第八章-酶的固定化課件

不穩(wěn)定：在高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿下易失活，即使在最適條件下反應(yīng)；2.回收困難，不能重復(fù)使用：經(jīng)濟(jì)上不合算；3.反應(yīng)速度減慢，不容易與毒副分子和產(chǎn)物分離。

游離酶的不足：不穩(wěn)定：在高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿下易失活，游離酶的不足：1什么是固定化酶？水溶性酶水不溶性載體水不溶性酶（固相酶、固定化酶）固定化技術(shù)

固定化酶：固定在一定載體上并在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)的酶。酶的固定化什么是固定化酶？水溶性酶水不溶性載體水不溶性酶（固相酶、固定2固定化酶的優(yōu)點(diǎn)增加酶穩(wěn)定性，可反復(fù)或連續(xù)使用，提高使用效率，降低成本易于和反應(yīng)產(chǎn)物分開(kāi)，產(chǎn)物溶液無(wú)酶殘留，簡(jiǎn)化提純工藝酶反應(yīng)過(guò)程可嚴(yán)格控制較游離酶更適合多酶反應(yīng)增加產(chǎn)物收率，提高產(chǎn)物質(zhì)量固定化酶的優(yōu)點(diǎn)增加酶穩(wěn)定性，可反復(fù)或連續(xù)使用，提高使用效率，35.1.1酶的固定化方法微囊型固定化方法吸附法結(jié)合法交聯(lián)法包埋法網(wǎng)格型共價(jià)鍵結(jié)合法離子鍵結(jié)合法5.1.1酶的固定化方法微囊型固定化方法吸附法結(jié)合法交聯(lián)4B.半透膜包埋法(微囊）：

將酶或細(xì)胞包埋于由各種高分子聚合物（直徑幾十微米～幾百微米，厚約25mm的半透膜）制成的小球內(nèi)，制成固定化酶或固定化細(xì)胞。(適用于產(chǎn)物、底物分子量小的）①常用載體———半透膜有：聚酰胺膜、火棉膠膜②制備方法：將酶液滴分散在與水互不相溶的有機(jī)溶劑中，再在酶液滴表面形成半透膜，將酶包埋在微膠囊之中。B.半透膜包埋法(微囊）：將酶或細(xì)胞包埋于5

四、交聯(lián)法：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(chēng)為交聯(lián)法。交聯(lián)的形式：（1）酶直接交聯(lián)法（2）酶與輔助蛋白交聯(lián)法四、交聯(lián)法：借助雙功能試劑使酶分子之間發(fā)生交聯(lián)6各種固定化方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較各種固定化方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較7各種酶固定化方法的比較各種酶固定化方法的比較85.1.3固定化酶的特性

（1）酶的活性：通常低于天然酶（有例外）。

（2）酶的穩(wěn)定性

酶的熱穩(wěn)定性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性、操作穩(wěn)定性以及對(duì)變性劑、抑制劑、蛋白酶的抵抗力增加。

可能的原因：①固定化增加了酶活性構(gòu)象的牢固程度，可防止酶分子伸展變形；②抑制酶的自身降解。③固定化部分阻擋了外界不利因素對(duì)酶的侵襲。5.1.3固定化酶的特性（1）酶的活性：可9

（3）酶的最適溫度

最適溫度變化不大。有些酶固定化后熱穩(wěn)定性上升，最適溫度也上升（有例外）。（4）酶的最適pHa.載體性質(zhì)的影響b.產(chǎn)物性質(zhì)對(duì)最適pH值的影響帶負(fù)電荷載體：產(chǎn)物為酸性：最適pH值高一些；

最適pH向堿性偏移。產(chǎn)物為堿性：最適pH值低一些；帶正電荷載體：

產(chǎn)物為中性：最適pH值一般不改。最適pH向酸性偏移。（3）酶的最適溫度10

（5）米氏常數(shù)

