酶的固定化及在医药中的应用

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,LOGO,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,固定化酶及在医药中的应用,Contents,酶工程及固定化技术发展史,1,酶的固定化方法,2,应用,3,展望,4,酶工程简介,酶工程,是,酶学,和,工程学,相互渗透发展而成的一门新的技术科学。它是从应用的目的出发，研究酶，应用酶的特异性、催化功能，并通过,工程化,将相应的原料转化成有用物质的技术,酶工程及固定化技术发展史,在,20,世纪,20,年代，就出现了,酶工程,，以自然酶制,剂在工业上大规模应用的特征，原料以动植物为主,1953,年，,Grubhoger Schleith,用重氮化聚氨基聚苯乙烯树脂,对羧肽酶、蛋白酶、核酸酶等进行固定，产生了,固定化酶技术,。,酶工程及固定化技术发展史,1969,年，千田一郎等用固定化氨基酰化酶技术拆分了,DL-,氨基酸，生产,L-,氨基酸，随后固定化天冬氨酸酶生产,L-,天冬氨酸等，开创了,固定化酶应用的局面。,1971,年，第一次国际酶工程会议在美国召,开，会议主题是固定化酶的研制和应用,确定固定化酶（,Immobilized Enzyme,）统一名称,酶工程及固定化技术发展史,1973,年，日本首次在工业上固定化大肠杆菌菌体中天门冬氨酸酶，由反丁烯二酸连续生产,L-,天门冬氨酸,固定化死菌体,1976,年，法国首次用固定化酵母细胞生产啤酒和酒精,固定化细胞,1979,年固定化毛地黄细胞和长春花细胞成功,固定化植物细胞,1982,年日本固定化黄色短杆菌原生质体生产谷氨酸,固定化原生质体,固定化酶,固定化酶,(,Immobilized Enzyme,）：通过物理的或化学的手段，将酶,束缚,于水不溶的,载体,上，或将酶束缚在一定的空间内，限制酶分子的自由流动，但能使酶充分发挥,催化作用,水溶性酶,水不容性的载体,固定化酶,固定化技术,固定化酶制备原则,（,1,）维持酶的催化活性及专一性,（,2,）有利于生产自动化、连续化,（,3,）应有最小的空间位阻,（,4,）酶与载体必须结合牢固,（,5,）应有最大稳定性，载体不与废物、产物或 反应液发生化学反应,（,6,）成本要低,固定化酶的优点,长时间使用，在绝大多数情况下提高了酶的稳定性，有利用工艺的连续化和管道,化,酶的使用效率提高，适合于多酶反应,酶反应过程可以严格控制，有利于工艺自动化和微电脑化,极易将固定化酶与底物、产物分开,1,2,3,4,优点,固定化酶的缺点,增加了固定化的成本，使工厂开始投资大,只能用于可溶性的底物和小分子底物，对大分子底物不适宜,酶固定化时酶的活力有所损失,.,酶的固定化方法,酶的固定方法,载体结合法,物,理,吸,附,法,离,子,结,合,法,共,价,结,合,法,交联法,包埋法,网格型,微囊型,载体结合法,共价结合法,离子结合法,物理吸附法,1,2,3,物理吸附法,通过,氢键,、,疏水作用,和,电子亲和力,等物理作用，将酶固定于水不溶载体上从而制成固定化酶,常用载体：,无机载体：活性炭，多孔玻璃，氧化铝，硅胶等,天然高分子载体：淀粉，谷蛋白等,优点,：操作简单，条件温和，不会引起酶变性失活，载体廉价易得，可反复使用,缺点,：物理吸附结合能力弱，酶与载体结合不牢固易脱落,离子结合法,利用含有,离子交换基团,的固相载体与酶蛋白分子的,带电基团,互相吸引（靠离子链）而形成络合物,载体：多糖类离子交换剂、合成高分子