生物化學(xué)古練權(quán)版.ppt

1、非水溶劑中的酶促反應(yīng),有機(jī)介質(zhì)中的酶促反應(yīng)概述 有機(jī)介質(zhì)中反應(yīng)的條件 有機(jī)介質(zhì)對(duì)酶性質(zhì)的影響 有機(jī)介質(zhì)中酶催化的應(yīng)用,長期的觀點(diǎn)認(rèn)為:有機(jī)溶劑是酶的變性劑、失活劑這一傳統(tǒng)酶學(xué)思想的影響下，酶在有機(jī)介質(zhì)中催化作用的研究此前幾乎毫無進(jìn)展。這一觀點(diǎn)直到1984年，非水溶劑中酶催化的研究才取得了突破性的進(jìn)展。1984年美國Klibanov, A.M.在Science上發(fā)表了一篇關(guān)于酶在有機(jī)介質(zhì)中催化條件和特點(diǎn)的綜述。 Klibanov等的工作在僅含微量水的有機(jī)介質(zhì)(Microaqueous media)中成功地酶促合成了酯、肽、手性醇等許多有機(jī)化合物?；谘芯抗ぷ?，libanov等提出只要條件合適，酶

2、可以在非生物體系的疏水介質(zhì)中催化天然或非天然的疏水性底物和產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化，酶不僅可以在水與有機(jī)溶劑互溶體系，也可以在水與有機(jī)溶劑組成的雙液相體系，甚至在僅含微量水或幾乎無水的有機(jī)溶劑中表現(xiàn)出催化活性。這一觀點(diǎn)無疑是對(duì)酶只能在水溶液中起作用傳統(tǒng)酶學(xué)思想的挑戰(zhàn),有機(jī)介質(zhì)中的酶促反應(yīng)概述,有機(jī)相酶反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn),有利于疏水性底物的反應(yīng)。 可提高酶的熱穩(wěn)定性。 能催化在水中不能進(jìn)行的反應(yīng)。 可改變反應(yīng)平衡移動(dòng)方向。 可控制底物專一性。 可防止由水引起的副反應(yīng)。 可擴(kuò)大反應(yīng)pH值的適應(yīng)性。 酶易于實(shí)現(xiàn)固定化。 酶和產(chǎn)物易于回收。 可避免微生物污染。,有機(jī)相酶反應(yīng)具備條件,保證必需水含量。 選擇合適的酶及酶形式。

3、 選擇合適的溶劑及反應(yīng)體系。 選擇最佳pH值。,有機(jī)相酶反應(yīng)的研究進(jìn)展,超臨界流體中的酶反應(yīng) 仿水溶劑和印跡技術(shù),超臨界流體中的酶反應(yīng),指溫度和壓力均在本身的臨界點(diǎn)以上的高密度流體，具有和液體同樣的凝聚力、溶解力；然而其擴(kuò)散系數(shù)又接近于氣體，是通常液體的近百倍。,超臨界流體的有關(guān)性質(zhì),超臨界流體的P-V-T性質(zhì),所謂超臨界CO2是指純凈的CO2被加熱或壓縮到高于其臨界點(diǎn)（臨界溫度31.1，臨界壓力7.28Mpa)時(shí)的狀態(tài)。該流體具有無毒、無臭、不燃等優(yōu)點(diǎn)。 提高溶劑選擇性的基本原則 操作溫度和超臨界流體的臨界溫度接近 超臨界流體的化學(xué)選擇和待分離溶質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)接近,超臨界流體的有關(guān)性質(zhì),超臨界

4、流體萃取的應(yīng)用實(shí)例,有機(jī)相酶反應(yīng)的研究進(jìn)展,超臨界流體中的酶反應(yīng) 仿水溶劑和印跡技術(shù),仿水溶劑和印跡技術(shù),仿水溶劑體系原理 分子印跡技術(shù),仿水溶劑體系原理,可用二甲基甲酰胺（DMF），乙二醇，丙三醇等極性添加劑部分或全部替代系統(tǒng)中的輔助溶劑水，從而影響酶的活性和立體選擇性。 極性添加劑對(duì)體系的影響 對(duì)反應(yīng)體系內(nèi)水的分配影響 與蛋白質(zhì)的直接作用 對(duì)產(chǎn)物分配的影響 應(yīng)用舉例：通過適當(dāng)?shù)靥砑由倭康腄MF（二甲基酰胺），脂肪酶催化布洛芬與正丁醇酯化反應(yīng)產(chǎn)物的得率從51%提高到91%，且反應(yīng)活性也有所提高。,分子印跡技術(shù),當(dāng)枯草桿菌蛋白酶從含有競爭性抑制劑（N-Ac-Tyr-NH2）的水溶液中凍干出來后

