1、.,固定化酶及在醫(yī)藥中的應(yīng)用,.,Contents,酶工程及固定化技術(shù)發(fā)展史,1,酶的固定化方法,2,應(yīng)用,3,展望,4,.,酶工程簡(jiǎn)介,酶工程是酶學(xué)和工程學(xué)相互滲透發(fā)展而成的一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)。它是從應(yīng)用的目的出發(fā)，研究酶，應(yīng)用酶的特異性、催化功能，并通過(guò)工程化將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)的技術(shù),.,酶工程及固定化技術(shù)發(fā)展史,在20世紀(jì)20年代，就出現(xiàn)了酶工程，以自然酶制 劑在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用的特征，原料以動(dòng)植物為主,1953年，Grubhoger Schleith 用重氮化聚氨基聚苯乙烯樹(shù)脂 對(duì)羧肽酶、蛋白酶、核酸酶等進(jìn)行固定，產(chǎn)生了固定化酶技術(shù)。,.,酶工程及固定化技術(shù)發(fā)展史,1969年，千

2、田一郎等用固定化氨基酰化酶技術(shù)拆分了DL-氨基酸，生產(chǎn)L-氨基酸，隨后固定化天冬氨酸酶生產(chǎn)L-天冬氨酸等，開(kāi)創(chuàng)了固定化酶應(yīng)用的局面。,1971年，第一次國(guó)際酶工程會(huì)議在美國(guó)召 開(kāi)，會(huì)議主題是固定化酶的研制和應(yīng)用 確定固定化酶（Immobilized Enzyme）統(tǒng)一名稱(chēng),.,酶工程及固定化技術(shù)發(fā)展史,1973年，日本首次在工業(yè)上固定化大腸桿菌菌體中天門(mén)冬氨酸酶，由反丁烯二酸連續(xù)生產(chǎn)L-天門(mén)冬氨酸,固定化死菌體,1976年，法國(guó)首次用固定化酵母細(xì)胞生產(chǎn)啤酒和酒精,固定化細(xì)胞,1979年固定化毛地黃細(xì)胞和長(zhǎng)春花細(xì)胞成功,固定化植物細(xì)胞,1982年日本固定化黃色短桿菌原生質(zhì)體生產(chǎn)谷氨酸,固定化原生

3、質(zhì)體,.,固定化酶,固定化酶(Immobilized Enzyme）：通過(guò)物理的或化學(xué)的手段，將酶束縛于水不溶的載體上，或?qū)⒚甘`在一定的空間內(nèi)，限制酶分子的自由流動(dòng)，但能使酶充分發(fā)揮催化作用,.,固定化酶制備原則,（1）維持酶的催化活性及專(zhuān)一性 （2）有利于生產(chǎn)自動(dòng)化、連續(xù)化 （3）應(yīng)有最小的空間位阻 （4）酶與載體必須結(jié)合牢固 （5）應(yīng)有最大穩(wěn)定性，載體不與廢物、產(chǎn)物或 反應(yīng)液發(fā)生化學(xué)反應(yīng) （6）成本要低,.,固定化酶的優(yōu)點(diǎn),長(zhǎng)時(shí)間使用，在絕大多數(shù)情況下提高了酶的穩(wěn)定性，有利用工藝的連續(xù)化和管道化,酶的使用效率提高，適合于多酶反應(yīng),酶反應(yīng)過(guò)程可以嚴(yán)格控制，有利于工藝自動(dòng)化和微電腦化,極易將

4、固定化酶與底物、產(chǎn)物分開(kāi),1,2,3,4,優(yōu)點(diǎn),.,固定化酶的缺點(diǎn),增加了固定化的成本，使工廠開(kāi)始投資大,只能用于可溶性的底物和小分子底物，對(duì)大分子底物不適宜,酶固定化時(shí)酶的活力有所損失.,.,酶的固定化方法,酶的固定方法,載體結(jié)合法,物 理 吸 附 法,離 子 結(jié) 合 法,共 價(jià) 結(jié) 合 法,交聯(lián)法,包埋法,網(wǎng)格型,微囊型,.,載體結(jié)合法,共價(jià)結(jié)合法,離子結(jié)合法,物理吸附法,1,2,3,.,物理吸附法,通過(guò)氫鍵、疏水作用和電子親和力等物理作用，將酶固定于水不溶載體上從而制成固定化酶 常用載體： 無(wú)機(jī)載體：活性炭，多孔玻璃，氧化鋁，硅膠等 天然高分子載體：淀粉，谷蛋白等,優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，條件溫

