1、固定化酶及在醫(yī)藥中的應用,Contents,酶工程及固定化技術(shù)發(fā)展史,1,酶的固定化方法,2,應用,3,展望,4,酶工程簡介,酶工程是酶學和工程學相互滲透發(fā)展而成的一門新的技術(shù)科學。它是從應用的目的出發(fā)，研究酶，應用酶的特異性、催化功能，并通過工程化將相應的原料轉(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)模應用的特征，原料以動植物為主,1953年，Grubhoger Schleith 用重氮化聚氨基聚苯乙烯樹脂 對羧肽酶、蛋白酶、核酸酶等進行固定，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，千田一郎等用固定化氨基

2、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，開創(chuàng)了固定化酶應用的局面。,1971年，第一次國際酶工程會議在美國召 開，會議主題是固定化酶的研制和應用 確定固定化酶（Immobilized Enzyme）統(tǒng)一名稱,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冬氨酸酶，由反丁烯二酸連續(xù)生產(chǎn)L-天門冬氨酸,固定化死菌體,1976年，法國首次用固定化酵母細胞生產(chǎn)啤酒和酒精,固定化細胞,1979年固定化毛地黃細胞和長春花細胞成功,固定化植物細胞,1982年日本固定化黃色短桿菌原生質(zhì)體生產(chǎn)谷氨酸,固定化原生質(zhì)體,固定化酶,固定化酶

3、(Immobilized Enzyme）：通過物理的或化學的手段，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，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一性 （2）有利于生產(chǎn)自動化、連續(xù)化 （3）應有最小的空間位阻 （4）酶與載體必須結(jié)合牢固 （5）應有最大穩(wěn)定性，載體不與廢物、產(chǎn)物或 反應液發(fā)生化學反應 （6）成本要低,固定化酶的優(yōu)點,長時間使用，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,酶反應過程可以嚴格控制，有利于工藝自動化和微電腦化,極易將固定化酶與底物、產(chǎn)物分開,1,2,3

4、,4,優(yōu)點,固定化酶的缺點,增加了固定化的成本，使工廠開始投資大,只能用于可溶性的底物和小分子底物，對大分子底物不適宜,酶固定化時酶的活力有所損失.,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 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： 無機載體：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：操作簡單，條件溫和，不會引起酶變性失活，載體廉價易得，可反復使用 缺

5、點：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的固相載體與酶蛋白分子的帶電基團互相吸引（靠離子鏈）而形成絡合物 載體：多糖類離子交換劑、合成高分子交換樹脂 如DEAE-纖維素，IR-45等 優(yōu)點：操作簡單，處理條件溫和，能得到酶活回收率較高的固定化酶 缺點：載體和酶的結(jié)合力較弱，離子鍵結(jié)合較松散，易受緩沖液種類或pH的影響，,共價結(jié)合法,是酶以共價鍵結(jié)合于載體上的固定化方法 常用載體： 天然有機載體：多糖、蛋白質(zhì)、細胞等 無機物：玻璃、陶瓷等 合成聚合物：聚酯、聚胺、尼龍等,優(yōu)點：酶與載體結(jié)合牢固，穩(wěn)定性好，酶不易脫落 缺點：反應條件苛刻，操作復雜，可能會破

6、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：此法與共價結(jié)合法一樣也是利用共價鍵固定酶的，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：結(jié)合牢固，可以長時間使用 缺點：因交聯(lián)反應激烈，酶分子多個基團被交聯(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，再借助于聚合助進劑(包括交聯(lián)劑)的作用進行聚合，酶被包埋在聚合物中以達到固定化 分類：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

7、,TEAT-纖維素,陽離子交換樹脂,陰離子交換樹脂,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,共價結(jié)合法,纖維素,Sephadex A 200,瓊脂,對氨基苯纖維素,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 理想的載體材料應具備良好的機械強度、熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、耐生物降解性及對酶的高度親和性，并能保持較高的酶活性等 傳統(tǒng)的無機載體材料一般是借助吸附方法來制備固定化酶，或經(jīng)小分子化學改性以共價鍵合方式制備固定化酶,傳統(tǒng)無機載體存在問題,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)控的有機聚合物對傳統(tǒng)無機

8、載體材料改性修飾，制備兼具兩者優(yōu)良特性的復合載體,如用右旋糖苷對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可大大提高酶的負載量,新型載體,磁性載體,導電聚合物,光敏性基團的載體,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,應用,1. 固定化酶在氨基酸生產(chǎn)上的應用,固定化酶醫(yī)藥上的應用,固定化酶醫(yī)藥上的應用,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,固定化酶及其相應產(chǎn)品,展望,酶固定化技術(shù)已在食品工業(yè)、精細化學品工業(yè)、醫(yī)藥，尤其是手性化合物等行業(yè)