第5章酶與細(xì)胞的固定化技術(shù)

1、第五章第五章 酶與細(xì)胞的固定化技術(shù)酶與細(xì)胞的固定化技術(shù)v酶的固定化酶的固定化v細(xì)胞及細(xì)胞器的固定化細(xì)胞及細(xì)胞器的固定化v固定化酶（細(xì)胞）的評(píng)價(jià)指標(biāo)固定化酶（細(xì)胞）的評(píng)價(jià)指標(biāo)第一節(jié)第一節(jié) 酶的固定化酶的固定化固定化技術(shù)固定化技術(shù)固定化酶是指借助于物理或化學(xué)方法，將固定化酶是指借助于物理或化學(xué)方法，將酶固定在載體上，并在一定的空間內(nèi)進(jìn)行酶固定在載體上，并在一定的空間內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)的酶。催化反應(yīng)的酶。固定在載體上的菌體或菌體碎片稱為固定固定在載體上的菌體或菌體碎片稱為固定化菌體?；w。固定化酶的特點(diǎn)固定化酶的特點(diǎn)v 穩(wěn)定性提高，使用壽命延長(zhǎng)穩(wěn)定性提高，使用壽命延長(zhǎng)v 可得到高純度、高產(chǎn)量的產(chǎn)品可得

2、到高純度、高產(chǎn)量的產(chǎn)品v 可以連續(xù)化生產(chǎn)操作可以連續(xù)化生產(chǎn)操作v 反應(yīng)的最優(yōu)化控制成為可能反應(yīng)的最優(yōu)化控制成為可能v 再生產(chǎn)利用再生產(chǎn)利用缺點(diǎn)缺點(diǎn)v酶活力有一定損失，初始的投資大。酶活力有一定損失，初始的投資大。v只能用于可溶性底物，而且較適用于小只能用于可溶性底物，而且較適用于小分子底物，對(duì)大分子底物不適宜。分子底物，對(duì)大分子底物不適宜。v與完整細(xì)胞比較，不適于多酶反應(yīng)，特與完整細(xì)胞比較，不適于多酶反應(yīng)，特別是需要輔因子的反應(yīng)，同時(shí)對(duì)胞內(nèi)酶別是需要輔因子的反應(yīng)，同時(shí)對(duì)胞內(nèi)酶需經(jīng)分離后，才能固定。需經(jīng)分離后，才能固定。一、酶的固定化方法一、酶的固定化方法1 1物理吸附法物理吸附法 利用各種固體

3、吸附劑將酶或含酶菌體吸附利用各種固體吸附劑將酶或含酶菌體吸附在其表面上。在其表面上。載體類別：載體類別： v 天然無(wú)機(jī)載體天然無(wú)機(jī)載體 ：活性炭，硅藻土，硅膠：活性炭，硅藻土，硅膠等。等。v 有機(jī)載體：淀粉，纖維素，谷膠原等。有機(jī)載體：淀粉，纖維素，谷膠原等。 2、包埋法、包埋法 將酶或含酶菌體包埋在各種多孔載體中，將酶或含酶菌體包埋在各種多孔載體中，使酶固定化的方法稱為使酶固定化的方法稱為包埋法包埋法。分為：。分為：（1 1）網(wǎng)格型）網(wǎng)格型（2 2）微囊型）微囊型（1）網(wǎng)格型）網(wǎng)格型 將酶或含酶菌體包埋在高分子凝膠細(xì)微網(wǎng)將酶或含酶菌體包埋在高分子凝膠細(xì)微網(wǎng)格中，制成一定形狀的固定化酶，稱為格

4、中，制成一定形狀的固定化酶，稱為網(wǎng)網(wǎng)格型包埋法。格型包埋法。載體材料：載體材料：v合成高分子化合物：合成高分子化合物：聚丙烯酰胺，聚乙烯聚丙烯酰胺，聚乙烯醇，光敏樹(shù)脂醇，光敏樹(shù)脂v天然高分子多糖類：天然高分子多糖類：淀粉，明膠，海藻酸，淀粉，明膠，海藻酸，角叉菜膠。角叉菜膠。 聚丙烯酰胺包埋制備固定化酶的過(guò)程：將酶聚丙烯酰胺包埋制備固定化酶的過(guò)程：將酶溶液加入到含有丙烯酰胺（單體）和溶液加入到含有丙烯酰胺（單體）和N N，N-N-亞甲基雙丙烯酰胺（交聯(lián)劑）的溶液亞甲基雙丙烯酰胺（交聯(lián)劑）的溶液中，再加入二甲氨基丙腈（加速劑），同中，再加入二甲氨基丙腈（加速劑），同時(shí)加入過(guò)硫酸鉀（引發(fā)劑）混合，

