第六章酶的固定化解析讲解

酶的固定化名词解释为了更好地理解酶的固定化，我们需要先了解一些基本的概念和名词。

酶是一种生物催化剂，它能够将化学反应的速率加快数百倍，甚至几千倍。

酶能够在体内进行催化作用，但是在工业中，酶的使用通常需要将其提取出来并进行固定化处理。

酶的固定化是对酶进行处理，使其能够在固定的材料上稳定存在并进行催化作用。

将酶固定在固体支持材料（例如聚四氟乙烯、聚丙烯等）上，然后将其包装成固定化酶催化剂，可以大大提高酶的稳定性和重复使用率，从而减少了生产成本和废弃物的产生。

下面，我们来具体了解一些与酶的固定化相关的名词和概念。

一、酶的特性1、酶的亲和力酶的亲和力指的是酶与反应物之间结合的强度。

酶与反应物之间的亲和力越大，酶的催化效率就越高。

2、酶的催化效率酶的催化效率指的是在特定条件下，酶催化反应的速率。

酶的催化效率越高，酶能够催化反应的速度越快。

3、酶的稳定性酶的稳定性指的是酶在特定条件下的稳定性。

稳定的酶能够长时间地保持其催化活性，从而减少了酶失活的可能性。

二、酶的固定化方式1、吸附法吸附法是将酶分子直接吸附到固体材料表面上，例如有机树脂、硅胶、纤维素等。

吸附法具有操作简单、易于控制等优点，但其中的酶易于脱落，稳定性较差。

2、包埋法包埋法是将酶固定在聚丙烯、聚乙烯等材料中。

在制备过程中，在酶与材料之间添加辅料，或利用聚合反应构筑复合材料结构。

包埋法的优点是稳定性强，但是酶催化效率较低。

3、共价固定化共价固定化是将固体支持材料和酶分子通过化学键或其他共价键结合在一起，从而形成一种新的化合物。

共价固定化的优点是稳定性强，催化效率高，但需要复杂的制备过程和化学反应条件的严格掌控。

三、固定化酶的应用1、废水处理将固定化酶催化剂添加到废水中，可以有效地去除废水中的有害物质和污染物，从而达到净化废水的目的。

2、食品加工固定化酶催化剂可以在食品加工中发挥重要作用，例如在面包、奶酪和啤酒等食品的制备过程中，利用固定化酶催化剂进行酵素催化反应。

3、结合法选择适宜的载体，使之通过共价键或离子键与酶结合在一起的固定化方法称为结合法。

1) 离子键结合法：通过离子键使酶与载体结合的固定化方法称为离子键结合法所用载体是某些不溶于水的离子交换剂。

常用的有：DEAE-纤维素、TEAE-纤维素、DEAE-葡聚糖凝胶等。

2) 共价键结合法载体基质通常是水不溶性的，这些载体包括：(1 )天然载体：琼脂、琼脂糖、几丁质、纤维素、胶原蛋白等；(2)有机合成聚合物：聚亚胺酯、聚环氧丙烷、聚乙烯醇、尼龙等(3 )无机载体：玻璃、氧化铝、硅胶、磁铁矿、氧化镍等。

用于连接载体的酶蛋白氨基酸残基上的反应功能基团有：Asp Glu 侧链的一COOH、C-末端的一COOH ; Tyr 的苯酚基；Cys 的一SH; Lys 的&NH2、N-末端一NH2；Thr、Ser 的一OH ; His 的咪唑基。

