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1、固定化酶在医药领域的应用及发展展望生命科学学院2012级生物科学2班邵初阳20123222关键词：酶工程，酶的固定化，制药，应用一、酶工程概述酶工程是酶的生产与应用技术的过程，比如将酶、含酶细胞器或细胞（微生物、动物、植物）等在一定的反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用的物质。它包括酶制剂的制备，酶的固化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面的内容。其应用主要集中于医药工业、食品工业及轻工业中。（一）酶的固定化技术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，进行特有的催化反应，并可回收及重复利用的技术。酶的化学本质是蛋白质，
2、其最大弱点是不稳定性，对酸、碱、热及有机溶液容易发生酶蛋白的变性作用，从而降低或失去活性。而且酶往往在溶液中进行反应，反应以后会残留在溶液系统中不易回收，造成最终产品生化分离提纯操作上的麻烦。加之酶反应只能分批进行，难于连续化、自动化操作。这大大地阻碍了酶工程的发展应用为克服上述缺点，要将游离酶固定化后进行应用。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。1.1吸附法吸附法是通
3、过非特异性物理吸附法或生物物质的特异吸附作用将酶吸附在炭、有机聚合物、玻璃、无机盐、金属氧化物或硅胶等材料上。该方法又分为物理吸附法和离子吸附法。此法简便，且酶变性的可能性较小。但是在酶和载体结合具有弱键的本质，在使用过程中易解吸，又由于载体具有非特异性吸附剂的本质，因此可能同时吸附除酶以外的其他物质。1.2包埋法将酶或酶菌体包埋在多孔载体中使酶固定化的方法,称为包埋法。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。包埋法专用的载体主要有: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。包埋法根据载体材料
4、和方法的不同,可以分为凝胶包埋法和微胶囊包埋法。凝胶包埋法是将酶或酶菌体包埋在各种凝胶内部的微孔中,制成一定形状的固定化酶的方法。微胶囊包埋法是将酶包埋在高分子半透膜中,制成微胶囊固定化酶的方法。1.3交联法交联法是借助双功能基团试剂使酶蛋白分子之间或微生物细胞之间发生交联,聚合成网状结构,而制成固定化酶的方法。应用较多的载体有戊二醛、己二胺,异氰酸盐,氨基硅烷等。本法在固定化酶中应用较多,如美国诺伏实验室有限公司用戊二醛交联法已能大量生产固定化葡萄糖异构酶。1.4酶反应器的研制为了提高固定化颗粒的强度,改善固定化颗粒的传递特性,调节固定化颗粒的比重,减少固定化过程
5、中的活性损失,国内外酶学者进行不懈地努力,近一、二十年代来有关这方面的报道大量涌现。由于生物反应物系理化性质复杂各异,迄今为止还没有一种通用的理想的反应器。譬如搅拌反应器,由搅拌产生的较大的剪切力,常常会破坏固定化细胞。气升式反应器中气泡容易凝并而造成气含率不足的现象,而填充床的传质系数和传热系数较低,容易产生给排气体不足的现象。膜反应器成本高,而且当细胞浓度高时,常常会引起膜破裂,反应液需预处理等等。总之,生物反应器的结构设计还不断地被改进以适应生产工艺需要[1]。（二）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
6、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maleimidobutyramide)，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]。
7、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
