第五章 固定化酶

第五章固定化酶第一頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第五章

固定化酶第一節(jié)概述

第二節(jié)固定化酶的特點(diǎn)、性質(zhì)及其評(píng)價(jià)指標(biāo)

第三節(jié)固定化酶的制備原則、固定化方法及特點(diǎn)第四節(jié)固定化細(xì)胞第五節(jié)固定化原生質(zhì)體和輔酶第六節(jié)酶反應(yīng)器第七節(jié)固定化酶（細(xì)胞）的應(yīng)用第二頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五酶的缺陷穩(wěn)定性差分離純化困難回收困難1、為什么進(jìn)行酶的固定化？第一節(jié)

概述第三頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、什么是固定化酶？水溶性酶水不溶性載體水不溶性酶固相酶結(jié)合固定第四頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五SEPS固定化酶：被局限在某一特定區(qū)域上的，并且保留了它們的催化活力，可以反復(fù)、連續(xù)使用的酶第五頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、發(fā)展歷程1916發(fā)現(xiàn)酶被吸附在骨炭粉上仍具有活性1953Grubohofer等將羧肽酶、淀粉酶、胃蛋白酶等結(jié)合固定在聚苯乙烯樹(shù)脂重氮化載體上，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了酶的固定化1969日本固定化氨基?；竾?guó)際上固定化酶應(yīng)用于連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)的開(kāi)端1973日本固定化微生物細(xì)胞我國(guó)1970微生物所、上海生化所開(kāi)始固定化酶研究第六頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)固定化酶的特點(diǎn)、性質(zhì)及其

評(píng)價(jià)指標(biāo)一、固定化酶的優(yōu)缺點(diǎn)二、固定化酶的性質(zhì)變化三、固定化酶的評(píng)價(jià)指標(biāo)第七頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五一、固定化酶的優(yōu)缺點(diǎn)

多次使用反應(yīng)操作方式多樣(分批、連續(xù))

提高了酶的穩(wěn)定性

純化簡(jiǎn)單、提高產(chǎn)物質(zhì)量反應(yīng)過(guò)程可以嚴(yán)格控制

較游離酶更適合于多酶反應(yīng)

降低酶活力大分子底物較困難首次投入成本高多酶反應(yīng)不及完整菌株優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：第八頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、固定化酶的性質(zhì)變化1、酶活力的變化2、酶穩(wěn)定性的變化3、最適溫度的變化4、最適pH的變化5、米氏常數(shù)(Km)的變化第九頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、酶活力的變化酶活力降低，專(zhuān)一性改變例：羧甲基纖維素做載體固定的胰蛋白酶，對(duì)高分子底物酪蛋白只顯示原酶活力的30%；而對(duì)低分子底物苯酞精氨酸－對(duì)硝基酰替苯胺的活力保持80%原因

(1)空間構(gòu)象變化

(2)空間位阻

(3)內(nèi)擴(kuò)散阻力

(4)半透膜阻擋作用于低分子底物的酶，特異性沒(méi)有明顯變化

既可作用于低分子底物又可作用于大分子低物的酶，特異性往往會(huì)變化第十頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、酶穩(wěn)定性的變化表現(xiàn)增加了酶的耐熱性氨基?；?0℃15min

游離活力喪失

DEAE－纖維素60%DEAE－葡聚糖80%增大了酶對(duì)有機(jī)試劑、抑制劑等的抵抗能力脫乙酰酶漿果赤霉素DEAE－纖維素提高51%第十一頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、酶穩(wěn)定性的變化減輕了蛋白酶的破壞作用增強(qiáng)對(duì)pH的耐受范圍

青霉素?；?7℃16h

游離pH7.0-9.0

固定化pH5.5-10.3氨基?；敢鹊鞍酌傅鞍酌窹ronaseP(保存酶活力)(保存酶活力)自然酶23%48%DEAE－纖維素33%53%DEAE－葡聚糖87%88%第十二頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、酶穩(wěn)定性的變化原因酶分子與載體多點(diǎn)連接，防止酶分子伸展變形酶活力緩慢釋放抑制酶的自降解阻擋外界不利因素的侵襲第十三頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五最適溫度提高例：殼聚糖固定胰蛋白酶，最適溫度為80℃；比固定化前提高30℃3、最適溫度的變化第十四頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五最適pH、酶活力－pH曲線發(fā)生偏移帶負(fù)電荷載體(陰離子聚合物)，最適pH偏高，向堿性偏移4、最適pH的變化+--------------------------------------------++++H++++++H+H+H++-OH----------OH-OH-OH-第十五頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五表觀Km隨載體的帶電性能變化電中性載體，Km；載體與底物電荷性質(zhì)相反，Km；相同，Km5、米氏常數(shù)(Km)的變化---------------------------------S+S+S+S+S+S+第十六頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、固定化酶的評(píng)價(jià)指標(biāo)1、固定化酶的活力每（毫克）干重固定化酶每分鐘轉(zhuǎn)化底物(或生成產(chǎn)物)的量，μmol·min-1·mg-1

