 亲和性好，机械性能差
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23
戊二醛有两 个醛基，均可与 酶或蛋白质的游 离氨基反应,使酶 蛋白交联。
此法与共价偶联法利用的均是共价键， 不同之处：交联法不使用载体。
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24
交联反应既能发生在分子间，也可 发生在分子内。
• 酶浓度低时，交联发生在分子内，酶 仍保持溶解状态。 • 酶浓度高时，交联发生在分子间，酶 变为不溶态。
11
优越性：
(1)降低成本，省去酶的分离纯化工作; (2)既可作为单一酶，也可作为复合酶系
完成部分代谢过程。 局限性： (1)细胞内多种酶的存在，会形成不需要的副
产物。 (2)细胞膜、细胞壁和载体都存在着扩散限制
作用。
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12
3.固定化原生质体
意义： (1)固定化原生质体去除了细胞壁的扩散障 碍，有利于氧的传递，营养成分的吸收和 胞内产物的分泌。 (2)原生质体不稳定，容易破裂，固定化后， 由于载体的保护作用，稳定性提高。
酶、细胞、原生质体的固定化-PPT课件
吸附法
共价偶联法
交联法
包埋法
酶的四种固定化方法
各种固定化方法的优缺点比较
固定化方法
吸附法
物理吸附法 离子吸附法
易 中等 高 可能 低 不变 易 弱 高，酶易流失 可能 低 不变
包埋法
共价结 交联法 合法 难 强 低 不能 高 可变 较难 强 中等 不能 中等 可变
制备难易 结合程度 活力回收 再生 费用 底物专一性
酶固定化的方法
依据酶的性质及用途不同，可分为吸附法、结 合法、交联法、包埋法4种 吸附法
最简单、最经济的方法，可分为物理吸附法和离子 交换吸附法，常用的载体有无机载体（如活性炭、氧 化铝、硅藻土、多孔玻璃、磷酸钙、金属氧化物等）、 有机载体以及淀粉、白蛋白等天热高分子载体。吸附 过程可达到纯化和固定化的目的，而且酶失活后可重 新活化再生。
较难 强 高 不能 低 不变
耦合固定法
单一的吸附固定化酶存在酶和载体容易脱落、结合不牢固等问题。 为解决上述问题，研究者不断提出新的载体和固定化方法并在耦 合固定化方面进行了大量的研究，所谓耦合固定化是指几种固定 化方法或载体的联合使用，即添加稳定因子和促进因子的固定化 方法。耦合固定化技术能够平衡和改善传统单一固定化方法的优 缺点，使酶在保持原有活性的基础上， 稳定性有所提高， 还具 有操作简单，成本低廉等优点。
结合法
根据酶与载体结合的化学键不同，可分为离子结 合法和共价结合法。 离子结合法是通过离子键结合于具有离子交换基 因的水不溶性载体的固定化方法。常用的阴离子交换 剂载体：DEAE-纤维素，DEAE-葡聚糖凝胶， Amerlite IRA-193、IRS-410、IRA-900;阳离子交换 剂载体有CM-纤维素， Amerlite CG-50、IRC-50、 IR-120，Dower-50等。
固定化酶与固定化细胞课件
作用。
3.固定化原生质体
意义： (1)固定化原生质体去除了细胞壁的扩散障 碍，有利于氧的传递，营养成分的吸收和 胞内产物的分泌。 (2)原生质体不稳定，容易破裂，固定化后， 由于载体的保护作用，稳定性提高。
二、固定化方法
（一）酶的固定化方法 固定化方法
吸附法 共价偶联法 交联法 包埋法
物理 离子交 吸附法 换吸附
IE (or IC)
2）微囊型包埋法 （microencapsulation） 又称半透膜包埋法
将一定量酶液包在半透性的高分子微 孔膜内 。
半透膜：直径几十微米到几百微米， 厚约25nm。
2）偶联方法：
偶联成功与否取决于：
•载体：功能基团：芳香氨基，羧基， 羧甲基等。
•酶分子:侧链非必需重氮化法、叠 氮法、溴化氰法、烷基化法等。
优点：酶与载体结合牢固，不会轻易 脱落，可连续使用。
•缺点：反应条件较激烈，易影响酶 的空间构象而影响酶的催化活性。
四 原生质体的固定化方法
一、固定化酶和细胞的定义及特点
1.固定化酶(immobilized enzyme) 通过化学或物理的手段将酶定位于限
定的空间区域内，使其保持活性并可反复 利用。
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）