5、，再將抑制劑除去，該酶在辛烷中催化酯化反應(yīng)的速度比不含抑制劑的水溶液中凍干出來的酶高100倍，但這樣處理的酶在水溶液中其活性與未處理的酶相同。 原理： 競爭性抑制劑誘導(dǎo)酶活性中心構(gòu)象發(fā)生變化，形成一種高活性的構(gòu)象形式，而此種構(gòu)象形式在除去抑制劑后，因酶在有機(jī)介質(zhì)中的高度剛性而得到保持。 酶蛋白分子在有機(jī)相中具有對(duì)配體的“記憶”功能。,非水溶劑中的酶促反應(yīng),有機(jī)介質(zhì)中的酶促反應(yīng)概述 有機(jī)介質(zhì)中反應(yīng)的條件 有機(jī)介質(zhì)對(duì)酶性質(zhì)的影響 有機(jī)介質(zhì)中酶催化的應(yīng)用,有機(jī)介質(zhì)中酶促反應(yīng)的條件,必需水 酶的選擇 溶劑及反應(yīng)體系的選擇 pH選擇和離子強(qiáng)度的影響,1.必需水,概念 緊緊吸附在酶分子表面，維持酶催化活性

6、所必需的最少量水。,1.必需水,影響酶反應(yīng)體系中需水含量的因素 不同酶需水量不同。 同一種酶在不同有機(jī)溶劑中需水量不同，溶劑疏水性越強(qiáng)，需水量越少,2.酶的選擇,酶種類的選擇：脂肪酶、蛋白酶、次黃嘌呤氧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶等。除與酶有關(guān)，還與酶-底物、產(chǎn)物-溶劑間關(guān)系有關(guān)。 酶形式的選擇 酶粉 例如：有人研究a-胰凝乳蛋白酶在酒精中轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)催化活性隨反應(yīng)體系中酶量的減少而顯著增加。 化學(xué)修飾酶 例如：SOD酶經(jīng)糖脂修飾后變成脂溶性，它對(duì)溫度、pH、蛋白酶水解的穩(wěn)定性均高于天然SOD。 固定化酶 把酶吸附在不溶性載體上（如硅膠、硅藻土、玻璃珠等）制成固定化酶，其對(duì)抗有機(jī)介質(zhì)變性的能

7、力、反應(yīng)速度、熱穩(wěn)定性等都可提高。,3.溶劑及反應(yīng)體系的選擇,水溶性有機(jī)溶劑：甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、甘油、丙酮、乙晴等 水不溶性的有：石油醚、己烷、庚烷、苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、乙醚、戊醚等 酶促反應(yīng)有機(jī)介質(zhì)體系： 單相共溶劑體系（水/水溶性有機(jī)熔劑） 兩相體系（水/水不溶性有機(jī)溶劑） 低水有機(jī)溶劑體系（有機(jī)溶劑體系） 反膠束體系,反膠束體系概念和表面活性劑,反膠束體系概念 表面活性劑分散于連續(xù)有機(jī)相中自發(fā)形成的納米尺度的一種聚集體。反膠束溶液是透明的熱力學(xué)穩(wěn)定的系統(tǒng)。 表面活性劑：表面活性劑是由親水憎油的極性基團(tuán)和親油憎水的非極性基團(tuán)兩部分組成的兩性分子。在有機(jī)相酶反應(yīng)中用得最多的是陰

