拓展閱讀：酶工程的“心臟”固定化技術(shù)

1、PAGE4酶工程的“心臟”固定化技術(shù)80年代，當(dāng)酶工程方興未艾之時(shí)，一些學(xué)者以飽滿的熱情和豐富的想象力，向世人描繪了一份未來(lái)化學(xué)工業(yè)的藍(lán)圖；廣闊的海灘上排列著密如蛛網(wǎng)的反應(yīng)槽和反應(yīng)管，這些反應(yīng)槽和反應(yīng)管里面安裝著各種固定化酶或固定化細(xì)胞，彼此連通，組成了一個(gè)龐大的反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)系統(tǒng)的一端不停地輸入取之不盡的海水和空氣，以及從其他工廠里輸送來(lái)的一氧化碳和二氧化碳；另一端源源不斷地送出各種化工產(chǎn)品，如化肥、橡膠、有機(jī)酸等等。這里不需要什么高溫高壓設(shè)備，也沒(méi)有噪聲、廢水和廢氣這不是什么天方夜譚。步入90年代，以空氣為原料，用酶工程生產(chǎn)氮肥已初見(jiàn)端倪-用固定化酶來(lái)合成氨，已實(shí)現(xiàn)了少量的工業(yè)化生產(chǎn)。所使

2、用的酶，有的是從固氮菌中分離、提純出來(lái)的固氮酶，有的則是根據(jù)固氮酶的化學(xué)模型制成的人工模擬酶。預(yù)計(jì)，世界各國(guó)的大型氮肥廠將逐步改用酶工程來(lái)合成氨，這樣既可節(jié)約大量的高溫高壓設(shè)備，又能在世界范圍內(nèi)每年節(jié)約相當(dāng)于10億噸石油的能源。不僅是生產(chǎn)氮肥，用空氣、水、一氧化碳和二氧化碳來(lái)生產(chǎn)形形色色的化工產(chǎn)品，對(duì)酶工程而言，都不是辦不到的事。這里，關(guān)鍵的是酶的固定化，它被稱為是酶工程的中心。酶作為各種化學(xué)反應(yīng)的催化劑，除了具有高效、專(zhuān)一的優(yōu)點(diǎn)之外，同時(shí)也存在著一些缺點(diǎn)。例如，由于酶在本質(zhì)上是蛋白質(zhì)，在遇到高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿時(shí)就會(huì)失去活性，毫無(wú)催化功能可言。又如，酶的分離、提純和生產(chǎn)，要花費(fèi)大量的時(shí)間，投入大

3、量的技術(shù)和勞動(dòng)，因而成本很高，價(jià)錢(qián)很貴。對(duì)酶工程來(lái)說(shuō)，最要命的是，酶催化反應(yīng)往往是在稀釋液體里進(jìn)行的，反應(yīng)完畢，酶難以回收。也就是說(shuō)，事實(shí)上酶只能使用一次。一方面是酶的成本很高，一方面是酶可以反復(fù)使用成千上萬(wàn)次而事實(shí)上只使用了一次，這不是太浪費(fèi)了嗎酶的推廣應(yīng)用在這個(gè)問(wèn)題上遇到了攔路虎。60年代初，一位以色列科學(xué)家率先取得了突破。他發(fā)現(xiàn)，生物細(xì)胞里的許多酶并不是獨(dú)立在溶液里起作用，而是包埋在細(xì)胞膜里或其他細(xì)胞器里面起作用的。于是，他試著把分離得到的酶結(jié)合到某種不溶于水的載體上，或者是包埋于天然的或人工合成的膜上，這樣就裝配成了固定化酶。接著他又對(duì)固定化酶的催化特性進(jìn)行觀察，出乎意料地發(fā)現(xiàn)，許多酶

4、經(jīng)過(guò)固定化以后，活性絲毫未減，穩(wěn)定性反而有了提高。在反應(yīng)容器里，固定化酶可以反復(fù)利用，成百次、成千次在發(fā)揮效能，以不變促成萬(wàn)變。這位以色列科學(xué)家萬(wàn)分欣喜地將他的發(fā)現(xiàn)公諸于世。這一發(fā)現(xiàn)是酶的推廣應(yīng)用的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也是酶工程發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在這一發(fā)展的基礎(chǔ)上，酶的固定化技術(shù)日新月異。它表現(xiàn)在兩方面：一方面是固定的方法。從目前來(lái)看，固定的方法有四大類(lèi)：吸附法、共價(jià)鍵合法、交聯(lián)法和包埋法。所使用的載體材料和結(jié)合技術(shù)五花八門(mén)，層出不窮。另一方面是，被固定下來(lái)用于催化反應(yīng)的，除了各種酶之外，又發(fā)展了含有酶的細(xì)胞，這又叫固定化細(xì)胞。固定化細(xì)胞省卻了酶的提取和純化，而且它具有多種酶，能催化一系列的反應(yīng)，大大提高了效率。有意思的是，固定化細(xì)胞還經(jīng)歷了從固定死細(xì)胞（其中的酶仍有活性）到固定活細(xì)胞的發(fā)展過(guò)程。與自然酶相比，固定化酶和固定化細(xì)胞具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：一、可以做成各種形狀，如顆粒狀、管狀、膜狀，裝在反應(yīng)槽中，便于取出，便于連續(xù)、反復(fù)使用。二、穩(wěn)定性提高，不易失去活性，使用壽命延長(zhǎng)。三、便于自動(dòng)化操作，實(shí)現(xiàn)用電腦控制的連續(xù)生產(chǎn)。固定化技術(shù)使得酶工程的推廣如同雨后春筍一般。從日本首先采用固定化酶來(lái)生產(chǎn)氨基酸開(kāi)始，到如今已有數(shù)十個(gè)國(guó)家