第六章-酶工程制藥課件

復(fù)習(xí)1、簡(jiǎn)述多抗、單抗制備的主要程序？2、簡(jiǎn)答鼠源抗體在免疫導(dǎo)向中存在的缺陷？3、基因工程抗體、抗體組合文庫(kù)的概念?作業(yè)：1、酶和細(xì)胞的固定化？

2、酶在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用？1精選課件ppt第六章酶工程制藥教學(xué)重點(diǎn)：

掌握固定化技術(shù)、酶的修飾、酶工程在制藥工業(yè)的應(yīng)用；了解酶特點(diǎn)及分離純化。教學(xué)難點(diǎn)：酶反應(yīng)器課時(shí)：6學(xué)時(shí)2精選課件ppt主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)酶的分離純化第三節(jié)酶和細(xì)胞的固定化第四節(jié)固定化酶和固定化細(xì)胞的反應(yīng)器第五章固定化酶產(chǎn)品介紹（自學(xué)）3精選課件ppt概述一、酶工程簡(jiǎn)介二、酶的基礎(chǔ)知識(shí)三、現(xiàn)代酶工程的主要內(nèi)容四、酶的來(lái)源和生產(chǎn)五、酶在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用4精選課件ppt第一節(jié)概述一、酶工程簡(jiǎn)介酶工程是酶學(xué)和工程學(xué)相互滲透結(jié)合、發(fā)展而形成的一門(mén)新的技術(shù)學(xué)科。它是從應(yīng)用的目的出發(fā)研究酶、應(yīng)用酶的特異催化性能，并通過(guò)工程化將相應(yīng)原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)的技術(shù)。5精選課件ppt酶工程的名稱(chēng)出現(xiàn)在20世紀(jì)20年代，主要指自然酶制劑在工業(yè)上的規(guī)模應(yīng)用。1953年，德國(guó)人提出了酶固定化技術(shù)。1969年，日本人用固定化技術(shù)拆分了DL-氨基酸。1971年，第一屆國(guó)際酶工程會(huì)議提出酶工程的主要內(nèi)容：酶的生產(chǎn)、分離純化、酶的固定化、酶及固定化的反應(yīng)器、酶和固定化酶的應(yīng)用。6精選課件ppt二、酶的基礎(chǔ)知識(shí)（一）酶是生物催化劑酶是生物細(xì)胞產(chǎn)生的、具有催化能力的生物催化劑。催化高效性專(zhuān)一性：結(jié)構(gòu)專(zhuān)一性；立體異構(gòu)專(zhuān)一性酶具有不穩(wěn)定性7精選課件ppt8（二）酶的化學(xué)本質(zhì)蛋白質(zhì)酶單純酶結(jié)合酶（全酶）=酶蛋白+輔因子輔因子輔酶與酶蛋白結(jié)合得牢固的小分子有機(jī)物。輔基與酶蛋白結(jié)合得松散的小分子有機(jī)物。金屬激活劑金屬離子作為輔助因子。8精選課件ppt9必需基團(tuán)：這些基團(tuán)若經(jīng)化學(xué)修飾使其改變，則酶的活性喪失。活性部位：酶分子中直接與底物結(jié)合，并和酶催化作用直接有關(guān)的部位。必需基團(tuán)活性部位維持酶的空間結(jié)構(gòu)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)專(zhuān)一性催化性質(zhì)9精選課件ppt三、現(xiàn)代酶工程的主要內(nèi)容：1.酶的分離純化、大批量生產(chǎn)及新酶和酶的應(yīng)用開(kāi)發(fā)；2.酶和細(xì)胞的固定化及酶反應(yīng)器的研究，包括酶?jìng)鞲衅?、反?yīng)檢測(cè)；3.酶生產(chǎn)中基因工程技術(shù)的應(yīng)用及遺傳修飾酶的研究；4.酶的分子改造和化學(xué)修飾，結(jié)構(gòu)與功能的研究；10精選課件ppt5.有機(jī)相中酶反應(yīng)的研究；6.酶的抑制劑、激活劑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究；7.抗體酶、核酸酶的研究；8.模擬酶、合成酶及酶分子的人工設(shè)計(jì)、合成研究。11精選課件ppt12四、酶的來(lái)源和生產(chǎn)（一）酶的來(lái)源