米氏常數(shù)Km反映了酶與底物的親和力。使固定化酶Km變動(dòng)的原因，主要是由于載體與底物間靜電相互作用。

固定化載體與底物電荷相反，固定化酶的表觀Km值降低。固定化載體與底物電荷相同，固定化酶的表觀Km值顯著增加。

（6）底物特異性

作用于低分子底物的酶特異性沒(méi)有明顯變化既可作用于低分子底物又可作用于大分子低物的酶特異性往往會(huì)變化。（5）米氏常數(shù)作用于低分子底物的酶111.同一批固定化酶能在工藝流程中重復(fù)多次的使用；2.易與底物、產(chǎn)物分開(kāi)有利于控制生產(chǎn)過(guò)程；產(chǎn)物溶液中沒(méi)有酶的殘留，簡(jiǎn)化了提純工藝；3.在絕大多數(shù)情況下提高了酶的穩(wěn)定性；4.較能適應(yīng)于多酶反應(yīng)；5.

提供了研究酶動(dòng)力學(xué)的良好模型。固定化酶的優(yōu)點(diǎn)（與游離酶比較）：1.同一批固定化酶能在工藝流程中重復(fù)多次的使用；固定化酶的12固定化酶的缺點(diǎn)：（1）酶固定化時(shí)酶的活力有所損失。（2）增加了固定化的成本，使工廠開(kāi)始投資大。（3）比較適應(yīng)水溶性底物和小分子底物。（4）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)酶需經(jīng)分離后，才能固定化。

固定化酶的缺點(diǎn)：（1）酶固定化時(shí)酶的活力有所損失。13

5.2細(xì)胞固定化

固定在載體上并在一定空間范圍內(nèi)進(jìn)行生命活動(dòng)（生長(zhǎng)、繁殖、新陳代謝）的細(xì)胞。固定化細(xì)胞的分類(lèi)5.2細(xì)胞固定化固定在載體上并在一定空間14原因之一:細(xì)胞壁對(duì)物質(zhì)擴(kuò)散的障礙原生質(zhì)體微生物細(xì)胞和植物細(xì)胞除去細(xì)胞壁后就可獲得(1)保護(hù)了原生質(zhì)體(2)利于氧的傳遞、營(yíng)養(yǎng)成分的吸收和胞內(nèi)產(chǎn)物的分泌一般采用網(wǎng)格包埋法（即凝膠包埋法）。常用凝膠：瓊脂凝膠，海藻酸鈣凝膠，角叉菜膠和光交聯(lián)樹(shù)脂。注意：一般要加滲透壓穩(wěn)定劑，以防止原生質(zhì)體破裂。

5.3原生質(zhì)體固定化原因之一:細(xì)胞壁對(duì)物質(zhì)擴(kuò)散的障礙5.3原生質(zhì)體固定化15（二）固定化原生質(zhì)體的特點(diǎn)有利于胞內(nèi)物質(zhì)的分泌穩(wěn)定性好有利于產(chǎn)物的分離純化需添加滲透壓穩(wěn)定劑（二）固定化原生質(zhì)體的特點(diǎn)有利于胞內(nèi)物質(zhì)的分泌161．固定化酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)已用于工業(yè)生產(chǎn)的固定化酶主要有：氨基?；钙咸烟钱悩?gòu)酶天門(mén)冬氨酸酶青霉素?；秆雍魉崦甫拢肴樘擒彰柑扉T(mén)冬氨酸-β-脫羧酶脂肪酶植酸酶

