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1、关于固定化酶和固定化细胞(2)第1页，讲稿共60张，创作于星期日q 主要内容主要内容 4.1 4.1 酶固定化技术发展史酶固定化技术发展史 4.2 4.2 固定化酶的定义固定化酶的定义 4.3 4.3 固定化酶的制备方法固定化酶的制备方法 4.4 4.4 固定化酶的特性固定化酶的特性 4.5 4.5 固定化细胞固定化细胞 4.6 4.6 固定化酶与固定化细胞的应用固定化酶与固定化细胞的应用第2页，讲稿共60张，创作于星期日q19161916年年，NelsonNelson和和GriffinGriffin用用吸吸附附法法实实现现了了酶酶的的固固定定化化：将将蔗蔗糖糖酶酶吸吸附附在在骨骨炭炭粉粉上上
2、，发发现现吸吸附附以以后后酶酶不不溶溶于于水水而且具有和液体酶同样的活性。而且具有和液体酶同样的活性。4.1 4.1 酶固定化技术发展史酶固定化技术发展史 第3页，讲稿共60张，创作于星期日q19531953年年GrubhoferGrubhofer和和SchleithSchleith将将聚聚氨氨基基苯苯乙乙烯烯树树脂脂重重氮氮化化，然然后后将将淀淀粉粉酶酶、羧羧肽肽酶酶、胃胃蛋蛋白白酶酶和和核核糖糖核核酸酸酶酶等等酶酶与与这这种载体结合，制成了固定化酶。种载体结合，制成了固定化酶。q19691969年年，日日本本的的千千畑畑一一郎郎等等将将固固定定化化氨氨基基酰酰化化酶酶应应用用于于DL-DL
3、-氨氨基基酸酸的的光光学学拆拆分分上上，来来生生产产L-L-氨氨基基酸酸，开开创创了了固固定定化化酶酶应用于工业生产的先例应用于工业生产的先例。第4页，讲稿共60张，创作于星期日q20世世纪纪60年年代代后后期期对对酶酶的的固固定定化化研研究究主主要要是是将将酶酶与与水水不不溶溶性性载载体体结结合合起起来来，称称为为水水不不溶溶酶酶（water insoluble enzyme）和）和固相酶固相酶（solid phase enzyme）。）。q1971年年召召开开的的第第一一届届国国际际酶酶工工程程会会议议上上，建建议议采采用用统统一的英文名称一的英文名称Immobilized Enzyme。
4、第5页，讲稿共60张，创作于星期日q19731973年年，日日本本的的千千畑畑一一郎郎等等使使用用固固定定化化大大肠肠杆杆菌菌菌菌体体中中的的天天冬冬氨氨酸酸酶酶，由由反反丁丁烯烯二二酸酸连连续续生生产产L-L-天天冬冬氨氨酸酸，将将固定化微生物细胞首次应用于工业生产固定化微生物细胞首次应用于工业生产。q19761976年，法国首次用年，法国首次用固定化酵母细胞固定化酵母细胞生产啤酒和酒精。生产啤酒和酒精。q19781978年年，日日本本的的铃铃木木等等用用固固定定化化枯枯草草杆杆菌菌生生产产-淀淀粉粉酶，开始了用酶，开始了用固定化细胞进行酶的生产固定化细胞进行酶的生产先例。先例。q19861
5、986年年，我我国国科科学学家家利利用用固固定定化化原原生生质质体体发发酵酵生生产产碱碱性磷酸酶和葡萄糖氧化酶性磷酸酶和葡萄糖氧化酶等相继获得成功。等相继获得成功。第6页，讲稿共60张，创作于星期日 4.2 4.2 固定化酶的定义固定化酶的定义q 固固定定化化酶酶(immobilized(immobilized enzyme)enzyme)，是是指指在在一一定定的的空空间范围内起催化作用，并能间范围内起催化作用，并能反复和连续使用反复和连续使用的酶。的酶。第7页，讲稿共60张，创作于星期日固定化酶的优点：固定化酶的优点：（1 1）可重复使用可重复使用，使酶的使用效率提高、使用成本降低。，使酶的