酶固定化方法要求
①不破坏酶活性中心的构象：酶的固定化不能破坏 酶活性中心的构象，尽量防止活性部位的氨基酸 残基受到影响；
纤维素
优点：条件温和，操作简 便，酶活力损失少。
缺点：结合力弱，易解吸 附。
2.共价偶联法（covalent binding or covalent coupling）
借助共价 键将酶的活性 非必需侧链基 团和载体的功 能基团进行偶 联。
3.固定化原生质体
意义： (1)固定化原生质体去除了细胞壁的扩散障 碍，有利于氧的传递，营养成分的吸收和 胞内产物的分泌。 (2)原生质体不稳定，容易破裂，固定化后， 由于载体的保护作用，稳定性提高。
二、固定化方法
（一）酶的固定化方法 固定化方法
吸附法 共价偶联法 交联法 包埋法
物理 离子交 吸附法 换吸附
IE (or IC)
2）微囊型包埋法 （microencapsulation） 又称半透膜包埋法
将一定量酶液包在半透性的高分子微 孔膜内 。
半透膜：直径几十微米到几百微米， 厚约25nm。
2）偶联方法：
偶联成功与否取决于：
•载体：功能基团：芳香氨基，羧基， 羧甲基等。
•酶分子:侧链非必需重氮化法、叠 氮法、溴化氰法、烷基化法等。
优点：酶与载体结合牢固，不会轻易 脱落，可连续使用。
•缺点：反应条件较激烈，易影响酶 的空间构象而影响酶的催化活性。
四 原生质体的固定化方法
一、固定化酶和细胞的定义及特点
1.固定化酶(immobilized enzyme) 通过化学或物理的手段将酶定位于限
定的空间区域内，使其保持活性并可反复 利用。
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）
酶固定化方法要求
①不破坏酶活性中心的构象：酶的固定化不能破坏 酶活性中心的构象，尽量防止活性部位的氨基酸 残基受到影响；
纤维素
优点：条件温和，操作简 便，酶活力损失少。
缺点：结合力弱，易解吸 附。
2.共价偶联法（covalent binding or covalent coupling）
借助共价 键将酶的活性 非必需侧链基 团和载体的功 能基团进行偶 联。
固定化酶和细胞原理 ppt课件
各类固定化方法的特点比较:
比较项目
吸附法
结合法
交联法 包埋法
物理吸附 .共价键结合 离子键结合
制备难易 固定化程度 活力回收率 载体再生
费用 底物专一性
易 弱 较高 可能 低 不变
适用性
酶源多
难 强 低 不可能 高 可变
易 中等 高 可能 低 不变
较广
广泛
较难 强 中等 不可能 中等 可变
较广
较难 强 高 不可能 低 不变
（四） 包埋法（entrapping
method）
• 定义：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。
• 包埋法分为网格型和微囊型
• 1．网格型 • 2．微囊型
1．网格型
• (1) 概念 将酶或含酶菌体包埋在凝胶细微网 格中，制成一定形状的固定化酶，称为网 格型包埋法。也称为凝胶包埋法
2． 固定化对酶稳定性的影响 • （1） 操作稳定性提高
• （2） 贮存稳定性比游离酶大多数提高。 • (3 ) 对热稳定性，大多数升高，有些反而降低。 • (4 ) 对分解酶的稳定性提高。 • （5） 对变性剂的耐受力升高
2 ．固定化后酶稳定性提高的原因：
• a. 固定化后酶分子与载体多点连接。 • b. 酶活力的释放是缓慢的。 • c. 抑制自降解，提高了酶稳定性。
评价指标
• 评价固定化酶的指标 活力测定方法
固定化酶的制备
• 一． 一般方法及特点 • 二． 酶的固定化方法
一． 一般方法及特点
关键在于选择适当的固定化方法和必要的载体以及稳定 性研究、改进。
1． 四大类方法： • 吸附法（包括电吸附法） • 结合法（无机多孔材料） • 交联法（双功能试剂） • 包埋法（微胶囊法）
第二章 4 固定化酶与固定化细胞PPT课件
22
D．溴化氰法
23
（三）交联法
借助双功能试剂使酶分子之间发生交联作 用，制成网状结构的固定化酶的方法称为 交联法。往往与其他方法连用
24
（四） 包埋法（entrapping method）
定义：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。
25
