第六讲酶和细胞的固定化-PPT文档

缺点：但酶和载体之间结合力弱， pH 、温度、 离子强度等条件的变化都易使酶从载体脱落， 并且污染催化反应产物。
离子结合法
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离子结合法是酶通过离子键结合于具有离子交
换基的水不性载体上的固定化方法。此法的载
体有多糖类离子交换剂和合成高分子离子交换
树脂，如 DEAE- 纤维素 、 AmberliteCG-50 、
固定化方法。根据结合形式的不同，可分为物
理吸附法、离子结合法和共价结合法三种形
式。

物理吸附法：是利用酶和载体间的非特异性物
理吸附作用将酶固定在载体表面，这些物理吸
附作用包括范德华力、氢键、疏水作用、静电
作用等。
物理吸附法的优缺点

优点：条件温和，工艺简便，载体选择范围很
大，吸附时既可实现酶的固定化又可以达到纯 化的目的，吸附后酶的构象变化较小或基本不 变，因此对酶的催化活性影响小。

偶合（耦合）固定化也是新近发展起来的一种
酶固定化方法，基本上能够解决单一固定化方
法酶活回收率低、稳定性差、传质阻力大等问
题，并具有方法多样、操作简便、技术成熟等
特点。

从较早的吸附—交联法、包埋—交联法开始，
偶合固定化技术已经得到越来越多的应用，先
后提出并研究了包埋—吸附法、絮凝—吸附法、
吸附—交联法、膜—吸附法等方法。
子、“柔性链”等新方法均可制备高活性固定
化酶。

如光偶联法是以光敏性单体聚合物包埋固定化
酶或带光敏性基团的载体共价固定化酶，由于
条件温和，可获得酶活力较高的固定化酶。

等离子体是高度激发的原子、分子、离子以及
自由基的聚集体，大量的等离子体常在室温下
存在。载体材料表面可以用等离子体进行修饰，
从而引入活性基团。
一、固定化酶(细胞)的制备

1. 传统的酶固定化方法


2. 新型的酶固定化方法
3. 固定化细胞的方法 4. 固定化酶常用的载体材料
1. 传统的固定化酶的方法

传统的固定化酶的方法为载体结合法，大致可 分为： 吸附法
交联法
包埋法 其他方法
载体结合法

载体结合法是将酶结合于不溶性载体上的一种
共价结合法

共价结合法是酶以共价键结合于载体上的固定
化方法，即将酶分子上非活性部位功能团与载
体表面反应基团进行共价结合的方法。一般先
用化学方法将载体活化，再与酶分子表面的某
些基团如羧基、氨基、羟基等反应，形成共价
键。
共价结合法的优缺点

共价结合法所得的固定化酶与载体结合比较牢
固，有良好的稳定性及重复使用性，成为目前
微囊型

将酶或细胞包埋在高分子凝胶细微网格中的称
为网格型，常用的高分子化合物有聚丙烯酰胺、
聚乙烯醇和光敏树脂等合成高分子化合物，以
及淀粉、明胶、海藻胶和角叉菜胶等天然高分
子化合物。

将酶和细胞包埋在高分子半透膜中的称为微囊
型，颗粒比网格型要小得多，比较有利于底物
与产物的扩散，但反应条件要求高，制备成本
中的稳定性较高。

此外，研究人员还开发了一些定向固定化的方
法，如利用酶和抗体之间的亲和性、酶和金属
XE-97和Dowex-50等。
DEAE——二乙胺基乙基
离子结合法的优缺点

离子结合法优点操作简单，处理条件温和，酶
的高级结构和活性中心的氨基酸残基不易被破 坏，能得到酶活回收率较高的固定化酶。

缺点是载体和酶的结合力较弱，容易受缓冲液 种类或 pH 的影响，在离子强度较高的条件下 进行反应时，往往会发生酶从载体上脱落的现 象。

酶的催化具有高选择性、高催化活性、反应条
件温和、环保无污染等特点。但游离状态的酶
对热、强酸、强碱、高离子强度、有机溶剂等
稳定性较差，易失活，并且反应后混入底物等
物质，纯化困难，不能重复使用。
历史简介

1916 年 Nelson 和 Griffin 首先发现了酶的固定
化现象，从此科学家就开始了固定化酶的研究 工作。 1969 年日本一家制药公司第一次将固 定化的酰化氨基酸水解酶用来从混合氨基酸中 生产L-氨基酸，开辟了固定化酶工业化应用的 新纪元。

已经显示固定化酶将在现代酶工程以及整个生
物工程中占有重要作用，它在应用上和理论上
的巨大潜力引起了生物化学、微生物学、医学、
化学工程和高分子等领域的各类研究人员的广
泛关注。
主要讲授内容

一、固定化酶(细胞)的制备


二、固定化酶(细胞)的性质和指标
三、固定化酶和固定化细胞的反应器

四、酶工程在医药工业中的应用
酶，所不同的是它不使用载体。交联法制备较
难，酶活损失较大，一般作为其他固定化方法
的辅助手段。常用的双功能试剂有戊二醛、己
二胺、顺丁烯二酸酐、双偶氮苯等，其中应用 最广泛的是戊二醛。
包埋法

包埋法是载体与酶溶液混合后，借助引发剂进
行聚合反应，通过物理作用将酶限定在载体的
网格中，从而实现酶固定化的方法。该法条件
研究最为活跃的一类酶固定化方法。但该法较
其他固定方法反应剧烈，固定化酶活性损失更
加严重。
交联法

交联法是利用双功能或多功能交联试剂，在酶
分子和交联试剂之间形成共价键的酶的固定化
方法。采用不同的交联条件和在交联体系中添
加不同的材料，可以产生物理性质各异的固定
化酶。

交联法与共价结合法一样也是利用共价键固定
温和，基本上不涉及酶的构象及酶分子的化学
变化，因而酶活力回收率较高。
包埋法的缺点

但包埋法固定化酶易泄漏，常存在机械强度差、
扩散受限制、传质阻力较大等问题，不宜催化
大分子底物的反应。常用的载体主要有明胶、
聚酰胺、琼脂、琼脂糖、聚丙烯酰胺、光交联
树脂、海藻酸钠、火棉胶等。

包埋法可分为两种 ：
网格型

无载体固定化酶直接利用交联剂交联溶解酶、
晶体酶、物理聚集酶和喷雾干燥酶而形成交联
溶解酶、交联酶晶体、交联酶聚集体和交联喷
雾干燥酶等4种无载体酶系统。

与传统固定化酶相比，无载体酶具有以下一些
优点：①催化活性高，成本低；②具备较高的
催化剂比表面；③可加入多种酶；④底物扩散
受限较少；⑤在极端条件、有机溶剂和蛋白酶
也高。

传统的酶固定化方法的缺点：
酶在任意位点与载体进行连接，使酶活性位点
不能充分暴露，而且酶的固定化量降低，因此
定向固定化酶技术将成为今后固定化酶研究的
热点。
2. 新型的酶固定化方法

新型的酶的固定化方法，要在较为温和的条件
下进行，尽量减少或避免酶活力的损失，并提
高固定化效率。通过辐射、光、等离子体、电