6、使用效率提高、使用成本降低。（2 2）易与反应体系分离易与反应体系分离，简化了提纯工艺，产品收率高、质量好。，简化了提纯工艺，产品收率高、质量好。（3 3）稳定性显著提高，稳定性显著提高，可较长时间使用或贮藏。可较长时间使用或贮藏。（4 4）具具有有一一定定的的机机械械强强度度，可可用用搅搅拌拌或或装装柱柱的的方方式式作作用用于于底底物物液液体，体，便于酶催化反应的连续化和自动化便于酶催化反应的连续化和自动化。（5 5）固定化酶的催化）固定化酶的催化反应过程更易控制反应过程更易控制。（6 6）固定化酶比游离酶更）固定化酶比游离酶更适用于多酶体系的使用适用于多酶体系的使用。第8页，讲稿共60张，
7、创作于星期日固定化酶的缺点：固定化酶的缺点：（1 1）固定化可能造成）固定化可能造成酶的部分失活酶的部分失活，酶活力有损失。，酶活力有损失。（2 2）酶催化微环境的改变可能导致其）酶催化微环境的改变可能导致其反应动力学发生变化反应动力学发生变化。（3 3）固定化使）固定化使酶的使用成本增加酶的使用成本增加，工厂初始投资增大。，工厂初始投资增大。（4 4）固固定定化化酶酶一一般般只只适适用用于于水水溶溶性性小小分分子子底底物物，对对大大分分子子底底物物不不适宜。适宜。（5 5）与完整菌体细胞相比与完整菌体细胞相比，固定化酶不适宜于多酶反应。，固定化酶不适宜于多酶反应。（6 6）胞内酶进行固定化时
8、）胞内酶进行固定化时必须经过酶的分离纯化必须经过酶的分离纯化。第9页，讲稿共60张，创作于星期日 固定化酶应遵循以下几个固定化酶应遵循以下几个原则原则：（1 1）必须注意）必须注意维持酶的构象维持酶的构象，特别是活性中心的构象。，特别是活性中心的构象。（2 2）酶与载体酶与载体必须有必须有一定的结合程度一定的结合程度。（3 3）固定化应有）固定化应有利于自动化、机械化操作利于自动化、机械化操作。（4 4）固定化酶应有）固定化酶应有最小的空间位阻最小的空间位阻。（5 5）固定化酶应有）固定化酶应有最大的稳定性最大的稳定性。（6 6）固定化酶的）固定化酶的成本适中成本适中。4.3 4.3 固定化酶
9、的制备方法固定化酶的制备方法第10页，讲稿共60张，创作于星期日酶的固定化主要方法：酶的固定化主要方法：吸附法、包埋法、共价结合法和交联法吸附法、包埋法、共价结合法和交联法。吸附法和共价结合法又可统称为载体结合法。吸附法和共价结合法又可统称为载体结合法。第11页，讲稿共60张，创作于星期日 4.3.1 4.3.1 吸附法（吸附法（adsorptionadsorption）q定定义义：通通过过载载体体表表面面和和酶酶分分子子表表面面间间的的次次级级键键相相互互作作用用而而达达到到固固定定目目的的的的方方法法，是是固固定定化化中中最最简简单单的的方方法法。酶酶与与载载体体之之间间的的亲亲和和力力是
10、是范范德德华华力力、疏疏水水相相互互作作用用、离子键和氢键离子键和氢键等。等。q吸附法又可分为吸附法又可分为物理吸附法物理吸附法和和离子吸附法离子吸附法。第12页，讲稿共60张，创作于星期日q定定义义：通通过过物物理理方方法法将将酶酶直直接接吸吸附附在在载载体体表表面面上上而而使使酶酶固定化的方法。固定化的方法。q载体：载体：有机载体有机载体：纤维素、胶原、淀粉等；：纤维素、胶原、淀粉等；无无机机载载体体：活活性性炭炭、氧氧化化铝铝、皂皂土土、多多孔孔玻玻璃璃、硅硅胶胶、二二氧化钛、羟基磷灰石等。氧化钛、羟基磷灰石等。（1 1）物理吸附法）物理吸附法(physical adsorption)第
