酶的固定化及在醫(yī)藥中的應(yīng)用

固定化酶及在醫(yī)藥中的應(yīng)用1aContents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42a酶工程簡介

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，并通過工程化將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)的技術(shù)3a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，原料以動植物為主1953年，GrubhogerSchleith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(jìn)行固定，產(chǎn)生了固定化酶技術(shù)。4a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?；讣夹g(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(yīng)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(yīng)用

確定固定化酶（ImmobilizedEnzyme）統(tǒng)一名稱5a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(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)谷氨酸固定化原生質(zhì)體6a固定化酶固定化酶(ImmobilizedEnzyme）：通過物理的或化學(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，但能使酶充分發(fā)揮催化作用水溶性酶水不容性的載體固定化酶固定化技術(shù)7a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(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8a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(yīng)酶反應(yīng)過程可以嚴(yán)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1234優(yōu)點9a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.10a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11a載體結(jié)合法共價結(jié)合法離子結(jié)合法物理吸附法12312a物理吸附法通過氫鍵、疏水作用和π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(fù)使用缺點：物理吸附結(jié)合能力弱，酶與載體結(jié)合不牢固易脫落13a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，14a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(xì)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(yīng)條件苛刻，操作復(fù)雜，可能會破壞酶的活性中心15a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、雙偶氮苯等酶雙功能劑優(yōu)點：結(jié)合牢固，可以長時間使用缺點：因交聯(lián)反應(yīng)激烈，酶分子多個基團(tuán)被交聯(lián)，酶活損失大，顆粒較小，使用不便16a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：網(wǎng)格型（凝膠包埋法）；微囊型（微囊化法）17a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SephadexA200瓊脂對氨基苯纖維素聚丙烯酰胺尼龍多孔玻璃珠18a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)具備良好的機械強度、熱穩(wěn)定性、化學(xué)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(xué)改性以共價鍵合方式制備固定化酶19a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(fù)載量20a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21a應(yīng)用環(huán)境保護(hù)食品工業(yè)醫(yī)藥生物傳感器22a

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

反應(yīng)酶DL-氨基酸→D-氨基酸+L-氨基酸氨基?；副椒?丙酮酸+NH3→L-酪氨酸-酪氨酸酶吲哚+丙酮酸+醋酸銨→色氨酸色氨酸酶DL-苯乙內(nèi)酰脲→D-苯甘氨酸乙內(nèi)酰脲酶DL-5-對羥基苯乙內(nèi)酰脲→D-對羥基苯甘氨酸乙內(nèi)酰脲酶23a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E13.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24a固定化酶及其相應(yīng)產(chǎn)品25a展望酶固定化技術(shù)已在食品工業(yè)、精細(xì)化