酶的生產(chǎn)目前多數(shù)直接從生物體中提取分離。非常少的是合成，基因工程。早期酶的生產(chǎn)：以動(dòng)植物為主要原料，如激肽釋放酶（胰臟）、菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶。近10年來(lái)，研究發(fā)展了動(dòng)植物組織培養(yǎng)技術(shù)，但周期長(zhǎng)、成本高。工業(yè)生產(chǎn)一般都以微生物為主要來(lái)源。12精選課件ppt13微生物生產(chǎn)酶的特點(diǎn)1.微生物種類(lèi)繁多，凡是動(dòng)植物體內(nèi)存在的酶，幾乎都年從微生物中得到；2.微生物繁殖快、生產(chǎn)周期短、培養(yǎng)簡(jiǎn)便，并可通過(guò)控制培養(yǎng)條件來(lái)提高酶的產(chǎn)量；3.微生物具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，通過(guò)各種遺傳變異的手段，能培育出新的高產(chǎn)菌株。13精選課件ppt14（二）酶的生產(chǎn)菌1、對(duì)菌種的要求：

（1）產(chǎn)酶量高、酶的性質(zhì)符合要求、最好是胞外酶；（2）不是致病菌；（3）穩(wěn)定，不易產(chǎn)生變異退化，不易感染噬菌體；（4）能利用廉價(jià)的原料，發(fā)酵周期短，易于培養(yǎng)。14精選課件ppt152、生產(chǎn)菌的來(lái)源：1）菌種保藏機(jī)構(gòu)和有關(guān)研究部門(mén)，但大量的工作應(yīng)是從自然界中分離篩選——菌樣采集、菌種分離初篩、純化、復(fù)篩和生產(chǎn)性能鑒定等。2）改良（如基因突變、基因轉(zhuǎn)移和基因克?。?。15精選課件ppt163、目前常用的產(chǎn)酶微生物E.coli：是應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)酶菌。分泌胞內(nèi)酶，經(jīng)細(xì)胞破碎分離得到。在工業(yè)上用于生產(chǎn)谷氨酸脫羧酶、天門(mén)冬氨酸酶、青霉素?；?、β-半乳糖苷酶枯草桿菌：主要用于生產(chǎn)α-淀粉酶、β-葡萄糖氧化酶、堿性磷酸脂酶。16精選課件ppt17啤酒酵母：用于釀造啤酒、酒精、飲料、面包等；曲酶（黑曲酶和黃曲酶）：主要生產(chǎn)糖化酶、蛋白酶、淀粉酶、果膠酶、葡萄糖氧化酶、氨基?；负椭久?。其他產(chǎn)酶菌：青霉菌、木霉菌、根霉菌、鏈霉菌等。17精選課件ppt五、酶在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用1.在疾病診斷方面的應(yīng)用由于酶具有專(zhuān)一性強(qiáng)、催化效率高、作用條件溫和等催化特點(diǎn)，酶學(xué)診斷已經(jīng)發(fā)展成為可靠、簡(jiǎn)便又快捷的診斷方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。酶學(xué)診斷方法：1）是根據(jù)體內(nèi)原有酶活力的變化來(lái)診斷某些疾病，2）利用酶來(lái)測(cè)定體內(nèi)某些物質(zhì)的含量，從而診斷某些疾病。18精選課件ppt①根據(jù)體內(nèi)酶活力的變化診斷疾病:一般健康人體內(nèi)所含有的某些酶的量是恒定在某一范圍的。當(dāng)人們患上某些疾病時(shí)，則由于組織、細(xì)胞受到損傷或者代謝異常而引起體內(nèi)的某種或某些酶的活力發(fā)生相應(yīng)的變化。故此，可以根據(jù)體內(nèi)某些酶的活力變化情況，而診斷出某些疾病。胰腺癌：胰蛋白酶、胰型同工酶等升高肝炎：轉(zhuǎn)氨酶升高

19精選課件ppt②用酶測(cè)定體液中某些物質(zhì)的變化診斷疾?。喝梭w在出現(xiàn)某些疾病時(shí)，由于代謝異?；蛘吣承┙M織器官受到損傷，就會(huì)引起體內(nèi)某些物質(zhì)的量或者存在部位發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)定體液中某些物質(zhì)的變化，可以快速、準(zhǔn)確地對(duì)疾病進(jìn)行診斷。酶具有專(zhuān)一性強(qiáng)、催化效率高等特點(diǎn)，可以利用酶來(lái)測(cè)定體液中某些物質(zhì)的含量變化，從而診斷某些疾病。20精選課件ppt2.在疾病治療方面的應(yīng)用-酶類(lèi)制劑