11、13页，讲稿共60张，创作于星期日q优优点点：操操作作简简单单、价价廉廉；条条件件温温和和；载载体体可可反反复复使使用用；酶酶与与载载体体结结合合后后，活活性性部部位位及及空空间间构构象象变变化化不不大大，固固定化定化酶活力较高酶活力较高。q缺缺点点：由由于于靠靠物物理理吸吸附附作作用用，酶酶和和载载体体结结合合不不牢牢固固，在在使用过程中使用过程中容易脱落容易脱落。q常与交联法结合使用。常与交联法结合使用。第14页，讲稿共60张，创作于星期日q定定义义：将将酶酶与与含含有有离离子子交交换换基基团团的的水水不不溶溶性性载载体体以以静静电电作作用用力力相相结结合合的的固固定定化化方方法法，即即通
12、通过过离离子子键键使使酶酶与与载载体体相相结结合合的的固固定定化方法。化方法。q载体：载体：离子交换剂。离子交换剂。阴阴离离子子交交换换剂剂：二二乙乙氨氨基基乙乙基基(DEAE)-(DEAE)-纤纤维维素素、混混合合胺胺类类(ECTEOLA)-(ECTEOLA)-纤纤维维素素、四四乙乙氨氨基基乙乙基基(TEAE)-(TEAE)-纤纤维维素素、DEAE-DEAE-葡葡聚聚糖凝胶等；糖凝胶等；阳阳离离子子交交换换剂剂：羧羧甲甲基基(CM)-(CM)-纤纤维维素素、纤纤维维素素柠柠檬檬酸酸盐盐、Amberlite CG-50Amberlite CG-50、IRC-50IRC-50、IR-200IR-
13、200、Dowex-50Dowex-50等。等。（2 2）离子吸附法）离子吸附法(ion adsorption)第15页，讲稿共60张，创作于星期日q优优点点：操操作作简简便便、条条件件温温和和、酶酶活活力力不不易易丧丧失失等等。此此外外，吸附过程同时可以纯化酶。吸附过程同时可以纯化酶。q缺缺点点：酶酶与与载载体体的的结结合合不不够够牢牢固固，易易受受环环境境因因素素如如pHpH、离子强度、底物浓度等影响。离子强度、底物浓度等影响。第16页，讲稿共60张，创作于星期日4.3.2 4.3.2 共价键结合法共价键结合法(covalent binding）q定义：将酶与聚合物载体定义：将酶与聚合物载
14、体以共价键结合以共价键结合的固定化方法。的固定化方法。酶分子中能与载体形成共价键的基团酶分子中能与载体形成共价键的基团：（1 1）酶蛋白）酶蛋白N N末端的末端的-氨基氨基或赖氨酸的或赖氨酸的-氨基氨基。（2 2）酶酶蛋蛋白白C C末末端端的的-羧羧基基、天天门门冬冬氨氨酸酸的的-羧羧基基以以及及谷谷氨氨酸的酸的-羧基羧基。（3 3）酪氨酸的）酪氨酸的酚基酚基。（4 4）半胱氨酸的）半胱氨酸的巯基巯基。（5 5）丝氨酸、苏氨酸的）丝氨酸、苏氨酸的羟基羟基。（6 6）组氨酸残基的）组氨酸残基的咪唑基咪唑基。（7 7）色氨酸残基的）色氨酸残基的吲哚基吲哚基。第17页，讲稿共60张，创作于星期日q载
15、体的载体的功能基团功能基团：芳香氨基、羟基、羧基和羧甲基等芳香氨基、羟基、羧基和羧甲基等q载体：载体：天天然然高高分分子子衍衍生生物物：纤纤维维素素、葡葡聚聚糖糖凝凝胶胶、琼琼脂糖脂糖 合成高聚物：合成高聚物：聚丙烯酰胺、多聚氨基酸聚丙烯酰胺、多聚氨基酸 无机载体：无机载体：多孔玻璃、金属氧化物多孔玻璃、金属氧化物 第18页，讲稿共60张，创作于星期日q载载体体上上的的功功能能基基团团和和酶酶分分子子上上的的侧侧链链基基团团间间一一般般不不具具有有直接反应的能力。直接反应的能力。q通通常常反反应应前前先先使使载载体体上上的的功功能能基基团团活活化化，再再在在比比较较温和的条件下将酶和活化载体偶