5、于時(shí)加入過(guò)硫酸鉀（引發(fā)劑）混合，于2525保溫保溫10min10min，即得含酶凝膠，將凝膠粉碎，即得含酶凝膠，將凝膠粉碎，制得不規(guī)則的顆粒，于低溫儲(chǔ)存或冷凍干制得不規(guī)則的顆粒，于低溫儲(chǔ)存或冷凍干燥。燥。（2）微囊型）微囊型 將酶或微生物菌體包埋在高分子半透膜中將酶或微生物菌體包埋在高分子半透膜中的微囊內(nèi)稱為的微囊內(nèi)稱為微囊型包埋法微囊型包埋法。由于固定化。由于固定化形成的酶小球直徑一般只有幾微米至幾百形成的酶小球直徑一般只有幾微米至幾百微米，所以也稱為微囊化法。微米，所以也稱為微囊化法。 界面沉淀法界面沉淀法 利用某些高聚物在水相和有機(jī)相的界面上利用某些高聚物在水相和有機(jī)相的界面上溶解度極低

6、而形成膜從而將酶包埋。溶解度極低而形成膜從而將酶包埋。 界面聚合法界面聚合法 利用親水性單體和疏水性單體在界面發(fā)生利用親水性單體和疏水性單體在界面發(fā)生聚合形成半透膜，將酶包埋于半透膜微囊聚合形成半透膜，將酶包埋于半透膜微囊中。中。 二級(jí)乳化法二級(jí)乳化法 酶溶液先在高聚物（乙基纖維素、聚苯乙酶溶液先在高聚物（乙基纖維素、聚苯乙烯等）有機(jī)相中乳化分散，乳化液再在水烯等）有機(jī)相中乳化分散，乳化液再在水相中分散形成次級(jí)乳化液，當(dāng)有機(jī)高聚物相中分散形成次級(jí)乳化液，當(dāng)有機(jī)高聚物固定化后，每個(gè)固體球內(nèi)包含多滴酶液。固定化后，每個(gè)固體球內(nèi)包含多滴酶液。 脂質(zhì)體包埋法脂質(zhì)體包埋法 采用雙層脂質(zhì)體形成的極細(xì)球粒包

7、埋酶。采用雙層脂質(zhì)體形成的極細(xì)球粒包埋酶。3、結(jié)合法、結(jié)合法 通過(guò)選擇適宜的載體，通過(guò)共價(jià)鍵或離子通過(guò)選擇適宜的載體，通過(guò)共價(jià)鍵或離子鍵與酶結(jié)合在一起的固定化方法稱為結(jié)合鍵與酶結(jié)合在一起的固定化方法稱為結(jié)合法。法。v 離子鍵結(jié)合法離子鍵結(jié)合法 共價(jià)鍵結(jié)合法共價(jià)鍵結(jié)合法離子鍵結(jié)合法離子鍵結(jié)合法通過(guò)離子鍵使酶與載體結(jié)合的固定化方法。通過(guò)離子鍵使酶與載體結(jié)合的固定化方法。常用載體常用載體: :DEAE-DEAE-纖維素，纖維素， DEAE-DEAE-葡聚糖凝膠葡聚糖凝膠使用注意使用注意：pHpH、離子強(qiáng)度、溫度、離子強(qiáng)度、溫度優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 操作簡(jiǎn)便，條件溫和，酶活力回收率高；操作簡(jiǎn)便，條件溫和，