單位面積（cm2）的反應(yīng)初速度表示，μmol·min-1·cm-2

（酶膜、酶管、酶板）須注明：溫度、攪拌速度、固定化酶的干燥條件、固定化的原酶含量或蛋白質(zhì)含量、原酶的比活力測(cè)定方法：間歇測(cè)定；連續(xù)測(cè)定第十七頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、固定化酶的評(píng)價(jià)指標(biāo)2、蛋白質(zhì)含量3、操作半衰期衡量穩(wěn)定性的指標(biāo)連續(xù)測(cè)活條件下固定化酶活力下降為最初活力一半所需要的時(shí)間（t1/2）

t1/2＝0.693/KD

衰減常數(shù)：，是時(shí)間t后酶活力殘留的百分?jǐn)?shù)第十八頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、固定化酶的評(píng)價(jià)指標(biāo)4、

或稱(chēng)偶聯(lián)效率，酶的固定化率。

5、

活力保留百分?jǐn)?shù)。6、

第十九頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)結(jié)束固定化酶的優(yōu)缺點(diǎn)固定化酶的性質(zhì)變化固定化酶的評(píng)價(jià)指標(biāo)酶活力的變化酶穩(wěn)定性的變化最適溫度的變化最適pH的變化米氏常數(shù)(Km)的變化固定化酶的特點(diǎn)、性質(zhì)及其評(píng)價(jià)指標(biāo)固定化酶的活力蛋白質(zhì)含量測(cè)定操作半衰期酶結(jié)合效率活力回收率相對(duì)活力優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)第二十頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)結(jié)束點(diǎn)擊返回

第二十一頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)

固定化酶的制備原則、固定化方

法及特點(diǎn)一、固定化酶的制備原則二、固定化酶的制備方法及特點(diǎn)第二十二頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五盡可能地保持自然酶的催化活性和專(zhuān)一性載體與酶結(jié)合牢固；不能與底物、產(chǎn)物等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；且具有一定的機(jī)械強(qiáng)度空間位阻較小成本盡可能低一、固定化酶的制備原則第二十三頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、一般方法及特點(diǎn)2、各種固定化方法的比較3、固定化后酶的考察項(xiàng)目二、固定化酶的制備方法及特點(diǎn)第二十四頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、

一般方法及特點(diǎn)關(guān)鍵在于選擇適當(dāng)?shù)墓潭ɑ椒ê捅匾妮d體以及穩(wěn)定性研究、改進(jìn)四大類(lèi)方法

(1)吸附法（包括電吸附法）

(2)結(jié)合法（無(wú)機(jī)多孔材料）

(3)交聯(lián)法（雙功能試劑）

(4)包埋法（微膠囊法）第二十五頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五(1)

吸附法物理吸附法。利用各種固體吸附劑將酶或含酶菌體吸附在其表面上

載體無(wú)機(jī)：高嶺土、皂土、硅膠、氧化鋁、活性炭、微孔玻璃、多孔玻璃等有機(jī)：纖維素、膠原、火棉膠、樹(shù)脂、陶瓷等載體選擇原則

a.要有巨大的比表面積；b.要有活潑的表面；

c.結(jié)合牢固；d.便于裝柱進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)酶活性中性不易被破壞，高級(jí)結(jié)構(gòu)變化少，酶活損失少酶與載體相互作用力弱，酶容易脫落第二十六頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五(2)結(jié)合法離子鍵結(jié)合法共價(jià)鍵結(jié)合法第二十七頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五離子鍵結(jié)合法通過(guò)離子鍵使酶與載體結(jié)合的固定化方法，也稱(chēng)離子交換吸附法載體

DEAE-纖維素、DEAE-葡聚糖凝膠、CMC-纖維素等使用時(shí)注意pH、離子強(qiáng)度、溫度等的控制操作簡(jiǎn)單，處理?xiàng)l件溫和，酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)和活性中心不易被破壞，酶活回收率高載體和酶結(jié)合力弱，易受緩沖液種類(lèi)和pH的影響，在離子強(qiáng)度高的條件下進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，酶往往從載體上脫落第二十八頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五共價(jià)鍵結(jié)合法借助共價(jià)鍵將酶的活性非必需側(cè)鏈基團(tuán)和載體的功能基團(tuán)進(jìn)行偶聯(lián)的固定化方法目前應(yīng)用和報(bào)道最多的一類(lèi)方法參與共價(jià)結(jié)合的酶的氨基酸殘基不應(yīng)是酶催化活性所必需的，否則往往會(huì)造成固定后的酶的活力完全喪失可以形成共價(jià)鍵的基團(tuán)游離氨基、游離羧基、巰基、咪唑基、酚基、羥基、甲硫基、吲哚基、二硫鍵第二十九頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五共價(jià)鍵結(jié)合法常用載體天然高分子衍生物(纖維素、葡聚糖凝膠、瓊脂糖等)

