固定化酶的制备及应用
高中生物选修一资源参考3-2固定化酶的制备和应用
第二节固定化酶的制备和应用教学建议课程标准中要求学生尝试制备和应用固定化酶,但考虑到制作固定化酶的技术要求比较高,中学生难以掌握,因此只要求学生制作技术难度较低的固定化酵母细胞,对于固定化酶的作用、原理及其在生产中的应用,主要是让学生通过生产实例来了解。
固定化酶和固定化细胞通常采用包埋法、交联法和吸附法。
教师在教学过程中,可以通过提问的方式,引导学生认识这三种方法的特点与适用范围。
此外,教师还可引导学生理解固定化细胞和固定化酶这两种技术的区别与联系,辩证地认识这两种技术的优势与不足。
例如,固定化细胞操作容易、对酶活性的影响更小、可以催化一系列的反应、容易回收等,但由于大分子物质难以自由通过细胞膜,因此固定化细胞的应用也受到限制。
本课题可以安排2课时。
第1课时完成课题背景和基础知识的学习,准备好基本的实验仪器,同时还可以组织学生提前配制好硼酸—CaCl2溶液和用于发酵的葡萄糖溶液。
第2课时进行酵母细胞的固定化操作。
参考资料微生物细胞的固定化固定化微生物细胞就是利用微生物来生产酶,具有生产成本低、周期短、产量大等优点。
微生物产生的酶,可以分为分泌在细胞外的胞外酶和包含在细胞内的胞内酶。
利用胞内酶时,需要采用手段将细胞破碎后,将酶进行分离纯化,提取后酶的活性和稳定性往往都受到很大的影响。
将微生物细胞限制或定位于特定空间位置,即将微生物制成固定化细胞后,既能避免复杂的细胞破碎、酶的提取和纯化过程,又能使酶的活性和稳定性得到较大提高。
固定后的微生物细胞可以作为固体催化剂在多步酶促反应中发挥连续催化作用,同时,催化反应结束后又能被回收和重复利用。
例如,人们将含有青霉素酰化酶的大肠杆菌细胞进行固定化,用于大规模生产青霉素母核(青霉素的主体化学结构部分,即6氨基青霉烷酸),然后再对青霉素母核的侧链进行化学修饰,可以生产半合成青霉素,如氨苄青霉素。
固定化酶的制备及应用
基金项目:兰州大学中青学术骨干基金资助项目(LD810718);作者简介:李彦锋(1954—),男,甘肃省秦安县人,现任兰州大学化学化工学院副教授、兰州大学材料科学与工程研究所副所长.理学博士.多年从事高分子学科的教学与科研,研究方向为功能高分子和高分子材料,内容涉及反应性高分子、生物医用高分子、耐高温高分子材料及农业节水微灌器材等;!通讯联系人。
固定化酶的制备及应用李彦锋1!,李军荣1,伏莲娣2(1.兰州大学化学化工学院,兰州大学材料科学与工程研究所,兰州730000;2.甘肃省科学院自然能源研究所,兰州730000)摘要:酶的固定化及其酶促反应是最具发展前景的生物技术前沿领域之一。
固定化酶已经广泛应用于生物化学、生物技术与工程、生物医学工程、化学化工等方面,将在人类社会可持续发展中发挥重要作用。
本文综述了近期固定化酶制备及应用研究的进展。
关键词:酶;固定化酶;酶促反应;生物技术;生物工程酶的固定化(Immobiiization of enzymes )是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内,仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复使用的一类技术[1]。
与游离酶相比,固定化酶在保持其高效、专一及温和的酶催化反应特性的同时,还呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续及可控、工艺简便等一系列优点[2],不仅在化学[3~5]、生物学及生物工程[6~8]、医学及生命科学[9~12]等学科领域得到迅速发展,而且因为具有节省资源与能源、减少或防治污染的生态环境效应而符合可持续发展的战略要求[13]。
依据酶的性质及用途,可通过包埋法、交联法、吸附法及共价结合法来实现酶的固定化[1,2]。
包埋法分为网格型和微囊型两类,其制备工艺简便且条件较为温和、可获得较高的酶活力回收。
交联法亦称架桥法,游离酶的氨基酸残基与双官能团或多功能团交联剂反应而被固定化、可得酶蛋白单位浓度较高的固定化酶。
吸附法包括物理吸附和离子结合法,工艺简便及条件温和是其显著特点,可供选择的载体涉及天然或合成的无机与有机高分子材料、有时酶的纯化与固定化尚可同时实现。
固定化酶技术及应用的研究进展
固定化酶技术及应用的研究进展一、固定化酶的制备方法研究进展固定化酶的制备方法包括物理吸附、共价键结和交联结构等。
近年来,研究者们发展了一系列新型的固定化酶制备方法,如钙凝胶法、包埋法、凝胶微球法和溶胶凝胶法等。
这些新方法不仅提高了固定化酶的稳定性和活性,还大幅度降低了制备成本,提高了酶的重复使用性。
固定化酶在生物工程领域的应用主要集中在酶催化反应、生物催化剂制备以及生物催化剂的应用等方面。
例如,固定化酶可以用于生物反应器中进行酶催化反应,实现对废水处理、医药合成和食品工业等的高效处理。
此外,固定化酶还可以用于制备各类生物催化剂,如药物微胶囊和生物传感器,用于治疗疾病和检测生物分子。
固定化酶在食品工业中的应用主要包括生产酶制剂、降解保健食品、生产高价值添加物以及改善食品品质等方面。
固定化酶可以用于生产各类酶制剂,如发酵酶、复合酶和水解酶等,以加速酶催化反应。
