酶固定化技术的方法

酶工程期末考核论文

- 1 -

摘要：酶的固定化技术是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内，酶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。酶的固定化技术已经成为酶应用领域中的一个主要研究方向。经固定化的酶与游离酶相比具有稳定性高、回收方便、易于控制、可反复使用、成本低廉等优点，在生物工业、医学及临床诊断、化学分析、环境保护、能源开发以及基础研究等方面发挥了重要作用。因此酶的固定化技术研究已成为十分引人注目的领域。本文简要介绍了固定化酶技术的概念、制备方法(包括传统固定化技术、传统固定化技术的改进方法、新型固定化技术) 及其在化学化工、食品行业、临床医药、生物传感器和环境科学等领域中的应用现状与存在的问题,并对固定化酶技术的应用前景进行了展望。

关键词：固定化酶；制备；应用；磁性载体；定向固定

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。

固定化酶的制备方法有物理法和化学法两大类。物理方法包括物理吸附法、包埋法等。物理法固定酶的优点在于酶不参加化学反应,整体结构保持不变,酶的催化活性得到很好保留。但是,由于包埋物或半透膜具有一定的空间或立体阻碍作用,因此对一些反应不适用。化学法是将酶通过化学键连接到天然的或合成的高分子载体上,使用偶联剂通过酶表面的基团将酶交联起来,而形成相对分子量更大、不溶性的固定化酶的方法。下面从传统固定化技术、传统固定化技术的改进、新型固定化技术等三个方面来概述一下酶固定化方法的研究进展：

2002年12月 天津大学学生学报 第六卷 第2期

Dec.2002 Student’s Journal Of Tianjin University Vol.6 No.2

酶的溶胶凝胶固定化技术

陈 岩

摘 要 酶的溶胶——凝胶固定化技术以其温和的反应条件，较好的酶活收率而受到日益广泛的关注。本文概括介绍了这种酶固定化技术的过程，条件及优点。

关键词 溶胶——凝胶 固定化 酶

Eneyme is Imnmbilized by Sol-Gel

Chen Yan

Abstract Eneyme is imnmbilized by sol-gel is kind for the facik neaction condition

moneoner．The activity Heneymes is aways rerernecl．The process thectian condition and

adventepes of sol-qel technique and neproted in this paper．

Keywords sol-gel，immobilizatien，enzyme

酶作为一种天然高活性，高选择性的催化剂，使许多难以进行的有机化学反应在酶的催化下能顺利进行，而且避免或减少副反应的发生。更重要的，无污染物质产生，属于绿色催化剂，酶以其如此之多的优点，近年来倍受化学工作者的青睐。但是目前认为酶是一种蛋白质，稳性较差。在过热，强酸，强碱，有机溶剂等条件下，都能发生蛋白质的变性，使酶失去催化效能。即使在最佳酶反应条件下，也往往会很快失活，且酶在反应后，也不能回收，造成重大浪费（难以回收）。目前常用的固定方法分为三类[4]：（1）吸附法，它是最简单的方法，适用于各种试剂，但由于试剂与基质之间的作用力较弱，被吸附的试剂容易洗脱，此点也就限制了催化剂的寿命应用性；（2）共价键合法，此法固定的试剂一般比吸附法寿命长，但用此法固定试剂较复杂和费时，有时由于被固定的试剂与基质形成的共价键使试剂的自由度减少而导致试剂的响应降低；（3）包埋法，试剂被物理的包裹在多孔的机制中，方法简单且适合各种试剂，只要控制适当的包埋步骤，此法固定的试剂不会洗脱或洗脱很慢。

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。

固定化酶的三种方法

固定化酶是把酶结合到一定的表面上，使其失去活性的过程，因此可以用来改变酶的性质、增加酶的稳定性和提高酶的反应效率。固定化酶的三种方法是物理化学固定化、生物化学固定化和免疫化学固定化。

一、物理化学固定化

物理化学固定化是一种将未固定化酶与支架分子相互作用，使酶与支架分子结合，形成可操作的固定化酶系统的方法。其基本原理是通过多种物理、化学或生物学方法，将酶与支架分子进行结合，从而形成一个可操作的固定化酶系统。物理化学固定化可以大大提高酶的反应活性、稳定性和重复利用性，并可以改变酶的特性。常用的物理化学固定化方法有水解结合、热结合、冷结合、电结合、化学结合、离子结合和生物结合等。

二、生物化学固定化

生物化学固定化是指将酶与生物聚合物结合，使酶形成可操作的固定化酶系统的方法。其基本原理是在酶表面分子和支架分子之间形成一种亲和力，使得酶和支架分子之间形成紧密的结合。生物化学固定化的优势在于，它可以改变酶的特性，使酶更加稳定和可操作，而且不必进行大量的实验，可以节省时间和费用。常用的生物化学固定化方法有抗体结合法、抑制剂结合法和蛋白结合法等。

三、免疫化学固定化

免疫化学固定化是一种将酶与抗体结合，形成可操作的固定化酶系统的方法。其基本原理是将酶和抗体进行结合，从而形成一个稳定的固定化酶系统。免疫化学固定化具有较强的特异性，可以在具有极强抗性的环境中实现高效固定化；且不仅能实现酶的固定化，还可以改变酶的特性，使酶更加稳定和可操作。常用的免疫化学固定化方法有免疫结合法、单克隆抗体结合法和抗体体外表达法等。

综上所述，固定化酶的三种方法是：物理化学固定化、生物化学固定化和免疫化学固定化。它们可以改变酶的特性，使酶更加稳定和可操作，提高酶的反应活性、稳定性和重复利用性，从而更好地满足人们在实验中的需求。