第一節(jié)  固定化酶的簡(jiǎn)介

固定化酶是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新技術(shù)。所謂固定化酶，是指在一定的空間范圍內(nèi)起催化作用，并能反復(fù)和連續(xù)使用的酶。通常酶催化反應(yīng)都是在水溶液中進(jìn)行的，而固定化酶是將水溶性酶用物理或化學(xué)方法處理，使之成為不溶于水的，但仍具有酶活性的狀態(tài)  。（產(chǎn)業(yè) 規(guī)劃 ）

第二節(jié) 固定化酶的生產(chǎn)方法

固定化酶的制備方法有物理法和化學(xué)法兩大類。

物理方法包括物理吸附法、包埋法等。物理法固定酶的優(yōu)點(diǎn)在于酶不參加化學(xué)反應(yīng),整體結(jié)構(gòu)保持不變,酶的催化活性得到很好保留。但是,由于包埋物或半透膜具有一定的空間或立體阻礙作用,因此對(duì)一些反應(yīng)不適用。

化學(xué)法包括結(jié)合法、交聯(lián)法。結(jié)合法又分為離子結(jié)合法和共價(jià)結(jié)合法。是將酶通過化學(xué)鍵連接到天然的或合成的高分子載體上,使用偶聯(lián)劑通過酶表面的基團(tuán)將酶交聯(lián)起來,而形成相對(duì)分子量更大、不溶性的固定化酶的方法.

其中吸附法和共價(jià)鍵法又可統(tǒng)稱為載體結(jié)合法。

具體方法

吸附法

利用各種吸附劑將酶或含酶菌體吸附在其表面上而使酶固定的方法。通常有物理吸附法和離子吸附法。

常用吸附劑有活性炭、氧化鋁、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃等。

采用吸附法固定酶，其操作簡(jiǎn)便、條件溫和，不會(huì)引起酶變性或失活，且載體廉價(jià)易得，可反復(fù)使用。

載體結(jié)合法

最常用的是共價(jià)結(jié)合法，即酶蛋白的非必需基團(tuán)通過共價(jià)鍵和載體形成不可逆的連接。在溫和的條件下能偶聯(lián)的蛋白質(zhì)基團(tuán)包括：氨基、羧基、半胱氨酸的巰基、組氨酸的咪唑基、酪氨酸的酚基、絲氨酸和蘇氨酸的羥基。參加和載體共價(jià)結(jié)合的基團(tuán)，不能是酶表現(xiàn)活力所必需的基團(tuán)。以中國(guó)首先采用的雙功能團(tuán)試劑“對(duì)位-β-硫酸酯乙砜基苯胺”偶聯(lián)載體和酶為例，載體結(jié)合的步驟如下頁(yè)反應(yīng)式。

此法曾先后用于3′-核糖核酸酶、5′-磷酸二酯酶和葡萄糖淀粉酶等的固定化。此外酶通過物理吸附或離子吸附于載體制備固定化酶也是常用的方法。

交聯(lián)法

依靠雙功能團(tuán)試劑使酶分子之間發(fā)生交聯(lián)凝集成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使之不溶于水從而形成固定化酶。常采用的雙功能團(tuán)試劑有戊二醛、順丁烯二酸酐等。酶蛋白的游離氨基、酚基、咪唑基及巰基均可參與交聯(lián)反應(yīng)。

包埋法

酶被裹在凝膠的細(xì)格子中或被半透性的聚合物膜包圍而成為格子型和微膠囊型兩種。包埋法制備固定化酶除包埋水溶性酶外還常包埋細(xì)胞，制成固定化細(xì)胞，例如可用明膠及戊二醛包埋具有青霉素酰化酶活力的菌體，可連續(xù)水解帤基青霉素，工業(yè)生產(chǎn)6-氨基青霉烷酸。

酶經(jīng)過固定化后，比較能耐受溫度及pH的變化，最適pH往往稍有移位，對(duì)底物專一性沒有任何改變，實(shí)際使用效率提高幾十倍（如5′-磷酸二酯酶的工業(yè)應(yīng)用）甚至幾百倍（如青霉素?；傅墓I(yè)應(yīng)用）。

      第三節(jié) 固定化酶的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn)

固定化酶的形式多樣，可制成機(jī)械性能好的顆粒裝成酶柱用于連續(xù)生產(chǎn)；或在反應(yīng)器中進(jìn)行批式攪拌反應(yīng)；也可制成酶膜、酶管等應(yīng)用于 分析 化學(xué)；又可制成微膠囊酶，作為治療酶應(yīng)用于臨床?，F(xiàn)在又有人用酶膜（包括細(xì)胞、組織、微生物制成的膜）與電、光、熱等敏感的元件組成一種裝置稱生物傳感器，用于測(cè)定有機(jī)化合物和發(fā)酵自動(dòng)控制中信息的傳遞及環(huán)境保護(hù)中有害物質(zhì)的檢測(cè)。最常用的是酶膜與離子選擇電極組成的生物傳感器，例如脲傳感器是由固定化脲酶、固定化硝化菌及氧電極組成，脲經(jīng)脲酶分解成氨及二氧化碳，氨又繼續(xù)被硝化菌氧化，總耗氧量則通過氧電極反映出電流的變化，用以計(jì)算脲的含量。

酶固定化后一般穩(wěn)定性增加，易從反應(yīng)系統(tǒng)中分離，且易于控制，能反復(fù)多次使用。便于運(yùn)輸和貯存，有利于自動(dòng)化生產(chǎn)，但是活性降低，使用范圍減小，技術(shù)還有發(fā)展空間。固定化酶是近十余年發(fā)展起來的酶應(yīng)用技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)、化學(xué) 分析 和醫(yī)藥等方面有誘人的應(yīng)用前景。

發(fā)展歷史

固定化酶的 研究 始于1910年,正式 研究 于20世紀(jì)60年代,70年代已在全世界普遍開展。酶的固定化(Immobilization of enzymes)是用固體材料將酶束縛或限制于一定區(qū)域內(nèi),仍能進(jìn)行其特有的催化反應(yīng)、并可回收及重復(fù)利用的一類技術(shù)。與游離酶相比,固定化酶在保持其高效專一及溫和的酶催化反應(yīng)特性的同時(shí),又克服了游離酶的不足之處,呈現(xiàn)貯存穩(wěn)定性高、分離回收容易、可多次重復(fù)使用、操作連續(xù)可控、工藝簡(jiǎn)便等一系列優(yōu)點(diǎn)。固定化酶不僅在化學(xué)、生物學(xué)及生物工程、醫(yī)學(xué)及生命科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的 研究 異?；钴S,得到迅速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用,而且因?yàn)榫哂泄?jié)省資源與能源、減少或防治污染的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)而符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。

性狀

固定化酶的形式多樣，依不同用途有顆粒、線條、薄膜和酶管等形狀。其中顆粒占絕大多數(shù)，它和線條這兩種形式主要用于工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)，如裝成酶柱用于連續(xù)生產(chǎn)，或在反應(yīng)器中進(jìn)行批式攪拌反應(yīng)；薄膜主要用于酶電極，應(yīng)用于 分析 化學(xué)中；酶管機(jī)械強(qiáng)度較大，宜用于工業(yè)生產(chǎn) [2]  。

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