人工合成高聚物(聚丙烯酰膠、多聚氨基酸、乙烯、尼龍、聚苯乙烯等)

無(wú)機(jī)載體(多孔玻璃、陶瓷等)通常情況下，載體上的功能基團(tuán)和酶分子上的非必需側(cè)鏈基團(tuán)間不具有直接反應(yīng)的能力。

活化載體有關(guān)基因載體接一個(gè)雙功能試劑第三十頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五共價(jià)鍵結(jié)合法共價(jià)鍵結(jié)合法制備固定化酶的“通式”載體上引進(jìn)活潑基團(tuán)

關(guān)鍵

活化該活潑基團(tuán)

此活潑基團(tuán)再與酶分子上某一基團(tuán)形成共價(jià)鍵

｝第三十一頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五共價(jià)鍵結(jié)合法載體活化方法

A．重氮法

B．疊氮法

C．烷基化反應(yīng)法

D．硅烷化法

E．溴化氰法第三十二頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五共價(jià)鍵結(jié)合法共價(jià)鍵結(jié)合法的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：酶與載體結(jié)合牢固，穩(wěn)定性好。一般不會(huì)因底物濃度高或存在鹽類(lèi)等原因而輕易脫落，有利于連續(xù)使用。

缺點(diǎn)：反應(yīng)條件苛刻，操作復(fù)雜；可能引起酶蛋白高級(jí)結(jié)構(gòu)變化，破壞部分活性中心，往往得不到比活力高的固定化酶。

第三十三頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五(3)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)的固定化酶的方法稱(chēng)為交聯(lián)法。也可用于含酶菌體或菌體碎片的固定化

常用試劑：戊二醛、己二胺、順丁烯二酸酐、雙偶氮苯等。應(yīng)用最廣泛的是戊二醛第三十四頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五方法

酶直接交聯(lián)法：在酶液中加入適量多功能試劑，使其形成不溶性衍生物依賴(lài)酶與試劑的濃度、溶液pH和離子強(qiáng)度、溫度和反應(yīng)時(shí)間之間的平衡

酶輔助蛋白交聯(lián)：使用輔助蛋白(白蛋白、明膠、血紅蛋白等)來(lái)增加蛋白質(zhì)濃度，使酶與惰性蛋白質(zhì)共交聯(lián)可避免分子內(nèi)交聯(lián)和在交聯(lián)過(guò)程中因化學(xué)修飾而引起酶失活(3)交聯(lián)法（無(wú)載體固定化）（共交聯(lián)法）第三十五頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五雙重固定法

通過(guò)酶分子間交聯(lián)形成的固定化酶顆粒一般很小，而且機(jī)械性能不是很好

吸附交聯(lián)法

交聯(lián)包埋法(3)交聯(lián)法第三十六頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五(4)

包埋法將酶或含酶菌體包埋在各種多孔載體中，使酶固定化的方法常用載體：瓊脂、瓊脂糖、海藻酸鈉、角叉菜膠、明膠、聚丙烯酰胺、火棉膠等分類(lèi)：網(wǎng)格型和微囊型①網(wǎng)格型②微囊型第三十七頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五(4)

包埋法①網(wǎng)格型

將酶或含酶菌體包埋在凝膠細(xì)微網(wǎng)格中，制成一定形狀的固定化酶，稱(chēng)為網(wǎng)格型包埋法。也稱(chēng)為凝膠包埋法第三十八頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五(4)

包埋法②微囊型是將酶包埋在各種高分子聚合物制成的小球內(nèi)，制成固定化酶。由于固定化形成的酶小球直徑一般只有幾微米至幾百微米，所以也稱(chēng)為微囊化法

第三十九頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五(4)

包埋法②微囊型微囊化法制備固定化酶的方法

界面沉淀法：物理方法，利用某些高聚物在水相和有機(jī)相的界面上溶解度較低而形成的皮膜將酶包埋界面聚合法：化學(xué)方法，利用油水界面上發(fā)生聚合反應(yīng)形成聚合體而將酶包裹起來(lái)第四十頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、各類(lèi)固定化方法的特點(diǎn)比較比較項(xiàng)目

載體結(jié)合法交聯(lián)法

包埋法

物理吸附

離子鍵結(jié)合

共價(jià)鍵結(jié)合

制備難易

易

易

難

較難

較難

固定化程度

弱

中等

強(qiáng)

強(qiáng)

強(qiáng)

