固定化酶研究进展.docx

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固定化酶研究进展

固定化酶研究进展

摘要

酶作为一种催化剂参与体内各种代谢反应，反应后其数量和性质不会发生变换。

酶可以在常温常压等温和条件下进行高效催化反应，但由于酶对环境极其敏感、并且反应后难以回收再利用，这就限制了酶制剂产品的开发和应用，在这种情况下，固定化酶应运而生。

固定化酶（immobilizedenzyme）技术由于具有高效、专一、反应条件温和以及有利于节能减排等优点，近年来在生物学、化学、医学等生命科学等领域得到广泛的研究和利用。

本文主要针对固定化酶的结构功能，制备方法，应用领域以及研究前景作简单介绍。

关键词：

固定化酶应用制备研究前景

ABSTRACT

Asabiologicalcatalyst,enzymesinvolvedinvariousmetabolicreactionsinvivo,andafterthereactionvolumeandnatureofchangedoesnotoccur. Enzymecanbeatroomtemperatureandatmosphericpressureefficientlyundermildconditionsbuttheenzymecatalyticreactionontheenvironmentallysensitive,thereactionisdifficulttolimittherecoveryofenzymedefectssuchasproductdevelopmentandapplication,inthiscase,theimmobilizedenzymeemerged.Immobilizedenzyme（immobilizedenzyme）technologyashighefficiency,specificity,mildreactionconditionsandcontributetotheenergysavingadvantages,inrecentyearsinchemistry,biology,biotechnology,medicineandotherlifesciencesresearchinthefieldareextremelyactiveand therapiddevelopmentandwideapplication. Inthispaper,thestructureandfunctionfortheimmobilizedenzyme,preparationmethods,applications,andresearchprospectsbrief.

Keyword：

immobilizedenzymeapplicationresearchpreparationprospectsbrief

目录

一前言4

二固定化酶简介5

三固定化酶的制备方法6

3.1载体结合法6

3.1.1物理吸附法6

3.1.2离子结合法6

3.1.3共价结合法6

3.2包埋法7

3.3交联法7

四固定化酶的应用8

4.1　固定化酶在工业生产中的应用8

4.2　固定化酶在生化制药中的应用8

4.3　固定化酶在生物传感器方面的应用8

4.4固定化酶在环保技术方面的应用8

五固定化酶的研究展望9

参看文献：

10

一前言

酶是在生物体内自身合成的生物催化剂，它具有催化高效性和高度专一性的特点，但当它受强碱、强酸、高温等条件的影响时，性质会随之改变从而失去催化活性。

在实际应用中，对环境过于敏感、反应后难以回收等缺点限制了酶及其制剂产品的开发和应用，这就使得固定化酶应运而生。

固定化酶是指在一定生物空间内呈闭锁状态存在的酶，能够参与连续反应，反应后酶可以回收再利用。

与游离的酶相比，固定化酶具有的优点有：

可以在较长时间内反复利用，反应过程可严格控制，提高酶的稳定性，提高酶的使用效率，易于与底物和产物分开，增加产物收率，提高产品质量，成本降低等。

酶的固定化就是通过化学或物理方法,使原来水溶性的酶与固态的水不溶性支持物相结合或被载体包埋。

固定化方法有物理吸附法、交联法、共价结合法及包埋法等。

二固定化酶简介

酶的固定化就是通过化学或物理的处理方法,使原来水溶性的酶与固态的水不溶性支持物相结合或被载体包埋。

固定化酶是指在一定空间内呈闭锁状态存在的酶，能连续地进行反应，反应后的酶可以回收重复使用[1]。

固定化酶与水溶性没相比的优点有:

1）酶经过固定化处理一般稳定性会有所提高,对温度、PH等因素的稳定性提高,对抑制剂的敏感性降低;

2）反应完成后经过简单的过滤或离心,可以对酶进行回收,而且酶活力降低较少,从而达到降低生产成本的目的;