8、離子表面活性劑：AOT(AerosolOT)，其化學(xué)名為丁二酸-2-乙基酯磺酸鈉。,有機(jī)溶劑影響酶催化的方式,有機(jī)溶劑能通過直接與酶相互作用引起抑制或失活 增大酶反應(yīng)的活化能來降低酶反應(yīng)速度。 降低中心內(nèi)部極性并加強(qiáng)底物與酶之間形成的氫鍵，使酶活性下降。 酶三級(jí)結(jié)構(gòu)變化，間接改變酶活性中心結(jié)構(gòu)影響失活。 有機(jī)溶劑與擴(kuò)散的底物或產(chǎn)物相互作用而影響酶活 有機(jī)溶劑直接與酶附近的必需水相互作用,4.pH選擇和離子強(qiáng)度的影響,pH選擇：在有機(jī)溶劑的環(huán)境中，不會(huì)發(fā)生質(zhì)子化及脫質(zhì)子化的現(xiàn)象。酶在水相的pH值可在有機(jī)相中保持，同一種酶不同來源，對(duì)pH值敏感程度大不相同。 離子強(qiáng)度影響：隨凍干時(shí)用的緩沖溶液離子

9、強(qiáng)度增大，酶活會(huì)增大。,非水溶劑中的酶促反應(yīng),有機(jī)介質(zhì)中的酶促反應(yīng)概述 有機(jī)介質(zhì)中反應(yīng)的條件 有機(jī)介質(zhì)對(duì)酶性質(zhì)的影響 有機(jī)介質(zhì)中酶催化的應(yīng)用,有機(jī)介質(zhì)對(duì)酶性質(zhì)的影響,穩(wěn)定性 活性 專一性 反應(yīng)平衡方向,1.穩(wěn)定性,熱穩(wěn)定性提高和儲(chǔ)存穩(wěn)定性提高 結(jié)論：在低水有機(jī)溶劑體系中，酶的穩(wěn)定性與含水量密切相關(guān)；一般在低于臨界含水量范圍內(nèi)，酶很穩(wěn)定；含水量超出臨界含水量后酶穩(wěn)定性隨含水量的增加而急劇下降。,2.活性,剛-柔并存 剛性：生物大分子結(jié)構(gòu)的精確性 柔性：生物大分子局部區(qū)域具有一定的可運(yùn)動(dòng)性。 （1）單相共溶劑體系中，有機(jī)溶劑對(duì)酶活性影響 有機(jī)溶劑直接作用于酶。 有些酶的活性會(huì)隨著某些有機(jī)溶劑濃度升

10、高而增大，在某一濃度（最適濃度）達(dá)到最大值；若濃度再升高，則活性下降。 （2）低水有機(jī)溶劑體系中，大部分酶活性得以保存，但也有某些酶活性亦變化。 例 有人對(duì)吸附在不同載體上的胰凝乳蛋白酶或乙酸脫氫酶在各種水活度下的酶活性研究表明，酶活性隨水活度大小而變化，在一定水活度下，酶活性隨載體不同而變化。,2.活性,（3）在反向微團(tuán)體系中，微團(tuán)效應(yīng)使某些酶活性增加 超活性：凡是高于水溶液中所得酶活性值的活性稱為超活性（Super-activity）。 認(rèn)為： 超活性是由圍繞在酶分子外面的表面活性劑這一外殼之較大剛性所引起。 根據(jù) ： 微團(tuán)水化程度（W）（W=H2O/表面活性劑）的最佳值和酶活性的最大值呈

11、正相關(guān) W值最佳時(shí)，微團(tuán)內(nèi)徑總是相當(dāng)于被包裹的酶分子直徑,3.專一性,某些有機(jī)介質(zhì)可能使某些酶的專一性發(fā)生變化，這是酶活性中心構(gòu)象剛性增強(qiáng)的結(jié)果。 有些在水中不能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)途徑，在有機(jī)介質(zhì)中卻成為主導(dǎo)反應(yīng)。,酶活性喪失的可能原因,4.反應(yīng)平衡方向,非水溶劑中的酶促反應(yīng),有機(jī)介質(zhì)中的酶促反應(yīng)概述 有機(jī)介質(zhì)中反應(yīng)的條件 有機(jī)介質(zhì)對(duì)酶性質(zhì)的影響 有機(jī)介質(zhì)中酶催化的應(yīng)用,有機(jī)介質(zhì)中酶催化的應(yīng)用,手性藥物的拆分,概念： 手性化合物是指化學(xué)組成相同，而其立體結(jié)構(gòu)互為對(duì)映體的兩種異構(gòu)體化合物。 手性藥物兩種對(duì)映體的藥效差異 一種有顯著療效，另一種有療效弱或無效 一種有顯著療效，另一種有毒副作用 兩種對(duì)映體的