活力回收率

較高

高

低

中等

高

載體再生

可能

可能

不可能

不可能

不可能

費(fèi)用

低

低

高

中等

低

底物專(zhuān)一性

不變

不變

可變

可變

不變

適用性

酶源多

廣泛較廣

較廣

小分子底物、藥用酶

第四十一頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、固定化后酶的考察項(xiàng)目（1）

測(cè)定固定化酶的活力，以確定固定化過(guò)程的活力回收率

（2）

考察固定化酶穩(wěn)定性

（3）

考察固定化酶最適反應(yīng)條件第四十二頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)提要固定化酶的制備原則固定化酶的制備方法及特點(diǎn)盡可能地保持自然酶的催化活性載體與酶結(jié)合牢固空間位阻較小成本盡可能低一般方法及特點(diǎn)各種固定化方法的比較固定化后酶的考察項(xiàng)目第四十三頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五思考題I什么是固定化酶？與游離酶相比，固定化酶有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？制備固定化酶，需遵循哪些原則？固定化后，需考察哪些項(xiàng)目？簡(jiǎn)述酶固定化后，其穩(wěn)定性得以提高的原因。試述酶進(jìn)行固定化之后，酶的性質(zhì)將有何變化？簡(jiǎn)述固定化酶制備的一般方法、基本原理以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。試述共價(jià)鍵結(jié)合法制備固定化酶的一般“通式”，及共價(jià)結(jié)合法的優(yōu)缺點(diǎn)。第四十四頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)結(jié)束點(diǎn)擊返回

第四十五頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第五章

固定化酶第一節(jié)概述

第二節(jié)固定化酶的特點(diǎn)、性質(zhì)及其評(píng)價(jià)指標(biāo)

第三節(jié)固定化酶的制備原則、固定化方法及特點(diǎn)第四節(jié)固定化細(xì)胞第五節(jié)固定化原生質(zhì)體和輔酶第六節(jié)酶反應(yīng)器第七節(jié)固定化酶（細(xì)胞）的應(yīng)用第四十六頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第四節(jié)固定化細(xì)胞一、固定化細(xì)胞的概念和目的二、固定化細(xì)胞的特點(diǎn)三、固定化細(xì)胞的分類(lèi)四、細(xì)胞固定化方法及特點(diǎn)第四十七頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五一、固定化細(xì)胞的概念和目的概念細(xì)胞的固定化是利用物理、化學(xué)等因素將細(xì)胞約束或限制在一定的空間界限內(nèi)，但細(xì)胞仍能保留其催化活性，并具有能被反復(fù)或連續(xù)使用的活力目的生產(chǎn)酶等各種代謝產(chǎn)物。可代替游離細(xì)胞進(jìn)行酶的發(fā)酵生產(chǎn)。具產(chǎn)酶率高、發(fā)酵周期短、可連續(xù)發(fā)酵等優(yōu)點(diǎn)第四十八頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五細(xì)胞特性比較細(xì)胞種類(lèi)

植物細(xì)胞

微生物細(xì)胞

動(dòng)物細(xì)胞

細(xì)胞大小/um

20-300

1-10

10-100

倍增時(shí)間/h

>12

0.3-6

>15

營(yíng)養(yǎng)要求

簡(jiǎn)單

簡(jiǎn)單

復(fù)雜

光照要求

大多數(shù)要光照

不要求

不要求

對(duì)剪切力

敏感

大多數(shù)不敏感

敏感

主要產(chǎn)物

色素、藥物、香精、酶等

醇、有機(jī)酸、氨基酸、抗生素、核苷酸、酶

疫苗、激素、

抗體、酶

微生物細(xì)胞、植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞都可以制成固定化細(xì)胞第四十九頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、固定化細(xì)胞的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)省去了酶的分離過(guò)程，降低生產(chǎn)成本固定化細(xì)胞為多酶系統(tǒng)，無(wú)需輔因子再生對(duì)不利環(huán)境耐受性增加，細(xì)胞可重復(fù)使用，簡(jiǎn)化了細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程保持酶在細(xì)胞內(nèi)的原始狀況，增加了酶的穩(wěn)定性第五十頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、固定化細(xì)胞的特點(diǎn)缺陷只適用于胞外酶，不適于胞內(nèi)酶多種酶存在，形成較多副產(chǎn)物使用初期會(huì)有一些細(xì)胞組分滲出，影響產(chǎn)物質(zhì)量有些細(xì)胞在條件不適宜的情況下易發(fā)生自溶第五十一頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、固定化細(xì)胞的分類(lèi)細(xì)胞類(lèi)型固定化微生物細(xì)胞固定化植物細(xì)胞固定化動(dòng)物細(xì)胞形狀

顆粒狀、塊狀、條狀、薄膜狀或不規(guī)則形狀第五十二頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、固定化細(xì)胞的分類(lèi)生理狀態(tài)

固定化死細(xì)胞固定化之前或之后細(xì)胞滅活處理，目的在于增加細(xì)胞膜的滲透性或抑制副產(chǎn)物。比較適合于單酶催化反應(yīng)

固定化活細(xì)胞(生長(zhǎng)細(xì)胞、增殖細(xì)胞)