此外,固定化酶还可以用于生产特殊功能食品,如降解保健食品、胶原蛋白等,以满足不同人群的需求。
固定化酶在医药学领域的应用主要包括药物制剂、生物芯片、药物代谢和生物传感器等方面。
例如,固定化酶可以用于制备缓控释药物制剂,以提高药物的疗效和降低副作用。
此外,固定化酶还可以用于制备生物芯片,用于分析疾病标志物和药物代谢产物等。
固定化酶在环境保护领域的应用主要包括废水处理、大气污染控制和土壤修复等方面。
固定化酶可以用于废水处理中,加速有害物质的降解和去除。
此外,固定化酶还可以用于大气污染控制,将有害气体转化为无害物质。
固定化酶还可以用于土壤修复,加速土壤中有毒物质的降解和去除。
综上所述,固定化酶技术在多个研究领域取得了重要的进展。
通过不断创新和改进固定化酶制备方法,研究者们加强了固定化酶的稳定性和重复使用性,提高了酶的应用效果和利用价值。
固定化酶技术的进一步发展,将为生物工程、食品工业、医药学和环境保护等领域带来更多创新和突破。
固定化酶的制备方法及其在食品工业中的应用
固定化酶的制备方法及其在食品工业中的应用酶参与体内各种代谢反应,而且反应后其数量和性质不发生变换。
作为一种生物催化剂,酶可以在常温常压等温和条件下高效地催化反应,一些难以进行的化学反应在酶的催化作用下也可顺利地进行反应,而且反应底物专一性强、副反应少等优点大大促进了人们对酶的应用和酶技术的研究。
近年来,酶被人们广泛应用于食品生产与检测、生物传感器、医药工程、环保技术、生物技术等领域。
但在实际应用中,酶对环境敏感、反应后难以回收等缺点限制了酶制剂产品的开发和应用,在这种情况下,固定化酶应运而生。
酶的固定化是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内,仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复利用的一类技术。
与游离酶相比,固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时,又克服了游离酶的不足之使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点。
固定化酶不仅在化学、生物学及生物工程、医学及生命科学等学科领域的研究异常活跃,得到迅速发展和广泛的应用,而且因为具有节省资源与能源、减少或防治污染的生态环境效应而符合可持续发展的战略要求。
一、固定化酶的概念及其性质固定化酶(immobilized enzyme)是用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在水不溶性凝胶或半透膜的微囊体中制成的。
酶固定化后一般稳定性增加,易从反应系统中分离,且易于控制,能反复多次使用。
便于运输和贮存,有利于自动化生产。
固定化酶技术是把从生物体内提取出来的酶,用人工方法固定在载体上。
由于固定化酶的运动被化学或物理的方法限制了,能将其从反应介质中回收,所以它原则上能在批量操作或连续操作中重复使用酶。
固定化酶技术是酶工程的核心,它使酶工程提高到一个新水平。
固定化酶具有如下性质:酶的稳定性提高;最适pH值改变;酶的活性和催化底物有所变化;最适温度有所提高。
二、固定化酶制备方法固定化酶的制备方法有物理法和化学法两大类。
物理方法包括物理吸附、包埋法等。
课题5制备和应用固定化酶课件
固定化酶与生物反应器的结合
01
通过优化生物反应器的设计和操作条件,提高固定化酶的催化
效率和产物收率。
固定化酶与分离技术的结合
02
利用分离技术对固定化酶反应产物进行分离和纯化,提高产品
的纯度和产率。
固定化酶与传感器技术的结合
03
将固定化酶应用于传感器技术中,实现对生物分子和化学物质
的快速、灵敏和准确的检测。
注意个人防护
在进行实验操作时,应佩戴防护眼镜、口 罩等个人防护用品,以防止意外伤害。
实验结果分析
数据记录
误差分析
在实验过程中,应认真记录实验数据,包括反应时间、温度、浓度等参数。
对实验结果进行误差分析,找出可能 影响实验结果的因素,提高实验的准 确性和可靠性。
结果分析
根据实验数据,分析固定化酶的催化 性能和应用效果,比较不同条件下的 反应结果。
以控制。
固定化酶的表征
01
02
03
04
酶活性的测定
通过测定固定化酶的催化活性, 评估其催化效果。
载酶量的测定
通过测定载体上固定化酶的质 量或数量,评估固定化效果。
稳定性评估
比较固定化酶与游离酶在不同 条件下的稳定性差异。
传质性能分析
分析固定化酶在催化反应过程 中的传质性能,为其应用提供
依据。
02
04
固定化酶的发展趋势和前景
新技术的应用
01
02
03
纳米技术
利用纳米材料和纳米结构 的特点,提高固定化酶的 稳定性和活性。
生物工程技术
利用基因工程和蛋白质工 程技术,改良酶的特性和 提高固定化酶的效率。
计算机模拟技术
利用计算机模拟酶的催化 反应过程,优化固定化酶 的反应条件和设计新型固 定化酶。
固定化酶的方法
固定化酶的方法
固定化酶是将酶固定在载体上,形成固定化酶,具有高效、稳定、重复使用等优点。
下面是一种常用的固定化酶方法。
材料:
- 酶
- 载体(如聚丙烯脂、硅胶、玻璃等)
