现代酶工程 6 固定化酶

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1、第六章固定化酶酶催化的优点——作为一种生物催化剂，酶参与生物体内的各种代谢反应，具有专一性强、催化效率高及作用条件温和等优点。酶催化的缺陷——酶对环境影响十分敏感，各种物理、化学和生物因素（如温度、压力、电磁场、氧化、还原、有机溶剂、金属离子、离子强度、pH、酶修饰和酶降解等）都可能使酶丧失生物活力。在早期的科学研究和生产实践中，酶一直都是以溶于水的游离状态进行催化反应的，但游离酶即使在酶反应的最适条件下进行催化，也还存在着容易失活、反应后不能回收等缺陷，有时不易与产物分开，影响产品提纯及质量。设想——如果能设计一种方法，将酶束缚于特殊的相，使它与整体相（或整体流体）分

2、隔开，但仍能进行底物和效应物（激活剂或抑制剂）的分子交换。——这种固定化的酶可以象一般化学反应的固体催化剂一样，既具有酶的催化特性，又具有一般化学催化剂能回收、反复使用等优点，并且生产工艺可以连续化、自动化。进展——经过40多年的研究和发展，酶的固定化技术取得了长足的进步。它不仅在理论研究（如阐明酶作用机理）上发挥独特作用，在实际应用上也显示出强大威力。——用这种技术不仅能稳定酶，改变酶的专一性、提高酶活力，从而改善酶的种种特性，使之更符合人类要求，而且还能创造适应特殊要求的新酶。现状——人们对固定化酶极感兴趣，因为其性质比可溶性酶及其相关技术优越，对固定化酶的利用也与日

3、俱增。固定化酶的定义——所谓固定化酶，是指在被限制在一定空间内的酶，能连续地进行反应，反应后的酶可以回收重复使用。——不管用何种方法制备的固定化酶，都应该满足上述固定化酶的条件。固定化酶与游离酶相比，具有下列优点（l）极易将固定化酶与底物、产物分开；（2）可以在较长时间内进行反复分批反应和连续反应；（3）在大多数情况下，能够提高酶的稳定性；（4）酶反应过程能够加以严格控制；（5）产物溶液中没有酶的残留，简化了提纯工艺；（6）较游离酶更适合于多酶反应；（7）可以增加产物的收率，提高产物的质量；（8）酶的使用效率提高，成本降低。固定化酶是二十世纪五十年代开始

4、发展起来的一项新技术、最初是将水溶性酶与不溶性载体结合起来，成为不溶于水的酶的衍生物，所以曾叫过“水不溶酶”（waterinsolubleenzyme）和“固相酶”（solidphaseenzyme）。但是后来发现，也可以将酶包埋在凝胶内或置于超滤装置中，高分子底物与酶在超滤膜一边，而反应产物可以透过膜逸出，在这种情况下，酶本身仍处于溶解状态，只不过被固定在一个有限的空间内不会流失。因此，用水不溶酶或固相酶的名称就不恰当了。固定化酶正式定名在1971年第一届国际酶工程会议上，正式建议采用“固定化酶”（immobilizedenzyme）的名称。历史上较大的相关事件1

5、916年，Nelson&Griffin“酶不溶于水而具有活性”1948年，Sumner尿素酶制成非溶性酶1953年，Grubhofer&Schleith第一次实现了酶的固定化1960年，千细一郎，开始了氨基酰化酶固定化研究1969年，千细一郎成功的将固定化氨基酰化酶应用于DL-AA的光学分析上1971年，固定化酶名称提出，Immobilizedenzyme固定化酶的制备原则——固定化酶的应用目的、应用环境各不相同，而且可用于固定化制备的物理、化学手段、材料等多种多样。制备固定化酶要根据不同情况（不同酶、不同应用目的和应用环境）来选择不同的方法，但是无论如何选择，确定什么样

6、的方法，都要遵循几个基本原则原则1——必须注意维持酶的催化活性及专一性，保持酶原有的专一性、高效催化能力和在常温常压下能起催化反应的特点。原则2——固定化应该有利于生产自动化、连续化。为此，用于固定化的载体必须有一定的机械强度，不能因机械搅拌而破碎或脱落。原则3——固定化酶应有最小的空间位阻，尽可能不妨碍酶与底物的接近，以提高产品的产量，制备固定化酶时所选载体应尽可能地不阻碍酶和底物的接近。原则4——酶与载体必须结合牢固，从而使固定化酶能回收贮藏，利于反复使用，因此，在制备固定化酶时，应使酶和载体尽可能地结合牢固。原则5——固定化酶应有最大的稳定性，在制备固定

7、化酶时，所选载体不与废物、产物或反应液发生化学反应。原则6——固定化酶应能保持甚至超过原有酶液的活性，在制备固定化酶时，酶和载体结合部位不应是酶的活性中心或与维持酶高级空间结构有关的基团，因此，应尽可能预先保护这些基团；原则7——固定化酶应易与产物分离，即能通过简单的过滤或离心就可回收和重复使用；原则8——固定化酶成本要低，应为廉价的、有利于推广的产品，以便于工业使用。酶的固定化方法——酶的固定化方法很多，但对任何酶都适用的方法是没有的。酶的固定化方法通常按照用于结合的化学反应的类型进行分类固定化方法分类非化学结合