固定化酶.doc

固定化酶的制备及应用 摘要：本文主要从酶的固定化载体、固定化方法等方面介绍了固定化酶制备中的研究进展情况，并且从医药、食品、环保、等方面其在其中的新应用出发，对固定化酶在新领域中的应用作了综述，给固定化酶研究的发展前景进行了展望，并且指出了今后酶固定化研究的主要方向是多酶的固定化及制备高活性、高负载、高稳定性的固定化酶。固定化酶（immobilized enzyme）这个术语是在1971 年酶工程会议上被推荐使用的。20世纪70年代后得到迅速发展 。其新的功能和新的应用正在迅速不断地扩展，是一项研究领域宽广、应用前景极为引人瞩目的新研究领域和新技术。 1固定化酶的优缺点 1.1 优点 （1）同一批固定化酶能在工艺流程中重复多次地使用 ； （2）固定化后，和反应物分开，有利于控制生产过程，同时也省去了热处理使酶失活的步骤 ； （3）稳定性显著提高 ； （4）可长期使用 ，并可预测衰变的速度； （5）提供了研究酶动力学的良好模型。 （6）酶的使用效率提高，产物得率提高，产品质量有保证，成本低。 1.2缺点 （1）酶固定化时酶的活力有所损失，同时也增加了固定化的成本。 （2）比较适应水溶性底物和小分子底物。 （3）不适于多酶反应，特别是需要辅酶的反应。 2.固定化酶的制备原则 ）必须注意维持酶的催化活性及专一性。酶的催化反应取决于酶本身蛋白质分子所特有的高级结构和活性中心，为了不损害酶的催化活性及专一性，酶在固定化状态下发挥催化作用时，既需要保证其高级结构，又要使构成活性中心的氨基酸残基不发生变化。 这就要求酶与载体的结合部位不应当是酶的活性部位，应避免活性中心的氨基酸残基参与固定化反应；另外，由于酶蛋白的高级结构是凭借疏水键、氢键、盐键等较弱的键维持的，所以固定化时应采取尽可能温和的条件，避免那些可能导致酶蛋白高级结构破坏的条件，如高温、强酸、强碱、有机溶剂等处理。 （2 ）酶与载体必须有一定的结合程度。酶的固定化既不影响酶的原有构象，又能使固定化酶能有效回收贮藏，利于反复使用。 （3 ）固定化应有利于自动化、机械化操作。这要求用于固定化的载体必须有一定的机械强度，才能使之在制备过程中不易破坏或受损。 （4 ）固定化酶应有最小的空间位阻。固定化应尽可能不妨碍酶与底物的接近，以提高催化效率和产物的量。 （5 ）固定化酶应有最大的稳定性。在应用过程中，所选载体应不和底物、产物或反应液发生化学反应。 （6 ）固定化酶的成本适中。工业生产必须要考虑到固定化成本，要求固定化酶应是廉价的，以利于工业使用。 3.酶的固定化方法 3.1吸附法 吸附法（adsorption ） 是通过载体表面和酶分子表面间的次级键相互作用而达到固定目的的方法，是固定化中最简单的方法。酶与载体之间的亲和力是范德华力、疏水相互作用、离子键和氢键等。 吸附法又可分为物理吸附法和离子吸附法。 3.1.1物理吸附法 物理吸附法(physical adsorption) 是通过物理方法将酶直接吸附在水不溶性载体表面上而使酶固定化的方法。是制备固定化酶最早采用的方法，如α- 淀粉酶、糖化酶、葡萄糖氧化酶等都曾采用过此法进行固定化。 （1）无机载体 常见的有 活性炭、氧化铝、皂土、多孔玻璃、硅胶、二氧化钛、羟基磷灰石等。 （2）有机载体 常见的有纤维素、胶原、赛珞玢、陶瓷、淀粉及面筋等。 物理吸附法制备固定化酶，操作简单、价廉、条件温和，载体可反复使用，酶与载体结合后，酶活性中心不易被破坏切酶高级结构变化少，故所制得的固定化酶活力较高。但由于靠物理吸附作用，酶和载体结合不牢固，在使用过程中容易脱落，所以使用受到限制。 3.1.2离子交换吸附法 离子吸附法(ion adsorption) 是将酶与含有离子交换基团的水不溶性载体以静电作用力相结合的固定化方法，即通过离子键使酶与载体相结合的固定化方法。 离子吸附法所使用的载体是某些离子交换剂。常用的阴离子交换剂有DEAE- 纤维素、混合胺类(ECTEOLA)- 纤维素、四乙氨基乙基(TEAE)- 纤维素、DEAE- 葡聚糖凝胶、Amberlite IRA-93 、410 、900 等；阳离子交换剂有羧甲基(CM)- 纤维素、纤维素柠檬酸盐、Amberlite CG-50 、IRC-50 、IR-200 、Dowex-50 等。 离子吸附法具有操作简便、条件温和不会引起酶变性或失活。载体廉价易得，而且可反复使用。此外，吸附过程同时可以纯化酶。但是由于依靠吸附法固定的酶与载体相互作用力弱、酶容易从载体上脱落下来，进而影响酶的纯度和酶的稳定性。 3.2包埋法 包埋法（entrapment ） 是将酶包埋在各种多孔载体中使酶固定化的固定化方法。包埋法操作简单，由于酶分子只被包埋，未受到化学反