固定化酶及反应动力学

《固定化酶及反应动力学》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、北京理工大学•生命学院孙立权slq@bit.edu.cn第三章固定化酶催化反应过程动力学概述固定化后酶性质变化及动力学影响因素外扩散限制效应内扩散限制效应扩散影响下的表观动力学参数内容酶应用过程中的一些不足酶的稳定性较差：除了某些耐高温的酶，如α-淀粉酶、Taq酶等；和胃蛋白酶等可以耐受较低的pH条件以外，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。酶的一次性使用：酶一般都是在溶液中与底物反应，这样酶在反应系统中，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

2、连续化生产。产物的分离纯化较困难：酶反应后成为杂质与产物混在一起，无疑给产物的进一步的分离纯化带来一定的困难。固定化技术什么是固定化酶？水溶性酶水不溶性载体水不溶性酶（固定化酶）固定化技术01概述固定化：将酶通过物理或化学方法固定在载体上或限制在一定空间内。固定化酶（immobilizedenzyme）亦称固相酶或水不溶酶。是用物理的或化学的方法使酶装变为在一定的空间内其运动受到完全约束，或受到局部约束的一种不溶于水，但仍具有活性的酶。能以固相状态作用于底物进行催化反应。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。固定化酶的研究始于1910年

3、，正式研究于20世纪60年代、70年代已在全世界普遍开展。1953年德国的Grubhofer和Schleith采用聚氨基苯乙烯树脂为载体与羧肽酶、淀粉酶、胃蛋白酶、核糖核酸酶等结合，制成固定化酶。60年代后期，固定化技术迅速发展起来。1969年，日本的千烟一郎首次在工业上生产应用固定化氨基酰化酶从DL-氨基酸连续生产L-氨基酸，实现了酶应用史上的一大变革。在1971年召开的第一次国际酶工程学术会议上，确定固定化酶的统一英文名称为Immobilizedenzyme。随着固定化技术的发展，出现固定化菌体。1973年，日本首次在工业上应用固定化大肠杆菌菌体中的天门冬氨酸酶，由

4、反丁烯二酸连续生产L-天门冬氨酸。在固定化酶和固定化菌体的基础上，70年代后期出现了固定化细胞技术。1976年，法国首次用固定化酵母细胞生产啤酒和酒精，1978年日本用固定化枯草杆菌生产淀粉酶，开始了用固定化细胞生产酶的先例。1982年，日本首次研究用固定化原生质体生产谷氨酸，取得进展。固定化原生质体由于解除了细胞壁的障碍，更有利于胞内物质的分泌，这为胞内酶生产技术路线的变革提供了新的方向。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。固定

5、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。为什么固定化？易从反应系统分离，简化产物纯化过程。稳定性增加，不易失活具有一定形状和机械强度，可以装填于反应器固定床反应器可连续生产，过程易控制。简化了提取工艺，增加产物收率，提高产品质量更适合多酶反应酶使用效率提高，产品成本降低存在问题(1)制备困难，活性降低(2)增加了载体成本费及固定化操作费用；(3)增大了颗粒扩散阻力，使反应速度下降。固定化细胞01概述固定化细胞将细胞限制或定位于特

6、定空间位置的方法称为细胞固定化技术。被限制或定位于特定空间位置的细胞称为固定化细胞。特点：1.无需进行酶的分离和纯化。2.细胞本身含有多酶体系，可催化一系列反应。3.酶的辅助因子可以再生，稳定性高。4.保持酶的原始状态，酶的回收率高。5.抗污染能力强。01概述工业规模的酶固定化方法应具备的条件：(1)载体价廉、固定化费用低；(2)能反复利用，即对非一次性固定化酶，其载体要求能再生；(3)固定化收率高、制备简便、而且结合力强；(4)载体的机械强度高；(5)物理及化学性质稳定，使用于食品加工时要安全无毒．01概述固定化酶制备方法01概述吸附（载体结合）法：物理吸附(活性碳，

7、硅胶等)，离子结合（离子交换剂和离子交换树脂），共价结合。作用力增强，对酶影响加大。交联法：利用多功能试剂使酶间交联（异氰酸酯，联苯胺，形成共价键）。包埋法：包埋于高分子凝胶网格（网格型），高分子半透膜（微囊型）（医学应用多）化学偶联酶固定化间歇可溶交联包埋吸附间歇连续酶的固定化技术和固定化酶01概述活性中心：保护酶的催化作用，并使酶的活性中心的氨基酸基团固有的高级结构不受到损害，在制备固定化酶时，需要在非常严密的条件下进行。功能基团：如游离的氨基、羧基、半胱氨酸的巯基、组氨酸的咪唑基、酪氨酸的酚基、丝氨酸和苏氨酸的羟基等，当这些功能基团