在酶的固定化过程中，由于疏水性氨基酸通常被掩藏在酶蛋白分子的内部，所以疏水性氨基酸通常不参与形成共价键。

载体活化方法：(1 )重氮化法(2)叠氮法(3 )溴基化法(4)烷基化法等。

4、交联法借助双功能试剂使酶分子之间、酶分子之内、酶与惰性载体间进行相互交联，制成网状结构的固定化酶的方法，称为交联法。

常用的双功能试剂有戊二醛、已二胺、顺丁烯二酸酐、双偶氮联苯等。

其中戊二醛最为常用，酶表面含有不止一个一NH2,戊二醛与酶上的-NH2发生Schiff反应，形成席夫碱，形成一个复杂的酶交联网络。

交联酶法借助双功能试剂使可溶性酶分子之间发生交联作用，制成网状结构的固定化酶的方法。

可视为一种无载体的固定化方法。

如木瓜蛋白酶在0.2%酶蛋白浓度，2.3%戊二醛，pH5.2〜7.2, 0C下交联24h，可制成固定化酶。

共交联法共交联法是指酶分子在双功能试剂的作用下，与一些惰性蛋白或水不溶载体之间发生交联，可降低单纯酶分子之间交联反应所引起的活性丧失。

通常选用的惰性蛋白有牛血清蛋白、卵清蛋白、明胶、胶原蛋白、血红蛋白等。

酶的固定化技术及其应用
1 固定化酶
固定化酶（Enzyme immobilization）是指将酶物质由可溶解状态
变为固体状态，可以将活性较弱、易水解的酶，其重复利用、反应时
间长等优点而被广泛应用。

固定化酶的方法有很多，比如粒子固定化、介孔固定化、水膜固
定化、络合固定化、键合固定化和分子印迹固定化技术等等。

它们之
间的差异在于固定化酶对酶的原始活性变化情况。

2 固定化酶的应用
固定化酶除了具有重复利用、反应时间长等普遍优点外，还可以
应用于多种领域，比如医疗诊断、分析检测、药物合成、制药工业等，深受科研和工业界的重视。

固定化酶在药物合成中，用于集中化学反应、启动物料的转化，
可以有效提高反应产率，减少有害物质的排放，从而获取纯度较高的
有效成分，在药品工业中可实现大规模的批量生产，降低成本。

此外，固定化酶还可用于环境污染问题，比如某些微生物中含有
放射性元素，可使用固定化酶将其净化，解决环境污染的问题，维护
环境健康。

同时，固定化酶还有广泛的应用于食品工业、饮料工业、制糖、
乳品加工以及有机合成等领域中，为生产过程提供工艺改进和工艺优
化技术。

3 总结
固定化酶是将酶物质由可溶解状态变为固体状态，应用技术繁多，在医疗诊断、药物合成、制药工业等多个领域发挥着重要作用。

未来，随着固定化酶技术的发展，它在医药、食品、生物工程和环保等领域
的应用将更加广泛。

酶的固定化摘要：水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为不溶于水的但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。

在催化反应中以固相状态作用于底物。

关键词：固定化酶；不溶于水；包埋法；活性中心；功能基团。

正文：固定化酶（immobilized enzyme）不溶于水的酶。

是用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在水不溶性凝胶或半透膜的微囊体中制成的。

酶固定化后一般稳定性增加，易从反应系统中分离，且易于控制，能反复多次使用。

便于运输和贮存，有利于自动化生产。

固定化酶是近十余年发展起来的酶应用技术，在工业生产、化学分析和医药等方面有诱人的应用前景。

固定化酶的研究始于1910年,正式研究于20世纪60年代,70年代已在全世界普遍开展。

酶的固定化(Immobilization of enzymes)是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内,仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复利用的一类技术。

与游离酶相比,固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时,又克服了游离酶的不足之处,呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点。

固定化酶不仅在化学、生物学及生物工程、医学及生命科学等学科领域的研究异常活跃,得到迅速发展和广泛的应用,而且因为具有节省资源与能源、减少或防治污染的生态环境效应而符合可持续发展的战略要求。

固定化酶操作的注意事项1．活性中心：保护酶的催化作用，并使酶的活性中心的氨基酸基团固有的高级结构不受到损害，在制备固定化酶时，需要在非常严密的条件下进行。

2．功能基团：如游离的氨基、羧基、半胱氨酸的巯基、组氨酸的咪唑基、酪氨酸的酚基、丝氨酸和苏氨酸的羟基等，当这些功能基团位于酶的活性中心时，要求不参与酶的固定化结合。