5.5固定化酶的應(yīng)用1．固定化酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)已用于工業(yè)生產(chǎn)的固定化酶主要1718/1382.固定化酶在酶?jìng)鞲衅鞣矫娴膽?yīng)用酶?jìng)鞲衅魇怯晒潭ɑ概c能量轉(zhuǎn)換器（電極、場(chǎng)效應(yīng)管、離子選擇場(chǎng)效應(yīng)管等）密切結(jié)合而成的傳感裝置，是生物傳感器的一種。廣泛用于臨床診斷、工業(yè)發(fā)酵過(guò)程控制和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。生物傳感器原理圖18/1382.固定化酶在酶?jìng)鞲衅鞣矫娴膽?yīng)用酶?jìng)鞲衅魇怯晒?8本章重點(diǎn)何謂固定化酶？酶的常見(jiàn)固定化方法有哪些？分別以什么為載體？如何操作？各自有何優(yōu)缺點(diǎn)？相對(duì)游離酶，固定化酶有何優(yōu)缺點(diǎn)？經(jīng)過(guò)固定化以后酶的催化特性有何改變？固定化酶活測(cè)定的方法？什么是固定化細(xì)胞和固定化原生質(zhì)？固定化酶的應(yīng)用本章重點(diǎn)何謂固定化酶？19不穩(wěn)定：在高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿下易失活，即使在最適條件下反應(yīng)；2.回收困難，不能重復(fù)使用：經(jīng)濟(jì)上不合算；3.反應(yīng)速度減慢，不容易與毒副分子和產(chǎn)物分離。

游離酶的不足：不穩(wěn)定：在高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿下易失活，游離酶的不足：20什么是固定化酶？水溶性酶水不溶性載體水不溶性酶（固相酶、固定化酶）固定化技術(shù)

固定化酶：固定在一定載體上并在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)的酶。酶的固定化什么是固定化酶？水溶性酶水不溶性載體水不溶性酶（固相酶、固定21固定化酶的優(yōu)點(diǎn)增加酶穩(wěn)定性，可反復(fù)或連續(xù)使用，提高使用效率，降低成本易于和反應(yīng)產(chǎn)物分開(kāi)，產(chǎn)物溶液無(wú)酶殘留，簡(jiǎn)化提純工藝酶反應(yīng)過(guò)程可嚴(yán)格控制較游離酶更適合多酶反應(yīng)增加產(chǎn)物收率，提高產(chǎn)物質(zhì)量固定化酶的優(yōu)點(diǎn)增加酶穩(wěn)定性，可反復(fù)或連續(xù)使用，提高使用效率，225.1.1酶的固定化方法微囊型固定化方法吸附法結(jié)合法交聯(lián)法包埋法網(wǎng)格型共價(jià)鍵結(jié)合法離子鍵結(jié)合法5.1.1酶的固定化方法微囊型固定化方法吸附法結(jié)合法交聯(lián)23B.半透膜包埋法(微囊）：

將酶或細(xì)胞包埋于由各種高分子聚合物（直徑幾十微米～幾百微米，厚約25mm的半透膜）制成的小球內(nèi)，制成固定化酶或固定化細(xì)胞。(適用于產(chǎn)物、底物分子量小的）①常用載體———半透膜有：聚酰胺膜、火棉膠膜②制備方法：將酶液滴分散在與水互不相溶的有機(jī)溶劑中，再在酶液滴表面形成半透膜，將酶包埋在微膠囊之中。B.半透膜包埋法(微囊）：將酶或細(xì)胞包埋于24

四、交聯(lián)法：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(chēng)為交聯(lián)法。交聯(lián)的形式：（1）酶直接交聯(lián)法（2）酶與輔助蛋白交聯(lián)法四、交聯(lián)法：借助雙功能試劑使酶分子之間發(fā)生交聯(lián)25各種固定化方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較各種固定化方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較26各種酶固定化方法的比較各種酶固定化方法的比較275.1.3固定化酶的特性

（1）酶的活性：通常低于天然酶（有例外）。

（2）酶的穩(wěn)定性

酶的熱穩(wěn)定性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性、操作穩(wěn)定性以及對(duì)變性劑、抑制劑、蛋白酶的抵抗力增加。

可能的原因：①固定化增加了酶活性構(gòu)象的牢固程度，可防止酶分子伸展變形；②抑制酶的自身降解。③固定化部分阻擋了外界不利因素對(duì)酶的侵襲。5.1.3固定化酶的特性（1）酶的活性：可28

（3）酶的最適溫度

最適溫度變化不大。有些酶固定化后熱穩(wěn)定性上升，最適溫度也上升（有例外）。（4）酶的最適pHa.載體性質(zhì)的影響b.產(chǎn)物性質(zhì)對(duì)最適pH值的影響帶負(fù)電荷載體：產(chǎn)物為酸性：最適pH值高一些；