將活細(xì)胞固定在載體上，并使其在連續(xù)反應(yīng)過(guò)程中保持旺盛的生長(zhǎng)、繁殖能力

固定化靜止細(xì)胞(饑餓細(xì)胞)

固定化后細(xì)胞是活的，但細(xì)胞并不生長(zhǎng)繁殖，處于休眠狀態(tài)或饑餓狀態(tài)第五十三頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、細(xì)胞固定化方法及特點(diǎn)1、直接固定法2、吸附法3、包埋法4、交聯(lián)和共價(jià)偶聯(lián)法第五十四頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、直接固定法不使用載體，借助物理、化學(xué)方法將細(xì)胞直接固定

eg.微生物細(xì)胞：加熱、冰凍、β-射線檸檬酸、絮凝劑、交聯(lián)劑、變性劑作用使菌體內(nèi)起破壞作用的蛋白酶等變性，防止目的酶蛋白被水解使細(xì)胞結(jié)構(gòu)固定，避免目的酶的泄漏使菌體聚集，避免酶的流失，促進(jìn)較大的菌體顆粒形成適用范圍一般只能用于單酶或少數(shù)幾種酶的催化反應(yīng)第五十五頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、吸附法定義通過(guò)載體與細(xì)胞間的靜電引力使細(xì)胞固定吸附劑：硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料、金屬絲網(wǎng)、微載體和中空纖維等影響因素表面電荷密度的大小電荷性質(zhì)載體的性質(zhì)第五十六頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、吸附法條件溫和，方法簡(jiǎn)單，可再生穩(wěn)定性差適用范圍制備固定化動(dòng)物細(xì)胞的主要方法固定化植物細(xì)胞因成本高、難以大規(guī)模生產(chǎn)而受限第五十七頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、包埋法

包理法是在細(xì)胞自身并不與凝膠基體發(fā)生化學(xué)鍵合的情況下將其包埋在半透性聚合物顆粒（或膜）內(nèi)的一種固定化方法優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)單包埋條件溫和能較好的保持細(xì)胞內(nèi)多酶系統(tǒng)的活力，可象游離細(xì)胞那樣進(jìn)行產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)適用范圍：固定活細(xì)胞、增殖細(xì)胞。主要利用菌體的單種酶或極少數(shù)幾種酶方法種類(lèi)：凝膠包埋法；半透膜包埋法第五十八頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、包埋法

凝膠包埋法載體：瓊脂、海藻酸鈣、角叉菜膠、明膠、聚丙烯酰胺等舉例

(1)瓊脂凝膠包埋法

(2)海藻酸鈣包埋法第五十九頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、交聯(lián)和共價(jià)偶聯(lián)法交聯(lián)劑和共價(jià)偶聯(lián)試劑對(duì)細(xì)胞的毒性較大，應(yīng)用交聯(lián)法和共價(jià)偶聯(lián)法固定化細(xì)胞的報(bào)道較少操作穩(wěn)定性高在溫和條件下進(jìn)行開(kāi)發(fā)新的溫和的功能試劑及偶聯(lián)試劑第六十頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第四節(jié)提要固定化細(xì)胞的概念和目的固定化細(xì)胞的特點(diǎn)固定化細(xì)胞的分類(lèi)細(xì)胞固定化方法及特點(diǎn)細(xì)胞類(lèi)型形狀生理狀態(tài)直接固定法吸附法包埋法交聯(lián)和共價(jià)偶聯(lián)法第六十一頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第四節(jié)結(jié)束點(diǎn)擊返回

第六十二頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第五節(jié)

固定化原生質(zhì)體和輔酶一、固定化原生質(zhì)體二、固定化輔酶第六十三頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五一、固定化原生質(zhì)體原生質(zhì)體的制備收集對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞懸浮在含有滲透壓穩(wěn)定劑的高滲緩沖液中加細(xì)胞壁水解酶破壁分離，除去細(xì)胞壁碎片、未作用的細(xì)胞以及酶得到原生質(zhì)體第六十四頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五一、固定化原生質(zhì)體原生質(zhì)體的固定化方法

凝膠包埋法瓊脂凝膠、海藻酸鈣凝膠、角叉菜膠、光交聯(lián)樹(shù)脂等方法同細(xì)胞的固定化第六十五頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五一、固定化原生質(zhì)體固定化原生質(zhì)體的特點(diǎn)

增加細(xì)胞膜透性，利于氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的傳遞和吸收，以及胞內(nèi)物質(zhì)分泌，提高產(chǎn)率操作與保存穩(wěn)定性好利于產(chǎn)物的分離純化需添加滲透壓穩(wěn)定劑第六十六頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、固定化輔酶原因有機(jī)輔因子中具有某些特殊的化學(xué)基團(tuán)，參與酶的催化反應(yīng)有機(jī)輔因子在使用過(guò)程中要流失，并且不能自行再生有機(jī)輔因子價(jià)格昂貴——工業(yè)上應(yīng)用全酶的關(guān)鍵是有機(jī)輔因子的保留和再生第六十七頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、固定化輔酶方法(1)輔基的固定化

