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固定化酶在医疗中的应用 应化0701 李洋 酶是一类具有催化功能的蛋白质, 和化学催化剂相比具有反应速度快, 化学、立体和分子部位选择性好, 反应条件温和, 底物专一性强, 可在水溶液和中性pH下操作等优点, 同时酶本身可以被微生物降解, 符合绿色化学的要求.已在食品、医药、轻工和农业等许多领域得到广泛的应用 , 但和多相催化过程相比, 酶在能源和化工中的应用还存在如下问题. (1) 酶一旦从细胞中分离出来, 其活性迅速下降, 并且在实际应用中对外界因素非常敏感, 容易因反应条件的变化和杂质的毒化作用而失活. (2)酶的分离和纯化手续繁杂, 大规模制备和应用成本较高. (3)酶是溶于水的, 在水溶液中进行反应, 会导致酶和底物、产物从水中分离的困难, 不利于循环使用. (4)由于反应产物是酶的排泄物, 对酶催化反应有抑制作用, 限制了产物浓度的提高, 因此生产强度低. 酶的固定化技术就是为了克服上述缺点, 使酶催化反应能像化学催化剂一样在多相反应过程中稳定操作, 并易于回收和反复使用而发展起来的一项酶化学与酶工程技术. 一、酶在治疗疾病中的应用 目前药用酶的治疗作用包括 （1）由于体内有害物质的积累所引起的疾病，可以用酶来消除毒物。例如：用脲酶来消除血液中过量的尿素。 （2）由于酶功能不正常、或者酶缺乏、酶量不足所产生的疾病，可以用酶来调整作用，或者补充酶量。如，用苯丙氨酸羟化酶可以治疗先天性缺苯丙氨酸羟化酶的苯基酮尿症患者。 （3）癌细胞内异常的生化环境可用酶来破坏，以杀死癌细胞。 （4）由于细菌、病毒引起机体产生的疾病，可以用抗生素抑制微生物代谢所需要的酶，使微生物死亡，从而恢复人体健康。 但是目前，酶治疗中遇到下列几个难题： （1）外源酶具有抗原性，注入人体后易产生过敏反应。 （2）外源酶进入人体后极易被蛋白酶水解，被抑制剂抑制，因而在体内的半衰期很短。 （3）外源酶进入人体后如何集中到发病部位以达到最高疗效。 为了解决以上难题，采用了固定化酶的方法。 药用酶的固定化提高了其稳定性及缓释性、并可除去免疫原性 . 前列腺素衍生物是药物在20世纪的重要发现之一, 用大孔径N2聚氨乙基丙烯酰胺为载体, 使前列腺素合成酶固定化, 合成前列腺素衍生物E1, 显示出良好的活性及贮存稳定性. 微囊固定化过氧化氢酶具有良好的酶活性及稳定性, 在临床检测及卫生防疫方面具有广泛用途. 葡聚糖磁性纳米微粒固定化L-天冬酰胺酶, 具有通过血液注射治疗急性淋巴白血病的医用前景. 超氧化物歧化酶SOD在清除机体代谢过程中产生的过量超氧阴离子方面也发挥着至关重要的作用.下面就L-天冬酰胺酶和SOD的固定化进行拓展。 L-天冬酰胺酶 L-天冬酰胺酶(E.C.3.5.1.1，L-asparaginase)能将肿瘤细胞生长所需的L-天冬酰胺水解为天冬氨酸和氨，影响肿瘤细胞的蛋白质的合成，从而抑制肿瘤的生长，临床上主要用于治疗急性淋巴性白血病，其有效率为6O%左右。但直接使用游离的L-天门冬酰胺酶存在着一些缺点：存在较多的副作用，可引起急性胰腺炎、胃肠道反应、肝功能和其它代谢异常及过敏反应 ；游离酶稳定性较差，易被蛋白酶水解。这些缺点限制了游离L-天冬酰胺酶的应用，固定化L-天冬酰胺酶的研究受到了较多的关注。 在37℃水浴中使海藻酸钠在蒸馏水中融化，加入一定体积的酶溶液，吸入注射器内，逐滴滴入磁力搅拌下的2%氯化钙溶液中，即可形成光滑的微球体。4℃下硬化2 h，用去离子水洗涤。再用一定浓度的戊二醛交联2 h，然后用大量的去离子水洗涤直到无戊二醛为止(加入奈氏试剂检测)．即得固定化酶。取0.2 mI 游离酶或1.5 g固定化酶，加入0.8mI 不同pH 值(6.0～9.0)的缓冲液，再加入2.0mI 的L一天冬酰胺溶液(0.04 mol/mI )，测定酶活力，结果如图1所示。 同理对固定化酶和游离酶的米氏常数，最适反应温度以及半衰期进行测量比较，发现2者基本一致，说明酶的固定化对其活性未产生较大影响. 超氧化物歧化酶SOD SOD即超氧化物歧化酶, 是人体细胞代谢不可缺少的活性蛋白酶。超氧化物歧化酶是一种金属酶。人们在研究中发现超氧化物歧化酶是机体代谢所产生的有害物质超氧阴离子自由基的天然清除剂。机体在代谢中产生的自由基以氧自由基对机体的危害最大。氧自由基包括超氧阴离子自由基、羟基自由基、过氧化氢及单线态氧等, 这些自由基是机体正常代谢产物, 尽管它们在代谢中连续不断的产生, 但由于机体中存在防御系统, 所以正常情况下危害不大, 其中的超氧阴离子自由基就可以被SOD清除。研究表明,SOD对人体血栓