- 活性剂(如戊二醛、双醛、聚乙二醇等)
- 缓冲液(如PBS缓冲液)
- 洗涤液(如去离子水或PBS缓冲液)
步骤:
1. 制备载体:将载体清洗干净并消毒,然后在室温下干燥或烘干。
2. 固定化酶:将制备好的载体浸泡在含有活性剂的缓冲液中,搅拌均匀。
然后加入适量的酶,搅拌均匀并放置一段时间(根据不同的活性剂和载体类型,时间不同)。
最后用洗涤液洗净固定化酶。
3. 检测固定化酶活性:采用适当的方法检测固定化酶的活性,如比色法、荧光法等。
4. 贮存固定化酶:将固定化酶保存在干燥、阴凉、密闭的容器中,避免受潮和受热。
注意事项:
1. 活性剂的选择应根据酶的特性和载体的特点进行选择。
2. 固定化酶活性与载体、活性剂、酶的比例等因素有关,需要进行优化实验。
3. 贮存时要避免温度过高或过低,否则会影响固定化酶的稳定性和活性。
以上是一种常用的固定化酶方法,具体操作时应根据实验要求和条件进行调整。
《固定化酶的制备及应用》 学历案
《固定化酶的制备及应用》学历案一、学习目标1、理解固定化酶的概念和基本原理。
2、掌握常见的固定化酶制备方法。
3、了解固定化酶在各个领域的应用实例。
二、知识储备1、酶的特性酶具有高效性,能显著降低化学反应的活化能。
酶具有专一性,一种酶只能催化一种或一类化学反应。
酶的作用条件较温和,需要适宜的温度、pH 等条件。
2、酶在工业生产中的应用限制酶通常在溶液中反应,难以回收和重复利用,成本较高。
酶在反应条件下容易失活,稳定性较差。
三、固定化酶的概念固定化酶是指通过物理或化学的方法,将水溶性的酶与不溶性的载体结合,使酶变成不溶于水但仍具有催化活性的酶制剂。
四、固定化酶的制备方法1、吸附法利用各种固体吸附剂将酶吸附在其表面而使酶固定的方法。
常用的吸附剂有活性炭、氧化铝、硅藻土等。
吸附法操作简便,但酶与载体之间的结合力较弱,容易在使用过程中脱落。
2、包埋法将酶包裹在多孔的载体中,如凝胶(如琼脂糖凝胶、海藻酸钠凝胶)、半透膜等。
包埋法条件温和,操作简单,对酶活性影响较小,但只适用于小分子底物和产物的酶反应。
3、共价结合法通过酶分子上的官能团(如氨基、羧基、羟基等)与载体表面的活性基团发生化学反应,形成共价键而将酶固定。
这种方法结合牢固,但反应条件苛刻,容易导致酶活性的部分丧失。
4、交联法使用双功能或多功能试剂(如戊二醛)使酶分子之间发生交联,形成网状结构而固定。
交联法制备的固定化酶稳定性较高,但交联反应会对酶的活性产生较大影响。
五、固定化酶的性质变化1、稳定性提高固定化酶由于受到载体的保护,其热稳定性、酸碱稳定性等通常会有所提高。
2、最适温度和 pH 可能改变固定化后,酶的空间结构发生一定变化,导致其最适温度和最适pH 可能与游离酶不同。
3、活性和催化效率在某些情况下,固定化酶的活性可能会降低,但由于可以重复使用,总体催化效率可能会提高。
六、固定化酶的应用1、工业生产食品工业:用于生产高果糖浆、乳制品等。
医药工业:合成药物中间体、生物制药等。
固定化酶的方法和应用
固定化酶是将酶固定在载体上,形成固定化酶催化系统的过程。
通过固定化,可使酶的活性和稳定性得到提高,并能够重复使用。
常用的固定化酶方法包括吸附法、共价连接法、包埋法和交联法等。
1. 吸附法:利用载体表面与酶相互吸附的原理将酶固定在载体表面。
常用的载体包括硅胶、纤维素、聚丙烯酰胺凝胶等。
2. 共价连接法:通过将酶分子与载体分子之间的化学键共价连接,在载体表面上固定酶。
常用的共价连接剂包括辛二酸二酐、戊二酸二酐等。
3. 包埋法:将酶包裹在聚合物中,在聚合物内部形成微观环境,保护酶免受外界环境的影响。
常用的包埋材料包括明胶、蛋白质和聚乙烯醇等。
4. 交联法:将酶和载体分子之间形成交联结构,将酶牢固地固定在载体表面上。
常用的交联剂包括戊二醛、葡萄糖等。
固定化酶在生物技术、食品工业、医药工业等领域有着广泛的应用。
其中,利用固定化酶在生物技术领域中最为突出。
例如,固定化酶可以应用于产生大量纯度高的特定酶,用于DNA重组、制备抗体和识别特定分子等。
此外,在医药工业中也广泛使用固定化酶,如利用固定化酶制备药物、检测生物标志物等方面。
在食品工业中,固定化酶可用于生产乳制品、果汁、啤酒等食品中。
总之,固定化酶是一种重要的生物技术手段,具有广泛应用前景,可推动生物技术、食品工业、医药工业等领域的发展。
《固定化酶的制备和应用》 作业设计方案
《固定化酶的制备和应用》作业设计方案一、作业目标1、使学生深入理解固定化酶的制备原理和方法。
2、培养学生的实验操作能力和问题解决能力。
3、帮助学生了解固定化酶在各个领域的应用及重要性。
二、作业内容(一)理论知识部分1、要求学生查阅相关资料,阐述固定化酶的定义、特点和优势。
2、让学生总结常见的固定化酶方法,如吸附法、共价结合法、交联法和包埋法等,并比较它们的优缺点。
(二)实验设计部分1、给定一种酶(如淀粉酶),让学生设计一个固定化酶的实验方案,包括实验材料的选择、实验步骤的规划、预期的实验结果等。
2、要求学生思考在实验过程中可能遇到的问题及解决方法。
(三)应用分析部分1、让学生调研固定化酶在工业生产(如食品加工、制药等)、环境保护、生物医学等领域的具体应用案例。