①酶可以作為藥物治療多種疾病，用于治療疾病的酶稱(chēng)為藥用酶。②藥用酶具有療效顯著，副作用小的特點(diǎn)，在疾病的治療方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。溶菌酶：抗菌消炎和鎮(zhèn)痛21精選課件ppt1）消化類(lèi)：

研究最早，是品種最多的一類(lèi)酶.在這一類(lèi)酶中主要有胃蛋白酶、胰酶、淀粉酶、纖維素酶、木瓜酶、凝乳酶、無(wú)花果酶、菠蘿酶等。健美生消化酶—幫助腸胃蠕動(dòng)22精選課件ppt2）抗炎凈創(chuàng)類(lèi)：目前在治療上發(fā)展最快，用途最廣的一種。多數(shù)是蛋白質(zhì)水解酶，分解發(fā)炎部位纖維蛋白的凝結(jié)物，消除傷口周?chē)膲木?、腐肉和碎屑。其中有些酶能夠分解膿液中的核蛋白使成?jiǎn)單的嘌呤和嘧啶，降低膿液的粘性、達(dá)到凈潔創(chuàng)口、消除癡皮、排除膿液抗炎消腫的目的。主要有胰蛋白酶、糜蛋白酶、雙鏈酶，α-淀粉酶、胰脫氧核糖核酸酶等。23精選課件ppt3）血凝和解凝類(lèi)：都是從血液中提取出來(lái)的。凝血酶的作用：促使血中纖維蛋白原變成不溶性纖維蛋白,從而促使血液凝固，防止微血管出血。例如：蛇毒抗凝酶、促凝血酶原激酶。纖維蛋白溶解酶的作用：是溶解血塊，為目前臨床上最新的一種酶制品,治療血栓靜脈炎、冠狀動(dòng)脈栓塞等。例如:東菱克栓酶抑肽酶作為肽酶抑制劑：廣泛應(yīng)用于體外循環(huán)手術(shù)，大劑量抑肽酶可明顯減少心臟外科手術(shù)后的滲血，消除因心臟外科手術(shù)后滲血而導(dǎo)致的死亡。24精選課件ppt4）解毒類(lèi)：主要作用是解除體內(nèi)或因注射某種藥物產(chǎn)生的一種有害物質(zhì)。主要品種有青霉素酶、過(guò)氧化氫酶和組織胺酶等。青霉素酶能夠分解青霉素分子（青霉噻唑）中的β一內(nèi)酰胺環(huán)，使變成青霉素銅酸，消除因注射青霉素引起的過(guò)敏反應(yīng)。

25精選課件ppt265）抗腫瘤的藥用酶：L-天冬氨酸酶是第一種用于治療白血病的酶；癌細(xì)胞缺乏天冬氨酸合成酶，自身生長(zhǎng)時(shí)不能合成天冬氨酸，L-天冬氨酸酶可以切斷外來(lái)的天冬氨酸供給。26精選課件ppt3.在藥物生產(chǎn)方面的應(yīng)用利用酶的催化作用將前體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗幬?。這方面的應(yīng)用日益增多。現(xiàn)已有不少藥物包括一些貴重藥物都是由酶法生產(chǎn)的。4.在分析檢測(cè)方面的應(yīng)用酶法檢測(cè)或酶法分析如：ELISA,免疫組織化學(xué)，Westernblot中的HRP27精選課件ppt1、細(xì)胞破碎2、酶的提取3、酶的分離方法4、酶的組合分離純化策略5、酶的濃縮、干燥與結(jié)晶第二節(jié)酶的分離純化28精選課件ppt一、酶的分離純化技術(shù)路線細(xì)胞破碎酶提取酶分離純化酶濃縮酶貯存動(dòng)物、植物或微生物細(xì)胞發(fā)酵液離心分離，過(guò)濾分離，沉淀分離，層析分離，電泳分離，萃取分離，結(jié)晶分離等。29精選課件ppt二、酶的提?。ㄒ唬┘?xì)胞破碎許多酶存在于細(xì)胞內(nèi)。為了提取這些胞內(nèi)酶，首先需要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行破碎處理。1）機(jī)械破碎2）物理破碎3）化學(xué)破碎4）酶解破碎JY92-IID超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)細(xì)胞破碎珠高壓細(xì)胞破碎機(jī)DY89-I型電動(dòng)玻璃勻漿機(jī)30精選課件ppt1.采用緩沖體系：防PH大幅度變化而失活2.添加保護(hù)劑：防活性基團(tuán)活性中心受影響3.抑制水解酶的作用：加酶抑制劑4.其他保護(hù)措施：溫度，PH，攪拌，光照，氧化等影響為了保護(hù)目的酶的生物活性，常采取下列保護(hù)措施：31精選課件ppt（二）酶的抽提提取方法使用的溶劑或溶液提取對(duì)象鹽溶液提取0.02～0.5M的鹽溶液用于提取在低濃度鹽溶液中溶解度較大的酶酸溶液提取PH2～6的水溶液用于提取在稀酸溶液中溶解度大，且穩(wěn)定性較好的酶堿溶液提取PH8～12的水溶液用于提取在稀堿溶液中溶解度大且穩(wěn)定性較好的酶有機(jī)溶劑提取可與水混溶的有機(jī)溶劑用于提取那些與脂質(zhì)結(jié)合牢固或含有較多非極性基團(tuán)的酶將酶從生物組織或細(xì)胞破碎液以溶解狀態(tài)最大限度釋放出來(lái)的過(guò)程。32精選課件ppt(三）沉淀分離沉淀分離方法分離原理