8、酶活力回收率高；易受緩沖液種類和易受緩沖液種類和pHpH影響，易脫離。影響，易脫離。共價(jià)鍵結(jié)合法共價(jià)鍵結(jié)合法v通過(guò)共價(jià)鍵將酶蛋白的側(cè)鏈基團(tuán)與載體的官能團(tuán)通過(guò)共價(jià)鍵將酶蛋白的側(cè)鏈基團(tuán)與載體的官能團(tuán)結(jié)合的固定化方法。結(jié)合的固定化方法。v可以形成共價(jià)鍵的基團(tuán)：可以形成共價(jià)鍵的基團(tuán)： 游離氨基，游離氨基， 游離羧基，游離羧基， 巰基，巰基， 咪唑基，咪唑基， 酚基，酚基， 羥基，羥基， 甲硫基，甲硫基， 吲哚吲哚基，二硫鍵基，二硫鍵 ( (非活性中心基團(tuán)非活性中心基團(tuán)) )v常用載體：天然高分子、人工合成的高聚物、無(wú)常用載體：天然高分子、人工合成的高聚物、無(wú)機(jī)載體機(jī)載體v優(yōu)缺點(diǎn)：操作復(fù)雜，酶結(jié)構(gòu)性質(zhì)變

9、化，回收率低，優(yōu)缺點(diǎn)：操作復(fù)雜，酶結(jié)構(gòu)性質(zhì)變化，回收率低，不適用于微生物細(xì)胞固定；不易脫落。不適用于微生物細(xì)胞固定；不易脫落。v 首先載體上引進(jìn)活潑基團(tuán)首先載體上引進(jìn)活潑基團(tuán) 關(guān)鍵關(guān)鍵 v 然后活化該活潑基團(tuán)然后活化該活潑基團(tuán)v 最后此活潑基團(tuán)再與酶分子上某一基團(tuán)形成共價(jià)鍵最后此活潑基團(tuán)再與酶分子上某一基團(tuán)形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵結(jié)合法制備固定化酶的共價(jià)鍵結(jié)合法制備固定化酶的“通式通式”v重氮法重氮法v疊氮法疊氮法v烷基化反應(yīng)法烷基化反應(yīng)法v硅烷化法硅烷化法v溴化氰法溴化氰法載體活化的方法載體活化的方法 重氮法重氮法 是將帶芳香族氨基的載體，先用是將帶芳香族氨基的載體，先用NaNONaNO2 2和稀和

10、稀鹽酸酸處理成重氮鹽衍生物，再在中性偏堿鹽酸酸處理成重氮鹽衍生物，再在中性偏堿(pH8(pH89)9)條件下與酶蛋白發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，得到固條件下與酶蛋白發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，得到固定化酶。定化酶。反應(yīng)示意式如下反應(yīng)示意式如下 v目前在我們國(guó)內(nèi)用的較多的載體是對(duì)氨基目前在我們國(guó)內(nèi)用的較多的載體是對(duì)氨基苯磺酰乙基（苯磺酰乙基（ABSEABSE）纖維素、瓊脂糖，葡）纖維素、瓊脂糖，葡聚糖凝膠和瓊脂等聚糖凝膠和瓊脂等v該方法需要載體具有芳香族氨基該方法需要載體具有芳香族氨基 疊氮法疊氮法 對(duì)含有羧基的載體，與肼基作用生成含有對(duì)含有羧基的載體，與肼基作用生成含有酰肼基團(tuán)的載體，再與亞硝酸活化，生成酰肼基團(tuán)的載體，

11、再與亞硝酸活化，生成疊氮化合物。最后與酶偶聯(lián)。疊氮化合物。最后與酶偶聯(lián)。溴化氰法溴化氰法 主要用溴化氰（主要用溴化氰（CNBrCNBr）活化多糖類物質(zhì)。如纖維）活化多糖類物質(zhì)。如纖維素、葡聚糖、瓊脂糖等，其中以瓊脂糖為載體的素、葡聚糖、瓊脂糖等，其中以瓊脂糖為載體的占多數(shù)（大孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）。用溴化氰法活化瓊脂占多數(shù)（大孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）。用溴化氰法活化瓊脂糖制備得到的固定化酶目前使用很廣，特別用作糖制備得到的固定化酶目前使用很廣，特別用作親和層析，有著良好的性能。親和層析，有著良好的性能。 烷基化反應(yīng)法烷基化反應(yīng)法 含羥基的載體可用三氯三嗪等多鹵代物進(jìn)行活化，含羥基的載體可用三氯三嗪等多鹵代物進(jìn)行活化

