酶的固定化 PPT课件

第一届国际酶工程 固定化酶：Immobilized 大会 Enzyme 日本 固定大肠杆菌生产天冬氨酸
1979年
1982年 日本
固定化植物细胞：长春花和毛 地黄细胞
固定原生质体生产谷氨酸
二、固定化酶的制备
（一）、酶的固定化方法
吸附法 包埋法
结合法 交联法 热处理法
胶体包埋法 半透膜包埋法 离子键结合法 共价键结合法
载体小而弯曲的细孔是产生内扩散阻力的主
要原因。因此使用低分子量底物，小的粒径、载 体孔尽可能大而直且互相连通，或仅仅将酶固定 在载体表面都可以降低这种内扩散阻力。
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对蛋白酶的抵抗性增强，不易被蛋白酶水解。
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游离酶：
固定化酶：
四、固定化酶的应用
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1.在工、农业生产上的应用 2.在医药、治疗上的应用 3.在分析化学中的应用
3.结合法
选择适宜载体，使之通过共价键或离子键 与酶结合在一起的固定化方法称为结合法。 （1）离子结合法：通过离子键使酶与载体结 合的固定化方法。
+ + + + + + - + ++ + + -+ - -+ ++ + + + ++ - - -
载体：DEAE纤维素、 TEAE纤维素、 DEAE葡聚糖凝胶 ……
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1、固定化酶在工农业生产上的应用
产 物 酶或细胞
氨基酰化酶 葡萄糖异构酶或含该酶菌体 青霉素酰胺酶 含有门冬氨酸的菌体 含有反丁烯二酸酶的菌体 乳糖酶 碱性蛋白酶 葡萄糖氧化酶和氧化氢酶 柚苷酶 木瓜蛋白酶 脂肪酶 脂肪酶
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固定化方法
载体结合法 载体结合法或交联法 载体结合法 胶格包埋法 胶格包埋法 载体结合法 载体结合法 胶格包埋法 载体结合法 载体结合法或包埋法 胶格包埋法 载体结合法
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2、空间障碍效应
固定化之后，由于酶的空间自由度受到限制(因为载体 的空隙太小，或者固定化方式与位置不当，给酶的活性部 位造成了空间屏障)，使酶分子的活性基团不易于底物或效 应物接触，影响酶分子的分子活性中心对底物的定位作用, 所造成的对固定化酶的活力的影响效应，被称为空间障碍
效应。
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3、扩散限制效应
（2）共价结合法：通过共价键将酶与载体结 合的固定化方法。
载体： 纤维素 琼脂糖凝胶 葡聚糖凝胶 甲壳质 氨基酸共聚物 ……
酶分子中可以形成共价键的基团： 氨基、羧基、巯基、羟基、酚基、咪唑基
载体
活泼基团
载体活化的方法
1. 活化
酶辅助蛋白交联法
酶分子之间共价交联和与水不溶性载体共价偶联
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固定化方法与载体的选择
1.必须注意维持酶的催化活性和专一性
2.酶与载体结合牢固
3.载体的机械强度
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4.固定化酶要有最小的空间位阻
5.载体稳定，不可与底物、产物发生反应 6.固定化酶要廉价
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三 固定化酶的性质
1、分配效应
由于载体和底物的性 质差异引起了微环境和宏
观环境之间的性质不同。 微环境是在固定化酶附近 的局部环境，而将主体溶 液称为宏观环境。由这种 不同造成的底物、产物和 各种效应物在两个环境之 间的不同分配，被称为分 配效应。
第五章 酶固定化
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一、固定化酶发展简史
二、固定化酶制备
三、固定化酶的性质 四、固定化酶反应器 五、固定化酶的应用
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游离酶的缺点
1.酶的稳定性较差，在温度、pH、和无 机离子等外界因素的影响下，容易变 性失活。
2.酶一般都是在水溶液中与底物反应，
反应结束后酶难以回收。
3.反应结束后，酶成为产物的杂质。
载体：琼脂、琼脂糖、海藻酸钠、角叉菜胶、明胶、 聚丙烯酰胺…… （1）凝胶包埋法：以各种多孔凝胶为载体，将酶、 细胞或原生质体包埋在凝胶的微孔内的固 定化方法。
（2）半透膜包埋法 将酶包埋在由各种高分子聚合物制成的小 球内，制成固定化酶. 制备方法：
酶， 水， 乙二胺
癸二酰氯+氯仿
包埋法
优点：结合力牢、活力回收高、底物专一性不变。 缺点：制备较难，载体无法回收、扩散限制。
原
料
L-氨基酸 果糖浆 6-APA L-门冬氨酸 L-苹果酸 低乳糖牛奶 乳糖 干蛋白 果汁脱苦 啤酒 植物白脱 脂肪酸
乙酰-DL-氨基酸 葡萄糖 青霉素G 反丁烯二酸 反丁烯二酸 牛奶 牛奶 蛋白 桔类果汁 生啤酒 植物油 植物油
产
物
酶或细胞
含脱氢酶及羟化酶的菌体 含有L-门冬氨酸、β -脱羧酶的菌 体 氨基酰化酶 乙酰激酶 5’-磷酸二酯酶，5’-腺苷酸脱氨酶 Sacharomyces carlsbergensie 或S.Cerevisiae 同上 Serratia marcescens Aectobcter.sp. 乳酸杆菌与酵母 Bacillus substilis Bacill sp. Clostridium butyicum Rhodospirillium rubrum
酶固定化使生物催化反应从均相转 化为多相，于是产生了扩散阻力： 1） 外扩散阻力是底物从宏观环 境向酶颗粒表面传递过程中的一种扩
散限制效应，它发生在反应之前，发 生在固定化颗粒周围的液膜层。
它会使底物在固相酶周围形成浓
度梯度，通过增加搅拌速度和底物流 速的方法可以减少外扩散效应。
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2） 内扩散阻力是指底物分子达到固相酶表面后 传递到酶活性部位时的一种扩散阻力，它与催化 反应同时进行。
概念
固定化酶是指固定在载体上并在一定的
空间范围内进行催化反应的酶。固定化酶既
保持了酶的催化特性，又克服了游离酶的不
足之处，具有增强稳定性，可反复或连续使
用以及易于和反应产物分开等显著特点。直
接固定菌体或菌体碎片的，称为固定化菌体
或固定化死细胞。
一、酶固定化的历史
1953年 1969年 1971年 1973年 Grubhofer,Schleith 以聚氨基苯乙烯固定羧肽酶、 淀粉酶、胃蛋白酶 千火田一郎 固定化氨基酰化酶，DL-氨基 酸拆分
1.吸附法
吸附法是利用各种固体吸附剂将酶或含酶 菌体吸附在其表面上而使酶固定化的方法。 活性炭、氧化铝、硅藻 土、多孔陶瓷、多孔玻 璃、硅胶、羟基磷灰石。 优点：操作简单、条件温和、 载体廉价易得、可反复使用。 缺点：结合力不劳、容易脱落。
2.包埋法
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。