12、藥效相反 兩種對(duì)映體具有各自不同的藥效 兩種消旋體的作用具有互補(bǔ)性,手性藥物的拆分方法,分為：非生物法、生物法 非生物法（機(jī)械分離法、形成和分離對(duì)映體異構(gòu)法、色譜分離法、動(dòng)力學(xué)拆分） 生物拆分法原理 實(shí)質(zhì)即兩個(gè)對(duì)映體競爭酶的同一個(gè)活性中心位置，兩者的反應(yīng)速率不同，產(chǎn)生選擇性，從而使反應(yīng)產(chǎn)物具有光學(xué)活性。 青霉素?；讣捌浯呋饔茫豪闷涞孜飳Ｒ恍约皩?duì)映體的選擇性進(jìn)行光學(xué)異構(gòu)體的合成與拆分。,2、手性高分子聚合物的制備 (1) 可生物降解的聚酯的合成 (2) 糖脂的合成 3、酚樹脂的合成 如辣根過氧化物酶在二氧六環(huán)與水混溶的均一介質(zhì)體系中，可以催化苯酚等酚類物質(zhì)聚合，生成酚類聚合物。 4、導(dǎo)電有

13、機(jī)聚合物的合成 如辣根過氧化物酶可以在與水混溶的有機(jī)介質(zhì)（如丙酮、乙醇、二氧六環(huán)等）中，催化苯胺聚合生成聚苯胺。 5、發(fā)光有機(jī)聚合物的合成 如辣根過氧化物酶可以在有機(jī)介質(zhì)中催化對(duì)苯基苯酚合成聚對(duì)苯基苯酚，將這種聚合物制成二極管，可以發(fā)出藍(lán)光。 6、食品添加劑的生產(chǎn) 如利用芳香醛脫氫酶生成香蘭素。 7、甾體轉(zhuǎn)化 如可的松轉(zhuǎn)化為氫化可的松的酶促反應(yīng)，在水-乙酸丁酯或水-乙酸乙酯組成的系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)化率高達(dá)100%和90%。 8、生物能源 如生物柴油。,有機(jī)溶劑中的酶促反應(yīng),C-O鍵的形成 C-N鍵的反應(yīng)，肽的合成 C-C鍵的形成 還原反應(yīng) 氧化反應(yīng) 異構(gòu)化反應(yīng) C-X的反應(yīng)鹵化反應(yīng),C-O鍵的形成,酯

14、類：酯酶和脂肪酶可催化酯合成反應(yīng)、轉(zhuǎn)酯反應(yīng)和酸酐水解反應(yīng)。 環(huán)氧化合物 糖苷鍵的水解和形成 加氧氧化反應(yīng),酯合成反應(yīng),轉(zhuǎn)酯反應(yīng),酸酐水解,環(huán)氧化合反應(yīng),糖的焦磷酸化，糖的異構(gòu)化,糖的衍生物,醇解,加氧氧化反應(yīng),有機(jī)溶劑中的酶促反應(yīng),C-O鍵的形成 C-N鍵的反應(yīng)，肽的合成 C-C鍵的形成 還原反應(yīng) 氧化反應(yīng) 異構(gòu)化反應(yīng) C-X的反應(yīng)鹵化反應(yīng),C-N鍵的反應(yīng)，肽的合成,有機(jī)溶劑中的酶促反應(yīng),C-O鍵的形成 C-N鍵的反應(yīng)，肽的合成 C-C鍵的形成 還原反應(yīng) 氧化反應(yīng) 異構(gòu)化反應(yīng) C-X的反應(yīng)鹵化反應(yīng),C-C鍵的形成,羥醛反應(yīng) 酮醛和羥醛轉(zhuǎn)移反應(yīng) 醛縮合反應(yīng) 乙酰輔酶A參與的C-C鍵構(gòu)成反應(yīng) 醛加