12、，形成含有鹵素基團(tuán)的活化載體。形成含有鹵素基團(tuán)的活化載體。4、交聯(lián)法、交聯(lián)法 借助雙功能試劑使酶分子之間發(fā)生交聯(lián)作借助雙功能試劑使酶分子之間發(fā)生交聯(lián)作用，制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固定化酶的方法稱為用，制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固定化酶的方法稱為交聯(lián)法。也可用于含酶菌體或菌體碎片的交聯(lián)法。也可用于含酶菌體或菌體碎片的固定化。固定化。酶分子之間共價(jià)交聯(lián)和與水不溶性載體共價(jià)偶聯(lián)酶分子之間共價(jià)交聯(lián)和與水不溶性載體共價(jià)偶聯(lián)酶分子；（酶分子；（a a）酶分子之間用雙功能基團(tuán)的化學(xué)交聯(lián)）酶分子之間用雙功能基團(tuán)的化學(xué)交聯(lián)試劑相互交聯(lián)成水不溶性的固定化酶；（試劑相互交聯(lián)成水不溶性的固定化酶；（b b）酶分子）酶分子被偶聯(lián)到水不溶性載

13、體上形成水不溶性的固定化酶被偶聯(lián)到水不溶性載體上形成水不溶性的固定化酶交聯(lián)法常用試劑交聯(lián)法常用試劑 常用試劑：戊二醛、異氰酸酯、常用試劑：戊二醛、異氰酸酯、N N，NN乙烯馬來(lái)亞胺、雙重氮聯(lián)苯胺等。應(yīng)用最乙烯馬來(lái)亞胺、雙重氮聯(lián)苯胺等。應(yīng)用最廣泛的是戊二醛，它兩個(gè)醛基都可以與酶廣泛的是戊二醛，它兩個(gè)醛基都可以與酶或蛋白質(zhì)的游離氨基形成席夫堿或蛋白質(zhì)的游離氨基形成席夫堿(shiff)(shiff)。雙重固定法雙重固定法v吸附交聯(lián)法吸附交聯(lián)法v 交聯(lián)包埋法交聯(lián)包埋法v將酶細(xì)胞在一定溫度下加熱處理一段時(shí)間，將酶細(xì)胞在一定溫度下加熱處理一段時(shí)間，使酶固定在菌體內(nèi)，而制備得到固定化菌使酶固定在菌體內(nèi)，而制

14、備得到固定化菌體。體。v只適用于那些熱穩(wěn)定性較好的酶的固定化，只適用于那些熱穩(wěn)定性較好的酶的固定化，熱處理也可與交聯(lián)法或其他固定化法聯(lián)合熱處理也可與交聯(lián)法或其他固定化法聯(lián)合使用，進(jìn)行雙重固定化。使用，進(jìn)行雙重固定化。5 5、熱處理法、熱處理法各種固定方法的特點(diǎn)比較各種固定方法的特點(diǎn)比較復(fù)合載體復(fù)合載體PEI-SIO2PEI-SIO2的制備的制備v首先對(duì)硅膠進(jìn)行活化處理：取首先對(duì)硅膠進(jìn)行活化處理：取5g5g硅膠至于硅膠至于30ml30ml甲烷磺酸甲烷磺酸水溶液控制溫度在水溶液控制溫度在102102，攪，攪拌活化拌活化4h4h，洗滌，抽濾后真空干燥，洗滌，抽濾后真空干燥24h24h即可；即可；v然

15、后使硅膠發(fā)生氯丙基化，將活化后的硅然后使硅膠發(fā)生氯丙基化，將活化后的硅膠以二甲苯為溶劑，加入少量的水，與膠以二甲苯為溶劑，加入少量的水，與-氯丙基三甲氧基硅烷氯丙基三甲氧基硅烷在在8080反應(yīng)反應(yīng)6h6h，抽濾，抽濾后的產(chǎn)物在索氏抽屜器中用甲苯抽屜后的產(chǎn)物在索氏抽屜器中用甲苯抽屜24h24h，以除去以除去-氯丙基三甲氧基硅烷，分離后產(chǎn)氯丙基三甲氧基硅烷，分離后產(chǎn)物經(jīng)真空干燥，所制產(chǎn)物為氯丙基化的硅物經(jīng)真空干燥，所制產(chǎn)物為氯丙基化的硅膠（膠（CP-SIO2CP-SIO2）；）； 稱取稱取0.5g0.5g經(jīng)干燥的復(fù)合載體經(jīng)干燥的復(fù)合載體PEI-SIO2PEI-SIO2，加，加入適量的戊二醛溶液，攪

