酶的固定化及应用

酶的固定化及应用制作人：魏霖涛李天宇杨冬梅固定化酶英文名称：immobilizedenzyme水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为不溶于水的但仍具有酶活性的以固相状态作用于底物的一种酶的衍生物定义：固定化酶的研究始于1910年,正式研究于20世纪60年代,70年代已在全世界普遍开展。固定化酶的特点③易从反应系统中分离，易于控制②稳定性增加①流动性降低④能反复多次使用⑤便于运输和贮存①活性降低②使用范围减小化学、生物学及生物工程、医学及生命科学等学科领域的研究异常活跃,得到迅速发展和广泛的应用,且符合可持续发展的战略要求。吸附法和包埋法：属物理方法，酶不参加化学反应,整体结构保持不变,酶的催化活性得到很好保留结合法和交联法：属于化学方法，是将酶通过化学键连接到天然的或合成的高分子载体上,使用偶联剂通过酶表面的基团将酶交联起来,而形成相对分子量更大、不溶性的固定化酶的方法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。常用吸附剂有活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃等。吸附法（1）物理吸附法物理吸附法(physicaladsorption)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。物理吸附法常用的有机载体如纤维素、胶原、淀粉及面筋等；无机载体如活性炭、氧化铝、皂土、多孔玻璃、硅胶、二氧化钛、羟基磷灰石等。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，活性部位及空间构象变化不大，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。常与交联法结合使用。（2）离子吸附法离子吸附法(ionadsorption)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。此法固定的酶有葡萄糖异构酶、糖化酶、β-淀粉酶、纤维素酶等，在工业上用途较广。如最早应用于工业化生产的氨基酰化酶，就是使用多糖类阴离子交换剂二乙基氨基乙基(DEAE)-葡聚糖凝胶固定化的。此外，DEAE-纤维素吸附的α-淀粉酶、蔗糖酶已作为商品固定化酶。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、AmberliteIRA-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、AmberliteCG-50、IRC-50、IR-200、Dowex-50等。其吸附容量一般大于物理吸附剂。离子吸附法具有操作简便、条件温和、酶活力不易丧失等优点。此外，吸附过程同时可以纯化酶。1.固定化酶（细胞）在工农业生产上的应用2．固定化酶在医药治疗上的应用3．固定化酶在分析化学中应用4．固定化酶和亲和色谱5．固定化酶与环境保护6．新能源开发中的应用7．固定化酶在基础理论研究中应用大连理工大学-----化工与环境生命学部----化1007班9大连理工大学-----化工与环境生命学部----化1007班1011大连理工大学-----化工与环境生命学部----化1007班2．固定化酶在医药治疗上的应用固定化青霉素酰化酶，只要改变pH值等条件，就可以生成不同的产物。治疗的部分主要应用到的是生化制药，这其中最早生产的是氨基酸，之后还有抗生素、核酸、蛋白质抗体、高纯度的蛋白酶等。青霉素酰化酶催化合成头孢类抗生素1973年在英国，首先应用固定化的青霉素酰化酶或称青霉素酰胺酶从青霉素G或青霉素v生产e一氨基青霉烷酸(6一APA)。现在全世界每年大约生产7500吨6-APA，主要是用固定化青霉素酰化酶使天然青霉素脱酰化。因其稳定性极高，反复使用次数可达上千次。而工业化出产L一天冬氨酸和L-苹果酸都用固定化酶从延胡索酸(反丁烯二酸)得到的。12大连理工大学-----化工与环境生命学部----化1007班3．固定化酶在分析化学中应用制备酶柱和酶管，可与分光光度计、荧光计或电量计结合，形成酶电极，进行某些物质的自动分析。生产酶电极，用于环境监测研究新方向-微生物传感器例如：葡萄糖氧化酶电极测定血液、尿液中葡萄糖含量；脲酶电极测定血液、尿液中尿素含量；乳酸脱氢酶电极测定血液中乳酸含量。这些其实也可以叫做生物传感器。13大连理工大学-----化工与环境生命学部----化1007班4．固定化酶和亲和色谱亲和技术的基础：是生物活性化合物生物特异信息的综合.利用了生命现象中生物分子间特有的高亲和力、高专一性，可逆结合而设计的纯化方法.是唯一能够体现待分离物质间生物学功能差异的分离方法.14大连理工大学-----化工与环境生命学部----化1007班5．固定化酶与环境保护应用固定化酶可以净化污水。生活污水和工业废水中有害成分主要是氯酚,将过氧化物酶大量吸附在磁石上,可以保证其100%的活力,并且比粗酶有了20倍以上的净化效果。因为可以对水中的氯酚选择性吸附,所以该固定化酶对水中的氯酚基本上可以100%清除。酶电极也可以用于环境检测。目前，在监测水和空气中的有机磷农药浓度方面，乙酰胆碱酯酶电极已应用成功，其灵敏度可达0.1μl/L。用活性污泥处理水，测定活性污泥中脱氢酶的活性，可以测出水中CN－浓度。因为脱氢酶活性随[CN－]增加而下降。Iamdying….大连理工大学-----化工与环境生命学部----化1007班6．新能源开发中的应用H2是重要的能源物质，虽然有许多微生物可以产生H2，但产氢系统不稳定。有人利用固定化丁酸梭菌连续产氢，稳定性比天然细胞好。有些微生物或蓝藻含有氢化酶系，能产生氢。但氢化酶系极易失活，而将菌体固定化之后，可以提高氢化酶系稳定性。这也许可以为氢气制备提供一条新的途径。将植物的叶绿体中的铁氧还原蛋白氧化酶系统用胶原膜包被，可用于水的光介产生氢气和氧气。纤维素本身并不能提供能量，但在其经过冷冻粉碎之后，利用固定化纤维素酶能够将其连续水解成葡萄糖。然后，用纤维素水解液为原料，通过固定化酵母的发酵作用，可连续产生乙醇。16大连理工大学-----化工与环境生命学部----化1007班7．固定化酶在基础理论研究中应用主要研究蛋白质-核酸分子结构：应用连续的固定化酶柱进行DNA序列分析原理：是测定DNA聚合时，以掺入dNTP同时释放的焦磷酸判断是否发生了聚合反应，进而确定掺入的是哪种核苷酸从而推导出序列——该系统由连续的6个固定化酶柱组成焦磷酸酶、DNA聚合酶、甘油激酶、己糖激酶、ATP磷酸化酶，荧光酶柱17大连理工大学-----化工与环境生命学部----化1007班18