共價(jià)偶聯(lián)法。瓊脂糖、纖維素、玻璃珠、高分子合成載體等(2)輔酶的固定化溴化氰法、碳二亞胺法以及重氮偶聯(lián)法等共價(jià)偶聯(lián)；或?qū)⑵溥M(jìn)行適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)修飾后固定在超濾器中瓊脂糖、纖維素、合成高分子、微孔玻璃、水溶性葡聚糖、聚氨基酸等輔酶固定化必須解決輔酶在多個(gè)酶之間傳遞的障礙第六十八頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五(2)輔酶的固定化輔酶固定化的形式第六十九頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第五節(jié)

固定化原生質(zhì)體和輔酶固定化原生質(zhì)體

固定化輔酶原生質(zhì)體的制備原生質(zhì)體的固定化方法固定化原生質(zhì)體的特點(diǎn)原因方法輔酶固定化的形式第七十頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第五節(jié)結(jié)束點(diǎn)擊返回

第七十一頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第六節(jié)

酶反應(yīng)器一、概述二、酶反應(yīng)器的類(lèi)型三、酶反應(yīng)器的選擇四、酶反應(yīng)器的操作第七十二頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五一、概述酶反應(yīng)器：利用生物化學(xué)原理使酶完成催化作用的裝置，它為酶促反應(yīng)提供合適的場(chǎng)所和最佳的反應(yīng)條件，使底物最大限度的轉(zhuǎn)化為物作用：為酶提供適當(dāng)環(huán)境，以達(dá)到生物化學(xué)轉(zhuǎn)化的目的，使底物生成所需產(chǎn)物特點(diǎn)：低溫、低壓下作用；不表現(xiàn)自催化方式，即細(xì)胞的連續(xù)再生第七十三頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、酶反應(yīng)器的類(lèi)型分類(lèi)：、、等結(jié)構(gòu)反應(yīng)器類(lèi)型操作特點(diǎn)分批式（間歇式、不連續(xù)式）酶與底物一次性裝入反應(yīng)器，經(jīng)一定時(shí)間，取出反應(yīng)物，進(jìn)行下一輪操作靈活性大；小批量、多品種生產(chǎn)；反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易控制。勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量穩(wěn)定，底物、產(chǎn)物抑制流加分批式（補(bǔ)料-分批式）連續(xù)補(bǔ)充底物，但不取出反應(yīng)物對(duì)反應(yīng)過(guò)程中發(fā)生底物抑制等情況時(shí)比較有利連續(xù)式連續(xù)加入底物溶液，同樣流速排出反應(yīng)液反應(yīng)條件穩(wěn)定便于自動(dòng)控制，勞動(dòng)強(qiáng)度低，反應(yīng)條件恒定，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適于大規(guī)模生產(chǎn)。但操作要求高，反應(yīng)器不能它用，事故處理困難幾何形狀操作方式第七十四頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、酶反應(yīng)器的類(lèi)型分類(lèi)：、幾何形狀、操作方式等結(jié)構(gòu)反應(yīng)器類(lèi)型適用的操作方式適用的酶攪拌罐式反應(yīng)器分批式、流加分批式、連續(xù)式游離酶、固定化酶填充床式反應(yīng)器連續(xù)式固定化酶流化床反應(yīng)器分批式、流加分批式、連續(xù)式固定化酶鼓泡式反應(yīng)器分批式、流加分批式、連續(xù)式游離酶、固定化酶膜反應(yīng)器連續(xù)式游離酶、固定化酶噴射式反應(yīng)器連續(xù)式游離酶第七十五頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、酶反應(yīng)器的類(lèi)型1、攪拌罐式反應(yīng)器2、填充床式反應(yīng)器3、流化床反應(yīng)器4、鼓泡式反應(yīng)器5、膜反應(yīng)器6、噴射式反應(yīng)器第七十六頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、攪拌罐式反應(yīng)器酶催化反應(yīng)中最常用的反應(yīng)器反應(yīng)罐、攪拌器和保溫裝置組成分批攪拌罐式反應(yīng)器(BSTR)、連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器(CSTR)

第七十七頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、攪拌罐式反應(yīng)器特點(diǎn)酶與底物混合均勻，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單溫度、pH易控制，傳質(zhì)阻力低BSTR可用于流加分批式反應(yīng)，CSTR只適用于固定化酶反應(yīng)效率低，載體易被剪切力破壞攪拌動(dòng)力消耗大第七十八頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、填充床式反應(yīng)器用于固定化酶固定化酶堆疊在一起，固定不動(dòng)，底物溶液按一定方向以一定速度流過(guò)反應(yīng)床