16、拌并在室溫條件入適量的戊二醛溶液，攪拌并在室溫條件下反應(yīng)下反應(yīng)1h1h，產(chǎn)物用蒸餾水沖洗后抽濾，再，產(chǎn)物用蒸餾水沖洗后抽濾，再加入加入30ml30ml經(jīng)磷酸鹽緩沖溶液稀釋過(guò)的脂肪經(jīng)磷酸鹽緩沖溶液稀釋過(guò)的脂肪酶液，在恒溫水浴振蕩器中于給出的溫度酶液，在恒溫水浴振蕩器中于給出的溫度下震蕩一定的時(shí)間，即可制的固定化的脂下震蕩一定的時(shí)間，即可制的固定化的脂肪酶。肪酶。 Table 1 Independent variables and their levels for central composite designIndependent variablescodesVariable levels-1

17、0+1Methanol molar ratioX1246Enzyme amount (%)X2369Hexane weight ratioX30.30.60.9Temperature()X4304050Independent variablescodesVariable levels-2-10+1+2Enzyme amount (%)X112345Added water (v/v)X2246810Methanol molar ratio X323456Reaction temperature ()X42535455565Reaction time (h)X548121620RunX1X2X3X

18、4True model (%)RSM model (%)Error (%)1-1-10047.446.661.562-110055.7453.843.4131-10045.6847.303.554110060.8661.320.75500-1-171.9371.350.81600-1167.9367.980.077001-170.8670.470.068001172.1772.410.339-100-153.7455.583.4210-100154.3754.340.0611100-157.5859.112.6612100159.2758.910.61130-1-1066.0965.950.2

19、1140-11054.155.151.941501-1063.4563.980.7416011076.6178.322.2317-10-1046.3445.12.6818-101053.3750.714.981910-1056.4552.996.1320101055.850.938.73210-10-171.4468.683.86220-10170.1566.535.1623010-180.477.843.1824010182.0378.574.2225000089.3589.210.1526000089.6589.210.4927000091.0289.211.99 Y=-174.942+

20、53.543X1+ 9.479X2+ 127.56X3+ 4.143X4+ 0.285X1X2- 3.198X1X3+ 0.013X1X4+ 6.986X2X3+ 0.024X2X4+ 0.442X3X4- 6.605X12- 1.167X22- 142.839X32- 0.058X42 Fatty acid methyl ester contetnt (%)Rention time (min)Content (%)7-Hexadecanoic acid mehtyl ester (C17H32O2)6.590.72Hexadecanoic acid mehtyl ester (C17H34O

21、2)6.7314.829,12- Octadecadienoic acid methyl ester (C19H34O2)8.1835.799- Octadecadienoic acid methyl ester (C19H36O2)8.2440.96Octadecadienoic acid methyl ester (C19H38O2)8.457.511-Eicosenoic acid methyl ester (C21H40O2)10.260.07Eicosenoic acid methyl ester (C21H42O2)10.530.14二、固定化酶的性質(zhì)二、固定化酶的性質(zhì)1 1、固定

22、化對(duì)酶穩(wěn)定性的影響、固定化對(duì)酶穩(wěn)定性的影響 大多數(shù)情況下，具有較長(zhǎng)的操作壽命和保大多數(shù)情況下，具有較長(zhǎng)的操作壽命和保存壽命。原因：存壽命。原因：v 酶固定化使其活性構(gòu)象的牢固性增加，酶酶固定化使其活性構(gòu)象的牢固性增加，酶分子與載體的多方位連接降低了酶分子的分子與載體的多方位連接降低了酶分子的伸展變性。伸展變性。v 酶固定化能降低自身降解的程度酶固定化能降低自身降解的程度 載體的保護(hù)使得酶抗不良環(huán)境因素的影響載體的保護(hù)使得酶抗不良環(huán)境因素的影響的能力增強(qiáng)。的能力增強(qiáng)。固定化酶穩(wěn)定性升高表現(xiàn)在：固定化酶穩(wěn)定性升高表現(xiàn)在：v 熱穩(wěn)定性增強(qiáng)熱穩(wěn)定性增強(qiáng)v 對(duì)變性劑、抑制劑的耐受性提高對(duì)變性劑、抑制劑的