16、联。温和的条件下将酶和活化载体偶联。q载载体体活活化化固固定定酶酶法法：重重氮氮法法、叠叠氮氮法法、溴溴化化氰氰法法、烷烷化法化法第19页，讲稿共60张，创作于星期日 （1 1）重氮法）重氮法 将将载载体体活活化化成成重重氮氮盐盐衍衍生生物物，再再与与酶酶共共价价键键相相连连接接而而固固定定化的方法。化的方法。q载载体体：多多糖糖类类的的芳芳族族氨氨基基衍衍生生物物、氨氨基基酸酸的的共共聚聚体体和和聚聚丙丙烯烯酰酰胺衍生物胺衍生物等。等。第20页，讲稿共60张，创作于星期日 （2 2）叠氮法）叠氮法 即即载载体体活活化化生生成成叠叠氮氮化化合合物物，再再与与酶酶分分子子上上的的相相应应基基团团
17、偶偶联成固定化酶。联成固定化酶。q载载体体：含含有有羟羟基基、羧羧基基、羧羧甲甲基基等等基基团团，如如羧羧甲甲基基纤纤维维素素（CMCCMC）、CM-sephadexCM-sephadex（交交联联葡葡聚聚糖糖）、聚聚天天冬冬氨氨酸酸、乙乙烯烯-顺丁烯二酸酐共聚物。顺丁烯二酸酐共聚物。第21页，讲稿共60张，创作于星期日（3 3）溴化氰法）溴化氰法 用用溴溴化化氰氰将将含含有有羟羟基基的的载载体体，活活化化生生成成亚亚氨氨基基碳碳酸酸酯酯衍衍生生物物，然后再与酶分子上的，然后再与酶分子上的氨基偶联氨基偶联。q载载体体：具具有有连连位位羟羟基基的的高高聚聚物物，如如纤纤维维素素、葡葡聚聚糖糖凝凝
18、胶胶、琼琼脂脂糖凝胶等。糖凝胶等。第22页，讲稿共60张，创作于星期日（4 4）烷化法和芳基化法）烷化法和芳基化法 以以卤卤素素为为功功能能团团的的载载体体可可与与酶酶蛋蛋白白分分子子上上的的氨氨基基、巯基、酚基等发生巯基、酚基等发生烷基化或芳基化反应烷基化或芳基化反应而使酶固定化。而使酶固定化。q载载体体：卤卤素素为为功功能能团团，如如卤卤乙乙酰酰、三三嗪嗪基基或或卤卤异异丁丁烯烯基基的的衍衍生物。生物。第23页，讲稿共60张，创作于星期日q优优点点：酶酶和和载载体体之之间间的的结结合合相相当当牢牢固固，酶酶稳稳定定性性好好、可可连续使用较长时间连续使用较长时间。q缺缺点点：载载体体活活化化
19、的的难难度度较较大大，操操作作复复杂杂，反反应应条条件件较较剧剧烈烈，制制备备过过程程中中酶酶直直接接参参与与化化学学反反应应，易易引引起起酶酶蛋蛋白白空空间构象变化间构象变化。共价键结合法优缺点共价键结合法优缺点第24页，讲稿共60张，创作于星期日4.3.3 4.3.3 包埋法（包埋法（entrapmententrapment）q定定义义：将将酶酶包包埋埋在在高高聚聚物物的的细细微微凝凝胶胶网网格格中中或或高高分分子半透膜内子半透膜内的固定化方法。的固定化方法。q前前者者又又称称为为凝凝胶胶包包埋埋法法，酶酶被被包包埋埋成成网网格格型型；后后者者又又称称为为微胶囊包埋法微胶囊包埋法，酶被包埋
20、成微胶囊型。，酶被包埋成微胶囊型。第25页，讲稿共60张，创作于星期日q（1 1）凝胶包埋法）凝胶包埋法 载体：载体：天天然然凝凝胶胶：海海藻藻酸酸钠钠凝凝胶胶、明明胶胶、琼琼脂脂凝凝胶胶、卡卡拉胶等拉胶等合合成成凝凝胶胶或或树树脂脂：聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺、聚聚乙乙烯烯醇醇和和光光交交联联树脂等。树脂等。q（2 2）微胶囊包埋法）微胶囊包埋法 微胶囊材料微胶囊材料：聚酰胺、火棉胶、醋酸纤维素：聚酰胺、火棉胶、醋酸纤维素 第26页，讲稿共60张，创作于星期日第27页，讲稿共60张，创作于星期日q优点：优点：方法简单；防止酶渗出；酶回收率高方法简单；防止酶渗出；酶回收率高。q缺缺点点：只只适适用用