3）固定化体系适合于连续化、自动化生产,催化过程易控制,且产品中不会带进酶蛋白或细胞，提高了酶的利用效率,降低了生产成本。

图1固定化酶分子构成

三固定化酶的制备方法

图2酶固定化方法

3.1载体结合法

3.1.1物理吸附法

物理吸附法是指使酶直接吸附在载体上的方法。

常用的载体有：

（1）有机载体，如谷蛋白、淀粉、甲壳素等[2]；

（2）无机载体，如活性炭、多孔陶瓷、酸性白土、金属氧化物等。

用此法制成的固定化酶，酶活力部位及其空间构象不易被破坏的特点，但酶与载体的结合不牢固，易于脱落，因此很少有实用价值。

3.1.2离子结合法

离子结合法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。

离子吸附法操作简单，酶吸附于载体上较为牢固，因而在工业上应用较广泛，常用的载体有多糖类离子交换剂和合成高分子离子交换树脂，如二乙氨基乙基（DEAE）--纤维素、混合胺类（ECTE0LA）--纤维素、四乙氨基乙基（TEAE）--纤维素、（cM）一纤维素、纤维素一柠檬酸盐等[3]。

处理条件温和,酶活力部位的氨基酸残基不易被破坏。

但是,载体和酶的结合力比较弱,容易受缓冲液种类或pH的影响,在离子强度高的条件下进行反应时,酶往往会从载体上脱落。

采用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。

3.1.3共价结合法

共价结合法是酶蛋白分子上功能团和固相支持物表面上的反应基团之间形成化学共价键连接来使酶固定的方法。

其优点是酶与载体间连接紧密,不易发生酶的脱落,有良好的稳定性及重复使用性[4]。

但因反应条件较为剧烈,会引起酶蛋白空间构象变化,破坏酶的活性部位,因此往往不能得到比活高的固定化酶,且酶活回收率较低，且制备过程较繁琐。

其常用载体包括天然高分子、合成高聚物和无机支持物。

常用的共价键结合法有重氮化法、烷基化和芳基化法、戊二醛处理法、硫醇一二硫化物互换反应法、四组分缩合反应法等。

3.2包埋法

包埋法是将酶包埋于凝胶或其他聚合体格子内，这种结构可以防止酶渗出，但是底物能渗入格子内与酶相接触。

包埋法分为格子型与微胶囊型。

此法的优点是适用范围广，工艺简便，回收率较高,固定化过程中酶未参与化学反应，因而可以得到活力较高的固定化酶[3]。

但是，用此法制成的固定化酶，不能对大分子底物的生化反应起催化作用，且在发生化学反应时,酶容易失活,应严密控制反应条件。

包埋法只适合作用于小分子底物和产物的酶,对于那些作用于大分子底物和产物的酶并不适合。

包埋法固定化酶易漏失,常存在扩散限制等问题,并且这种扩散阻力还会导致固定化酶动力学行为的改变,降低酶活力。

3.3交联法

交联法是利用双功能或多功能交联试剂,在酶分子和交联试剂之间形成共价键,得到三向德交联网状结构[6]。

采用不同的交联条件和在交联体系中添加不同的材料,可以产生不同物理性质的固定化酶。

常用交联剂有戊二醛、双重氮联苯胺-2,2’—二磺酸等。

交联法一般作为其它固定化方法的辅助手段。

四固定化酶的应用

4.1　固定化酶在工业生产中的应用

固定化酶最早是应工业生产的需求而产生的,到目前为止其最大的应用范围还是在工业生产上。

酶固定化技术在食品工业方面是最早发展起来的一个领域,其中规模最大的就是利用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆。