23、耐受性提高v 對(duì)蛋白酶抵抗能力增加、儲(chǔ)存穩(wěn)定性和操對(duì)蛋白酶抵抗能力增加、儲(chǔ)存穩(wěn)定性和操作穩(wěn)定性有所增強(qiáng)。作穩(wěn)定性有所增強(qiáng)。2 2、最適溫度、最適溫度 固定化酶的最適作用溫度一般與游離酶差固定化酶的最適作用溫度一般與游離酶差不多，但有些固定化酶的最適溫度與游離不多，但有些固定化酶的最適溫度與游離酶比較會(huì)有明顯的變化。酶比較會(huì)有明顯的變化。1） 載體帶負(fù)電荷，pH向堿性方向移動(dòng)。 v 微環(huán)境微環(huán)境是指在固定化酶附近的局部環(huán)境，而把主體溶液稱為是指在固定化酶附近的局部環(huán)境，而把主體溶液稱為宏觀環(huán)境。宏觀環(huán)境。最適最適pHpH值值載體帶正電荷，載體帶正電荷，pHpH向酸性方向移動(dòng)。向酸性方向移動(dòng)。（2

24、 2）產(chǎn)物性質(zhì)對(duì)體系）產(chǎn)物性質(zhì)對(duì)體系pHpH的影響的影響 催化反應(yīng)的產(chǎn)物為酸性時(shí)，固定化酶的催化反應(yīng)的產(chǎn)物為酸性時(shí)，固定化酶的pHpH值比游離酶的值比游離酶的pHpH值高；反之則低。值高；反之則低。4 4、底物特異性、底物特異性 與游離酶比較可能有些不同，其變化與底與游離酶比較可能有些不同，其變化與底物分子量的大小有一定關(guān)系。物分子量的大小有一定關(guān)系。5 5、米氏常數(shù)、米氏常數(shù) 固定化酶的表觀米氏常數(shù)隨載體的帶電性固定化酶的表觀米氏常數(shù)隨載體的帶電性能而變化。能而變化。（1 1） 載體與底物帶相同電荷，載體與底物帶相同電荷，KmKmKmKm固定化酶固定化酶降低了酶的親和力。降低了酶的親和力。（

25、2 2） 載體與底物電荷相反，靜電作用，載體與底物電荷相反，靜電作用，KmKmKmKm三、固定化酶的應(yīng)用三、固定化酶的應(yīng)用1 1、工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用、工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用（1 1）氨基?；福┌被；福? 2）葡萄糖異構(gòu)酶）葡萄糖異構(gòu)酶（3 3）延胡索酸酶）延胡索酸酶2、酶電極（1）葡萄糖電極半透膜酶膠層感應(yīng)電極酶電極示意圖葡萄糖醌H2O葡萄糖酸氫醌葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶氫醌 醌2H2ePt鉑電極第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)胞及細(xì)胞器的固定化細(xì)胞及細(xì)胞器的固定化v細(xì)胞固定化：細(xì)胞固定化：通過(guò)各種方法將細(xì)胞與水不通過(guò)各種方法將細(xì)胞與水不溶性的載體結(jié)合，制備固定化細(xì)胞的過(guò)程。溶性的載體結(jié)合，制備固定化細(xì)胞的過(guò)程

26、。v固定化活細(xì)胞或固定化增值細(xì)胞：固定化活細(xì)胞或固定化增值細(xì)胞：固定在固定在載體上并在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行生命活載體上并在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行生命活動(dòng)的細(xì)胞。動(dòng)的細(xì)胞。一、微生物細(xì)胞固定化一、微生物細(xì)胞固定化v固定微生物細(xì)胞時(shí)，操作簡(jiǎn)便易行，對(duì)細(xì)固定微生物細(xì)胞時(shí)，操作簡(jiǎn)便易行，對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)、繁殖和新陳代謝沒(méi)有明顯的影胞的生長(zhǎng)、繁殖和新陳代謝沒(méi)有明顯的影響，但吸附力較弱，吸附不牢固，細(xì)胞容響，但吸附力較弱，吸附不牢固，細(xì)胞容易脫落。易脫落。v 吸附法是制備固定化動(dòng)物細(xì)胞的主要方法，吸附法是制備固定化動(dòng)物細(xì)胞的主要方法，主要是因?yàn)閯?dòng)物細(xì)胞大多數(shù)具有附著特性。主要是因?yàn)閯?dòng)物細(xì)胞大多數(shù)具有附著特性。v

