固定化酶与固定化细胞技术.ppt

固定化酶与固定化细胞技术
王海磊
河南师范大学生命科学学院AEM室
2. 酶在应用中受到的限制因素:
1. 酶作为:生物催化剂的优点
①稳定性差,易失活
②反应速度随时间减慢(3分钟内吸光度的变化)
③回收困难(淀粉酶水解废弃淀粉)
④经济上不合算:多不能重复使用。
⑤一些酶价格昂贵(漆酶用于木板粘合)
①反应专一性强。
②催化效率高(比一般催化剂高107-1013倍)。
③反应条件温和(常温常压)。
(1)人工合成酶:应用化学合成法合成具有像酶那样活性的催化剂。这是有机合成和聚合化学中的最新技术。但距实际应用还有很大距离。
(2)酶的人工“改性”、“修饰”:酶和细胞固定化是其中的一类。其它如基因工程、化学修饰等方法。
3. 克服上述限制性因素的途径:
难得的报道:人工合成脂肪酶获得成功
随着生物产业的发展,人类对环境逐步认识,酶的广泛用途越来越得到人类的重视,尤其脂肪酶,在日化洗涤剂领域、医药美容领域、能源领域生物柴油生产中显得无可替代的优势。一般脂肪酶生产主要来源于发酵微生物生产法获得,产量受到限制,成本较高,很难满足工业需求。关于人工合成脂肪酶在中国乃至世界未曾有过相关报道。经过不懈努力,我公司通过人工合成的手段获得成功,实属国际首例。经检验它不仅具备生物酶的通性,具有生物酶的全效功能,而且其催化性能、环境要求、毒化耐性各项指标远远高于普通生物酶。生产成本不足普通酶的三分之一,而且不受产量的局限,可大规模投入生产。
石家庄市华北联化科技有限公司
第一节固定化酶
(Immobilized Enzyme)
一、发展概况
(1) 1916,Nelson和Griffin发现蔗糖酶结合于骨炭末上仍具有活力,但未引起人们重视。
(2) 1950前,研究不多,不超过10篇相关论文。有目的开展固定化研究始于50年代。1953,Grubhofer和Schloith将聚氨基聚苯乙烯树脂重氮化后与淀粉酶、蛋白酶结合——最早固定化酶
(3)60年代进展较快:固定化酶投入工业化生产。
(4)70年代为快速发展时期。
固定化酶:连接于某种载体上或者限制在一定空间范围内、能连续使用的酶。
二、制备固定化酶的原则
1、保持酶原有专一性、高效催化能力和常温常压下起催化反应的特点。制备尽可能在温和条件下进行(低温、最适pH、水溶液中)。
2、能回收、贮藏和反复使用-酶和载体结合牢固性问题。
3、有一定机械强度,以利于机械化、自动化操作。
4、酶与载体结合部位应避开活性中心及与维持酶高级结构有关的基团。且在制备过程尽可能保护这些基团。
5、最小的空间位阻:载体尽可能地不阻碍与底物的接近。
6、稳定性:载体不与底物、产物和反应液发生化学反应。
7、易与产物分离,便于回收和重复使用。
8、尽量降低成本。
三、固定化酶的制备方法
物理法: 吸附法、包埋法
化学法: 交联法、化学共价法
综合法: 逆胶束包囊法
(一)吸附法
采用固体吸附剂将酶吸附在它的表面使之固定的方法。
(1)无机吸附载体:矿物质和其它无机载体。
高岭土:胰凝乳蛋白酶
皂土: 过氧化氢酶、核糖核酸酶
氧化铝:葡萄糖氧化酶
二氧化硅(覆盖卵磷脂/脑磷脂):酸性磷酸酯酶、磷酸葡萄糖变位酶。
不锈钢:直径100-200粒子,以氧化钛处理,可吸附β-半乳糖苷酶(17mg/g载体)。
1、载体类型
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高岭土
性质:良好粘结性
粒度和细度
较强结合能力
离子吸附性及交换性
瓷土,现在世界上都把它叫做“高岭土”,在很久很久以前,高岭村有一家姓盛的穷苦夫妻,日子苦得就像黄连一样。盛家夫妻心地却特别善良。有一年冬天,天气寒冷,屋檐下躺着个白发苍苍的老公公,盛家妻子端来了一碗热开水,送到那老公公跟前,请他喝下暖暖身子。妻子借来米,男人生火熬粥,一会儿工夫,一大碗香喷喷,热腾腾的米粥端到了老公公的面前。老公公见了,也不客气,一口气就把粥喝了下去。我没有什么好报答你们,我走后,可到村后东南面的松山顶上一口气挖它个九九八十一锄,老公公早已不见踪影。软乎乎得就像糯米粉一样:“松山顶上的石头,可以拿来做瓷器,做成的瓷器能跟玉器一样的值钱哩!”将挖起的土石做成一个个碗和杯的坯子来,放进窑里一烧,果然个个晶莹洁白,真象玉器一样。从此,高岭村的穷人们在盛家夫妻的带领下,改行挖土建窑烧瓷器了。松山因地处高岭,就改名叫高岭山,山上的瓷土,就叫做高岭土了。
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皂土:膨润土、火山黏土。
皂土是由天然膨润土精制而成的无机矿物凝胶。膨润土一般是指主
要由蒙脱土组成的一种黏土岩。皂土的主要有效成分即为蒙脱土,
含量大约90%。
蒙脱石是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体膨润土组成的2:1型晶体结构,由于蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子
如Cu、Mg、Na、