鹽析沉淀法不同蛋白質(zhì)在不同的鹽濃度條件下溶解度不同，在酶液中添加一定濃度的中性鹽，使酶或雜質(zhì)從溶液中析出沉淀等電點(diǎn)沉淀法兩性電解質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)溶解度最低，不同的兩性電解質(zhì)有不同的等電點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的pH值，使酶或雜質(zhì)沉淀析出有機(jī)溶劑沉淀法酶與其它雜質(zhì)在有機(jī)溶劑中的溶解度不同，添加一定量的某種有機(jī)溶劑，使酶或雜質(zhì)沉淀析出復(fù)合沉淀法在酶液中加入某些物質(zhì)，使它與酶形成復(fù)合物而沉淀下來(lái)選擇性變性沉淀法選擇一定的條件使酶液中存在的某些雜質(zhì)變性沉淀，而不影響所需的酶粗提物：經(jīng)細(xì)胞破碎和抽提后，得到的含目的酶的無(wú)細(xì)胞抽提物。33精選課件ppt（四）、酶的純化過(guò)濾與膜分離電泳離子交換層析34精選課件ppt第三節(jié)酶和細(xì)胞的固定化一、固定化酶的制備1、固定化酶的定義:指限制或固定于特定空間位置的酶。具體講是指經(jīng)物理或化學(xué)方法處理，使酶變成不易隨水流失即運(yùn)動(dòng)受到限制，而又能發(fā)揮催化作用的酶制劑。制備固定化酶的過(guò)程稱(chēng)為酶的固定化。固定化所采用的酶，可以是純化的酶，也可以是結(jié)合在菌體（死細(xì)胞）或細(xì)胞碎片上的酶或酶系。35精選課件ppt2、固定化酶的特點(diǎn)（1）可以多次使用，酶的穩(wěn)定性提高；（2）反應(yīng)后，酶與底物和產(chǎn)物易于分開(kāi)，產(chǎn)物中無(wú)殘留酶，易于純化。（3）反應(yīng)條件易于控制，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的連續(xù)化和自動(dòng)控制；（4）酶的利用率高，單位酶催化的底物量增加，用酶量少；（5）比水溶性酶更適合于多酶反應(yīng)。36精選課件ppt酶和細(xì)胞的固定化方法熱處理（細(xì)胞）物理吸附法共價(jià)結(jié)合法離子結(jié)合法載體結(jié)合法交聯(lián)法包埋法網(wǎng)格型微囊型3.酶的固定化方法與技術(shù)37精選課件ppt38精選課件ppt（1）載體結(jié)合法：將酶結(jié)合于不溶性載體上的固定化方法。A.物理吸附法：用物理方法將酶吸附于不溶性載體上的固定化方法?；钚蕴?多孔玻璃,樹(shù)脂等優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，可選用不同電荷和不同形狀的載體，有可能固定化和純化過(guò)程同時(shí)實(shí)現(xiàn)，酶失活后載體仍可再用。缺點(diǎn)：最適吸附酶量無(wú)規(guī)律可循，吸附量與酶活力不一定呈平行關(guān)系，酶與載體結(jié)合力不強(qiáng)，酶易于脫落，導(dǎo)致酶活下降并污染產(chǎn)物。39精選課件pptB、離子結(jié)合法：酶通過(guò)離子鍵結(jié)合于具有離子交換基的水不溶性載體上。DEAE-纖維素等優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，處理?xiàng)l件溫和，酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)和活性中心的氨基酸殘基不易被破壞。缺點(diǎn)：載體和酶的結(jié)合力弱，易受緩沖液種類(lèi)或pH的影響，離子強(qiáng)度高時(shí)，酶易脫落。40精選課件pptC、共價(jià)結(jié)合法：酶以共價(jià)鍵結(jié)合于載體上。即將酶分子上非活性部位功能團(tuán)與載體表面反應(yīng)基團(tuán)進(jìn)行共價(jià)結(jié)合的方法。優(yōu)點(diǎn)：酶與載體結(jié)合牢固，穩(wěn)定性好，不易脫落。缺點(diǎn)：反應(yīng)條件苛刻，操作復(fù)雜，反應(yīng)條件劇烈，酶易失活和產(chǎn)生空間位阻效應(yīng)。41精選課件ppt（2）交聯(lián)法：用雙功能或多功能試劑使酶與酶或細(xì)胞與細(xì)胞之間交聯(lián)的方法。交聯(lián)法交聯(lián)酶法酶與輔助蛋白交聯(lián)法吸附交聯(lián)法載體交聯(lián)法常用的交聯(lián)劑：戊二醛、雙重氮聯(lián)苯胺-2、2-二磺酸、1,5-二氟-2,4-二硝基苯。42精選課件ppt酶分子之間共價(jià)交聯(lián)和與水不溶性載體共價(jià)偶聯(lián)酶分子；（a）酶分子之間用雙功能基團(tuán)的化學(xué)交聯(lián)試劑相互交聯(lián)成水不溶性的固定化酶；（b）酶分子被偶聯(lián)到水不溶性載體上形成水不溶性的固定化酶43精選課件ppt（3）包埋法：A、網(wǎng)格型：將酶或細(xì)胞包埋在高分子凝膠細(xì)微網(wǎng)格中。常用合成高分子化合物有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、光敏樹(shù)脂。天然高分子化合物有淀粉、明膠、膠原、海藻膠、角叉菜膠，多用于固定化細(xì)胞。44精選課件pptB、微囊型：將酶或細(xì)胞包埋在高分子半透膜中。通常為直徑幾微米到幾百微米的球狀體。顆粒比網(wǎng)格型要小得多，比較有利于底物與產(chǎn)物的擴(kuò)散，但反應(yīng)條件要求高，制備成本也高。45精選課件ppt46精選課件ppt新型的酶固定化方法溫和的條件下進(jìn)行，減少酶活力損失，提高固定化效率光偶聯(lián)法：光敏性單體聚合物包埋固定化酶或帶光敏性基團(tuán)的載體共價(jià)固定化酶無(wú)載體固定化酶：直接用交聯(lián)劑交聯(lián)用交聯(lián)劑交聯(lián)溶解酶、晶體酶、物理聚集酶、和噴霧干燥酶等四種無(wú)載體酶體系，。47精選課件ppt無(wú)載體固定化酶優(yōu)點(diǎn)如下：1.催化活性高，成本低2.具備較高的催化劑比表面3.可加入多種酶4.底物擴(kuò)散受限制少5.極端條件下穩(wěn)定性高48精選課件ppt二、固定化細(xì)胞的制備1、固定化細(xì)胞：將細(xì)胞限制或定位于特定空間位置的方法稱(chēng)為細(xì)胞固定化技術(shù)。被限制或定位于特定空間位置的細(xì)胞稱(chēng)為固定化細(xì)胞，它與固定化酶同被稱(chēng)為固定化生物催化劑。固定化細(xì)胞主要利用細(xì)胞內(nèi)酶及酶系比固定化酶更普遍。如今該技術(shù)已擴(kuò)展至動(dòng)植物細(xì)胞，甚至線粒體、葉綠體及微粒體等細(xì)胞器的固定化。49精選課件ppt2、固定化細(xì)胞的特點(diǎn)為什么要固定化？——E顆粒小、難于截流或定位，而固定化細(xì)胞不僅兼具細(xì)胞特性、生物催化功能及固相催化劑特點(diǎn)。特點(diǎn)：①無(wú)需進(jìn)行酶的分離純化；②細(xì)胞保持酶的原始狀態(tài)，故酶活回收率高；③細(xì)胞內(nèi)酶比固定化酶穩(wěn)定性更高；④細(xì)胞內(nèi)酶的輔因子可以自動(dòng)再生；⑤細(xì)胞本身含多酶體系，可催化一系列反應(yīng)；⑥抗污染能力強(qiáng)。50精選課件ppt3、固定化細(xì)胞的制備技術(shù)固定化酶主要適用于細(xì)胞內(nèi)酶，底物和產(chǎn)物易于透過(guò)細(xì)胞膜，細(xì)胞內(nèi)不存在產(chǎn)物分解系統(tǒng)及其它副反應(yīng)。固定化細(xì)胞技術(shù)主要有載體結(jié)合法、包埋法、交聯(lián)法及無(wú)載體法。這些技術(shù)與前面提到的相關(guān)固定化酶的技術(shù)類(lèi)似。51精選課件ppt52