3．酶的高级结构：要避免用高温、强酸、强碱等处理，而且有机溶剂、高浓度的盐也会使酶变性、失活，因此，操作应尽量在非常温和的条件下进行。

固定化的优点：1．不溶于水，易于与产物分离；2．可反复使用；3．可连续化生产；4．稳定性好。

酶的固定化的方案一、材料和方法1.实验材料及试剂酶，25%戊二醛溶液，带氨基的载体，考马斯亮蓝，牛血清白蛋白。

2. 主要实验仪器紫外可见光分光光度计Uv-1800，THZ一C恒温振荡器，MD200一3型电子天平PHS一3C酸度计3.酶的固定化方法1）载体的活化a 对所得的载体表面带有大量的氨基，对其进行活化处理可用于酶蛋白的共价结合。

采用戊二醛为活化试剂，使凝胶表面连接上游离的醛基。

具体方法为:将lg带氨基的载体颗粒臵于3ml、10%的戊二醛溶液中振荡24h，然后真空过滤。

所得固体用去离子水洗涤多次，干燥后即为戊二醛活化的树脂颗粒。

b大孔树脂预处理方法：称取10g树脂于锥形瓶中，用95%的乙醇浸泡24h，真空抽滤，用1L蒸馏水冲洗。

树脂依次用25mL的5%HCl和5%NaOH溶液浸泡4h后抽滤，用蒸馏水洗至中性。

抽滤后臵于4℃冰箱中干燥4h，室温保存备用。

举例：称取适量经预处理的大孔树脂于50mL锥形瓶中，加入适量磷酸缓冲液（pH7.5，0.05mol/L）和适量的酶，臵于恒温水浴振荡器中吸附一定时间后（37℃，150r/min）真空抽滤，并用100mL缓冲液冲洗载体，抽干后臵于4℃冰箱中干燥4h，并于4℃冰箱中密封保存。

2）固定化方法a 共价结合法准确称量20g戊二醛活化的树脂颗粒臵于50ml的离心管中，向其中加入体积为2ml的一定浓度的酶液(酶粉溶于pH7.0、0.03M的磷酸缓冲液)。

然后于冰浴中缓慢振荡24h。

之后离心收集固体，用相同的磷酸缓冲液洗涤固体5次以上。

b 酶聚集体包被法准确称量20g戊二醛活化的树脂颗粒臵于50ml的离心管中，向其中加入体积为2ml的一定浓度的酶液(酶粉溶于pH7.0、0.03M的磷酸缓冲液)。

然后于冰浴中缓慢振荡24h。

之后向混合液中加入0.5ml、2%的戊二醛溶液，继续振荡10h，离心收集固体。

最后用相同的磷酸缓冲液洗涤固体5次以上。

c.酶活性的测定d. 考马斯亮蓝法测定蛋白质浓度固定化时溶液中的蛋白质含量采用考马斯亮蓝染色法测定：考马斯亮蓝试剂的配制：将考马斯亮蓝 G-250 100mg 溶于 50mL 95%乙醇中，加入100mL 85%磷酸，用蒸馏水稀释至 1000mL。

酶固定化的原理
酶固定化是指将酶固定在载体上，形成酶固定化系统，用于生物催化反应。

其原理是将酶与载体通过物理或化学方法结合在一起，形成稳定的酶固定化系统，以提高酶的稳定性、重复使用性和操作性。

酶固定化的原理主要包括以下几个方面：
1. 物理方法：通过吸附、离子交换和包埋等物理方法将酶固定在载体上。

例如，将酶溶液与载体接触，通过物理吸附作用使酶附着在载体表面，形成酶固定化系统。

2. 化学方法：通过共价结合、交联和胶束等化学方法将酶固定在载体上。

例如，将酶与载体表面的功能基团发生共价键结合，形成稳定的酶固定化系统。

3. 复合方法：物理和化学方法可以结合使用，形成更稳定的酶固定化系统。

例如，先用物理方法将酶吸附在载体上，然后再进行化学修饰，增强固定效果。

酶固定化的原理主要是利用载体提供的稳定性和大面积接触酶的功能，从而增强酶的稳定性和重复使用性。

载体可以是天然的（如纤维素、凝胶等）或人工合成的（如高分子材料、纳米材料等）。

通过固定化酶，可以将其应用于工业生产中，提高反应效率，降低成本。