2、分析固定化酶在这些应用中的作用和效果,以及其相对于游离酶的优势。
三、作业形式1、书面报告要求学生以书面形式提交理论知识的总结和实验设计方案,包括详细的文字说明和必要的图表。
对于应用分析部分,学生需撰写一篇分析报告,阐述各个应用案例中的关键要点。
2、课堂展示安排学生在课堂上进行小组或个人展示,分享他们的实验设计和应用分析成果。
鼓励其他学生提问和讨论,以促进知识的交流和深化理解。
四、作业时间安排1、理论知识总结和实验设计方案:X周时间完成并提交。
2、应用分析报告:X周时间完成并提交。
3、课堂展示:在应用分析报告提交后的X周内进行。
五、作业评估1、理论知识部分评估学生对固定化酶概念、方法的理解是否准确和深入。
检查学生对不同固定化方法优缺点的分析是否合理。
2、实验设计部分审查实验方案的科学性、可行性和创新性。
评估学生对实验中可能出现问题的预见和解决思路的合理性。
3、应用分析部分考察学生对应用案例的选择是否具有代表性和典型性。
评价学生对固定化酶在应用中的作用和优势的分析是否准确和全面。
4、课堂展示部分根据学生的展示表现,包括表达能力、逻辑清晰度、对问题的回答情况等进行评估。
高中生物 3.2 固定化酶的制备和应用课件 苏教版选修1
探究点一 探究点二 探究点三
2.结果分析与评价 (1)凝胶珠的颜色和形状:如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色,说明海藻 酸钠的浓度偏低,固定的酵母细胞数目较少;如果形成的凝胶珠不是圆形或椭 圆形,则说明海藻酸钠的浓度偏高,制作失败,需要再作尝试。 (2)检验凝胶珠的质量是否合格,可以使用下列方法。一是用镊子夹起一 个凝胶珠放在实验桌上用手挤压,如果凝胶珠不容易破裂,没有液体流出,就表 明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠,如果凝胶珠很容易 弹起,也能表明制备的凝胶珠是成功的。
提示:固定化酵母细胞包埋在海藻酸钠内,不容易与葡萄接触。可用葡 萄糖溶液代替鲜葡萄,将固定化酵母细胞加到葡萄糖溶液中发酵,葡萄糖容 易透过海藻酸钠进入到凝胶珠内部。
探究点一 探究点二 探究点三
●名师精讲●
1.实验流程的几点提醒 (1)选用的干酵母要具有较强的活性,而且物种单一。 (2)酵母菌细胞活化时体积会变大,因此活化前应选择体积足够大的容器, 防止酵母菌细胞的活化液溢出。 (3)海藻酸钠溶液的配制是固定化细胞的关键,因为如果海藻酸钠浓度过 高,将很难形成凝胶珠,如果浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母菌细胞的数 量少,也会影响实验结果。 (4)溶化海藻酸钠时要用小火或间断加热,避免海藻酸钠发生焦糊。 (5)将溶化后的聚乙烯醇—海藻酸钠溶液先冷却至 45 ℃,再与预热至 35 ℃ 的酵母菌培养液混合,避免高温杀死酵母菌细胞。要混合均匀,不要进入气泡。 (6)固定化酵母菌细胞时,应将酵母菌—聚乙烯醇—海藻酸钠胶液用注射 器以恒定速度缓慢滴入饱和硼酸—氯化钙溶液中,而不是注射,以免影响凝胶 珠的形成。 (7)细胞的固定要在严格的无菌条件下进行,如定容时要用蒸馏水,冲洗凝 胶珠要用无菌水。
固定化细胞 一系列酶 明胶、琼脂糖、海藻酸 钠、醋酸纤维素、聚丙烯 酰胺 包埋法
3.2制备和应用固定化酶
第三章酶的应用技术实践3.2制备和应用固定化酶探究目的:1、说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理2、尝试制备固定化酵母细胞,并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。
探究预习:固定化酶技术的发展也促进了固定化细胞技术的发展。
20世纪70年代后期出现了固定化细胞技术。
通过各种方法将细胞与一定的载体结合,使细胞仍保持原有的生物活性,这一过程称为细胞固定化。
固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢,由于保留了细胞内原有的多酶系统,这对多步催化的连续反应优势就更加明显。
细胞固定化的方法也有多种,主要是吸附法和包埋法两大类。
吸附法是制备固定化动物细胞的主要方法。
动物细胞大多数具有附着特性,能够很好地附着在容器壁、微载体和中空纤维等载体上。
吸附法制备固定化植物细胞,是将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂缝之中,也可将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上。
包埋法是指将细胞包埋在多孔载体的内部而制成固定化细胞的方法。
凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法,适用于各种微生物、动物和植物细胞的固定化。
凝胶包埋法所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶等。
海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简便,条件温和,对细胞无毒性。