交换树脂,如,DEAE-,纤维素，,IR-45,等,优点：操作简单，处理条件温和，能得到酶活回收率较高的固定化酶,缺点：载体和酶的结合力较弱，离子键结合较松散，易受缓冲液种类或,pH,的影响，,共价结合法,是酶以,共价键,结合于载体上的固定化方法,常用载体：,天然有机载体：多糖、蛋白质、细胞等,无机物：玻璃、陶瓷等,合成聚合物：聚酯、聚胺、尼龙等,优点：酶与载体结合牢固，稳定性好，酶不易脱落,缺点：反应条件苛刻，操作复杂，可能会破坏酶的活性中心,交联法,借助,双功能试剂,使酶分子之间发生,交联,作用，制成网状结构,特点：此法与共价结合法一样也是利用共价键固定酶的，所不同的是不使用载体,常用交联剂：,戊二醛、己二胺、双偶氮苯等,酶,双功能剂,优点,：结合牢固，可以长时间使用,缺点,：因交联反应激烈，酶分子多个基团被交联，酶活损失大，颗粒较小，使用不便,包埋法,聚合物的单体与酶溶液混合，再借助于,聚合助进剂,(,包括交联剂,),的作用进行聚合，酶被包埋在聚合物中以达到固定化,分类：网格型（凝胶包埋法）；微囊型（微囊化法）,常用的酶固定化载体,吸附法,物理吸附,离子吸附,活性炭,氧化铝,碳酸钙,胶棉,多孔玻璃,矾土,二氧化硅,淀粉,羟甲基纤维素,DEAE-,纤维素,TEAT-,纤维素,阳离子交换树脂,阴离子交换树脂,包埋法,卡拉胶,海藻胶,硅胶,聚丙烯酰胺凝胶,琼脂,聚乙烯醇,明胶,共价结合法,纤维素,Sephadex A 200,琼脂,对氨基苯纤维素,聚丙烯酰胺,尼龙,多孔玻璃珠,传统载体材料的改性,载体材料的性能直接影响其固定化酶的催化活性,理想的载体材料应具备良好的机械强度、热稳定性、化学稳定性、耐生物降解性及对酶的高度亲和性，并能保持较高的酶活性等,传统的无机载体材料一般是借助,吸附方法,来制备固定化酶，或经小分子化学改性以,共价键合方式,制备固定化酶,传统无机载体存在问题,结构不易调控,传质差,键合酶的能力差,利用组成和结构可调控的有机聚合物对传统无机载体材料改性修饰，制备兼具两者优良特性的复合载体,如用右旋糖苷对硅胶表面改性修饰可改善其表面的生物亲和性，用于固定葡萄糖苷酶时可大大提高酶的负载量,新型载体,磁性载体,导电聚合物,光敏性基团的载体,温敏载体,新型,载体,磁性体,Fe,3,O,4,与聚苯乙烯、含醛基聚合物一起溶解混合后，再除去溶剂可获得磁性载体,应用,环境保护,食品工业,医药,生物传感器,1.,固定化酶在氨基酸生产上的应用,固定化酶医药上的应用,反应,酶,DL,-,氨基酸,D,-,氨基酸,+,L,-,氨基酸,氨基酰化酶,苯酚,+,丙酮酸,+NH,3,L,-,酪氨酸,-,酪氨酸酶,吲哚,+,丙酮酸,+,醋酸铵 色氨酸,色氨酸酶,DL,-,苯乙内酰脲,D,-,苯甘氨酸,乙内酰脲酶,DL,-5-,对羟基苯乙内酰脲,D,-,对羟基苯甘氨酸,乙内酰脲酶,固定化酶医药上的应用,2.,用大孔径,N-,聚氨乙基丙烯酰胺为载体，将前列腺素合成酶固定化，合成前列腺素衍生物,E1,3.,将葡聚糖磁性毫微粒固定化,L-,天冬酰胺酶，通过血液注射治疗急性淋巴白血病,4.,琼脂糖固定化牛胰核糖核酸酶能很好地催化合成重要的寡核苷酸,固定化酶及其相应产品,展望,酶固定化技术已在食品工业、精细化学品工业、医药，尤其是手性化合物等行业得到广泛应用，在废水处理方面也取得了一定进展,固定化酶技术目前还存在固定效率低、载体的有毒性、成本高、稳定性差、不能大规模生产等问题,如何充分利用天然高分子载体对其改性，或利用超临界技术、纳米技术、膜技术等来固定酶，必定会成为研究的热点,Thank You,