27、 吸附法是制備固定化植物細(xì)胞：硅藻土、吸附法是制備固定化植物細(xì)胞：硅藻土、多空玻璃、多孔陶瓷、多孔塑料、纖維素多空玻璃、多孔陶瓷、多孔塑料、纖維素等。等。（2 2）包埋法）包埋法 將細(xì)胞包埋在多孔載體內(nèi)部而制成固定化將細(xì)胞包埋在多孔載體內(nèi)部而制成固定化細(xì)胞的方法（凝膠包埋法、半透膜包埋細(xì)胞的方法（凝膠包埋法、半透膜包埋法）。法）。v瓊脂糖凝膠包埋法瓊脂糖凝膠包埋法v海藻酸鈣凝膠包埋法海藻酸鈣凝膠包埋法v聚丙烯酰胺凝膠包埋法聚丙烯酰胺凝膠包埋法2、固定化微生物細(xì)胞的特點(diǎn)、固定化微生物細(xì)胞的特點(diǎn)v 固定化微生物細(xì)胞保持了細(xì)胞的完整結(jié)構(gòu)固定化微生物細(xì)胞保持了細(xì)胞的完整結(jié)構(gòu)和天然狀態(tài)，和天然狀態(tài)，穩(wěn)定

28、性好穩(wěn)定性好。v 固定化微生物細(xì)胞保持了原有的酶系、輔固定化微生物細(xì)胞保持了原有的酶系、輔酶體系和代謝調(diào)控體系，酶體系和代謝調(diào)控體系，可以按照原來(lái)的可以按照原來(lái)的代謝途徑進(jìn)行新陳代謝代謝途徑進(jìn)行新陳代謝。v 發(fā)酵穩(wěn)定性好發(fā)酵穩(wěn)定性好，可以反復(fù)使用或連續(xù)使用，可以反復(fù)使用或連續(xù)使用v 提高了提高了細(xì)胞密度，提高產(chǎn)率細(xì)胞密度，提高產(chǎn)率。3、固定化微生物細(xì)胞的應(yīng)用、固定化微生物細(xì)胞的應(yīng)用v發(fā)酵生產(chǎn)各種胞外產(chǎn)物。發(fā)酵生產(chǎn)各種胞外產(chǎn)物。v利用固定化微生物細(xì)胞與各種電極結(jié)合制成微利用固定化微生物細(xì)胞與各種電極結(jié)合制成微生物電極。生物電極。v呼吸活性測(cè)定型傳感器：呼吸活性測(cè)定型傳感器：利用固定在高分子膜利用

29、固定在高分子膜上的微生物細(xì)胞的呼吸作用，測(cè)定氧氣的消耗上的微生物細(xì)胞的呼吸作用，測(cè)定氧氣的消耗和二氧化碳的生成，從而確定被測(cè)定物質(zhì)的量。和二氧化碳的生成，從而確定被測(cè)定物質(zhì)的量。v電極活性測(cè)定型傳感器：電極活性測(cè)定型傳感器：利用固定在膜上的微利用固定在膜上的微生物細(xì)胞的新陳代謝作用，測(cè)定電極活性物質(zhì)生物細(xì)胞的新陳代謝作用，測(cè)定電極活性物質(zhì)的量的變化，從而確定樣品中欲測(cè)物質(zhì)的含量。的量的變化，從而確定樣品中欲測(cè)物質(zhì)的含量。二、植物細(xì)胞固定化二、植物細(xì)胞固定化（1 1）植物細(xì)胞固定化方法）植物細(xì)胞固定化方法v吸附法：吸附法：一般將植物細(xì)胞吸附在泡沫塑料一般將植物細(xì)胞吸附在泡沫塑料的孔洞或裂縫內(nèi)，或