4.2　固定化酶在生化制药中的应用

固定化酶在生产工业、医学等领域的一些纯度要求较高的制剂拥有巨大的应用市场,其中最早投入生产的是氨基酸,还有抗生素、核酸、蛋白质抗体、高纯度的蛋白酶等。

各种固定化方法均可在很大程度上提高酶的稳定性、增加酶的转化率[7]。

4.3　固定化酶在生物传感器方面的应用

生物传感器是由换能器与生物活性物质组成的分析系统,可以快速、简便地测定各种具有强特异性的物质。

固定化葡萄糖氧化酶传感器是其中应用最为广泛的一种。

拥有固定化酶技术的生物传感器的发展使食品检验得以迅速发展。

它的问世不仅使食品成分的低成本、高选择性分析测定成为可能,而且能很快实现食品生产的在线质量控制,降低食品生产成本,并给人们带来安全可靠及高质量的食品。

4.4固定化酶在环保技术方面的应用

在环境监测方面,根据固定化酶用于化学分析的原理,固定化酶也可以用于测定有毒物质含量以进行环境监测。

在废水处理中,固定化酶也受到了越来越多科学家的关注。

生活污水和工业废水中有害成分主要是氯酚,将辣根过氧化物酶大量吸附在磁石上,因为可以对水中的氯酚进行选择性吸附,所以该固定化酶对水中的氯酚基本上可以100%清除，大大提高了污水处理效率[8]。

五固定化酶的研究展望

固定化酶首先要经过大量的分离、纯化工作,一种固定化酶只能用于特定的单步反应。

应这种要求越来越多的固定化细胞技术在工业生产中被应用。

这样节省了酶分离纯化的时间和费用，可以同时进行多酶反应，且能够保持酶在细胞中的原始形态,增加了酶的稳定性。

目前比较有前途的研究项目是将酶固定化与酶的选择性修饰结合,将酶固定化与细胞固定化结合[9]。

这样既可以把固定化酶作为分析酶的结构、功能的工具,又可以对酶的改造、酶的作用机理有更深的了解。

酶在生产生活中发挥了重要的作用,固定化技术作为酶工程的核心有着不可限量的活力,固定化技术的出现使酶工业得以迅速发展。

酶固定化技术已在食品工业、精细化学品工业、医药等行业得到广泛应用,并且在废水处理方面也取得了一定进展。

用酶技术生产化工产品,条件温和,无三废产生,随着人类对环保概念的关注度增加,酶的应用也会受到更多的关注,如何充分利用天然高分子载体或利用超临界技术、纳米技术、膜技术等来固定酶,必定会成为研究的热点。

同时,开发新型、高效固定化酶反应器,进一步提高转化率和生产能力,也是未来研究的重点[10]。

而固定化酶在各行业的应用研究也必将推动酶固定化技术的进一步发展。

参看文献：

[1]陈建龙，祁建城，曹仪植，等.固定化酶研究进展［J］.化学与生物工程，2006，23

（2）：

7-9．

[2]张黎黎，隆泉．微胶囊固定化酶的制备及应用们．云南大学学报，2003，25：

246

[3]WeiQF.Surfacecharacterizationofplasma-treatedpolypropylenefibers[J].MaterialCharacterization，2004，52：

231-235.

[4]王建龙，周定，柳萍.固定化生物催化剂技术新进展———联合固定化技术及其应用［J］.生物工程进展,1994,14

（2）：

35-39．

[5]辛嘉英,徐毅,胡霄雪等.Candidarugosa脂肪酶同工酶的选择固定化[J].离子交换吸附,2002,18

（1）:

17～221

[6]罗贵民．酶工程[M]．北京：

化学工业出版社，2002，3.

[7]张召，宋欣.纸浆漂白中的固定化酶技术［J］.纸和造纸，2007,26（6）：

80-83．

[8]ArnoldL．DemainandNadineA．SolomonMauualofindustrialMicrobiologyandBiotechnologysectionⅣ．1189～1182．1743．

[9]刘向阳.生物传感器在医疗领域的应用[J].医疗保健器材,2008,108

（2）:

292301.

[10]LinqiuCao，LuukvanLangen，RogerASheldon.Immobilizedenzymes：

carrier-boundorcarrier-free?

[J].CurrentOpinioninBiotechnology，2003，14：

287-294.