15、成反應(yīng),（1）羥醛反應(yīng),（2）酮醛和羥醛轉(zhuǎn)移反應(yīng),（3）醛縮合反應(yīng),（4）乙酰輔酶A參與的C-C鍵構(gòu)成反應(yīng),（5）醛加成反應(yīng),有機(jī)溶劑中的酶促反應(yīng),C-O鍵的形成 C-N鍵的反應(yīng)，肽的合成 C-C鍵的形成 還原反應(yīng) 氧化反應(yīng) 異構(gòu)化反應(yīng) C-X的反應(yīng)鹵化反應(yīng),還原反應(yīng),有機(jī)溶劑中的酶促反應(yīng),C-O鍵的形成 C-N鍵的反應(yīng)，肽的合成 C-C鍵的形成 還原反應(yīng) 氧化反應(yīng) 異構(gòu)化反應(yīng) C-X的反應(yīng)鹵化反應(yīng),氧化反應(yīng),（1）C-H, C=C 氧化 （2）醇氧化 （3）苯酚氧化 （4）羧酸氧化 （5）C-N氧化,（） C-H, C=C 氧化,（） 醇氧化,（3）苯酚氧化,（） 羧酸氧化,（5）C-N氧化

16、,有機(jī)溶劑中的酶促反應(yīng),C-O鍵的形成 C-N鍵的反應(yīng)，肽的合成 C-C鍵的形成 還原反應(yīng) 氧化反應(yīng) 異構(gòu)化反應(yīng) C-X的反應(yīng)鹵化反應(yīng),異構(gòu)化反應(yīng),有機(jī)溶劑中的酶促反應(yīng),C-O鍵的形成 C-N鍵的反應(yīng)，肽的合成 C-C鍵的形成 還原反應(yīng) 氧化反應(yīng) 異構(gòu)化反應(yīng) C-X的反應(yīng)鹵化反應(yīng),C-X的反應(yīng)鹵化反應(yīng),酶工程,酶工程的定義 化學(xué)酶工程 固定化酶 生物酶工程 酶工程的應(yīng)用范圍,酶工程的定義,酶工程即利用酶的催化作用，在一定的生物反應(yīng)器中，將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成所需的產(chǎn)品。 酶工程是現(xiàn)代酶學(xué)理論與化工技術(shù)的交叉技術(shù)，它的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)等領(lǐng)域。,酶工程,酶工程主要研究酶的生產(chǎn)、

17、純化、固定化技術(shù)、酶分子結(jié)構(gòu)的修飾和改造以及在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和理論研究等方面的應(yīng)用。酶工程主要采用兩種方法。一是化學(xué)酶工程，即通過對(duì)酶的化學(xué)修飾或固定化處理，改善酶的性質(zhì)以提高酶的效率和減低成本，甚至通過化學(xué)合成法制造人工酶；另一種是生物酶工程，即用基因重組技術(shù)生產(chǎn)酶以及對(duì)酶基因進(jìn)行修飾或設(shè)計(jì)新基因，從而聲查性能穩(wěn)定，具有新的生物活性及催化效率更高的酶。因此酶工程可以說是把酶學(xué)基本原理與化學(xué)工程技術(shù)及重組技術(shù)有機(jī)結(jié)合而形成的新型應(yīng)用技術(shù)。,酶工程,酶工程的定義 化學(xué)酶工程 固定化酶 生物酶工程 酶工程的應(yīng)用范圍,化學(xué)酶工程,1天然酶 工業(yè)用酶制劑大多是通過微生物發(fā)酵而獲得的粗酶，價(jià)格低，應(yīng)用

18、方式簡單，產(chǎn)品種類少，使用范圍窄。例如洗滌劑、皮革生產(chǎn)等用的蛋白酶；紙張制造、棉布退漿等用的淀粉酶；漆生產(chǎn)用的多酚氧化酶；乳制品中的凝乳酶等。天然酶的分離純化隨著各種層析技術(shù)及電泳技術(shù)的發(fā)展，得到長足的進(jìn)展，目前醫(yī)藥及科研用酶多數(shù)是從生物材料中分離純化得到的。,化學(xué)酶工程,2化學(xué)修飾酶 通過對(duì)酶分子的化學(xué)修飾可以改善酶的性能，以適用于醫(yī)藥的應(yīng)用及研究工作的要求。化學(xué)修飾的途徑，可以通過對(duì)酶分子表面進(jìn)行修飾，也可對(duì)酶分子內(nèi)部進(jìn)行修飾。主要方法有： 酶功能基修飾：通過對(duì)酶功能基的化學(xué)修飾提高酶的穩(wěn)定性和活性。例如將-胰凝乳蛋白酶表面的氨基修飾成親水性更強(qiáng)的-NHCH2COOH，可使酶抗不可逆熱失活

