酶固定化

多媒体教学参考资料/备课资料
酶的固定化方法
酶的固定化方法不下百种，归纳起来大致可以分为三类，即载体结合法、交联法和包埋法。

载体结合法是指将酶固定到非水溶性载体上的方法。

根据固定方式的不同，这种方法又可以分为物理吸附法、离子结合法和共价结合法。

物理吸附法是指将酶吸附到固体吸附剂表面的方法，固体吸附剂多为活性碳、多孔玻璃等。

离子结合法是指通过离子键将酶结合到具有离子交换基团的非水溶性载体上的方法，载体有离子交换树脂等。

共价结合法是指酶和载体以共价键的形式结合在一起的方法，这种方法需要酶和载体都具有氨基、羧基或羟基等官能团。

交联法是指通过双功能试剂，将酶和酶联结成网状结构的方法。

交联法使用的交联剂是戊二醛等水溶性化合物。

包埋法是指将酶包裹在多孔的载体中，如将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中，或包裹在硝酸纤维素等半透性高分子膜中。

前者包埋成格子型，后者包埋成微胶囊型。

清华同方教育技术研究院。

酶的固定化
酶的固定化是将活性酶和不溶性物质或其他支架结合到一起，使酶的活性能够稳定地保持，并且具有较高的活性。

酶的固定化主要应用于分子生物学、生物工程和生物分析等多个领域，具有提高效率、方便操作的优势。

常用的酶固定化方法包括疏水键结合、静电结合、covalent bond结合和特异性结合等。

疏水键结合可以将酶和支架表面上带有疏水基团的物质结合起来，当改变温度、pH、离子浓度和复杂度时，这种结合可能会发生改变。

静电结合将酶和带有电荷的支架结合起来，它的稳定性受温度、pH、离子浓度和复杂度的影响较小。

而covalent bond结合则是将酶和支架通过有机化学反应结合起来，结合强度较大，但同时又比较复杂。

特异性结合则是将酶和特异性结合剂结合起来，这种结合可以确保酶的稳定性。

固定化酶是将酶固定在载体上，形成固定化酶催化系统的过程。

通过固定化，可使酶的活性和稳定性得到提高，并能够重复使用。

常用的固定化酶方法包括吸附法、共价连接法、包埋法和交联法等。

1. 吸附法：利用载体表面与酶相互吸附的原理将酶固定在载体表面。

常用的载体包括硅胶、纤维素、聚丙烯酰胺凝胶等。

2. 共价连接法：通过将酶分子与载体分子之间的化学键共价连接，在载体表面上固定酶。

常用的共价连接剂包括辛二酸二酐、戊二酸二酐等。

3. 包埋法：将酶包裹在聚合物中，在聚合物内部形成微观环境，保护酶免受外界环境的影响。

常用的包埋材料包括明胶、蛋白质和聚乙烯醇等。

4. 交联法：将酶和载体分子之间形成交联结构，将酶牢固地固定在载体表面上。

常用的交联剂包括戊二醛、葡萄糖等。

固定化酶在生物技术、食品工业、医药工业等领域有着广泛的应用。

其中，利用固定化酶在生物技术领域中最为突出。

例如，固定化酶可以应用于产生大量纯度高的特定酶，用于DNA重组、制备抗体和识别特定分子等。

此外，在医药工业中也广泛使用固定化酶，如利用固定化酶制备药物、检测生物标志物等方面。

在食品工业中，固定化酶可用于生产乳制品、果汁、啤酒等食品中。

总之，固定化酶是一种重要的生物技术手段，具有广泛应用前景，可推动生物技术、食品工业、医药工业等领域的发展。

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。

酶固定化工艺优劣的评价
酶固定化是一种将酶固定在载体材料上并形成酶固定化系统的工艺。