通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径,适合于多种细胞的固定化。
用海藻酸钠凝胶制备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。
固定化细胞技术可以取代游离的细胞进行发酵,生产各种物质。
材料用具:干酵母,聚乙烯醇,海藻酸钠,无水CaCl2,蒸馏水,烧杯,玻璃棒,酒精灯,三角架,石棉网,注射器等。
探究反思:固定化酵母菌技术有哪些优点?探究示例:请参照细胞固定化技术的相关基础知识,完成下列问题。
(1)细胞固定化技术一般采用包埋法固定化,采用该方法的原因是____________________________________________________________________。
(2)包埋法固定化是指_________________________________。
固定化酶制备及应用的研究进展
固定化酶制备及应用的研究进展
摘要
固定化酶是一种将酶固定到支持材料上的一种技术,广泛应用于有机合成、蛋白质工程、药物分析、生物电化学、环境污染检测等领域。
近年来,固定化酶的研究受到了广泛关注,技术的不断发展改变了传统的固定化酶方法,这产生了重要的应用价值。
本文对最新的固定化酶制备和应用的研究进展进行综述,包括固定化酶的支持材料、固定化技术、活性测定以及固定化酶的应用。
随着新型支持材料和合成技术的不断发展,未来固定化酶将具有广泛的应用和巨大的市场前景。
关键词:固定化酶;支持材料;固定化技术;活性测定
1引言
随着现代科技的发展,生物催化剂的耐受性和可用性都得到了大幅提高,而且易于储存和运输。
这使得固定化酶变得更加重要,越来越受到学者的重视。
固定化酶可以有效改善组装酶的活性、稳定性和可控性,并可以在传统的酶反应技术中取得良好的效果,从而实现生物催化剂的多种多样的应用[1]。
2固定化酶的支持材料
固定化酶的支持材料一般分为生物支持材料和无机支持材料,两者有着不同的优缺点,在实际应用中,应实现有机无机材料的有机结合,才能获得良好的固定化效果。
制备和应用固定化酶
• 3、下列有关固定化酵母细胞制备步骤正确的是 (多选) BD • 应使干酵母与自来水混合并搅拌,以利于酵 母菌活化 • B.配制海藻酸钠溶液时要用小火间断加热的方 法 • C.向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的 酵母细胞,充分搅拌并混合均匀 • D.将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入CaCl2 溶液中,会观察到CaCl2溶液中有球形或椭球形 的凝胶珠形成
阅读思考:
1、在进行酶的固定时应注意什么? 2、制备固定化酶的方法有哪些,各有什么特点? 3、举例说明固定化酶在生产和生活中的应用?
吸附法
交联法
包埋法
固定化酶填料
在废水处理系统中将生物酶和高效菌固定 化在大孔材料上,处理过程生物酶和菌不会流 失,通过所含特选的微生物酶的催化作用下, 可有效分解废水中碳水化合物降解产生的低聚 糖类物质及有机污染物。
• 3、检测凝胶珠是否成功的方法:①挤压法, 若不易破裂,无液体流出,制作成功。② 摔打法,摔打后,易弹起,制作成功。③ 观察法,呈圆形或椭圆形,颜色呈淡黄色, 制作成功。
• 4、凝胶珠带有细丝尾巴可能的原因:①注 射器与cacl2溶液的液面太近。②海藻酸钠 的浓度过低。③注射器中的溶液推进速度 过快。
注意
• 1、cacl2的作用:海藻酸钠胶体在cacl2中 发生聚沉,形成凝胶珠, cacl2浓度要略高 些, cacl2浓度低海藻酸钠不能及时定形。 • 2、海藻酸钠浓度太高,很难形成正常的凝 胶珠(不呈圆形或椭圆形),浓度太低, 形成的凝胶珠包埋的酵母菌细胞数目太少 (凝胶珠颜色过浅,呈白色)
第二节 制备和应用固定化酶
• 酶的优点
催化效率高、具有特异性
• 酶的缺点
稳定性较差、难以回收利用
尿糖试纸对酶进行了固定
氨基树脂固定化L-苏氨酸醛缩酶及其应用
氨基树脂固定化L-苏氨酸醛缩酶及其应用
氨基树脂固定化L-苏氨酸醛缩酶(L-alanine racemase)是一种将L-苏氨酸转化为D-苏氨酸的酶。
通过将该酶固定在氨基树脂表面,可以提高其稳定性和重复使用性,并方便在工业生产中应用。
以下是氨基树脂固定化L-苏氨酸醛缩酶及其应用的一般情况:
1. 固定化酶的制备:首先,将氨基树脂悬浮于适当的缓冲溶液中。
然后,将L-苏氨酸醛缩酶加入溶液中,并在一定时间下与氨基树脂表面结合。
接着,用适当的缓冲溶液洗涤固定化酶,以去除未固定的酶分子,最终得到氨基树脂固定化酶。
2. 优点:
- 增加酶的稳定性:固定化酶具有较好的热稳定性和耐酸碱性,能够在广泛的条件下工作。
- 简化分离过程:固定化酶可在反应结束后直接从反应混合物中分离,减少离子交换或亲和层析等分离步骤的复杂性。
- 可重复使用:氨基树脂固定化酶可以多次使用,减少成本并提高效率。
3. 应用:
- 生物催化:通过将氨基树脂固定化L-苏氨酸醛缩酶应用于生物催化反应中,可实现对L-苏氨酸和D-苏氨酸之间的转化。