三、固定化方法的選擇依據(jù)1.固定化方法的選擇（1）固定化酶應(yīng)用的安全性：要按照藥物和食品領(lǐng)域的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)作必要的檢查。所用試劑是否有毒性和殘留。盡可能選擇無(wú)毒性試劑。（2）固定化酶在操作中的穩(wěn)定性：在選擇固定化方法時(shí)要求固定化酶在操作過(guò)程中十分穩(wěn)定，能長(zhǎng)期反復(fù)使用，在經(jīng)濟(jì)上有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。（3）固定化的成本：包括酶、載體、試劑的費(fèi)用，也包括水、電、氣、設(shè)備和勞務(wù)投資等。52精選課件ppt2、載體的選擇一般是為了工業(yè)化生產(chǎn)，因此性能好、價(jià)格便宜是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。如聚乙烯醇、卡拉膠、海藻膠等。離子交換樹(shù)脂、金屬氧化物及不銹鋼碎屑等都是有應(yīng)用前途的載體。載體的選擇要考慮底物的性質(zhì)，如當(dāng)?shù)孜餅榇蠓肿訒r(shí)，只能用可溶性固定化酶，不能用包埋型；若底物不完全溶解或黏度大，宜采用密度高的不銹鋼屑或陶瓷材料制備固定化酶，以便實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化反應(yīng)和回收固定化酶。3.常用的固定化酶載體材料（自學(xué)）53精選課件ppt四、固定化酶（細(xì)胞）的性狀和性質(zhì)

