固定化生物催化剂反应过程动力学.pptx
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1、生物反应工程戚以政 王炳武北京化工大学生命科学与技术学院第三章固定化生物催化剂反应过程动力学第一节 固定化生物催化剂概论 n n酶固定化的意义n n酶固定化的方法n n影响固定化酶反应动力学的因素 均相酶反应系统的缺点n n酶随产物排出,无法重复使用;酶随产物排出,无法重复使用;n n增加产物纯化难度;增加产物纯化难度;n n不稳定,易变性失活不稳定,易变性失活 一、什么是固定化酶?n n通过通过物理或化学的方法物理或化学的方法使溶液酶使溶液酶结合在结合在不溶于水的载体上不溶于水的载体上,或,或被限制在有限空被限制在有限空间内间内,能与反应液分离,保留在反应器,能与反应液分离,保留在反应器内或
2、能够被回收并反复利用,内或能够被回收并反复利用,不溶于水不溶于水但仍具有酶活力的酶但仍具有酶活力的酶 固定化酶的优点n n容易从反应体系中分离容易从反应体系中分离n n可以重复使用可以重复使用n n机械强度和稳定性增加机械强度和稳定性增加n n便于连续化、自动化生产便于连续化、自动化生产固定化技术的发展n n固定化酶固定化酶n n固定化细胞固定化细胞 1916年Nelson和Griffin发现酵母蔗糖酶能被骨炭粉末吸附并在吸附状态下仍具有催化活性,后来科学家开始了固定化酶的研究工作。首例工业化应用固定化酶是1969年由Chibata及其同事在日本TanakeSciyaku公司实现的,他们将米曲
3、酶(Aspergillus oryzae)的氨基酰化酶固定后用于拆分合成的外消旋DL-氨基酸,得到相应的旋光性的对映体。二、酶的固定化方法 n n载体结合法n n交联法n n包埋法 1、载体结合法n n物理吸附法n n共价键法n n离子键法1)物理吸附法n n活性炭、硅胶、硅藻活性炭、硅胶、硅藻活性炭、硅胶、硅藻活性炭、硅胶、硅藻土、陶瓷。土、陶瓷。土、陶瓷。土、陶瓷。n n酶活收率高酶活收率高酶活收率高酶活收率高n n结合力弱,易脱落结合力弱,易脱落结合力弱,易脱落结合力弱,易脱落n n简便易行简便易行简便易行简便易行n n操作流程:将酶溶液操作流程:将酶溶液操作流程:将酶溶液操作流程:将酶
4、溶液溶解于缓冲液中,加溶解于缓冲液中,加溶解于缓冲液中,加溶解于缓冲液中,加入载体,振荡或者搅入载体,振荡或者搅入载体,振荡或者搅入载体,振荡或者搅拌一定时间后,抽滤、拌一定时间后,抽滤、拌一定时间后,抽滤、拌一定时间后,抽滤、洗涤、冷冻干燥,得洗涤、冷冻干燥,得洗涤、冷冻干燥,得洗涤、冷冻干燥,得到固定化酶。到固定化酶。到固定化酶。到固定化酶。2)共价键法n n利用氨基、羟基、胍基、咪唑基等反应利用氨基、羟基、胍基、咪唑基等反应活性高的未结合基团。活性高的未结合基团。n n易失活、酶活收率低易失活、酶活收率低n n结合牢固结合牢固3)离子键法n n离子静电引力离子静电引力n n离子交换树脂离
5、子交换树脂n n操作简单操作简单n n酶活收率高酶活收率高n n结合力弱,易脱离结合力弱,易脱离2、交联法n n酶与具有两个或两个以上官能团的试剂反酶与具有两个或两个以上官能团的试剂反应应n n戊二醛戊二醛 n n特点特点不需要载体不需要载体不需要载体不需要载体反应剧烈,酶活收率低反应剧烈,酶活收率低反应剧烈,酶活收率低反应剧烈,酶活收率低结合牢固结合牢固结合牢固结合牢固3、包埋法n n将酶包埋在凝胶的微小格子或微胶囊等将酶包埋在凝胶的微小格子或微胶囊等有限空间内有限空间内n n聚丙烯酰胺凝胶、海藻酸钙、琼脂。聚丙烯酰胺凝胶、海藻酸钙、琼脂。n n特点 包埋法只适合于底物和产物均为小分子物质的
6、包埋法只适合于底物和产物均为小分子物质的包埋法只适合于底物和产物均为小分子物质的包埋法只适合于底物和产物均为小分子物质的酶的固定化酶的固定化酶的固定化酶的固定化 酶活收率高酶活收率高酶活收率高酶活收率高 制备成本高制备成本高制备成本高制备成本高概念:酶活力收率 n n酶活力收率是指实际测定的固定化酶的活力酶活力收率是指实际测定的固定化酶的活力酶活力收率是指实际测定的固定化酶的活力酶活力收率是指实际测定的固定化酶的活力(E E3 3)与固定化时所用的全部游离酶的活力与固定化时所用的全部游离酶的活力与固定化时所用的全部游离酶的活力与固定化时所用的全部游离酶的活力(E E1 1+E+E2 2+E E
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