21、于于小小分分子子底底物物和和产产物物的的酶酶；高高聚聚物物网网格格或或半半透透性性膜膜对对小小分分子子物物质质扩扩散散的的阻阻力力可可能能导导致致固固定定化化酶的动力学行为改变和活力的降低酶的动力学行为改变和活力的降低。包埋法优缺点包埋法优缺点第28页，讲稿共60张，创作于星期日4.3.4 4.3.4 交联法（交联法（cross-linkingcross-linking）q定定义义：使使用用双双功功能能或或多多功功能能试试剂剂使使酶酶分分子子之之间间相相互互交交联联呈呈网网状状结构结构的固定化方法。的固定化方法。q酶蛋白的功能团酶蛋白的功能团：氨基、酚基、巯基和咪唑基：氨基、酚基、巯基和咪唑基
22、q双双功功能能试试剂剂：戊戊二二醛醛、己己二二胺胺、异异氰氰酸酸衍衍生生物物、双双偶偶氮氮联联苯苯和和N,N-N,N-乙烯双顺丁烯二酰亚胺等乙烯双顺丁烯二酰亚胺等第29页，讲稿共60张，创作于星期日交联法优缺点交联法优缺点q优点：优点：结合牢固、稳定性好结合牢固、稳定性好q缺点：缺点：酶活力损失大，交联剂价格昂贵酶活力损失大，交联剂价格昂贵第30页，讲稿共60张，创作于星期日第31页，讲稿共60张，创作于星期日第32页，讲稿共60张，创作于星期日固定化酶不同方法的比较固定化酶不同方法的比较第33页，讲稿共60张，创作于星期日4.4 4.4 固定化酶的特性固定化酶的特性4.4.1 4.4.1 固
23、定化酶的形状固定化酶的形状q颗粒和线条颗粒和线条主要用于主要用于工业发酵生产工业发酵生产；q薄膜薄膜主要用于酶电极，应用于主要用于酶电极，应用于分析化学分析化学；q酶管酶管机械强度较大，宜用于机械强度较大，宜用于工业生产工业生产。第34页，讲稿共60张，创作于星期日 4.4.2 4.4.2 固定化酶的性质固定化酶的性质q 固固定定化化酶酶分分子子状状态态从从游游离离的的状状态态变变为为牢牢固固地地结结合合于于载载体体的的状状态态，其其结结果果往往往往引引起起酶酶的的性性质质的的改变。改变。第35页，讲稿共60张，创作于星期日 （1 1）酶活力）酶活力 固固定定化化酶酶的的活活力力在在多多数数情
24、情况况下下比比天天然然酶酶的的活活力力低低，其其原原因可能是：因可能是：酶活性中心的酶活性中心的重要氨基酸残基与水不溶性载体相结合重要氨基酸残基与水不溶性载体相结合；当当酶酶与与载载体体结结合合时时，其其构构象象的的改改变变导导致致了了酶酶与与底底物结合能力或催化底物转化能力的改变；物结合能力或催化底物转化能力的改变；酶酶被被固固定定化化后后，虽虽不不失失活活，但但酶酶与与底底物物间间的的相相互作用受到空间位阻互作用受到空间位阻的影响。的影响。第36页，讲稿共60张，创作于星期日q 个个别别情情况况下下，酶酶经经固固定定化化后后其其活活力力升升高高，可可能能是是由由于于固固定定化化后后酶酶的的
25、抗抗抑抑能能力力提提高高使使得得它它反反而比游离酶活力高。而比游离酶活力高。第37页，讲稿共60张，创作于星期日（2 2）固定化酶的稳定性）固定化酶的稳定性 固定化酶的稳定性增强主要表现在：固定化酶的稳定性增强主要表现在：（1 1）操作稳定性操作稳定性（2 2）贮藏稳定性贮藏稳定性（3 3）热稳定性热稳定性 （4 4）对蛋白酶的稳定性对蛋白酶的稳定性 （5 5）酸碱稳定性酸碱稳定性 第38页，讲稿共60张，创作于星期日 底物特异性底物特异性 当当酶酶的的底底物物为为小小分分子子化化合合物物时时，固固定定化化酶酶的的底底物物特特异异性性大大多多数数情情况况下下不不发发生生变变化化。而而当当酶酶的
26、的底底物物为为大大分分子子化化合合物物时时，固固定定化化酶酶的的底底物物特特异异性性往往往往会会发发生生变化变化。酶酶底底物物为为大大分分子子化化合合物物时时，底底物物分分子子量量不不同同，对对固固定定化化酶酶底底物物特特异异性性的的影影响响也也不不同同，一一般般随随着着底底物物分分子子量的增大，固定化酶的活力下降量的增大，固定化酶的活力下降。（3 3）固定化酶的反应特性）固定化酶的反应特性第39页，讲稿共60张，创作于星期日 反应的最适反应的最适pH pH 酶酶被被固固定定后后，其其最最适适pHpH和和pHpH曲曲线线常常会会发发生生偏偏移移，原因可能有三个方面：原因可能有三个方面：一是一是
