第七章 酶催化反应
第七章 酶催化反应
酶是具有高度选择性的催化剂，而一般情况下的酶反 应均是在温和条件下进行的（如常温、常压和中性溶液）， 酶的这些特性使酶能在食品、饮料和诊断工业中广泛应用。 同样这些特性使酶能在各种化合物的合成，尤其是在药 物、手性中间体、特殊的聚合物和生化物质合成中显示出了 潜在的吸引力。 酶作为一种特殊的催化剂正越来越受到人们的重视，对 其应用研究也更趋广泛，从生物体系的酶到非生物体系的酶 催化，从酶的固定化到非水相酶反应，酶的潜在能力正获得 越来越多的开发和利用。 7.1 酶和细胞的固定化
酶是具有高度选择性的催化剂，而一般情况下的酶反 应均是在温和条件下进行的（如常温、常压和中性溶液）， 酶的这些特性使酶能在食品、饮料和诊断工业中广泛应用。 同样这些特性使酶能在各种化合物的合成，尤其是在药 物、手性中间体、特殊的聚合物和生化物质合成中显示出了 潜在的吸引力。 酶作为一种特殊的催化剂正越来越受到人们的重视，对 其应用研究也更趋广泛，从生物体系的酶到非生物体系的酶 催化，从酶的固定化到非水相酶反应，酶的潜在能力正获得 越来越多的开发和利用。 7.1 酶和细胞的固定化
7.1.1 酶和细胞的固定化方法 固定化酶：通过物理或化学的方法将溶液酶转变 为在一定的空间内其运动受到完全或局部约束的一 种不溶于水，但仍具活性的酶。它能以固相状态作 用于底物进行催化反应。 固定化细胞：将完整的细胞限定在一定空间内活 动的一种固定化生物催化剂。 注意：由于是具有催化活性的蛋白质的固定化，所以必须严格 操作条件，尽可能避免酶的高级结构受到损害
7.1.1 酶和细胞的固定化方法 固定化酶：通过物理或化学的方法将溶液酶转变 为在一定的空间内其运动受到完全或局部约束的一 种不溶于水，但仍具活性的酶。它能以固相状态作 用于底物进行催化反应。 固定化细胞：将完整的细胞限定在一定空间内活 动的一种固定化生物催化剂。 注意：由于是具有催化活性的蛋白质的固定化，所以必须严格 操作条件，尽可能避免酶的高级结构受到损害
7.1.1 酶和细胞的固定化方法 ★常用方法： 吸附法、包埋法、交联法、化学共价法、逆胶束包囊法等 ★常用载体： 活性炭、多孔玻璃、纤维素、交联葡聚糖、琼脂糖、聚丙 烯酰胺凝胶、海藻酸盐、明胶、合成的高分子化合物等
7.1.1 酶和细胞的固定化方法 ★常用方法： 吸附法、包埋法、交联法、化学共价法、逆胶束包囊法等 ★常用载体： 活性炭、多孔玻璃、纤维素、交联葡聚糖、琼脂糖、聚丙 烯酰胺凝胶、海藻酸盐、明胶、合成的高分子化合物等
(1) (2】 (3) 强0弼金mR 220思财8 (5) (7) (4) (5) 图3-1固定化酶的模式 (1)高子结合：(2)共价结合：(3)交联，(4》豪合物包埋 (5)裤水作用，(6)脂质体色通：(？)微胶囊
1） 吸附法（最古老、最简便经济） 特点： ●蛋白质与载体之间的结合力很弱 ●在很多情况下，酶的非特异性吸附常会引起部 分或全部失活，且高浓度的盐溶液或底物溶液又 将加速蛋白质的脱附
