酶工程_06-酶的固定化

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1、酶工程EnzymeEngineering第六课酶和细胞的固定化ImmobilizedEnzymeandCell酶和细胞的固定化固定化酶概述问题的提出：游离酶的不足之处酶的稳定性问题在温度、pH和无机离子等外界因素的影响下，酶的稳定性不佳，半衰期较短，容易变性失活酶的重复使用的问题在均相体系中的酶催化反应，反应结束后，即使仍有较高酶活力，也难以回收利用，成本较高，不便连续化生产产物分离纯化的问题酶反应后成为杂质与产物混在一起，增加分离纯化的困难，尤其是大分子产物酶和细胞的固定化固定化酶概述游离酶的改进思路设计一种方法，将酶束缚于特殊的相（固定化），使它与整

2、体分开，但仍能进行底物和效应物的分子交换固定化酶（Immobilizedenzyme）固定在一定载体上，并在一定的空间范围内进行催化反应的酶固定化酶可像一般化学反应中的固体催化剂一样，既有酶催化特性，又有一般化学催化剂能回收、反复使用等优点，可使生产工艺连续化、自动化固定化酶克服游离酶的不足之处，增加酶的稳定性，使昂贵的酶能重复使用酶和细胞的固定化固定化酶概述固定化生物催化剂固定化酶固定化死细胞（微生物菌体）固定化活细胞（增殖细胞）固定化植物细胞固定化动物细胞固定化原生质体固定化酶是一个广义的概念！酶和细胞的固定化固定化酶概述固定化酶的优点提高酶稳定性，

3、可反复或连续使用，提高使用效率，降低成本易于和反应产物分开，产物溶液无酶残留，简化提纯工艺酶反应过程可严格控制较游离酶更适合多酶反应增加产物收率，提高产物质量固定化酶的缺点固定化时酶活有损失增加了生产初始成本只能用于可溶性底物且较小分子，催化过程受传质因素的限制胞内产物分离较困难酶和细胞的固定化固定化酶概述固定化酶的发展简史1916年，Nelson和Griffin（美）发现吸附在骨碳上的蔗糖酶仍显示催化活力——最早的固定化酶（吸附法）1953年，Grubhofer和Schleith（德）用重氮化聚氨基苯乙烯树脂固定化水解酶1969年，千畑一郎（日）采用固

4、定化氨基酰化酶，从DL-氨基酸消旋混合物中连续拆分生产L-氨基酸固定化酶的首次工业规模应用促使酶工程作为一个独立的学科从发酵工程中脱离出来1971年，第一次国际酶工程会议确定“固定化酶”的统一英文名称为ImmobilizedEnzyme酶和细胞的固定化固定化酶概述固定化酶的发展简史1973年，日本首次在工业上成功应用固定化E.coli菌体中的天冬氨酸酶，由反丁烯二酸连续生产L-天冬氨酸首次报道固定化细胞的应用1976年，法国用固定化酵母细胞生产啤酒和酒精1978年，日本用固定化B.subtilis细胞生产淀粉酶固定化细胞产酶的先例1979年，固定化毛地黄

5、细胞和长春花细胞成功固定化植物细胞技术的突破1982年，日本首次研究用固定化原生质体生产谷氨酸固定化原生质体技术诞生酶和细胞的固定化固定化酶概述固定化酶的专著Carrier-boundImmobilizedEnzymes:Principles,ApplicationsandDesignWrittenbyLin-QiuCao《载体固定化酶——原理、应用和设计》杨晟，袁中一译，化学工业出版社，2008酶和细胞的固定化本章内容酶的固定化酶的固定化方法固定化酶的性质固定化酶的反应动力学简述固定化酶的应用细胞的固定化细胞固定化方法微生物细胞固定化植物细胞固定化动物

6、细胞固定化原生质体的固定化酶和细胞的固定化酶的固定化概念固定化酶（immobilizedenzyme）水不溶酶（waterinsolubleenzyme）固相酶（solidphaseenzyme）酶的固定化（enzymeimmobilization）制备“固定化酶”的过程，即将酶或菌体与不溶性载体结合的过程固定化采用的酶的类型粗酶，或是提纯后的酶结合在菌体或细胞碎片上的酶/酶系（固定化菌体）酶和细胞的固定化酶的固定化固定化酶制备的原则维持酶的催化活性及专一性应有利于生产自动化、连续化应有最小的空间位阻酶与载体必须结合牢固稳定性好载体具有一定惰性成本尽可能

7、低固定化酶制备的原则酶和细胞的固定化酶的固定化固定化方法酶和细胞的固定化酶的固定化固定化方法酶和细胞的固定化酶的固定化固定化方法包埋法物理吸附法离子结合法共价结合法交联法其他方法固定化方法的比较酶和细胞的固定化酶的固定化固定化方法——包埋法将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中的固定化方法多孔载体琼脂、海藻酸钠、角叉菜胶、明胶、聚酰胺、火棉胶等酶和细胞的固定化酶的固定化固定化方法——包埋法凝胶包埋法天然凝胶天然多糖及其衍生物特点：条件温和，操作简便，对酶活影响小，强度较差合成凝胶合成聚合物材料，如聚丙烯酰胺特点：强度高，对环境的耐受性好，但要依靠聚合反应进行

8、包埋，酶活有一定损失适用性不适用于底物或产物分子很大的酶的固定化酶和细胞的固定化