这在药物合成、生物工程和制药等领域中具有潜在的应用价值。
- 食品工业:固定化酶可以在食品工业中应用于副产物的转化、食品添加剂的生产等。
- 医药工业:固定化酶可以用于合成药物的中间体,或制备手性药物。
需要注意的是,具体的氨基树脂固定化L-苏氨酸醛缩酶及其应用的条件和方法可能因实际情况和需求的不同而有所差异。
在实际操作中,最好参考相关领域的专家意见,并基于实验结果和应用需求进行调整和优化。
固定化酶的制备及应用
固定化酶的制备及应用篇一:《固定化酶的制备及应用》我家楼下有个小小的面包店,店主是个很和蔼的大叔,我特别喜欢去他那儿买面包。
每次走进那弥漫着麦香的小店,都感觉像是走进了一个温暖的港湾。
大叔做面包的手艺那可真是一绝,那面包又香又软,口感好得不得了。
有一次,我好奇地问大叔:“大叔,您这面包为啥这么好吃呀?”大叔神秘地一笑,说:“这里面可有大学问呢。
”后来我才知道,原来在面包制作过程中,就用到了类似固定化酶的原理。
那什么是固定化酶呢?简单来说,就像是给酶这个小助手找了个固定的工作岗位,让它能稳定地发挥作用。
酶这个东西呀,就像是一个个小小的魔法师,在生物体内发挥着各种各样神奇的作用。
但是自由的酶就像一个调皮的孩子,不太好控制,有时候干起活来没个准头。
制备固定化酶呢,就像是给这个调皮的孩子制定了一套严格的工作流程。
首先得选好合适的酶,就像大叔选最好的面粉做面包一样重要。
然后得找到一种合适的材料把酶固定住,这个材料就像是一个小小的房子,让酶住进去。
比如说可以用一些特殊的凝胶或者纤维材料。
把酶固定在这些材料上的方法也有很多种,就像把东西粘起来或者包起来那样。
在面包制作中,淀粉酶就像是一个勤劳的小工人。
在正常情况下,淀粉酶可以把面粉里的淀粉分解成糖,这样面包才会有甜味。
但是如果淀粉酶自由散漫,就可能会一下子分解太多淀粉,导致面包口感不好。
要是把淀粉酶固定化了,它就只能在固定的位置上工作,有条不紊地把淀粉变成恰到好处的糖量。
在其他很多方面,固定化酶也发挥着巨大的作用。
在食品行业,除了面包制作,像酿酒的时候,固定化酶可以让发酵过程更加稳定,酿出的酒更好喝。
在环保领域,有些固定化酶可以分解污水中的有害物质,就像一群环保小卫士。
在医药领域,固定化酶可以用来生产一些特殊的药物,就像一个精准的小工匠,把药物分子按照要求组合起来。
固定化酶的制备和应用就像是打开了一扇通往高效、精准生物操作的大门。
它把酶这个神奇的生物工具变得更加可控,从而在各个领域大展身手。
固定化酶技术在制药工业中的应用
固定化酶技术在制药工业中的应用固定化酶技术是一种先进的酶制备技术,在制药工业中有着广泛的应用。
这项技术的优点包括提高酶的稳定性、延长酶的寿命、减少酶的损失等等。
在本文中,我们将详细讨论固定化酶技术在制药工业中的应用。
一、固定化酶技术的原理固定化酶技术是将酶与载体(如树脂、氧化铝等)相结合,形成一种固定化酶复合体。
这种酶复合体能够提高酶的稳定性、延长酶的寿命、增加酶的活性等。
在制药工业中,固定化酶技术主要应用于药物合成、治疗和检测等方面。
二、固定化酶技术在药物合成中的应用固定化酶技术在药物合成中的应用非常广泛。
通过将酶固定在载体上,可以实现对化学反应的精确控制,从而获得高纯度的化学产物。
例如,在生产青霉素的过程中,就需要使用青霉素酶进行催化反应,而固定化青霉素酶能够提高反应的产率和产物的纯度,从而有效地提高生产效率和质量。
三、固定化酶技术在药物治疗中的应用固定化酶技术在药物治疗中的应用也非常广泛。
例如,在治疗胰岛素依赖性糖尿病时,可以使用固定化胰岛素酶进行治疗。
这种技术可以实现胰岛素酶的持续释放,从而有效控制血糖水平。
四、固定化酶技术在药物检测中的应用固定化酶技术在药物检测中也有着广泛的应用。
例如,在药物残留检测中,可以使用固定化酶进行检测。
这种技术可以使用特定的酶来将药物分解为易于检测的化合物,从而实现对药物残留的准确检测。
五、固定化酶技术的发展前景固定化酶技术在制药工业中的应用前景非常广阔。
未来,随着固定化酶技术的不断发展,我们可以想象到在治疗、检测、生产等方面都会有着更广泛、更深入的应用。
六、结论固定化酶技术是一项非常重要的技术,在制药工业中具有广泛的应用前景。
通过固定化酶技术,我们可以实现对药物生产、治疗和检测等方面的精确控制,从而提高生产效率和药物质量,为人类的健康事业做出更大的贡献。
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固定化酶的制备及应用徐玉尚 08生工(2) 20080804243摘要:酶的固定化技术是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内,酶仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复利用的一类技术。
本文主要从传统固定化酶技术以及新型固定化酶技术两大方面介绍了固定化酶的制备方法。
另外,又对固定化酶在医药、食品、环保、生物传感器、能源五大方面的应用作了综述。
本文旨在进一步研究固定化酶的制备方法以及探究固定化酶在多个领域的应用。
关键词:固定化酶;制备;载体;应用酶是重要的生物催化剂,具有专一性强、催化效率高、无污染、反应条件温和等特点,在制药、食品、环保、酿造、能源等领域都得到了广泛的应用。