酶固定化工艺具有以下优势和劣势：
优势：
1. 提高酶的稳定性：酶固定化可以使酶更加稳定，不易受到环境因素的影响，如温度、pH值的变化等。

2. 增强酶的重复使用能力：酶固定化可以使酶在重复使用过程中更加稳定，延长其使用寿命。

3. 方便操作和分离：通过酶固定化，酶可以与载体材料牢固地结合，方便在反应后进行分离和回收，减少后续处理的复杂性。

4. 可控制的反应条件：通过酶固定化，可以更好地控制反应条件，提高反应的效率和产物的纯度。

5. 降低生产成本：酶固定化可以降低酶的使用量，减少酶的损失，从而降低生产成本。

6. 适用广泛：酶固定化可以适用于不同类型的酶和不同的反应系统。

劣势：
1. 固定化过程的复杂性：酶固定化的过程较为复杂，需要选择合适的载体材料、固定化方法和条件等。

2. 酶固定化后的活性损失：酶固定化可能会导致酶的活性损失，使得固定化酶的催化效率降低。

3. 物质传递限制：酶固定化后，底物和产物在固定化载体和酶之间的传递存在一定的限制，影响反应速率。

4. 载体材料的稳定性：一些载体材料可能在反应条件下发生分解或破坏，影响酶的稳定性和固定化效果。

5. 当前技术的限制：目前酶固定化技术仍然存在一些局限性，如固定化效果不稳定、固定化酶的寿命较短等。

总体来说，酶固定化工艺具有许多优势，但也存在一些劣势。

综合考虑，酶固定化工艺的应用还需要根据具体的实际情况来评估和选择。

酶的固定化方法及优缺点以酶的固定化方法及优缺点为标题，本文将详细介绍酶的固定化方法以及各种方法的优缺点。

一、酶的固定化方法1. 物理吸附法：将酶直接吸附在固体载体表面，如活性炭、硅胶等。

这种方法简单易行，不需要化学反应，但酶容易失活和流失。

2. 共价键结合法：通过化学手段将酶共价键结合在载体表面，常用的方法包括交联、酯化、酰胺化等。

这种方法能够稳定地固定酶，但可能会影响酶的活性和稳定性。

3. 包埋法：将酶包裹在多孔载体中，如凝胶、微胶囊等。

这种方法能够保护酶免受外界环境的影响，但可能会降低酶的反应速率。

4. 共聚物法：利用聚合物将酶固定在载体上，如聚丙烯酰胺凝胶、聚乙烯醇等。

这种方法可以提高酶的稳定性和反应速率，但可能会影响酶的活性。

二、各种固定化方法的优缺点1. 物理吸附法的优点是操作简单、成本低廉，但缺点是酶容易失活和流失，固定效果不稳定。

2. 共价键结合法的优点是能够稳定地固定酶，固定效果较好，但缺点是可能会影响酶的活性和稳定性。

3. 包埋法的优点是能够保护酶免受外界环境的影响，固定效果较稳定，但缺点是可能会降低酶的反应速率。

4. 共聚物法的优点是可以提高酶的稳定性和反应速率，固定效果较好，但缺点是可能会影响酶的活性。

在实际应用中，选择适合的固定化方法需要考虑多个因素，如酶的特性、反应条件、载体的稳定性和成本等。

不同的固定化方法适用于不同的酶和反应条件。

例如，对于温度敏感的酶，可以选择物理吸附法或包埋法；对于活性较强的酶，可以选择共价键结合法或共聚物法。

总结起来，酶的固定化方法有物理吸附法、共价键结合法、包埋法和共聚物法等。

每种方法都有其优缺点，选择适合的固定化方法需要综合考虑多个因素。

通过固定化方法，可以提高酶的稳定性、反应速率和重复使用性，从而在酶工业和生物催化领域具有广泛的应用前景。

酶生物传感器中酶的固定化技术
酶生物传感器中的酶固定化技术是一种利用酶作为生物传感器的关键技术，可以将酶固定在传感器上，使得检测信号可以被有效地检测。