1、固定化酶的形狀（1）顆粒狀：包括酶珠、酶塊、酶片、酶粉。每種固定化方法均可制備顆粒狀，方法簡(jiǎn)單，比表面積大，轉(zhuǎn)化效率高，適用各種反應(yīng)器。如酵母酶珠。（2）纖維狀：三醋酸纖維素用適當(dāng)?shù)娜軇┤芙夂笈c酶混合，再用噴絲的方法就可制成酶纖維。比表面積大，轉(zhuǎn)化效率高，但只適用于填充床反應(yīng)器。此外，纖維酶可以織成酶布用于填充床反應(yīng)器。54精選課件ppt（3）膜狀固定化酶：可通過(guò)共價(jià)結(jié)合的方法將酶偶聯(lián)在濾膜上。也可用其他方法制膜酶。酶膜比表面積大，滲透阻力小，可用于酶電極，破碎后也可用于填充床。目前已有木瓜酶、葡萄糖氧化酶、過(guò)氧化物酶、脲酶等酶膜。（4）管狀固定化酶：又稱(chēng)酶管，利用管狀載體如尼龍、聚氯苯乙烯和聚丙烯酰胺，經(jīng)活化后與酶偶聯(lián)得酶管。酶管的機(jī)械強(qiáng)度大，切斷后可用于填充床反應(yīng)器，也可組裝成列管式反應(yīng)器。目前已制備出糖化酶、轉(zhuǎn)化酶、脲酶等酶管。55精選課件ppt2、固定化酶的性質(zhì)

（1）酶活力的變化：酶經(jīng)過(guò)固定化之后活力大都下降。其原因主要是酶活性中心的重要氨基酸與載體發(fā)生結(jié)合，酶的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或酶與底物結(jié)合時(shí)存在空間位阻效應(yīng)。包埋法中還有底物與產(chǎn)物擴(kuò)散阻力增大。

（2）酶穩(wěn)定性的變化：包括對(duì)溫度、pH、蛋白酶變性劑和抑制劑的耐受程度。固定化后，穩(wěn)定性提高，有效壽命延長(zhǎng)。其原因是限制了酶分子之間的相互作用，阻止了其自溶，增加了酶構(gòu)型的牢固程度。操作穩(wěn)定性；貯藏穩(wěn)定性；對(duì)蛋白酶的穩(wěn)定性。56精選課件ppt（3）酶學(xué)特性的變化

