固定化酶与固定化细胞.ppt

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1、本章讲授①固定化生物催化剂的概念以及吸附法、包埋法、共价结合法、无载体固定化酶的基本技术和原理；②细胞固定化的基本技术和原理；③简要介绍固定化酶基本性质的影响及辅因子的固定化方法和辅酶的再生体系。121.酶是蛋白质，稳定性差（热、酸碱、有机溶剂对其有影响）。2.不能回收，使用成本高。3.酶在游离体系中更容易自水解4.分离纯化困难，也使产物中混杂酶蛋白游离酶的缺点：3固定化酶（定义）：用物理或化学手段定位在限定的空间区域，并使其保持催化活性，可重复利用的酶。（1971年在美国召开的第一届国际酶工程会议）固定化细胞（定义）：将具有一定生理功能的生物细胞（如微生物细胞、植物细胞或动

2、物细胞等），用一定的方法将其固定，作为固体生物催化剂而加以利用的一门技术。固定化细胞意义：用完整的细胞作为生物催化剂，以充分有效地利用生物细胞内的特定酶或多酶系统。4优点①省去对酶的提取过程，使酶的损失和生产成本降到最低程度；②可以利用细胞的多酶系统直接生产有价值的产物。5第一节酶和细胞的固定化一、固定化酶和细胞的定义及特点二、固定化方法三细胞的固定化方法四原生质体的固定化方法6一、固定化酶和细胞的定义及特点1.固定化酶(immobilizedenzyme)通过化学或物理的手段将酶定位于限定的空间区域内，使其保持活性并可反复利用。7什么是固定化酶？水溶性酶水不溶性载体水不溶性

3、酶（固定化酶）固定化技术8酶固定化方法要求①不破坏酶活性中心的构象：酶的固定化不能破坏酶活性中心的构象，尽量防止活性部位的氨基酸残基受到影响；②载体要求：a.固定化的载体应与酶结合较为牢固。B.载体不能与底物、产物等发生化学反应。C.载体必须有一定的机械强度，防止因机械搅拌而破碎。③位阻应该较小：尽可能不妨碍酶与底物的接近。④成本低：酶固定化的成本要尽可能的低。9优点：(1)可提高稳定性。(2)能回收，易与产物分离，可反复使用。缺点：(1)存在扩散限制。适于催化小分子物质。(2)酶活性下降。102.固定化细胞（immobilizedcell）固定在载体上并在一定空间范围内进行

4、生命活动（生长、繁殖、新陈代谢）的细胞。11优越性：(1)降低成本，省去酶的分离纯化工作;(2)既可作为单一酶，也可作为复合酶系完成部分代谢过程。局限性：(1)细胞内多种酶的存在，会形成不需要的副产物。(2)细胞膜、细胞壁和载体都存在着扩散限制作用。123.固定化原生质体意义：(1)固定化原生质体去除了细胞壁的扩散障碍，有利于氧的传递，营养成分的吸收和胞内产物的分泌。(2)原生质体不稳定，容易破裂，固定化后，由于载体的保护作用，稳定性提高。13二、固定化方法固定化方法（一）酶的固定化方法吸附法共价偶联法交联法包埋法网格型微囊型离子交换吸附物理吸附法14依据带电的酶或细胞和载体

5、之间的静电作用，使酶吸附于惰性固体的表面或离子交换剂上。1.吸附法（adsorption）15根据吸附剂的特点分:1）物理吸附法（physicaladsortion）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、纤维素等。2）离子结合法（ionbinding）作用力：离子键常用载体：DEAE-纤维素、DEAE-葡聚糖凝胶、CM-纤维素16优点：条件温和，操作简便，酶活力损失少。缺点：结合力弱，易解吸附。17借助共价键将酶的活性非必需侧链基团和载体的功能基团进行偶联。2.共价偶联法（covalentbindingorcovalentcoup

6、ling）181）载体：亲水载体优于疏水载体如:天然高分子衍生物:纤维素葡聚糖凝胶亲和性好，机械性能差琼脂糖合成聚合物：聚丙烯酰胺聚苯乙烯机械性能好，但有疏水结构尼龙192）偶联方法：偶联成功与否取决于：载体：功能基团：芳香氨基，羧基，羧甲基等。酶分子:侧链非必需基团：羧基，巯基，羟基，酚基，咪唑基。20常用的偶联反应有：重氮化法、叠氮法、溴化氰法、烷基化法等。21优点：酶与载体结合牢固，不会轻易脱落，可连续使用。缺点：反应条件较激烈，易影响酶的空间构象而影响酶的催化活性。223.交联法（crosslinking）借助双功能试剂使酶分子之间发生交联的固定化方法。双功能试剂：常

7、用的是戊二醛OOH—C—CH2—CH2—CH2—C—H23戊二醛有两个醛基，均可与酶或蛋白质的游离氨基反应,使酶蛋白交联。此法与共价偶联法利用的均是共价键，不同之处：交联法不使用载体。24交联反应既能发生在分子间，也可发生在分子内。酶浓度低时，交联发生在分子内，酶仍保持溶解状态。酶浓度高时，交联发生在分子间，酶变为不溶态。25缺点：(1)反应条件激烈，酶分子的多个基团被交联，酶活力损失大。(2)制备的固定化酶颗粒较小，给使用带来不便。264.包埋法（entrapment）将酶用物理的方法包埋在各种载体（