5、和，不會(huì)引起酶變性失活，載體廉價(jià)易得，可反復(fù)使用 缺點(diǎn)：物理吸附結(jié)合能力弱，酶與載體結(jié)合不牢固易脫落,.,離子結(jié)合法,利用含有離子交換基團(tuán)的固相載體與酶蛋白分子的帶電基團(tuán)互相吸引（靠離子鏈）而形成絡(luò)合物 載體：多糖類(lèi)離子交換劑、合成高分子交換樹(shù)脂 如DEAE-纖維素，IR-45等 優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，處理?xiàng)l件溫和，能得到酶活回收率較高的固定化酶 缺點(diǎn)：載體和酶的結(jié)合力較弱，離子鍵結(jié)合較松散，易受緩沖液種類(lèi)或pH的影響，,.,共價(jià)結(jié)合法,是酶以共價(jià)鍵結(jié)合于載體上的固定化方法 常用載體： 天然有機(jī)載體：多糖、蛋白質(zhì)、細(xì)胞等 無(wú)機(jī)物：玻璃、陶瓷等 合成聚合物：聚酯、聚胺、尼龍等,優(yōu)點(diǎn)：酶與載體結(jié)合牢固，

6、穩(wěn)定性好，酶不易脫落 缺點(diǎn)：反應(yīng)條件苛刻，操作復(fù)雜，可能會(huì)破壞酶的活性中心,.,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) 特點(diǎn)：此法與共價(jià)結(jié)合法一樣也是利用共價(jià)鍵固定酶的，所不同的是不使用載體 常用交聯(lián)劑：戊二醛、己二胺、雙偶氮苯等,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)合牢固，可以長(zhǎng)時(shí)間使用 缺點(diǎn)：因交聯(lián)反應(yīng)激烈，酶分子多個(gè)基團(tuán)被交聯(lián)，酶活損失大，顆粒較小，使用不便,.,包埋法,聚合物的單體與酶溶液混合，再借助于聚合助進(jìn)劑(包括交聯(lián)劑)的作用進(jìn)行聚合，酶被包埋在聚合物中以達(dá)到固定化 分類(lèi)：網(wǎng)格型（凝膠包埋法）；微囊型（微囊化法）,.,常用的酶固定化載體,吸附法,物理吸附,離子吸附,活性炭,氧化鋁,碳酸

7、鈣,膠棉,多孔玻璃,礬土,二氧化硅,淀粉,羥甲基纖維素,DEAE-纖維素,TEAT-纖維素,陽(yáng)離子交換樹(shù)脂,陰離子交換樹(shù)脂,包埋法,卡拉膠,海藻膠,硅膠,聚丙烯酰胺凝膠,瓊脂,聚乙烯醇,明膠,共價(jià)結(jié)合法,纖維素,Sephadex A 200,瓊脂,對(duì)氨基苯纖維素,聚丙烯酰胺,尼龍,多孔玻璃珠,.,傳統(tǒng)載體材料的改性,載體材料的性能直接影響其固定化酶的催化活性 理想的載體材料應(yīng)具備良好的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐生物降解性及對(duì)酶的高度親和性，并能保持較高的酶活性等 傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)載體材料一般是借助吸附方法來(lái)制備固定化酶，或經(jīng)小分子化學(xué)改性以共價(jià)鍵合方式制備固定化酶,.,傳統(tǒng)無(wú)機(jī)載體存在問(wèn)題,

8、結(jié)構(gòu)不易調(diào)控,傳質(zhì)差,鍵合酶的能力差,利用組成和結(jié)構(gòu)可調(diào)控的有機(jī)聚合物對(duì)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)載體材料改性修飾，制備兼具兩者優(yōu)良特性的復(fù)合載體,如用右旋糖苷對(duì)硅膠表面改性修飾可改善其表面的生物親和性，用于固定葡萄糖苷酶時(shí)可大大提高酶的負(fù)載量,.,新型載體,磁性載體,導(dǎo)電聚合物,光敏性基團(tuán)的載體,溫敏載體,新型 載體,磁性體Fe3O4與聚苯乙烯、含醛基聚合物一起溶解混合后，再除去溶劑可獲得磁性載體,.,應(yīng)用,.,1. 固定化酶在氨基酸生產(chǎn)上的應(yīng)用,固定化酶醫(yī)藥上的應(yīng)用,.,固定化酶醫(yī)藥上的應(yīng)用,2. 用大孔徑N-聚氨乙基丙烯酰胺為載體，將前列腺素合成酶固定化，合成前列腺素衍生物E1 3.將葡聚糖磁性毫微粒固定化L-天冬酰胺酶，通過(guò)血液注射治療急性淋巴白血病 4.瓊脂糖固定化牛胰核糖核酸酶能很好地催化合成重要的寡核苷酸,.,固定化酶及其相應(yīng)產(chǎn)品,.,展望,酶固定化技術(shù)已在食品工業(yè)、精細(xì)化學(xué)品工業(yè)、醫(yī)藥，尤其是手性化合物等行