第七十九頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、填充床式反應(yīng)器特點(diǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便固定化酶密度大，提高催化反應(yīng)速度底層的固定化酶顆粒所受壓力大，易變形或破碎第八十頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、流化床反應(yīng)器用于固定化酶固定化酶置于反應(yīng)器內(nèi)，底物溶液以一定流速由下而上流過(guò)，同時(shí)反應(yīng)液連續(xù)排出，酶顆粒在不斷懸浮翻動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行催化反應(yīng)

第八十一頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、流化床反應(yīng)器特點(diǎn)混和均勻，傳質(zhì)和傳熱效果好溫度和pH易控制不易堵塞，黏度較大反應(yīng)液也可以進(jìn)行反應(yīng)剪切力及碰撞可能使固定化酶顆粒破壞流體動(dòng)力學(xué)變化大，參數(shù)復(fù)雜，難于放大

第八十二頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、鼓泡式反應(yīng)器無(wú)攪拌裝置利用從反應(yīng)器底部通入的氣體產(chǎn)生的大量氣泡，在上升過(guò)程中起到提供反應(yīng)底物和混合兩種作用三相流化床反應(yīng)器第八十三頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、鼓泡式反應(yīng)器特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，剪切力小物質(zhì)與熱量傳遞效率高有氣體參與的酶催化反應(yīng)中常用的反應(yīng)器氣體需通過(guò)分布器進(jìn)行分布第八十四頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五5、膜反應(yīng)器酶催化反應(yīng)與半透膜分離作用組合在一起固定化酶、游離酶第八十五頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五5、膜反應(yīng)器第八十六頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五5、膜反應(yīng)器集反應(yīng)與分離于一體，利于連續(xù)化生產(chǎn)對(duì)于游離酶反應(yīng)來(lái)說(shuō)，酶可以回收循環(huán)使用，特別使用于價(jià)格較高的酶能降低或消除產(chǎn)物抑制作用使用一段時(shí)間后，酶或其它雜質(zhì)易吸附在膜上，造成膜的透過(guò)性降低，而且清洗困難第八十七頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五6、噴射式反應(yīng)器利用高壓蒸汽的噴射作用，實(shí)現(xiàn)酶與底物的混合，進(jìn)行高溫短時(shí)催化反應(yīng)的一種反應(yīng)器游離酶第八十八頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五6、噴射式反應(yīng)器特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，混合均勻溫度高，反應(yīng)速度快，催化效率高只適用于某些耐高溫酶的反應(yīng)第八十九頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、酶反應(yīng)器選擇1、酶的應(yīng)用形式2、底物或產(chǎn)物的物理性質(zhì)3、酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)4、酶的穩(wěn)定性5、反應(yīng)的操作要求6、反應(yīng)器應(yīng)用的可塑性及成本第九十頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、酶的應(yīng)用形式游離酶回收困難，只適于分批反應(yīng)器顆粒狀或片狀固定化酶可用連續(xù)攪拌罐、填充床反應(yīng)器膜狀和纖維狀固定化酶只適用于填充床反應(yīng)器易變形或易凝集粒狀酶，或需使用小顆粒酶，采用流化床反應(yīng)器第九十一頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、底物或產(chǎn)物的物理性質(zhì)底物或產(chǎn)物分子質(zhì)量較大時(shí)，不采用膜反應(yīng)器底物或產(chǎn)物溶解度較低、黏度較高時(shí)，選擇攪拌罐式反應(yīng)器，或流化床反應(yīng)器底物為氣體時(shí)，選擇鼓泡式反應(yīng)器需要小分子物質(zhì)作輔酶的反應(yīng)，不采用膜反應(yīng)器第九十二頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶與底物的混合程度、底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響，反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)酶的反饋抑制作用以及酶催化作用的溫度條件等eg.高濃度底物抑制作用的酶反應(yīng)，如采用分批攪拌罐式反應(yīng)器，可采取流加分批式反應(yīng)方式產(chǎn)物對(duì)酶有反饋抑制作用，選用膜反應(yīng)器第九十三頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、酶的穩(wěn)定性反應(yīng)器中酶催化活性損失的原因酶本身失效酶從載體上脫落載體肢解擴(kuò)散限制效應(yīng)CSTR遠(yuǎn)比其余類(lèi)型反應(yīng)器更易引起這類(lèi)損失第九十四頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五5、反應(yīng)的操作要求需不斷調(diào)整pH、或補(bǔ)充反應(yīng)物、或經(jīng)常供氧、或更新酶，可在攪拌罐等反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)耗氧，可選擇鼓泡式反應(yīng)器第九十五頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五6、反應(yīng)器應(yīng)用的可塑性及成本選用的反應(yīng)器，最好能有多種用途，生產(chǎn)各種產(chǎn)品酶本身的價(jià)值與其在相應(yīng)的反應(yīng)器中的穩(wěn)定性第九十六頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、酶反應(yīng)器的操作1、酶反應(yīng)器操作條件的確定及其調(diào)控溫度、pH、底物濃度、酶濃度、反應(yīng)液的混合與流動(dòng)等第九十七頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、酶反應(yīng)器的操作2、保持酶反應(yīng)器的操作穩(wěn)定性溫度、pH攪拌式反應(yīng)器：攪拌速度的穩(wěn)定連續(xù)式反應(yīng)器：流速穩(wěn)定第九十八頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、酶反應(yīng)器的操作3、防止酶的變形失活注意溫度、pH、金屬離子、剪切力等導(dǎo)致酶變形失活第九十九頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、酶反應(yīng)器的操作4、防止微生物的污染酶反應(yīng)器不必在嚴(yán)格的無(wú)菌條件下操作需符合必要的衛(wèi)生條件，避免微生物污染微生物污染，影響產(chǎn)品質(zhì)量，消耗底物或產(chǎn)物，產(chǎn)生有害副產(chǎn)物，增加分離純化的困難措施保證生產(chǎn)環(huán)境清潔衛(wèi)生，符合必要的衛(wèi)生條件反應(yīng)器使用前后進(jìn)行清洗和消毒處理操作過(guò)程中，嚴(yán)格管理，經(jīng)常檢測(cè)添加對(duì)酶催化反應(yīng)和產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)不良影響的物質(zhì)第一百頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第六節(jié)提要概述酶反應(yīng)器的類(lèi)型酶反應(yīng)器的選擇酶反應(yīng)器的操作酶的應(yīng)用形式底物或產(chǎn)物的物理性質(zhì)酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶的穩(wěn)定性反應(yīng)的操作要求反應(yīng)器應(yīng)用的可塑性及成本酶反應(yīng)器操作條件的確定及其調(diào)控保持酶反應(yīng)器的操作穩(wěn)定性防止酶的變性失活防止微生物的污染結(jié)構(gòu)幾何形狀操作類(lèi)型攪拌罐式反應(yīng)器填充床式反應(yīng)器流化床反應(yīng)器鼓泡式反應(yīng)器膜反應(yīng)器噴射式反應(yīng)器第一百零一頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第六節(jié)結(jié)束點(diǎn)擊返回

