酶工程—06-酶的固定化.ppt

酶 工 程Enzyme Engineering 第 六 课 酶 和 细 胞 的 固 定 化 Immobilization of Enzyme and Cell 酶 和 细 胞 的 固 定 化 固定化酶概述 问题的提出：游离酶的不足之处 酶的稳定性问题 在温度、pH 和无机离子等外界因素的影响下，酶的稳定性不佳，半衰期较短，容易变性失活 酶的重复使用的问题 在均相体系中的酶催化反应，反应结束后，即使仍有较高酶活力，也难以回收利用，成本较高，不便连续化生产 产物分离纯化的问题 酶反应后成为杂质与产物混在一起，增加分离纯化的困难，尤其是大分子产物 酶 和 细 胞 的 固 定 化 固定化酶概述 游离酶的改进思路 设计一种方法，将酶束缚于特殊的相（固定化），使它与整体分开，但仍能进行底物和效应物的分子交换 固定化酶（Immobilized enzyme）的概念 固定在一定 载体 上，并在一定的 空间范围 内进行催化反应的酶 固定化酶可像一般化学反应中的固相催化剂一样，既有酶催化特性，又有一般化学催化剂能回收、反复使用等优点，可使生产工艺连续化、自动化 固定化酶克服游离酶的不足之处，增加酶的稳定性，使昂贵的酶能重复使用 酶 和 细 胞 的 固 定 化 固定化酶概述 固定化生物催化剂 固定化酶 固定化死细胞（微生物菌体） 固定化活细胞（增殖细胞） 固定化植物细胞 固定化动物细胞 固定化原生质体 固定化酶是一个广义的概念！ 酶 和 细 胞 的 固 定 化 固定化酶概述 固定化酶的优点 提高酶稳定性，可反复或连续使用，提高使用效率，降低成本 易于和反应产物分开，产物溶液无酶残留，简化提纯工艺 酶反应过程可严格控制 较游离酶更适合多酶反应 增加产物收率，提高产物质量 固定化酶的缺点 固定化时酶活有损失 增加了生产初始成本 只能用于可溶性底物且较小分子，催化过程受传质因素的限制 一般适用于胞外产物，而胞内产物分离较困难 酶 和 细 胞 的 固 定 化 固定化酶概述 固定化酶的发展简史 1916 年，Nelson 和 Griffin（美）发现吸附在骨碳上的蔗糖酶仍显示催化活力 —— 最早的固定化酶（吸附法） 1953 年，Grubhofer 和 Schleith（德）用重氮化聚氨基苯乙烯树脂固定化水解酶（共价结合法） 1969 年，千畑一郎（日）采用固定化氨基酰化酶，从 DL-氨基酸消旋混合物中连续拆分生产 L-氨基酸 ——固定化酶的首次工业规模应用，并促使酶工程作为一个独立的学科从发酵工程中脱离出来 1971 年，第一次国际酶工程会议确定“固定化酶”的统一英文名称为 Immobilized Enzyme 酶 和 细 胞 的 固 定 化 固定化酶概述 固定化酶的发展简史 1973 年，日本首次在工业上成功应用固定化 E. coli 菌体中的天冬氨酸酶，由反丁烯二酸连续生产 L-天冬氨酸 ——首次报道固定化细胞的应用 1976 年，法国用固定化酵母细胞生产啤酒和酒精 1978 年，日本用固定化 B. subtilis 细胞生产淀粉酶 ——固定化细胞产酶的先例 1979 年，固定化毛地黄细胞和长春花细胞成功 ——固定化植物细胞技术的突破 1982 年，日本首次研究用固定化原生质体生产谷氨酸 ——固定化原生质体技术诞生 酶 和 细 胞 的 固 定 化 固定化酶概述 固定化酶的专著 Carrier-bound Immobilized Enzymes: Principles, Applications and Design Written by Lin-Qiu Cao 《载体固定化酶 —— 原理、应用和设计》 杨晟，袁中一译，化学工业出版社，2008 酶 和 细 胞 的 固 定 化 本章内容 酶的固定化 酶的固定化方法（重点） 固定化酶的性质（重点） 固定化酶的反应动力学简述（补充内容） 固定化酶的应用 细胞的固定化 细胞固定化方法（重点） 微生物细胞固定化 植物细胞固定化 动物细胞固定化 原生质体的固定化 酶 和 细 胞 的 固 定 化 酶的固定化 几个概念 固定化酶（immobilized enzyme） 水不溶酶（water insoluble enzyme） 固相酶（solid phase enzyme） 酶的固定化（enzyme immobilization） 制备“固定化酶”的过程，即将酶或菌体与不溶性载体结合的过程 固定化采用的酶的类型 粗酶，或是提纯后的酶 结合在菌体或细胞碎片上的酶 / 酶系（固定化菌体） 酶 和 细 胞 的 固 定 化 酶的固定化 固定化酶制备原则 酶 和 细 胞 的 固 定 化 酶的固定化 固定化方法 酶 和 细 胞 的 固 定 化 酶的固定化 固定化方法 酶 和 细 胞 的 固 定 化 酶的固定化 固定化方法（重点