19、的穩(wěn)定性在60時(shí)提高了1000倍。 交聯(lián)反應(yīng)：用某些雙功能試劑能使酶分子間或分子內(nèi)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而改變酶的活性或穩(wěn)定性。例如將人-半乳糖苷酶A經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)修飾后，其酶活性比天然酶穩(wěn)定，對(duì)熱變性與蛋白質(zhì)水解的穩(wěn)定性也明顯增加。若將兩種大小、電荷和生物功能不同的藥用酶交聯(lián)在一起，則有可能在體內(nèi)將這兩種酶同時(shí)輸送到同一部位，提高藥效。 大分子修飾：可溶性高分子化合物如肝素、葡聚糖、聚乙二醇等可修飾酶蛋白側(cè)鏈，提高酶的穩(wěn)定性，改變酶的一些重要性質(zhì)。如-淀粉酶與葡聚糖結(jié)合后熱穩(wěn)定性顯著增加，在65結(jié)合酶的半衰期為63min，而天然酶的半衰期只有2.5min。,酶工程,酶工程的定義 化學(xué)酶工程 固定化酶 生物

20、酶工程 酶工程的應(yīng)用范圍,固定化酶,固定化酶（immobilized enzyme），是用物理或化學(xué)方法處理水溶性的酶使之變成不溶于水或固定于固相載體的但仍具有酶活性的酶衍生物。在催化反應(yīng)中，它以固相狀態(tài)作用于底物，反應(yīng)完成后，容易與水溶性反應(yīng)物分離，可反復(fù)使用。固定化酶不但仍具有酶的高度專一性和高催化效率的特點(diǎn)，且比水溶性酶穩(wěn)定，可較長期使用，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。將酶制成固定化酶，作為生物體內(nèi)的酶的模擬，可有助于了解微環(huán)境對(duì)酶功能的影響。 固定化酶在文獻(xiàn)中曾用水不溶酶、不溶性酶、固相酶、結(jié)合酶、固定酶、酶樹脂及載體結(jié)合酶等名稱。 酶的催化反應(yīng)依賴于它的活性部位的完整性，因此在固定某一酶時(shí)必須

21、選擇適當(dāng)條件，使其活性部位的基因不受影響，并避免高溫、強(qiáng)酸及強(qiáng)堿等條件，不使蛋白質(zhì)變性。,固定化酶,載體結(jié)合法：最常用的是共價(jià)結(jié)合法，即酶蛋白的非必需基團(tuán)通過共價(jià)鍵和載體形成不可逆的連接。在溫和的條件下能偶聯(lián)的蛋白質(zhì)基團(tuán)包括：氨基、羧基、半胱氨酸的巰基、組氨酸的咪唑基、酪氨酸的酚基、絲氨酸和蘇氨酸的羥基。參加和載體共價(jià)結(jié)合的基團(tuán)，不能是酶表現(xiàn)活力所必需的基團(tuán)。 交聯(lián)法：依靠雙功能團(tuán)試劑使酶分子之間發(fā)生交聯(lián)凝集成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使之不溶于水從而形成固定化酶。常采用的雙功能團(tuán)試劑有戊二醛、順丁烯二酸酐等。酶蛋白的游離氨基、酚基、咪唑基及巰基均可參與交聯(lián)反應(yīng)。 包埋法：酶被裹在凝膠的細(xì)格子中或被半透性的聚

22、合物膜包圍而成為格子型和微膠囊型兩種。包埋法制備固定化酶除包埋水溶性酶外還常包埋細(xì)胞，制成固定化細(xì)胞，例如可用明膠及戊二醛包埋具有青霉素?；富盍Φ木w，工業(yè)上用于生產(chǎn)6-氨基青霉烷酸。 酶經(jīng)過固定化后,比較能耐受溫度及pH的變化，最適pH往往稍有移位,對(duì)底物專一性沒有任何改變，實(shí)際使用效率提高幾十倍（如 5-磷酸二酯酶的工業(yè)應(yīng)用）甚至幾百倍,固定化酶,固定化酶的形式多樣，可制成機(jī)械性能好的顆粒裝成酶柱用于連續(xù)生產(chǎn)；或在反應(yīng)器中進(jìn)行批式攪拌反應(yīng)；也可制成酶膜、酶管等應(yīng)用于分析化學(xué)；又可制成微膠囊酶，作為治療酶應(yīng)用于臨床。現(xiàn)在又有人用酶膜（包括細(xì)胞、組織、微生物制成的膜）與電、光、熱等敏感的元件