第一百零二頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第七節(jié)固定化酶（細(xì)胞）的應(yīng)用一、在基礎(chǔ)理論研究中的應(yīng)用二、在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用三、在醫(yī)藥治療上的應(yīng)用四、在分析測(cè)試中的應(yīng)用五、在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用六、在新能源開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用第一百零三頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五一、在基礎(chǔ)理論研究中的應(yīng)用闡明酶反應(yīng)機(jī)理，揭示酶原激活機(jī)理酶的細(xì)胞生物學(xué)研究酶的結(jié)構(gòu)功能研究酶分子的改造與模擬第一百零四頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五酶亞基性質(zhì)的研究第一百零五頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五研究蛋白質(zhì)-核酸分子結(jié)構(gòu)連續(xù)的固定化酶柱進(jìn)行DNA序列分析

原理：是測(cè)定DNA聚合時(shí)，以摻入dNTP同時(shí)釋放的焦磷酸判斷是否發(fā)生了聚合反應(yīng)，進(jìn)而確定摻入的是哪種核苷酸從而推導(dǎo)出序列——該系統(tǒng)由連續(xù)的6個(gè)固定化酶柱組成

焦磷酸酶、DNA聚合酶、甘油激酶、己糖激酶、ATP磷酸化酶，熒光酶柱第一百零六頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用葡萄糖異構(gòu)酶——世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的一種固定化酶

固定化木瓜蛋白酶改善啤酒的品質(zhì)利用固定化乳糖酶可以連續(xù)生產(chǎn)低乳糖奶固定化酵母細(xì)胞等微生物可用于生產(chǎn)各種酒類(lèi)第一百零七頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、在醫(yī)藥治療上的應(yīng)用固定化可延長(zhǎng)酶在體內(nèi)的半衰期、避免免疫反應(yīng)，使藥物酶集中輸送到靶組織制造人工腎

利用固定化脲酶透析液和活性炭一起制成的體外循環(huán)裝置，大大提高了療效第一百零八頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五酶?jìng)鞲衅鞴潭ɑ概c能量轉(zhuǎn)換器(電極、場(chǎng)效應(yīng)管、離子選擇場(chǎng)效應(yīng)管等)密切結(jié)合而成的傳感裝置應(yīng)用于臨床診斷、工業(yè)發(fā)酵過(guò)程控制、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域酶電極：應(yīng)用最廣泛。由固定化酶與各種電極密切結(jié)合的傳感裝置四、在分析測(cè)試中的應(yīng)用第一百零九頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五酶電極第一百一十頁(yè)，共一百二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、在分析測(cè)試中的應(yīng)用固定化酶柱檢測(cè)器包括固定化酶柱和檢測(cè)器兩部分，酶柱和檢測(cè)器可分