1） 吸附法（最古老、最简便经济） 特点： ●蛋白质与载体之间的结合力很弱 ●在很多情况下，酶的非特异性吸附常会引起部 分或全部失活，且高浓度的盐溶液或底物溶液又 将加速蛋白质的脱附
吸附剂的种类（1）： ◆各种矿物质和其他无机载体：高岭土、多孔玻璃、 氧化铝、二氧化硅等 蛋白质结合量通常很低 ◆纤维素粉：糖苷水解酶在纤维素上有较强的吸附
吸附剂的种类（1）： ◆各种矿物质和其他无机载体：高岭土、多孔玻璃、 氧化铝、二氧化硅等 蛋白质结合量通常很低 ◆纤维素粉：糖苷水解酶在纤维素上有较强的吸附
◆离子交换剂（目前最常用）：羧甲基纤维素、DEAE-纤 维素、DEAE-葡聚糖以及合成的离子交换剂等 作用原理：静电吸引 缺点：当离子强度增加或者介质的pH、温度改变时，这种 结合发生分解。如果通过化学方法增加酶蛋白上的电荷则 可使这些影响得到改善。 第一个用于工业生产的固定化酶：固定化氨基酰化酶—— 将氨基酰化酶吸附在DEAE-纤维素或DEAE-葡聚糖上制得。 吸附剂的种类（2）：
◆离子交换剂（目前最常用）：羧甲基纤维素、DEAE-纤 维素、DEAE-葡聚糖以及合成的离子交换剂等 作用原理：静电吸引 缺点：当离子强度增加或者介质的pH、温度改变时，这种 结合发生分解。如果通过化学方法增加酶蛋白上的电荷则 可使这些影响得到改善。 第一个用于工业生产的固定化酶：固定化氨基酰化酶—— 将氨基酰化酶吸附在DEAE-纤维素或DEAE-葡聚糖上制得。 吸附剂的种类（2）：
吸附剂的种类（3）： ◆蛋白质载体：胶原蛋白是最常用的 一般胶原蛋白载体预先制成膜状（胶原膜），胶原膜溶 胀，然后浸入酶溶液，酶渗入膜内并被吸附，制成酶膜。 ◆生物特异性吸附剂：如，伴刀豆球蛋白A-琼脂糖， 可有效地固定一些以糖蛋白为结构的酶。伴刀豆球蛋白A 具有凝集红血球细胞和肿瘤细胞的作用，这种作用主要 是由于伴刀豆球蛋白A能够与细胞表面上的单糖和低聚糖 发生特异性结合。因此，当琼脂糖上结合有伴刀豆球蛋 白A 以后，它就能够与溶液中的多糖和糖蛋白发生特异 性结合
吸附剂的种类（3）： ◆蛋白质载体：胶原蛋白是最常用的 一般胶原蛋白载体预先制成膜状（胶原膜），胶原膜溶 胀，然后浸入酶溶液，酶渗入膜内并被吸附，制成酶膜。 ◆生物特异性吸附剂：如，伴刀豆球蛋白A-琼脂糖， 可有效地固定一些以糖蛋白为结构的酶。伴刀豆球蛋白A 具有凝集红血球细胞和肿瘤细胞的作用，这种作用主要 是由于伴刀豆球蛋白A能够与细胞表面上的单糖和低聚糖 发生特异性结合。因此，当琼脂糖上结合有伴刀豆球蛋 白A 以后，它就能够与溶液中的多糖和糖蛋白发生特异 性结合
2） 包埋法（普适性） 包埋法：将酶包裹于凝胶格子或聚合物半透 膜微胶囊中的方法 特点： ● 酶分子本身不直接参加反应 ●条件较温和 ●酶活力回收较高 ●对底物分子和产物分子的大小有限制，当底物 和产物的相对分子质量小时，扩散阻力就小
2） 包埋法（普适性） 包埋法：将酶包裹于凝胶格子或聚合物半透 膜微胶囊中的方法 特点： ● 酶分子本身不直接参加反应 ●条件较温和 ●酶活力回收较高 ●对底物分子和产物分子的大小有限制，当底物 和产物的相对分子质量小时，扩散阻力就小