但在实际应用中,酶也存在许多不足,如大多数的酶在高温、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,不够稳定;与底物和产物混在一起,反应结束后,即使酶仍有很高的活力,也难于回收利用,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;并且分离纯化困难,也会导致生产成本的提高等。
固定化酶的研究始于1910年,正式研究于20世纪60年代,70年代已在全世界普遍开展。
酶的固定化(Immobilization of enzymes)是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内,仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复利用的一类技术。
与游离酶相比,固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时,又克服了游离酶的不足之处,呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点。
现今,固定化酶的制备方法已由传统走向新型,并在多个领域有重要应用[1]。
1固定化酶的传统制备方法1.1吸附法吸附法是利用物理吸附法,将酶固定在纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体上的固定方式。
显著特点是:工艺简便及条件温和,包括无机、有机高分子材料,吸附过程可同时达到纯化和固定化;酶失活后可重新活化,载体也可再生。
但要求载体的比表面积要求较大,有活泼的表面[2]。
1.2包埋法包埋固定化法是把酶固定聚合物材料的格子结构或微囊结构等多空载体中,而底物仍能渗入格子或微囊内与酶相接触。
这个方法比较简便,酶分子仅仅是被包埋起来,生物活性被破坏的程度低,但此法对大分子底物不适用。
(1)网格型将酶或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)微囊型把酶包埋在由高分子聚合物制成的小球内,制成固定化酶。
由于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。
1.3结合法酶蛋白分子上与不溶性固相支持物表面上通过离子键结合而使酶固定的方法,叫离子键结合法。
其间形成化学共价键结合的固定化方法叫共价键结合法。
共价键结合法结合力牢固,使用过程中不易发生酶的脱落,稳定性能好。
该法的缺点是载体的活化或固定化操作比较复杂,反应条件也比较强烈,所以往往需要严格控制条件才能获得活力较高的固定化酶。
1.4交联法交联法是用多功能试剂进行酶蛋白之间的交联,使酶分子和多功能试剂之间形成共价键,得到三向的交联网架结构,除了酶分子之间发生交联外,还存在着一定的分子内交联。
多功能试剂制备固定化酶方法可分为:(1) 单独与酶作用;( 2) 酶吸附在载体表面上再经受交联;( 3) 多功能团试剂与载体反应得到有功能团的载体,再连接酶。
交联剂的种类很多,最常用的是戊二醛,其他的还有异氰酸衍生物、双偶氮二联苯胺、N,N-乙烯马来酰亚胺等。
交联法的优点是酶与载体结合牢固,稳定性较高;缺点是有的方法固定化操作较复杂,进行化学修饰时易造成酶失活[3]。
各类固定化方法的特点比较:2固定化酶的新型制备方法2.1共价固定法酶分子表面存在很多可供利用的化学基团。
选择性地利用酶分子表面远离活性位点的特定稀有基团(如巯基)进行反应,使该基团与载体上另一基团共价交联来同定酶蛋白,使其活性中心朝向溶液方向,以达到控制其空间取向的目的。
Collioud等化学合成一个异双功能试剂(N-[m一[3一(trifluoromethyl)diazirin-3-yl]phenyl]一4一maleimidobutyr amide),他们利用这种双功能试剂成功地实现了氨基酸、合成肽和抗体Fab片段的定向固定。
Stein等通过衍生全氟叠氮基苯疏水交联共价固定一种脂链细胞蛋白,取得了一致的空间取向。
固定后的蛋白质分子结合牢固、稳定性佳,不能被离子或非离子去污剂清除。
2.2氨基酸置换法利用基因定点突变技术在蛋白质分子表面合适位置置换一个氨基酸分子,通过该氨基酸残基特殊的侧链基团控制固定方向。
Huang等通过定点突变在枯草蛋白酶(subtil2isin)分子表面远离活性中心的位置引入半胱氨酸(Cys)残基。
经蛋白质空间折叠后暴露出Cys,然后利用Cys残基上的巯基固定枯草蛋白酶分子,取得了较好的固定效果,固定效率和固定后催化活性均有很大提高。
2.3抗体耦联法大多数抗体具有足够的稳定性承受各种活化与偶联方法。
抗体分子中很多可供偶联用的官能团可以通过赖氨酸的ε-氨基或末端氨基、天冬氨酸的β-氨基、谷氨酸的γ-氨基或末端羧基进行一般性的偶联。
Spitznagel等用碘乙酸活化多孔玻璃珠来定向固定抗体酶(abzyme)48G7-4A1的Fab片段,抗体酶Fab片段保持了很好的催化活性。
抗体分子Fc区的糖链部分氧化可产生醛基,醛基与载体上的氨基通过缩合反应可实现定向固定。