这一技术可以大大减少传感器中应用酶的成本，提升检测精度和灵敏度。

酶固定化技术是用来把酶固定在传感器上的一种技术，它使酶能够更加稳定的存在，也能够更好的发挥它的功能。

主要的酶固定化技术有以下几种：
1、固定化技术：通常使用交联剂、硅胶涂层等技术将酶固定在传感器表面上，这样可以有效地保护酶的活性，从而提高检测灵敏度。

2、基因工程技术：利用基因工程技术，可以将所需的酶基因组合到一起，形成一个新的基因，然后将这个新基因植入到传感器中，从而使得酶能够被固定在传感器中。

3 、纳米技术：纳米技术可以将酶固定在纳米粒子表面上，这样可以使得酶在纳米粒子表面上能够更好地展开功能，也能够显著提高检测灵敏度。

4、膜定向技术：膜定向技术的原理是将酶固定在膜的一侧，从而可以使得酶只能够通过膜的一侧进入传感器内部，这样可以大大提高检测效率。

酶生物传感器中的酶固定化技术可以让酶保持稳定的活性，从而提高检测灵敏度，减少成本。

不同的酶固定化技术都有其各自的优势，诸如交联剂可以显著提高检测精度，基因工程技术可以更好地控制酶的活性，纳米技术可以让酶发挥更强的活性，而膜定向技术可以提高检测的效率。

所以，酶生物传感器中的酶固定化技术是目前提升检测精度和灵敏度的重要技术，也是生物传感器的重要组成部分。

第三节酶的固定化随着酶学研究的深入和酶工程的发展，酶的应用越来越广泛。

将酶用物理或化学的方法固定在不溶于水的载体上，形成一种可以重复使用的酶，叫固定化酶。

固定化酶既保持了酶的催化特性，又克服了游离酶的不稳定性，具有可反复或连续使用、易与反应产物分离等显著优点，广泛应用于医药、轻工、食品等行业。

一、固定化酶的制备方法制备固定化酶的方法很多，有包埋法、吸附法、共价偶联法，以及交联法等（图2-3）。

1．包埋法将酶或含酶菌体包埋在多孔载体中，使酶固定化的方法称为包埋法。

包埋法根据载体材料和方法的不同，可以分为凝胶包埋法和微胶囊包埋法。

凝胶包埋法是将酶和含酶菌体包埋在各种凝胶内部的微孔中，制成一定形状的固定化酶的方法。

最常用的凝胶有琼脂、琼脂糖、海藻酸钙、卡拉胶、聚丙烯酰胺等。

微胶囊包埋法是将酶包埋在高分子半透膜中，制成微胶囊固定化酶的方法。

常用的半透膜有尼龙膜、醋酸纤维膜等。

2．吸附法利用各种固体吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面而使酶固定化的方法称为吸附法。

吸附法常用的吸附剂有活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、硅胶、羧基磷灰石等。

吸附法制备固定化酶，操作简便、条件温和，不会引起酶的变性失活，载体价廉易得，而且可反复使用。

但由于是靠物理吸附作用，结合力较弱，酶与载体结合不太牢固而易脱落。

3．共价偶联法利用酶活性中心外的非必需基团与固相载体上的基团共价结合而制成固定化酶的方法叫共价偶联法，也叫共价结合法。

这种方法的优点是酶与载体牢固，制得的固定化酶稳定性好。

缺点是制备过程中反应条件较为强烈，难以控制，易使酶变性失活。

共价偶联法常用的载体有纤维素、葡聚糖、琼脂糖、甲壳素等。

4．交联法交联法是采用双功能试剂使酶分子之间或酶分子与固相载体之间发生交联作用而制成固定化酶的方法。

常用的双功能试剂有戊二醛、己二胺、顺丁烯二酸酐、双偶氮苯等。

其中应用最广泛的是戊二醛。

用交联法制备的固定化酶结合牢固，可长时使用。