最適pH向堿性偏移。產(chǎn)物為堿性：最適pH值低一些；帶正電荷載體：

產(chǎn)物為中性：最適pH值一般不改。最適pH向酸性偏移。（3）酶的最適溫度29

（5）米氏常數(shù)

米氏常數(shù)Km反映了酶與底物的親和力。使固定化酶Km變動(dòng)的原因，主要是由于載體與底物間靜電相互作用。

固定化載體與底物電荷相反，固定化酶的表觀Km值降低。固定化載體與底物電荷相同，固定化酶的表觀Km值顯著增加。

（6）底物特異性

作用于低分子底物的酶特異性沒(méi)有明顯變化既可作用于低分子底物又可作用于大分子低物的酶特異性往往會(huì)變化。（5）米氏常數(shù)作用于低分子底物的酶301.同一批固定化酶能在工藝流程中重復(fù)多次的使用；2.易與底物、產(chǎn)物分開(kāi)有利于控制生產(chǎn)過(guò)程；產(chǎn)物溶液中沒(méi)有酶的殘留，簡(jiǎn)化了提純工藝；3.在絕大多數(shù)情況下提高了酶的穩(wěn)定性；4.較能適應(yīng)于多酶反應(yīng)；5.

提供了研究酶動(dòng)力學(xué)的良好模型。固定化酶的優(yōu)點(diǎn)（與游離酶比較）：1.同一批固定化酶能在工藝流程中重復(fù)多次的使用；固定化酶的31固定化酶的缺點(diǎn)：（1）酶固定化時(shí)酶的活力有所損失。（2）增加了固定化的成本，使工廠開(kāi)始投資大。（3）比較適應(yīng)水溶性底物和小分子底物。（4）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)酶需經(jīng)分離后，才能固定化。

固定化酶的缺點(diǎn)：（1）酶固定化時(shí)酶的活力有所損失。32

5.2細(xì)胞固定化

固定在載體上并在一定空間范圍內(nèi)進(jìn)行生命活動(dòng)（生長(zhǎng)、繁殖、新陳代謝）的細(xì)胞。固定化細(xì)胞的分類(lèi)5.2細(xì)胞固定化固定在載體上并在一定空間33原因之一:細(xì)胞壁對(duì)物質(zhì)擴(kuò)散的障礙原生質(zhì)體微生物細(xì)胞和植物細(xì)胞除去細(xì)胞壁后就可獲得(1)保護(hù)了原生質(zhì)體(2)利于氧的傳遞、營(yíng)養(yǎng)成分的吸收和胞內(nèi)產(chǎn)物的分泌一般采用網(wǎng)格包埋法（即凝膠包埋法）。常用凝膠：瓊脂凝膠，海藻酸鈣凝膠，角叉菜膠和光交聯(lián)樹(shù)脂。注意：一般要加滲透壓穩(wěn)定劑，以防止原生質(zhì)體破裂。

5.3原生質(zhì)體固定化原因之一:細(xì)胞壁對(duì)物質(zhì)擴(kuò)散的障礙5.3原生質(zhì)體固定化34（二）固定化原生質(zhì)體的特點(diǎn)有利于胞內(nèi)物質(zhì)的分泌穩(wěn)定性好有利于產(chǎn)物的分離純化需添加滲透壓穩(wěn)定劑（二）固定化原生質(zhì)體的特點(diǎn)有利于胞內(nèi)物質(zhì)的分泌351．固定化酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)已用于工業(yè)生產(chǎn)的固定化酶主要有：氨基?；钙咸烟钱悩?gòu)酶天門(mén)冬氨酸酶青霉素酰化酶延胡索酸酶β－半乳糖苷酶天門(mén)冬氨酸-β-脫羧酶脂肪酶植酸酶

5.5固定化酶的應(yīng)用1．固定化酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)已用于工業(yè)生產(chǎn)的固定化酶主要3