30、者將植物細(xì)胞吸附在的孔洞或裂縫內(nèi)，或者將植物細(xì)胞吸附在中空纖維的外壁上。中空纖維的外壁上。v包埋法：包埋法：將植物細(xì)胞包埋在瓊脂、角叉菜將植物細(xì)胞包埋在瓊脂、角叉菜膠、海藻酸鈣凝膠、聚丙烯酰胺凝膠、明膠、海藻酸鈣凝膠、聚丙烯酰胺凝膠、明膠等多孔凝膠中。膠等多孔凝膠中。（2）固定化細(xì)胞的特點(diǎn)）固定化細(xì)胞的特點(diǎn)v固定化植物細(xì)胞發(fā)酵可以簡(jiǎn)便地在不同的固定化植物細(xì)胞發(fā)酵可以簡(jiǎn)便地在不同的培養(yǎng)階段更換不同的培養(yǎng)液，有利于生產(chǎn)培養(yǎng)階段更換不同的培養(yǎng)液，有利于生產(chǎn)各種所需的次級(jí)代謝物。各種所需的次級(jí)代謝物。v提高植物細(xì)胞的存活率和穩(wěn)定提高植物細(xì)胞的存活率和穩(wěn)定, ,可連續(xù)使用可連續(xù)使用較長(zhǎng)的時(shí)間，大大縮短生

31、產(chǎn)周期，提高產(chǎn)較長(zhǎng)的時(shí)間，大大縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)率率. .v不容易聚集成團(tuán)不容易聚集成團(tuán), ,有利于產(chǎn)品的分離純化，有利于產(chǎn)品的分離純化，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。提高產(chǎn)品的質(zhì)量。（3）固定化植物細(xì)胞的應(yīng)用）固定化植物細(xì)胞的應(yīng)用 制造人工種子制造人工種子v 細(xì)胞全能理論：在一定的條件下，細(xì)胞會(huì)細(xì)胞全能理論：在一定的條件下，細(xì)胞會(huì)生長(zhǎng)、繁殖長(zhǎng)成一顆完整的植株。生長(zhǎng)、繁殖長(zhǎng)成一顆完整的植株。v 通過(guò)植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，可以由一粒種子通過(guò)植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，可以由一粒種子快速繁殖得到大量細(xì)胞，再通過(guò)固定化技快速繁殖得到大量細(xì)胞，再通過(guò)固定化技術(shù)進(jìn)行人工種子的研制，獲得大量具有相術(shù)進(jìn)行人工種子的研制，獲得大量具有

32、相同遺傳特性的植株。同遺傳特性的植株。 固定化植物細(xì)胞可以用于生產(chǎn)各種色素、固定化植物細(xì)胞可以用于生產(chǎn)各種色素、香精、藥物、酶等次級(jí)代謝物。（胞外產(chǎn)香精、藥物、酶等次級(jí)代謝物。（胞外產(chǎn)物）物）三、動(dòng)物細(xì)胞固定化三、動(dòng)物細(xì)胞固定化1 1、動(dòng)物細(xì)胞固定化的方法、動(dòng)物細(xì)胞固定化的方法 吸附法吸附法常用的吸附固定化載體常用的吸附固定化載體v轉(zhuǎn)瓶：由玻璃或塑料制成，其表面經(jīng)過(guò)一轉(zhuǎn)瓶：由玻璃或塑料制成，其表面經(jīng)過(guò)一定的方法處理可帶上電荷。定的方法處理可帶上電荷。v微載體：顆粒細(xì)小的固定化載體，由帶有微載體：顆粒細(xì)小的固定化載體，由帶有表面電荷的葡聚糖、明膠、纖維素、聚丙表面電荷的葡聚糖、明膠、纖維素、聚丙酰胺、聚苯乙烯或玻璃等材料制成。酰胺、聚苯乙烯或玻璃等材料制成。v中空纖維：由聚丙烯、硅化聚碳酸酯等高中空纖維：由聚丙烯、硅化聚碳酸酯等高分子聚合物制成，纖維管壁是半透膜。分子聚合物制成，纖維管壁是半透膜。包埋法包埋法包埋法一般適用于懸浮細(xì)胞包埋法一般適用于懸浮細(xì)胞v 凝膠包埋法：凝膠包埋法：利用多孔凝膠為載體將動(dòng)物利用多孔凝膠為載體將動(dòng)物細(xì)胞包埋固定化。細(xì)胞包埋固定化。瓊脂糖凝膠、海藻酸鈣凝膠和血纖維蛋白等瓊脂糖凝膠、海藻酸鈣凝膠和血纖維蛋白等v半透膜包埋法：半透膜包埋法：利用高分子聚合物形成的利用高分子聚合物形成的半透膜將動(dòng)物細(xì)胞包裹，形成微囊型固定半透膜將動(dòng)物細(xì)胞包裹，形成微囊型固定化