酶与细胞固定化PPT课件

IE (or IC)
b. 微囊型包埋(microencapsulation)： 又称半透膜包埋法：
将酶包埋于由各种高分子聚合物（直径几十微 米～几百微米，厚约25mm的半透膜）制成的小球 内，制成固定化酶。 ① 常用半透膜有：聚酰胺膜、火棉胶膜 ② 制备方式：界面沉降法、界面聚合法、表面活性 剂乳化液包埋法。 分述如下：
第六章 酶、细胞、原生质体固定化
游离酶的缺点：
(1) 酶的催化效率不够高
(2) 酶的稳定性较差（热、酸碱、有机溶剂对其有 影响）。
(3)酶使用后通常不能回收，这种一次性使用酶的 方式，不仅使生产成本提高，而且难于连续化生产， 从而导致酶的使用效率低，产品成本高。
(4)产物的分离纯化较困难 ，酶在催化反应结束后 与产物混在一起，给产物的进一步分离纯化带来一 定的困难。
物理吸附法（physical adsortion） 作用力：氢键、疏水键 常用载体：氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔 玻璃、硅胶、羟基磷灰石、纤维素、大孔合成 树脂等。
优点：酶的活性中心不易被破坏， 酶活力损失小。
缺点：结合力弱，易解吸附。
（3）制备方法：
a. 静态法 (statia procedure) ：
该法可提高吸附时局部浓度，增加吸附量，但要注意 酶法 (mixing or shaking bath loading) ：
是实验室常用方法，载体与酶液混和后，要在搅 拌下或摇床连续振摇下完成固定化。
该法固定化较为均匀，要注意搅拌或振摇速率， 既不破坏酶和载体结构，又要达到充分混和目的。
界面沉降法： 利用高聚物在水相和有机相的界面上溶解度降
低而凝聚，易形成皮膜而将酶包埋于中。 例： 以火棉胶（硝酸纤维素）包埋酶时，先将
酶的水溶液在含有硝酸纤维素的乙醚溶液中乳化、 分散，然后再加入苯甲酸丁酯，促使硝酸纤维素 在酶液液滴周围凝聚，最后用Tween20破乳化后， 就可得到含酶的火棉胶囊。
表面活性剂乳化液膜法： 在酶的水溶液中添加表面活性剂，使之乳化形
成液膜达到包埋的目的。该法不含化学反应，简 便，而且固定化是可逆的，但有渗漏的可能性。
脂质体包埋： 将酶包埋于脂质体(Liposome)中的方法。脂质
体是指具有脂双层结构和一定包囊空间的微球体。
脂质体包埋的特点： 具有一定的机械性能，能定向将酶等被包裹物携 带到体内特定部位，然后将被包裹物质释放。因此， 其在药物应用方面受到重视。
不变
强度 差
合成凝胶 聚丙烯酰胺、光 聚合反应 部分失活 高 交联树脂
海藻酸钙凝胶包埋法： 滴至
海藻酸钠溶液＋E (or cell) CaCl2 溶液中
角叉菜胶包埋法： 滴至
角叉菜胶＋E (or cell)
KCl 溶液中
IE(or IC) IE (or IC)
聚丙烯酰胺凝胶包埋法： 过硫酸钾
Acr+ Bis+E (or cell) 二甲氨基丙腈
没有搅拌、振摇情况下，将载体直接加入酶溶液，通 过自然吸附、解吸、再吸附等过程、制备固定化酶。
该法操作简便，但效率低，耗时，吸附量小且不均匀。
b.电沉积法 (electrodeposition procedure) ：
在酶溶液中放置两个电极，在电极邻近加入载体，接 通电源，酶移向电极并沉积到载体表面，以制备固定化 酶。
（固定化酶又叫水不溶性酶）
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）
固定化酶的优点
一 、
①可提高稳定性
固
定
②反应后易于分离，简化了提纯工艺，
化
产物得率高，利于提高产品质量。
酶
的
③可以反复使用，有利于工艺的连续化。
优
缺 点
④反应过程可以严格控制，有利于工艺 自动化。
⑤适应于多酶反应体系。
d. 反应器装载法(reactor loading process)： 这是工业上常用方法，它将固定化和其后的应用
连在一起，即先将载体装于反应器中，再加上酶液， 然后通过循环流振动方式使酶和载体达到充分混和。
2、包埋法：(entrapment)
(1) 定义：将酶分子包埋在各种多孔载体中，
制成一定形状的固定化酶的技术，主要用于水溶 性小分子底物转化反应。
与凝胶包埋法相比，微囊型包埋法的优点： 1）固定化酶颗粒小。 2）半透膜能阻止蛋白质分子渗漏和进入，注 入体内既可避免引起免疫过敏反应，也可使 酶免遭蛋白水解酶的降解，具有较大的医学 价值。 缺点：反应条件要求高,制备成本也较高。
固定化酶缺点
缺点
①酶固定化时酶的活力 有所损失。
②固定化成本高。
③比较适应水溶性底物和小 分子底物。
二、酶的固定化方法
固定化方法
吸附法 结合法
交联法 包埋法
物理 吸附法
离子键 结合法
共价键 结合法
网格型 微囊型
1.吸附法 3.共价偶联法
2.包埋法 4.交联法
1、吸附法
（1）定义：利用各种固体吸附剂将酶或含 酶菌体吸附在其表面上。
第一节 酶的固定化 第二节 微生物、植物和动物细胞固定化 第三节 原生质体固定化
第一节 酶的固定化
一、固定化酶的优缺点 二、酶的固定化方法 三、固定化酶性质 四、固定化酶的应用
酶的固定化：借助各种物理或化学方法，将 酶固定于水不溶性载体上的过程。
固定化酶(immobilized enzyme) ：固定在 载体上并在一定空间范围内进行催化反应的 酶。
(2)包埋法的类型：酶被包埋成网格型称为凝
胶包埋法；酶被包埋成微胶囊型称为微胶囊包埋 法。 包埋过程不发生反应
凝胶包埋法（网格型）： 将酶包埋在凝胶内部的微 孔中。 微胶囊包埋法（微囊型）： 将酶包埋在高分子半透膜 中。
a. 凝胶包埋：
天然凝胶
使用的多孔载体及其特点
凝胶
包埋条件 酶活性
琼脂、海藻酸钙、温和 角叉菜胶、明胶
界面聚合法： 将疏水性和亲水性单体在界面进行聚合，形成半透 膜，使酶包埋于半透膜微囊中。
例：以尼龙膜包埋酶时，将酶液及亲水性单体（如己二胺） 溶于水制成水溶液。另外，将疏水性单体（癸二酰氯等）溶 于氯仿或甲苯等与水混溶的有机溶剂。然后，将这两种互不 相溶的液体混和在一起。加入乳化剂乳化，使酶液分散成小 液滴。此时，亲水性的已二胺与疏水性的癸二酰氯就在二相 界面聚合成半透膜，将酶包埋在小球内。再加Tween—20， 使乳化破坏，用离心分离即可得用半透膜包埋的微囊型固定 化酶。