（四） 包埋法
包埋法分为网格型和微囊型 1．网格型 2．微囊型
13
（二）结合法
1 离子键结合法 2 共价键结合法☆
14
1 离子键结合法
常用载体:纤维素， 葡聚糖凝胶 使用注意：pH、离子强度、温度
15
2 共价键结合法
（ 1 ）可以形成共价键的基团： 游离氨基， 游离羧基， 巯基， 咪唑基， 酚基， 羟基， 甲硫基， 吲哚基，二硫键
（ 2 ）常用载体：天然高分子、人工合成 的高聚物、无机载体
26
1．网格型
(1) 概念 将酶或含酶菌体包埋在凝胶细微 网格中，制成一定形状的固定化酶，称为 网格型包埋法。也称为凝胶包埋法
27
2．微囊型包埋法
是将酶包埋在各种高分子聚合物制成的小球内， 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。
28
29
30
43
三. 辅酶固定化
1 原因 有机辅因子中具有某些特殊的化学基团，
参与酶的催化反应 有机辅因子在使用过程中要流失，并且不
能自行再生 有机辅因子价格昂贵
44
辅酶固定化的方法：
2 固定化方法与酶相似，一般采用溴化 氰法以及重氮偶联法等共价偶联。
3 辅酶固定化必须解决辅酶在多个酶之 间传递的障碍。
固定化酶与固定化细胞
D．溴化氰法
23
（三）交联法
借助双功能试剂使酶分子之间发生交联作 用，制成网状结构的固定化酶的方法称为 交联法。往往与其他方法连用
24
（四） 包埋法（entrapping method）
定义：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。
25
（四） 包埋法
包埋法分为网格型和微囊型 1．网格型 2．微囊型
13
（二）结合法
1 离子键结合法 2 共价键结合法☆
14
1 离子键结合法
常用载体:纤维素， 葡聚糖凝胶 使用注意：pH、离子强度、温度
15
2 共价键结合法
（ 1 ）可以形成共价键的基团： 游离氨基， 游离羧基， 巯基， 咪唑基， 酚基， 羟基， 甲硫基， 吲哚基，二硫键
（ 2 ）常用载体：天然高分子、人工合成 的高聚物、无机载体
26
1．网格型
(1) 概念 将酶或含酶菌体包埋在凝胶细微 网格中，制成一定形状的固定化酶，称为 网格型包埋法。也称为凝胶包埋法
27
2．微囊型包埋法
是将酶包埋在各种高分子聚合物制成的小球内， 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。
28
29
30
43
三. 辅酶固定化
1 原因 有机辅因子中具有某些特殊的化学基团，
参与酶的催化反应 有机辅因子在使用过程中要流失，并且不
能自行再生 有机辅因子价格昂贵
44
辅酶固定化的方法：
2 固定化方法与酶相似，一般采用溴化 氰法以及重氮偶联法等共价偶联。
3 辅酶固定化必须解决辅酶在多个酶之 间传递的障碍。
固定化酶与固定化细胞
《固定化酶和细胞》PPT课件
2.固定化酶应能回收、贮藏，利于反复使用。
3.固定化酶应用于机械化和自动化操作，所用载体 常有一定的机械强度。
4.固定化酶应能保持甚至超过原有酶液的活性。即 要保护活性中心基团。
5.固定化酶应能最大程度与底物接近，从而提高产 量。具有最小的空间位阻。
6.固定化酶应有最大的稳定性。
7.固定化酶应易与产物分离。
5、细胞、原生质体的固定化
h
3
固定化生物技术—— 通过化学或物理的手段将酶或游离细胞定位 于限定的空间区域内，使其保持活性并可反复 利用。
h
4
游离酶的缺点：
1.酶是蛋白质，稳定性差（热、酸碱、有 机溶剂对其有影响）。 2.不能回收，也使产物中混杂酶蛋白。 3.分离纯化困难。
h
5
5.1 酶与细胞的固定化
功能基团：如游离的氨基、羧基、半胱氨酸的巯基、 组氨酸的咪唑基、酪氨酸的酚基、丝氨酸和苏氨酸的 羟基等，当这些功能基团位于酶的活性中心时，要求 不参与酶的固定化结合
酶的高级结构：要避免用高温、强酸、强碱等处理， 而且有机溶剂、高浓度的盐也会使酶变性、失活，因 此，操作应尽量在非常温和的条件下进行。
产物的分离纯化较困难：酶反应后成为杂质与产物混在一起，无疑给 产物的进一步的分离纯化带来一定的困难。
固定化技术
h
2
Contents of chapter 5-1 酶与细胞的固定化
Go 1、什么是固定化技术和固定化酶 Go 2、固定化酶的研究历史 Go 3、酶的固定化技术 Go 4、固定化酶的特点