27、酶本身电荷酶本身电荷在固定化前后在固定化前后发生变化发生变化；二二是是由由于于载载体体电电荷荷性性质质的的影影响响致致使使固固定定化化酶酶分分子子内内外扩散层的氢离子浓度产生差异外扩散层的氢离子浓度产生差异；三三是是由由于于酶酶催催化化反反应应产产物物导导致致固固定定化化酶酶分分子子内内部部形形成带电荷微环境成带电荷微环境。第40页，讲稿共60张，创作于星期日 反应的最适温度反应的最适温度 固固定定化化酶酶的的最最适适反反应应温温度度多多数数较较游游离离酶酶高高，会会受受固固定定化化方方法以及固定化载体的影响法以及固定化载体的影响。米氏常数米氏常数 使使用用载载体体结结合合法法制制成成的的固固
28、定定化化酶酶KmKm有有时时变变动动，主主要要是是由由于于载载体体与与底底物物间间的的静静电电相相互互作作用用的的缘缘故故。KmKm值值还还与与载载体体颗颗粒粒大小大小有关，载体颗粒越小，有关，载体颗粒越小，KmKm值在固定前后变化越小。值在固定前后变化越小。最大反应速度最大反应速度 固固定定化化酶酶的的最最大大反反应应速速度度与与游游离离酶酶大大多多数数是是相相同同的的。有有些些酶的最大反应速度酶的最大反应速度会因固定化方法的不同而有所差异会因固定化方法的不同而有所差异。第41页，讲稿共60张，创作于星期日4.4.3 4.4.3 固定化酶性质改变的因素固定化酶性质改变的因素q（1 1）微环境
29、微环境的影响的影响q（2 2）扩散限制、分配效应扩散限制、分配效应的影响的影响q（3 3）立体屏蔽立体屏蔽的影响的影响q（4 4）酶分子构象酶分子构象改变、化学改变的影响改变、化学改变的影响第42页，讲稿共60张，创作于星期日 扩散限制效应：扩散限制效应：酶酶固固定定化化使使生生物物催催化化反反应应从从均均相相转转化化为为多多相相，于于是是产产生生了了扩扩散限制：散限制：1 1）外外扩扩散散限限制制是是底底物物从从宏宏观观环环境境向向酶酶颗颗粒粒表表面面传传递递过过程程中中的的一一种种扩扩散散限限制制效效应应，它它发发生生在在反反应应之之前前，发发生生在在固固定定化化颗颗粒粒周周围围的的液液膜
30、膜层层。它它会会使使底底物物在在固固相相酶酶周周围围形形成成浓浓度度梯梯度度，通通过过增增加加搅搅拌拌速速度和底物流速的方法可以减少外扩散效应度和底物流速的方法可以减少外扩散效应。2 2）内内扩扩散散限限制制是是指指底底物物分分子子达达到到固固相相酶酶表表面面后后传传递递到到酶酶活活性性部部位位时时的的一一种种扩扩散散阻阻力力，它它与与催催化化反反应应同同时时进进行行。载载体体小小而而弯弯曲曲的的细细孔孔是是产产生生内内扩扩散散限限制制的的要要原原因因。因因此此使使用用低低分分子子量量底底物物，小小的的粒粒径径、载载体体孔孔尽尽可可能能大大而而直直且且互互相相连连通通，或或仅仅仅仅将将酶酶固固
31、定定在在载载体体表表面都可以降低这种内扩散限制面都可以降低这种内扩散限制。第43页，讲稿共60张，创作于星期日 分配效应分配效应 由由于于载载体体和和底底物物的的性性质质差差异异引引起起了了微微环环境境和和宏宏观观环环境境之之间间的的性性质质不不同同。微微环环境境是是在在固固定定化化酶酶附附近近的的局局部部环环境境，而而将主体溶液称为将主体溶液称为宏观环境宏观环境。由由这这种种不不同同造造成成的的底底物物、产产物物和和各各种种效效应应物物在在两两个个环环境境之间的不同分配，被称为之间的不同分配，被称为分配效应分配效应。第44页，讲稿共60张，创作于星期日立体屏蔽立体屏蔽固定化后由于载体空隙太小