23、組成一種裝置稱生物傳感器，用于測定有機(jī)化合物和發(fā)酵自動(dòng)控制中信息的傳遞及環(huán)境保護(hù)中有害物質(zhì)的檢測。最常用的是酶膜與離子選擇電極組成的生物傳感器，例如脲傳感器是由固定化脲酶、固定化硝化菌及氧電極組成，脲經(jīng)脲酶分解成氨及二氧化碳，氨又繼續(xù)被硝化菌氧化，總耗氧量則通過氧電極反映出電流的變化，用以計(jì)算脲的含量。,酶工程,酶工程的定義 化學(xué)酶工程 固定化酶 生物酶工程 酶工程的應(yīng)用范圍,生物酶工程,生物酶工程是在化學(xué)酶工程基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是以酶學(xué)和DNA重組技術(shù)為主的現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。因此它亦可稱為高級(jí)酶工程。 自從70年代初DNA重組技術(shù)問世以來，把酶學(xué)推進(jìn)到一個(gè)十分重要的發(fā)展時(shí)期，使

24、它的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究領(lǐng)域發(fā)生著巨大的革命性變化，產(chǎn)生了生物酶工程。 生物酶工程主要包括三個(gè)方面：(1)用DNA重組技術(shù)(即基因工程技術(shù))大量地生產(chǎn)酶(克隆酶)；(2)對(duì)酶基因進(jìn)行修飾，產(chǎn)生遺傳修飾酶(突變酶)；(3)設(shè)計(jì)新的酶基因，合成自然界不曾有過的、性能穩(wěn)定、催化效率更高的新酶。,酶基因的克隆和表達(dá)技術(shù)的應(yīng)用使我們有可能克隆各種天然的蛋白基因或酶基因。先在特定的酶的結(jié)構(gòu)基因前加上高效的啟動(dòng)基因序列和必要的調(diào)控序列，再將此片段克隆到一定的載體中，然后將帶有特定酶基因的上述雜交表達(dá)載體轉(zhuǎn)化到適當(dāng)?shù)氖荏w細(xì)菌中，經(jīng)培養(yǎng)繁殖，再從收集的菌體中分離得到大量的表達(dá)產(chǎn)物我們所需要的酶。一些來自于人體的酶

25、制劑，如治療血栓栓塞病的尿激酶原，就可以用此法取代從大量的人尿中的提取。此外還有組織纖溶酶原激活劑(TPA)與凝乳酶等一百多種酶的基因已經(jīng)克隆成功，其中一些還已進(jìn)行了高效的表達(dá)。此法產(chǎn)生出大量的酶，并易于提取分離純化。,近幾年興起的另一個(gè)新研究領(lǐng)域：酶的選擇性遺傳修飾，即酶基因的定點(diǎn)突變。研究者們在分析氨基酸序列弄清酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)及X線衍射分析弄清酶的空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，再在由功能推知結(jié)構(gòu)或由結(jié)構(gòu)推知功能的反復(fù)推敲下，設(shè)計(jì)出酶基因的改造方案，確定選擇性遺傳修飾的修飾位點(diǎn)。現(xiàn)在人們已掌握技術(shù)，所以只要有遺傳設(shè)計(jì)藍(lán)圖，就能人工合成出所設(shè)計(jì)的酶基因。酶遺傳設(shè)計(jì)的主要目的是創(chuàng)制優(yōu)質(zhì)酶，用于生產(chǎn)昂貴特殊的藥品和超自然的生物制品，以滿足人類的特殊需要。,需要改善的酶學(xué)性質(zhì)包括：對(duì)熱、氧化劑、非水溶劑的穩(wěn)定性；對(duì)蛋白水解作用的敏感性；免疫原性；最適pH、離子強(qiáng)度及溫度；催化效率；對(duì)底物和輔助因子的專一性與親合力；反應(yīng)的主體化學(xué)選擇性；催化效率；別構(gòu)效應(yīng)；反饋抑制；多功能性；在純化或固定化過程中酶的功能和理化性質(zhì)等。目前的關(guān)鍵問題在于如何