醛基若与载体上的酰肼通过腙键结合实现抗体分子的定向固定,与随机固定相比,固定后抗体稳定性提高的同时免疫吸附活性也提高了3倍。
2.4生物素--亲和素亲合法生物素是存在于所有活细胞内但含量甚微(<0.0001%)的中性小分子辅酶。
亲和素是一个含有四个相同亚基的四聚体,每个亚基均含一个生物素结合位点(解离常数10~5mol/L) 。
生物素与亲和素或相应细菌中的链霉亲和素有高专一性的、极强的亲和力。
这种特性使其成为免疫分析、受体研究、免疫组织化学、基因工程和蛋白质分离等领域中独特有力的工具。
Min等将生物素羧化载体蛋白、片段分别融合在荧光素酶和氧化还原酶的N末端,然后将这两个融合蛋白定向固定在亲和素包被的琼脂颗粒上。
荧光活性提高了8倍,固定化酶的稳定性和固定效率均大大提高。
2.5疏水定向固定法细胞粘着分子(cell adhesion molecules,CAMs)是介导细胞-细胞、细胞-底物粘着、细胞发育和细胞信号发生的分子。
细胞粘着分子和其它细胞表面分子通常通过疏水作用固定在脂质膜上,磷脂锚定是常选择的方式。
接触位点A糖蛋白是调节发育的细胞粘着分子,产生于多细胞发生早期,通过形成高亲和、EDTA稳定的接触位点介导细胞粘着。
接触位点A糖蛋白可通过神经酰胺疏水同定在细胞表面。
疏水定向固定可保持蛋白质分子结构、生理活性及天然构象。
这种通过疏水作用的固定,固定的效率高,固定为非共价,而且固定过程可逆,用去污剂可终止或消除同定应。
Stein等用庚基胺修饰羧甲基葡聚糖载体表面的羧基来疏水固定接触位点A糖蛋白分子,成功地控制了固定位点的空间取向。
用mAb7l特异结合来检测csA的活性状态,mAb71结合良好,而mAb353则不能结合[4]。
2.6微波/超声辅助固定化微波是一种电磁波,波长为0.1~100 cm。
微波加热的主要原理是介质材料的极性分子在微波高频电场的作用下反复快速取向转动而摩擦生热,是从物质内部开始,瞬时达到需要的温度。
微波加热具有许多传统加热不具备的优点,包括:加热迅速、均匀,不需要热传导过程,内外同时加热,加热时间短;加热质量高,营养破坏少;节能高效;易于控制功能等超声波是指振动频率大于20 kHz以上的一种纵波,在介质中传播时,使介质发生物理的和化学的变化,从而产生一系列超声效应,包括热效应、机械效应、空化效应和化学效应。
研究认为,超声波对液体化学反应速度和产率的影响主要是超声波在液体介质中的空化作用,超声可使液体介质中形成微泡,其破裂伴随能量的释放,可以提高许多化学反应的速度。
到目前为止,超声波技术对物质提取,高分子降解,酶解反应等都有很好的促进作用。
其中超声波酶解反应具有高效、廉价、无污染,可提高酶促反应速度和有效成分的产率[5]。
3固定化酶的应用3.1医药领域固定化脲酶:脲酶是专一性催化尿素水解的酶,应用于尿素生产控制、产品检验,也广泛用于临床医学、医学检验等,脲酶的固定化在血液透析中有着极佳的应用前景。
固定化磷酸酯酶:磷酸酯酶的作用是催化水解低密度脂蛋白上的磷脂的酶,加速体内低密度脂蛋白的代谢。
人体中的低密度脂蛋白是主要的血浆胆固醇载体,由于其在体内代谢缓慢,易形成高血浆胆固醇,以至引起心血管疾病,因此磷酸酯酶的固定化可以应用于心血管疾病的治疗。
固定化葡聚糖酶:葡聚糖酶常用于水解在血液替代品的制备过程中产生的右旋糖酐。
3.2食品行业固定化酶应用于食品检测:固定化酶技术的发展使生物传感器也得到相当大的发展,它不仅使食品成分的高选择性、快速、低成本分析测定成为可能,而且生物传感器技术的持续发展将很快实现食品生产的在线质量控制,降低食品生产成本,并可以保证安全可靠及高质量的食品。
3.3环境保护在环境监测方面,固定化酶也可以用于测定有毒物质含量以进行环境监测。
杨雪梅等选用硅胶、活性炭、大孔树脂,在一定条件下用物理吸附法固定蛋白酶,3种载体固定的蛋白酶对含高浓度蛋白质的淀粉黄浆废水进行水解实验,发现大孔树脂对蛋白酶的效果良好,并对含高浓度蛋白质的废水处理效果最好。
在废水处理中,固定化酶也受到了越来越多科学家的关注。
生活污水和工业废水中有害成分主要是氯酚,将辣根过氧化物酶大量吸附在磁石上,可以保证其100%的活力,且净化效果是粗酶的20多倍。
3.4生物传感器方面的应用在医学领域,生物传感器因快速、灵敏、专一、响应快等优点发挥着越来越重要的作用。
目前,在检测多种细菌、病毒及其毒素等多个方面生物传感器已有较广泛应用。
比如高精度血糖分析仪是采用固定化酶的生物传感分析仪,其分析精度可以达到0. 5%~ 2%,比家用保健类生物传感器几乎高一个数量级,比目前医用生化分析仪的精度也高2%~ 3%。
这在血糖分析领域是非常重要的[6]。
酶电极现已用于测定各种糖类、抗生素、氨基酸、有机酸、脂肪、醇类、胺类以及尿素、尿酸等。
3.5能源利用近年来不少学者为了解决能源紧缺问题致力于利用固定化的脂肪酶催化合成生物柴油。
高阳等研究了利用多孔渗水物质为载体固定脂肪酶,使其可在低水环境中合成生物柴油。
氢气作为一种清洁能源已引起人们的关注。
有学者利用聚丙烯酰胺凝胶包埋丁酸梭状芽孢杆菌IFO3847菌株,可以利用葡萄糖生产氢气,并且稳定性好,无需隔氧4结语本文主要综述了固定化酶的制备方法极其在多个领域的应用。