32、，或固定化的结合方式不对，使酶活性中固定化后由于载体空隙太小，或固定化的结合方式不对，使酶活性中心或调节部位造成某种空间障碍，使效应物或底物与酶的邻近或接触心或调节部位造成某种空间障碍，使效应物或底物与酶的邻近或接触受到干扰，不易与酶接触。受到干扰，不易与酶接触。第45页，讲稿共60张，创作于星期日 固定化细胞的固定化细胞的优越性：优越性：无无需需进进行行酶酶的的分分离离和和纯纯化化，减减少少酶酶的的活活力力损损失失，同同时时大大大大降低了成本降低了成本；可可进进行行多多酶酶反反应应，不不仅仅可可以以作作为为单单一一的的酶酶发发挥挥作作用用，而而且可以且可以利用菌体中所含的复合酶系完成一系列的
33、催化反应利用菌体中所含的复合酶系完成一系列的催化反应；对对于于活活细细胞胞来来说说，保保持持了了酶酶的的原原始始状状态态，酶酶的的稳稳定定性性更更高，对污染的抵抗力更强高，对污染的抵抗力更强；细胞生长停滞时间短细胞生长停滞时间短，细胞多，反应快。，细胞多，反应快。4.5 4.5 固定化细胞固定化细胞第46页，讲稿共60张，创作于星期日 固定化细胞的固定化细胞的缺点缺点：q 必必须须保保持持菌菌体体的的完完整整，需需防防止止菌菌体体的的自自溶溶，否否则则影影响产物的纯度；响产物的纯度；q 必须抑制必须抑制细胞内蛋白酶对细胞内蛋白酶对目的酶的分解目的酶的分解；q 胞内胞内多酶的存在，会形成副产物多
34、酶的存在，会形成副产物；q 载载体体、细细胞胞膜膜或或细细胞胞壁壁会会造造成成底底物物渗渗透透与与扩扩散散的的障障碍碍。第47页，讲稿共60张，创作于星期日固定化细胞的分类固定化细胞的分类q按按细细胞胞类类型型分分：固固定定化化微微生生物物细细胞胞、固固定定化化植植物物细细胞胞、固定化动物细胞固定化动物细胞q按按细细胞胞生生理理状状态态分分：固固定定化化死死细细胞胞（完完整整细细胞胞、细细胞胞碎碎片片、细细胞胞器器）、固固定定化化活活细细胞胞（增增殖殖细细胞胞、静静止止细细胞胞、饥饿细胞）饥饿细胞）第48页，讲稿共60张，创作于星期日固定化细胞的性质固定化细胞的性质q固固定定化化对对酶酶产产生
35、生的的某某些些影影响响对对细细胞胞同同样样有有表表现现，例例如如增增加其稳定性。加其稳定性。q由由于于细细胞胞内内环环境境的的相相对对恒恒定定和和细细胞胞的的缓缓冲冲作作用用，固固定定化化对胞内酶产生的影响不像固定化酶那样明显对胞内酶产生的影响不像固定化酶那样明显q固固定定化化细细胞胞除除了了受受固固定定化化因因素素影影响响外外，还还受受细细胞胞结结构构及及细细胞膜透性影响胞膜透性影响q固固定定化化活活细细胞胞还还要要考考虑虑菌菌体体生生长长、生生理理生生化化及及它它们们在在颗颗粒内的分布等问题。粒内的分布等问题。第49页，讲稿共60张，创作于星期日（1）酶活性酶活性q固定化细胞的酶活力一般不
36、下降或下降很小固定化细胞的酶活力一般不下降或下降很小q与固定化酶不同，还受到两方面影响：与固定化酶不同，还受到两方面影响：一一方方面面，由由于于细细胞胞壁壁和和细细胞胞膜膜存存在在，对对底底物物、产产物物等效应物的扩散存在障碍，会使酶催化速率下降；等效应物的扩散存在障碍，会使酶催化速率下降；另另一一方方面面，固固定定化化的的生生长长细细胞胞可可以以活活化化增增殖殖，使使细细胞胞密度和催化能力有所提高密度和催化能力有所提高第50页，讲稿共60张，创作于星期日（2）稳定性）稳定性q由由于于载载体体的的缓缓冲冲作作用用，降降低低细细胞胞对对外外部部环环境境的的敏敏感感性性，使固定化细胞的使固定化细胞