Chapter 5 Immobilized enzyme and cell
固定化酶和细胞
h
1
酶应用过程中的一些不足
酶的稳定性较差：除了某些耐高温的酶，如α-淀粉酶等；和胃蛋白 酶等可以耐受较低的pH条件以外，大多数的酶在高温、强酸、强碱和 重金属离子等外界因素影响下，都容易变性失活。
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化 酶 固 定
⑵纤维状固定化酶； ⑶膜状固定化酶； ⑷管状固定化酶；
化
细
胞
生物工程专业课程
生 化
二、 固定化酶、细胞的性质
工 程
1、固定化后的活性
第 酶经固定化后，活力降低。
七 章 固 定
原因是：
a. 酶和载体结合时，活性中心的氨基酸也或 多或少地参与了结合 ，使得酶的结构发生部
化 分变化，酶活力有一部分丧失。
件下进行固定化反应。
细
胞
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生 化
固定化方法：
工 载体结合法；交联法；包埋法；其他方法；
程
第 载体结合法：将酶（细胞）固定在不溶性载
七 体上。靠共价结合、离子结合、和物理吸附。
章 常用的载体：纤维素、葡聚糖、琼脂糖等多
固 定
糖衍生物颗粒或多孔玻璃等。
化 酶 固 定
交联法：使酶与具有两个以上官能团的试剂
定 酶统一英文名称为Immobilized Enzyme。
化
细
胞
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生
化 工
1973年，日本首次在工业上成功应用固定化
程 大肠杆菌菌体中天门冬氨酸酶，由反丁烯二
第 酸连续生产L-天门冬氨酸。
七 章 固 定
1976年，法国首次用固定化酵母细胞生产啤 酒和酒精；
1978年，日本用固定化枯草杆菌细胞生产淀
化 有的不变化，有的向pH小的方向移动，有的
酶 固
向pH大的方向移动。
定
化
细
胞
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生 化
c.反应的最适温度
工 固定化酶、细胞的最适温度往往升高，升
程 高的幅度不同，2~15 ℃不等。
第
七 d.动力学常数
章 固 定
固定化酶的表观Km(app)与游离酶的Km相比 有些不变，有的 变化很大。
（如：戊二醛）进行反应，应用化学键把酶 固定。
化
细
胞
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生
化 包埋法：将酶包在凝胶微小格子内，或是将
工 酶包裹在半透性聚合物膜内的固定化方法。
程 第 七
常用的凝胶为聚丙烯酰胺、海藻酸钙、胶原、 卡拉胶固 定 化 酶
固 定 化 细 胞
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酶 固 定
b. 由于载体的存在，有空间位阻，影响底物 和酶接触，酶的活性得不到全部表达。
化 细胞固定化后，一般酶活力不下降。细胞内
细 胞
酶受细胞膜、壁的保护。
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生
化 固定化酶结构的改变
工 程
第 七 章
固 定 化 酶 固 定 化 细 胞
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生
化 2、稳定性
工 程 第
酶或细胞被固定化后，由于载体的存在，酶 分子的结构或细胞被约束，对外部恶劣环境
生 化 工 程
第 七 章
固 定 化 酶 固 定 化 细 胞
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生 化 工 程
第 七 章
固 定 化 酶 固 定 化 细 胞
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生 化
固定化方法与载体的选择依据
工 ⑴固定化酶应用的安全性；
程 ⑵固定化酶在操作中的稳定性；
第 七
⑶固定化的成本；
章 固
固定化酶的形状
定 ⑴颗粒状固定化酶；
第一节 酶、细胞的固定化方法及固定化后的 性质
第 七
一、固定化的原则和方法
章 酶催化作用依靠它的高级结构及活性中心。