A、底物專(zhuān)一性：對(duì)底物的專(zhuān)一性下降。

B、最適pH：最適pH可能變大，也可能變??；pH-酶活曲線可能發(fā)生變化，其變化與酶蛋白和載體的帶電性質(zhì)有關(guān)。

C、最適溫度：一般升高。原因是固定化后空間結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。

D、最大反應(yīng)速度（Vm）：變化很小或不變。57精選課件ppt五、評(píng)價(jià)固定化酶（細(xì)胞）的指標(biāo)1.固定化酶活力測(cè)定活力回收率=固定化酶總活力/加入酶的總活力相對(duì)活力＝固定化酶總活力/（加入酶的總活力－上清液中未偶聯(lián)的酶活力）2.偶聯(lián)率及相對(duì)活力的測(cè)定58精選課件ppt第四節(jié)固定化酶和固定化細(xì)胞的反應(yīng)器用于酶進(jìn)行催化反應(yīng)的容器及其附屬設(shè)備稱(chēng)為酶反應(yīng)器。酶催化反應(yīng)過(guò)程示意圖過(guò)程調(diào)控生物反應(yīng)器

消毒原料預(yù)處理

產(chǎn)物分離提純

產(chǎn)品生物催化劑制備空氣除菌能量熱量59精選課件ppt常見(jiàn)的酶反應(yīng)器類(lèi)型（了解）按結(jié)構(gòu)區(qū)分?jǐn)嚢韫奘椒磻?yīng)器（StirredTankReactor,STR）鼓泡式反應(yīng)器(bubblecolumnreactor,BCR)填充床式反應(yīng)器(packedcolumnreactor,PCR)流化床式反應(yīng)器(FluidizedBedReactor,FBR)膜反應(yīng)器(MembraneReactor,MR)按操作方式區(qū)分分批式反應(yīng)(batch)連續(xù)式反應(yīng)(continuous)流加分批式反應(yīng)(feedingbatch)混合形式連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器（ContinuousStirredTankReactor,CSTR）分批攪拌罐反應(yīng)器（BatchStirredTankReactor,BSTR）60精選課件ppt一、反應(yīng)器的類(lèi)型和特點(diǎn)1.間歇式攪拌罐反應(yīng)器用于游離酶反應(yīng)后隨即放料。又稱(chēng)為批量反應(yīng)器。特點(diǎn)：底物與酶一次性投入反應(yīng)器內(nèi)，產(chǎn)物一次性取出；反應(yīng)完成之后，固定化酶（細(xì)胞）用過(guò)濾法或超濾法回收，再轉(zhuǎn)入下一批反應(yīng)。

61精選課件ppt優(yōu)點(diǎn)：裝置較簡(jiǎn)單，造價(jià)較低缺點(diǎn)：固定化酶經(jīng)反復(fù)回收使用時(shí)，易失去活性，故在工業(yè)生產(chǎn)中，間歇式酶反應(yīng)器很少用于固定化酶，但常用于游離酶。62精選課件ppt⒉連續(xù)流動(dòng)攪拌罐反應(yīng)器連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)出料連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器。向反應(yīng)器投入固定化酶和底物溶液，不斷攪拌，反應(yīng)達(dá)到平衡之后，再以恒定的流速連續(xù)流入底物溶液，同時(shí)，以相同流速輸出反應(yīng)液（含產(chǎn)物）。底物溶液進(jìn)口

反應(yīng)液出口

63精選課件ppt優(yōu)點(diǎn)：混合良好，各部分組成相同，并與輸出成分一致。缺點(diǎn)：攪拌漿剪切力大，易打碎磨損固定化酶顆粒。64精選課件ppt3.鼓泡式反應(yīng)器用于游離酶和固定化酶的催化反應(yīng)。在使用鼓泡式反應(yīng)器進(jìn)行固定化酶的催化反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)系統(tǒng)中存在固、液、氣三相，又稱(chēng)為三相流化床式反應(yīng)器。鼓泡式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易,剪切力小，物質(zhì)與熱量的傳遞效率高，是有氣體參與的酶催化反應(yīng)中常用的一種反應(yīng)器。例如氧化酶催化反應(yīng)需要供給氧氣，羧化酶的催化反應(yīng)需要供給二氧化碳等。