37、的稳定性高于游离细胞。稳定性高于游离细胞。q细细胞胞膜膜的的存存在在可可以以排排除除重重金金属属离离子子、有有机机溶溶剂剂等等化化学学变变性性剂剂的的作作用用，保保护护酶酶免免受受剪剪切切力力和和气气泡泡等等机机械械变性作用，使固定化细胞的变性作用，使固定化细胞的稳定性高于固定化酶稳定性高于固定化酶第51页，讲稿共60张，创作于星期日（3）反应特性）反应特性q固定化对细胞的反应特性的影响和固定化酶大致相同。固定化对细胞的反应特性的影响和固定化酶大致相同。q还还需需考考虑虑到到：细细胞胞增增殖殖；细细胞胞壁壁和和细细胞胞膜膜对对底底物物和和产产物物的的扩扩散散障障碍碍；能能使使大大分分子子转转移
38、移到到细细胞胞内内的的透透性性酶酶的的主主动动转移系统。转移系统。第52页，讲稿共60张，创作于星期日4.6 4.6 固定化酶与固定化细胞的应用固定化酶与固定化细胞的应用 4.6.1 工业上的应用工业上的应用高果糖浆的生产高果糖浆的生产酒精和啤酒生产酒精和啤酒生产L-氨基酸、有机酸的生产氨基酸、有机酸的生产6-氨基青霉烷酸（氨基青霉烷酸（6-APA）的生产）的生产第53页，讲稿共60张，创作于星期日第54页，讲稿共60张，创作于星期日4.6.2 化学分析和临床诊断方面的应用化学分析和临床诊断方面的应用 固固定定化化酶酶使使酶酶法法分分析析不不但但显显现现高高度度的的灵灵敏敏性性和和完完全全的的
39、作作用用专专一一性性，而而且且稳稳定定性性好好，可可反反复复使使用用，避避免免由由于于酶制剂引入的杂质酶制剂引入的杂质4.6.3 医学方面的应用医学方面的应用 将将酶酶制制成成微微小小的的胶胶囊囊型型固固定定化化酶酶再再注注入入人人体体，可可以以增增加稳定性，且避免与体液接触而产生抗体加稳定性，且避免与体液接触而产生抗体第55页，讲稿共60张，创作于星期日4.6.4 亲和色谱上的应用亲和色谱上的应用 固固定定化化酶酶用用于于亲亲和和层层析析，可可专专一一性性的的分分离离纯纯化化酶酶的的底底物、辅酶、抑制剂和抗体等。物、辅酶、抑制剂和抗体等。4.6.5 环境保护方面的应用环境保护方面的应用 一是
40、一是环境监测；环境监测；二是二是污染物处理污染物处理4.6.6 能源开发方面的应用能源开发方面的应用 （1）产生氢气和甲烷产生氢气和甲烷 （2）固定化微生物电池固定化微生物电池第56页，讲稿共60张，创作于星期日4.6.7 基础理论研究方面的应用基础理论研究方面的应用（1）酶反应机制酶反应机制的研究的研究（2）酶亚单位结构酶亚单位结构的研究的研究（3）蛋白质、核酸等）蛋白质、核酸等高分子物质结构高分子物质结构的研究的研究（4）揭示）揭示酶原激活机理酶原激活机理（5）作为）作为膜结合酶膜结合酶的模型的模型（6）生物功能生物功能研究研究 第57页，讲稿共60张，创作于星期日4.1 4.1 酶固定化
41、技术发展史酶固定化技术发展史 4.2 4.2 固定化酶的定义固定化酶的定义 4.3 4.3 固定化酶的制备方法固定化酶的制备方法 4.4 4.4 固定化酶的特性固定化酶的特性 4.5 4.5 固定化细胞固定化细胞 4.6 4.6 固定化酶与固定化细胞的应用固定化酶与固定化细胞的应用第58页，讲稿共60张，创作于星期日1.1.固定化酶的定义及优点？固定化酶的定义及优点？2.2.酶的固定化方法有哪些？各有什么优缺点？酶的固定化方法有哪些？各有什么优缺点？3.3.酶固定化后，酶活力降低的原因酶固定化后，酶活力降低的原因?4.4.固定化酶的稳定性增强主要表现在哪些方面？固定化酶的稳定性增强主要表现在哪些方面？第59页，讲稿共60张，创作于星期日感感谢谢大大家家观观看看第60页，讲稿共60张，创作于星期日