固 固定化时，活性中心的必需基团应避免参加反
定 化
应；避免高温、强碱、有机溶剂以及高浓度盐
酶 的处理，保护靠氢键、离子键、疏水键等弱键
固 维系的酶蛋白质的高级结构。尽可能在温和条
定 化
细
胞
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生
化 发展历史
工
程 1953年，德国，Grubhofer、Schleith，聚氨基
第 七 章
苯乙烯树脂为载体，重氮法； 1969年，日本，千畑一郎，固定化氨基酰化
固 酶，从DL-氨基酸连续生产L-氨基酸，首次
定 工业规模应用固定化酶，促使酶工程作为一
化 酶 固
个独立的学科从发酵工程中脱离出来； 1971年，第一次国际酶工程会议确定固定化
化 粉酶，开始了固定化细胞产酶的先例。
酶 固 定
1979年，固定化毛地黄细胞和长春花细胞成 功；
化 1982年，日本首次研究用固定化原生质体生
细 胞
产谷氨酸。
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生 化
固定化酶：
工 程 第
酶的固定化：将酶和菌体与不溶性载体结合 的过程；
七 固定化酶：在一定空间内呈闭锁状态存在的
章 酶，能连续进行反应，反应后的酶可回收重
固定化酶固定化细胞优秀课件
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生
化 工
概述
程 酶催化剂的优点：
第 七 章
专一性强，反应条件温和，反应速度较快。 弱点：
固 溶液酶在反应后，分离困难，重复利用困难；
定 溶液酶稳定性差，易失活。
化
酶 1969出现了固定化酶技术。
固 固定化酶就是把原来游离的水溶性酶，固定于
定 化
某一局部的空间或者固定于载体上。
固 定 化
复使用； 概念发展
酶 “水不溶酶”（water insoluble enzyme)
固 定 化
“固相酶”（solid phase enzyme) 1971年第一届国际酶工程会议正式采用“固
细 定化酶（immobilized enzyme)”
胞
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生
化 固定化酶的特点
工 程 第 七
化
酶
固 定 化 细 胞
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原因可能是：载体间的静电作用，以及扩散
工 效应。如果固定化酶区域的底物浓度比外部
程 第 七
液相主体溶液高，Km(app)下降。相反，用包 埋法的固定化酶的Km(app)值，可较游离酶多
七 的敏感性下降，使其稳定性增加（对热、对
章 各种化学试剂等）。而且有时稳定性增加的
固 定
幅度比较大。
化
酶
固 定 化 细 胞
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生 化
3、催化特征
工 程
a.底物专一性：当底物为大分子时，酶或细胞
第 对底物专一性下降；当底物为小分子时，酶
七 或细胞对底物专一性变化不大。
章 固 定
b.最适pH：依固定化载体与酶分子、细胞上 所分布电荷的相互作用不同而异。有的变化，
具有生物催化剂的功能，又有固相催化剂的 功能。
①可多次使用；
章 ②反应后，酶底物产物易分开，产物中无残
固 定 化
留酶，易纯化，产品质量高； ③反应条件易控制；
酶 ④酶的利用效率高；
固 ⑤比水溶性酶更适合于多酶反应；
定 化 细 胞
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生
化
工
程
水溶性酶
水不溶性载体
第
七
章
固
固定化技术
定
化 酶
水不溶性酶
固 定
（固定化酶）
化
细
胞
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固定化酶生物反应器
工 程 第 七
实际应用中，固定化酶可以装在反应器中， 连续生产有利于生产的自动化，提高生产率。
鉴于此，70年代以来，该技术受到各国学者
章 的瞩目，纷纷开展固定化酶的研究。
固 定 化 酶
固 定 化 细 胞
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