酶与细胞的固定化.ppt

第二章:第一节：酶的固定化固定化酶的形状:
颗粒、线条、薄膜和酶管等形状。颗粒状占绝大多数，它和线条主要用于工业发酵生产，薄膜主要用于酶电极。酶管机械强度较大，主要用于工业生产。固定化酶的优势：
极易将固定化酶与底物、产物分开；产物溶液中没有酶的残留，简化了提纯工艺；
可以在较长时间内进行反复分批反应和装柱连续反应
酶反应过程能够加以严格控制；
较游离酶更适合于多酶反应；
在大多数情况下，能够提高酶的稳定性；
可以增加产物的收率，提高产物的质量；
酶的使用效率提高、成本降低。固定化酶的缺点：
固定化时，酶的活力有损失；
只能用于可溶性底物，而且较适用于小分子底物，对大分子底物不适宜；
增加了生产的成本，工厂初始投资大；
与完整菌体相比不适宜于多酶反应，特别是需要辅助因子的反应；
胞内酶必须经过酶的分离手续二：固定化酶的制备原则：
必须注意维持酶的催化活性及专一性。酶活性中心不能受到破坏或与载体结合，尽量避免破坏酶高级结构的条件，固定化的条件要温和。
固定化酶必须结合牢固，从而使固定化酶能回收贮藏，利于反复使用；
所选载体不与废物、产物或反应液发生化学反应；
固定化酶成本要低，以利于工业使用。问题固定化酶的应用三：酶的固定化方法常用的固定化方法有：
(按化学反应的类型分)固定化酶的模式图（一）非共价结合法结晶法：

就是使酶结晶从而实现固定化的方法,它提供了非常高的酶浓度,从而提高了效率.刚性强,结构稳定
其局限性是:在不断的重复循环中,酶会有所损耗.
分散法：

就是通过酶分散于水不溶相中从而实现固定化的方法。关键是解决酶在水不溶相中的分布以及酶在有机溶剂中的稳定性.分散法：

提高水不溶溶剂中酶反应速率的途径：
正确的体系和贮存状态使酶粉充分分散（加入有利于分散的化合物,如PEG）；
通过与亲脂化合物的共价连接能增加酶在有机相中的溶解度，包埋在膜体系中或通过多相反应来实现酶的固定化；
将酶吸附到多孔载体中；物理吸附法：

酶被物理吸附于不溶性载体的一种固定化方法。

优点：酶活性中心不易被破坏，酶高级结构变化少，因而酶活力损失很少。
缺点：酶与载体相互作用力弱，酶易脱落等。离子结合法：

酶通过离子键结合于具有离子交换基的水不溶性载体的固定化方法。（DEAE-纤维素，DEAE-葡萄糖凝胶,CM-纤维素等）

优点：操作简单，条件温和，酶活性中心和高级结构不易受到破坏，酶活回收率比较高。
缺点：结合力弱，容易脱落，受溶液离子强度和pH影响较大（二）化学结合法1．共价结合法：

酶与载体以共价健结合的固定化方法，是载体结合法中最常用的方法。1．共价结合法：

结合方法优缺点：
优点：与酶结合牢固，不容易脱落；
缺点：反应条件苛刻，操作复杂，容易引起酶失活，酶活回收率低，甚至底物的专一性等也会发生变化。1．共价结合法：

结合方法主要有二种：
将载体有关基团活化，然后与酶有关基团发生偶联反应；
在载体上接上一个双功能基团，然后将酶偶联上去。1．共价结合法：

所用载体包括：
天然有机载体（如多糖，蛋白质，细胞）、无机物（玻璃，陶瓷等）和合成聚合物（聚酯，聚胺，尼龙）
合适的载体应具有良好的亲水性和一定的机械强度.天然高分子亲水性较好,但机械强度较差,玻璃和尼龙等强度好但亲水性较差.共价结合的方式载体上常用的功能基团包括:
芳香氨基,羟基,羧甲基,氨基等
可以与载体结合的酶的功能基团包括：
氨基,羧基,巯基,羟基,咪唑基,酚基等
参与共价结合的氨基酸不应是酶的必需基团常见的结合方法有10种结合方法：结合方法：重氮法是将带芳香族氨基的载体，先用NaNO2和稀盐酸处理成重氮盐衍生物，再在中性偏碱(pH8—9)条件下与酶蛋白发生偶联反应，得到固定化酶。可能与酶蛋白中Tyr的酚基，His的咪唑基生成重氮衍生物，在过量重氮盐存在下还可与酶蛋白的N—端氨基或Lys的ε氨基形成双偶氮化合物。常用载体及其反应如下：b.氨基酸共聚体。如L—Leu和对氨基—DL—苯丙氨酸共聚物：待1mol/L的L—Leu和对氨基—DL—Phe的N—羧基酐的苯溶液在少量水存在及室温下进行反应制成。共聚物与亚硝酸作用转变为重氮盐，可供酶固定用。用此法制备的固定化酶有蛋白酶、脲酶、核糖核酸酶等。c.聚丙烯酰胺衍生物。该类衍生物的商品名称为bio—Gel或Enzacry。如EnzacryIAA是含有芳香氨基的聚丙烯酰胺衍生物，经重氮化可固定酶。用此法制备的有氨基酰化酶，淀粉酶等固定化酶。d.苯乙酰树脂。这是聚氨基苯乙烯(a)和一种异丁烯一间一氨基苯乙烯(b)的共聚物，通过重氮化后可固定酶．如胃蛋白酶、核糖核酸酶等。e.多孔玻璃的氨基硅烷衍生物。
玻璃的化学改造物多孔玻璃在丙酮中与Y—氨基丙基三氧乙烷硅回流加热，生成烷基胺玻璃:烷基氨玻璃用对硝基苯酚氯处理后，再还原，转变为芳香