生化工程课件--酶工程技术.ppt

酶工程技术 大自然的多样性与酶的多样性 酶反应的特征 酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。 温和，高效，专一 西方国家19世纪对酿酒发酵过程进行了大量研究。直到1897年，德国巴克纳Buchner兄弟用石英砂磨碎酵母细胞，制备了不含酵母细胞的抽提液，并证明此不含细胞的酵母提取液也能使糖发酵，说明发酵与细胞的活动无关。从而说明了发酵是酶作用的化学本质，为此Buchner获得了1911年诺贝尔化学奖。 酶在水溶液中不稳定，一般不能反复使用，而且不易与产物分离，不利于产物的提纯和精制。 针对这些限制酶广泛应用的因素，将水溶性酶或游离细胞经过化学或物理手段处理，将酶束缚在一定的空间内，限制酶分子在此区间进行活跃的催化作用，成为不溶于水的固定化的酶或细胞。 固定化酶:固定在载体上，并在一定范围内进行催化反应的酶。 一、固定化酶(细胞)的制备方法 (一) 吸附法 （二）包埋法 （三）共价结合（偶联）法 （四）交联法 吸附法 包埋法 共价结合法 交联法 根据吸附剂的特点又分为两种： 物理吸附法(physical adsorption)是通过氢键、疏水键等作用力将酶吸附于不溶性载体的方法。常用的载体有：高岭土、皂土、硅胶、氧化铝、磷酸钙胶、微空玻璃等无机吸附剂，纤维素、胶原以及火棉胶等有机吸附剂。 离子结合法(ion binding)是指在适宜的pH和离子强度 条件下，利用酶的侧链解离基团和离子交换基间的 相互作用而达到酶固定化的方法（离子键）。最常用的交换剂有CM-纤维素、DEAE-纤维素、DEAE-葡聚糖凝胶等；其他离子交换剂还有各种合成的树脂如Amberlite XE-97、Dowe X-50等。 离子交换剂的吸附容量一般大于物理吸附剂。 （二）、包埋法 微囊化包埋法 微囊法主要将酶封装在胶囊、脂质体和中空纤维中。胶囊和脂质体主要用于医学治疗，中空纤维主要适于工业使用 。 微囊制备方法 （1）界面沉淀法是一种简单的物理微囊化法，它是利用某些高聚物在水相和有机相的界面上溶解度较低而形成的皮膜将酶包埋。 （2）界面聚合法是用化学手段制备微囊的方法。他所得的微囊外观好，但不稳定，有些酶还会因在包埋过程中发生化学反应而失活。 （3）表面活性剂乳化液膜包埋法是在水溶液中添加表面活性剂使之乳化形成液膜达到包埋目的的一种方法。 （三）、共价结合（偶联）法共价结合（偶联）法是目前研究中最为活跃的方法。它的原理是酶蛋白分子上的功能基团和固相支持物表面上的反应基团之间形成共价键，因而将酶固定在支持物上（借助共价键将酶的非活性必需侧链基团和载体的功能基团进行偶连）。 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。 能起交联作用的试剂很多，但目前常用的交联试剂是戊二醛和双耦联苯胺-2,2’-二磺酸。交联法常与吸附法结合使用，或者与包埋法配合，目的是使酶紧紧地结合于载体上。 四种固定化酶制备方法的特点小结 1.必须注意维持酶的催化活性和专一性 2.酶与载体结合牢固 3.载体的机械强度 4.固定化酶要有最小的空间位阻 5.载体稳定，不可与底物、产物发生反应 6.固定化酶要廉价 固定化细胞 固定化细胞是指直接将细胞固定在水不溶性载体上，在一定的空间范围内进行生命活动（生长、繁殖和新陈代谢）的细胞。 固定化细胞的优点： 1、可增殖，细胞密度大，可获得高度密集而体 积小的生产菌集合体。 2、发酵稳定性好，可以较长时间反复使用或 连续使用。 3、发酵液中含菌体较少，有利于产品分离纯化。 4、有利于需要辅酶和多酶系统才能进行的反应。 （八）固定化酶(细胞）应用实例 二、固定化酶（细胞）的性质 ? 有一定的机械强度且稳定性好，催化剂与系统分相。 ? 固定化酶在使用前可充分洗涤，不带进杂质，在反应中酶与产物自然分开，所以产物易提纯，收率也高。 ? 酶与细胞经过固定化以后，稳定性大为提高，可较长期使用与储藏，并可以再生。 ? 能反复使用，可大大降低生产成本；同时也为实现生产的管道化、连续化与自动化提供了可能。 影响固定化酶（细胞）性质的因素 酶经过固定化后引起的性质改变，不外乎两种原因：一是酶本身的变化，二是受固定化载体的物理或化学性质的影响。就载体物化性质和固定化过程影响而言，主要存在以下三种影响效应： ? 分配效应 ? 空间障碍效应 ?