固定化生物技术一一固定化酶 上海交通大学 环境科学与工程学院 廖秋承
固定化生物技术——固定化酶 上海交通大学 环境科学与工程学院 廖秋承
固定化微生物技术一一固定化酶 酶载体结构示意图 固定化酶示意图
固定化微生物技术——固定化酶
酶 酶(Enzyme)是由活细胞产生的，以蛋白质为主要 成分，具有高效率、高特异性的生物催化剂 (catalysts),具有许多与蛋白质相同的物理化学 o 性质 1.两性离子的性质：氨基酸 2.酶具有胶体性质：大分子 3.热稳定性较差：次级键 4.可溶解性：亲疏水性 5.酶的变性：次级键
酶(Enzyme)是由活细胞产生的，以蛋白质为主要 成分，具有高效率、高特异性的生物催化剂 (catalysts)，具有许多与蛋白质相同的物理化学 性质。 1. 两性离子的性质：氨基酸 2. 酶具有胶体性质：大分子 3. 热稳定性较差：次级键 4. 可溶解性：亲疏水性 5. 酶的变性：次级键 酶
酶催化反应 酶催化反应的优缺点： ·优点：高效、专一、条件温和、可控。 ·缺点：不稳定、难回收、难提纯。 ·固定化酶： ·利用物理及化学的处理方法，将水溶性酶或细胞与固 体的水不溶性支持物（或称载体）相结合，使其既不 溶于水，又能保持酶和微生物的活性
• 酶催化反应的优缺点： • 优点：高效、专一、条件温和、可控。 • 缺点：不稳定、难回收、难提纯。 • 固定化酶： • 利用物理及化学的处理方法，将水溶性酶或细胞与固 体的水不溶性支持物（或称载体）相结合，使其既不 溶于水，又能保持酶和微生物的活性。 酶催化反应
固定化酶起源 1953年，Grubhofev和Schleith首先开始了酶固 定化研究，并第一次实现了酶的固定化。 1960年，日本的千畑一郎开始了氨基酰化酶固定 化研究，开始了将固定酶应用在工业上的第一步 1969年，千畑一郎成功地将氨基酰化酶反应用于 DL-氨基酸生产L-氨基酸，实现了酶连续反应的工 业化。这是世界上固定化酶用于工业的开端 。 1973年，千烟一郎再次在工业上成功地固定化大 肠杆菌细胞，成功实现了L一天冬氨酸连续生产
1953年，Grubhofev和Schleith首先开始了酶固 定化研究，并第一次实现了酶的固定化。 1960年，日本的千畑一郎开始了氨基酰化酶固定 化研究，开始了将固定酶应用在工业上的第一步。 1969年，千畑一郎成功地将氨基酰化酶反应用于 DL-氨基酸生产L-氨基酸，实现了酶连续反应的工 业化。这是世界上固定化酶用于工业的开端。 1973年，千畑一郎再次在工业上成功地固定化大 肠杆菌细胞，成功实现了L-天冬氨酸连续生产。 固定化酶起源
固定化酶方法 热处 载体结合法 交联 法 包埋法 (细 胞) 物理 离子 共价 吸附 结合 网格 微囊 法 法 法 型 型
固定化酶方法 载体结合法 物理 吸附 法 离子 结合 法 共价 结合 法 交联 法 包埋法 网格 型 微囊 型 热处 理 （细 胞）
吸附法(adsorption) ·常用有机载体 纤维素、骨胶原、火棉胶及面筋、蔗渣等 ·常用无机载体 氧化铝、硅藻土、沸石、高岭土、多孔玻璃、硅 胶等
吸附法（adsorption） • 常用有机载体 纤维素、骨胶原、火棉胶及面筋、蔗渣等 • 常用无机载体 氧化铝、硅藻土、沸石、高岭土、多孔玻璃、硅 胶等
共价结合法(Covalent) 重氮法是将带芳香族氨基的载体，先用NaNO, 和稀盐酸酸处理成重氮盐衍生物，再在中性偏碱 (H8-9)条件下与酶蛋白发生偶联反应，得到固 定化酶 卤代烃烷基化反应具有卤素取代的芳香环或含 有卤素取代的杂环的高聚物以及含有卤乙酰基的 高聚物，可以通过烷基化、芳香基化，在碱性条 件下，与酶分子上的氨基、酚基、巯基等反应。 最普遍的基团是：氨基、羧基以及苯环，且被 偶联的基团应是酶活性的非必需基团
共价结合法(Covalent) • 重氮法 是将带芳香族氨基的载体，先用NaNO2 和稀盐酸酸处理成重氮盐衍生物，再在中性偏碱 (pH8-9)条件下与酶蛋白发生偶联反应，得到固 定化酶。 • 卤代烃烷基化反应 具有卤素取代的芳香环或含 有卤素取代的杂环的高聚物以及含有卤乙酰基的 高聚物，可以通过烷基化、芳香基化，在碱性条 件下，与酶分子上的氨基、酚基、巯基等反应。 • 最普遍的基团是：氨基、羧基以及苯环，且被 偶联的基团应是酶活性的非必需基团
交联法 基本原理是酶分子和多功能试剂之间形成共价键 得到三维的交联网状结构； 交联法是利用双功能或多功能试剂在酶分子间、 酶分子与惰性蛋白间或酶分子与载体间进行交联 反应，把酶蛋白分子彼此交叉连接起来，形成网 络结构的固定化酶。 常用的交联试剂是戊二醛和双耦联苯胺-2,2'二磺 酸，常与吸附法或包埋法配合使用
交联法 • 基本原理是酶分子和多功能试剂之间形成共价键 得到三维的交联网状结构； • 交联法是利用双功能或多功能试剂在酶分子间、 酶分子与惰性蛋白间或酶分子与载体间进行交联 反应，把酶蛋白分子彼此交叉连接起来，形成网 络结构的固定化酶。 • 常用的交联试剂是戊二醛和双耦联苯胺-2,2’-二磺 酸，常与吸附法或包埋法配合使用
包埋法(entrapment) 凝胶包埋法将酶分子包埋在凝胶格子中 聚合包埋聚丙烯酰胺 络合包埋胶原、海藻酸钠 凝结包埋明胶、卡拉胶、淀粉、 ·微囊法包埋于半透性聚合物膜的微囊内 界面沉淀高聚物在水和有机相界面上溶解度较低 界面聚合 液体干燥法 脂质体包埋
包埋法(entrapment) • 凝胶包埋法 将酶分子包埋在凝胶格子中 聚合包埋 聚丙烯酰胺 络合包埋 胶原、海藻酸钠 凝结包埋 明胶、卡拉胶、淀粉、 • 微囊法 包埋于半透性聚合物膜的微囊内 界面沉淀 高聚物在水和有机相界面上溶解度较低 界面聚合 液体干燥法 脂质体包埋