65精選課件ppt4.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)催化的反應(yīng)器噴射罐和維持罐組成一般用于耐高溫酶的催化66精選課件ppt5.膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器是將酶催化反應(yīng)與半透膜的分離作用組合在一起而成的反應(yīng)器?？梢杂糜谟坞x酶的催化反應(yīng)，也可以用于固定化酶的催化反應(yīng)。用于固定化酶催化反應(yīng)的膜反應(yīng)器是將酶固定在具有一定孔徑的多孔薄膜中，而制成的一種生物反應(yīng)器。膜反應(yīng)器可以制成平板型、螺旋型、管型、中空纖維型、轉(zhuǎn)盤(pán)型等多種形狀。常用的是中空纖維反應(yīng)器。67精選課件ppt68精選課件ppt6.填充床反應(yīng)器固定化酶添充于床層內(nèi)。反應(yīng)器內(nèi)的流體的流動(dòng)形態(tài)為平推流形。底物以恒定流速通過(guò)反應(yīng)床.69精選課件ppt優(yōu)點(diǎn)：高效率、易操作、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等，是目前工業(yè)生產(chǎn)及研究中應(yīng)用最為普遍的反應(yīng)器。它適用于各種形狀的固定化酶和不含固體顆粒、黏度不大的底物溶液，以及有產(chǎn)物抑制的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。缺點(diǎn)：傳質(zhì)系數(shù)和傳熱系數(shù)相對(duì)較低。當(dāng)?shù)孜锶芏群腆w顆?；蝠ざ群艽髸r(shí)，不宜采用填充床反應(yīng)器70精選課件ppt特點(diǎn)：底物溶液以足夠大的流速，從反應(yīng)器底部向上通過(guò)固定化酶柱床時(shí)，便能使固定化酶顆粒始終處于流化狀態(tài),達(dá)到混合的目的。7.流化床反應(yīng)器71精選課件ppt各種反應(yīng)器的示意圖72精選課件ppt各種酶反應(yīng)器的特點(diǎn)反應(yīng)器類(lèi)型適用的操作方式適用的酶特點(diǎn)攪拌罐式反應(yīng)器分批式,流加分批式連續(xù)式,游離酶固定化酶反應(yīng)比較完全，反應(yīng)條件容易調(diào)節(jié)控制。填充床式反應(yīng)器連續(xù)式固定化酶密度大，可以提高酶催化反應(yīng)的速度。在工業(yè)生產(chǎn)中普遍使用。流化床反應(yīng)器分批式流加分批式連續(xù)式固定化酶流化床反應(yīng)器具有混合均勻，傳質(zhì)和傳熱效果好，溫度和pH值的調(diào)節(jié)控制比較容易，不易堵塞，對(duì)粘度較大反應(yīng)液也可進(jìn)行催化反應(yīng)。73精選課件ppt

二.酶反應(yīng)器應(yīng)用的注意事項(xiàng)（1）保持酶反應(yīng)器的操作穩(wěn)定性：一定時(shí)間后，檢查酶活力，進(jìn)行補(bǔ)充和替換（2）保持流體的流動(dòng)方式和狀態(tài)：流動(dòng)狀態(tài)的改變，會(huì)影響酶與底物，產(chǎn)物的接觸（3）防止酶的變性失活:控制溫度，PH，金屬離子，剪切力（4）防止微生物污染：一般不必嚴(yán)格無(wú)菌操作，但底物與產(chǎn)物為營(yíng)養(yǎng)物時(shí)，需防微生物污染。74精選課件ppt措施：要求環(huán)境清潔，反應(yīng)器使用前后進(jìn)行清洗和消毒嚴(yán)格管理，經(jīng)常檢測(cè)加消毒劑等采用較高溫度和低的PH75精選課件ppt三.生產(chǎn)能力的下降及對(duì)策酶反應(yīng)器操作中，生產(chǎn)能力逐漸降低，主要原因是固定化酶活性降低或損失。造成固定化酶活性損失的原因：（1）酶本身的失活；（2）酶從載體上脫落；（3）載體的破碎或溶解。76精選課件ppt第五章固定化酶產(chǎn)品介紹(1)氨基?；福哼@是世界上第一種工業(yè)化生產(chǎn)的固定化酶，可以用于生產(chǎn)各種L-氨基酸藥物。1969年，日本田邊制藥公司將從米曲霉中提取分離得到的氨基?；福肈EAE-葡聚糖凝膠為載體通過(guò)離子鍵結(jié)合法制成固定化酶，將L