固定化酶固定化细胞优秀课件

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
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；
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
件下进行固定化反应。
细
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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
化
酶
固 定 化 细 胞
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生 化
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
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
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，
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
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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。
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
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
细
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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
水不溶性酶
固 定
（固定化酶）
化
细
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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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生
化 工 程
（如：戊二醛）进行反应，应用化学键把酶 固定。
化
细
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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、 卡拉胶等。
章 包埋法简单，可适用于大多数酶。
固 定 化 酶
固 定 化 细 胞
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化 有的不变化，有的向pH小的方向移动，有的
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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。
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
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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。