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第六章固定化酶

酶的pH值低; 催化反应的产物为中性时,固定化酶的最适pH值一般不
变;
这是由于固定化载体成为扩散障碍,使反应
产物向外扩散受到一定的限制所造成的。当
反应产物为酸性时,由于扩散受到限制而积
累在固定化酶所处的催化区域内,使此区域 内的pH比降低,必须提高周围反应液的pH, 才能达到酶所要求的pH。为此,固定化酶的 最适pH比游离酶要高一些。反之,反应产物
固定化酶作用的最适温度可能会受到固定方法和固定化载 体的影响。
5. 底物特异性变化
固定化酶的底物特异性与游离酶比较可能有些不同, 其变化与底物相对分子质量的大小有一定关系。
作用于小分子底物的酶
特异性没有明显变化
既可作用于小分子底物又可作用于大分子底物的酶 特异性往往会变化。
Eg:胰蛋白酶:高分子蛋白、低分子(二肽、多肽),固定在羧甲基 纤维素上,对二肽或多肽的作用保持不变,而对酪蛋白的作用仅为游 离酶的3%;
为碱性时,由于它的积累使固定化酶催化区 域的pH升高,故此使固定化酶的最适pH比游 离酶的最适pH要低一些。
固定化酶最适温度的变化
一般与游离酶差不多,但有些会有较明显的变化
Eg:用重氮法制备的固定化胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶,其 作用的最适温度比游离酶高5—10
以共价结合法固定化的色氨酸酶,其最适温度比游离酶高
——这种固定化的酶既具有酶的催化特性, 又具有一般化学催化剂能回收、反复使 用等优点,并且生产工艺可以连续化、 自动化。
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进展
1916年Nelson和Griffin利用活性炭吸附蔗糖酶
固定化酶的研究从20世纪50年代开始
1953年德国的Grubhofer和Schleith采用聚氨基苯 乙烯树脂为载体,经重氮法活化后,分别与羧肽 酶、淀粉酶、胃蛋白酶、核糖核酸酶等结合,而 制成固定化酶。
3)载体不带电荷,最适Ph一般不改变(有时也会有所 改变,但不是由于载体的带电性质所引起的。)
载体的性质对固定化酶作用的最适pH有明显的影响。
3.固定化酶pH的变化
(2)产物性质对pH的影响 催化反应的产物为酸性时,固定化酶的最适pH值比游离
酶的pH值高; 催化反应的产物为碱性时,固定化酶的最适pH值比游离
5—15

同一种酶,用不同的方法或不同的载体进行固定化后,其
最适温度也有可能提℃高。 Eg:氨基酰化酶,用DEAE-葡聚糖凝胶经离子键结合法
固定化后,其最适温度(72)比游离酶的最适温度(60) 提高12度;用DEAE-纤维素固定化的,其最适温度(67) 比游离酶提高7度;而用烷基化法固定化的氨基酰化酶, 其最适温度却比游离酶有所降低。
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固定化酶正式定名
在1971年第一届国际酶工程会议上,正 式建议采用“固定化酶”(immobilized enzyme)的名称。
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固定化酶与游离酶相比,具有下列优点:
(l)极易将固定化酶与底物、产物分开; (2)可以在较长时间内进行反复分批反应和装柱
连续反应; (3)在大多数情况下,能够提高酶的稳定性; (4)酶反应过程能够加以严格控制; (5)产物溶液中没有酶的残留,简化了提纯工艺; (6)较游离酶更适合于多酶反应; (7)可以增加产物的收率,提高产物的质量; (8)酶的使用效率提高,成本降低。
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缺 点:
(l)固定化时,酶活力有损失; (2)增加了生产的成本,工厂初始投资大; (3)只能用于可溶性底物,而且较适用于小分子
底物,对大分子不适宜; (4)与完整菌体相比不适宜于多酶反应; (5)胞内酶必须经过酶的分离程序。
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第二节 固定化酶的性质及其影响因素
一. 影响固定化酶性质的因素 二. 固定化后酶性质的变化 三. 评价固定化酶的指标
第三章 固定化酶
第一节 概述 第二节 固定化酶的性质及其影响因素 第三节 固定化酶的制备 第四节 固定化细胞 第五节 固定化辅酶和原生质体 第六节 酶反应器和固定化酶(细胞)
的应用
酶催化的缺陷
(1)酶的稳定性较差 (2)酶的一次性使用 (3)产物的分离纯化较困难
设想
——如果能设计一种方法,将酶束缚于特殊 的相,使它与整体相(或整体流体)分 隔开,但仍能进行底物和效应物(激活 剂或抑制剂)的分子交换。
二. 固定化酶的性质
2. 固定化对酶稳定性的影响 (1) 操作稳定性提高
(2) 贮存稳定性比游离酶大多数提高。 (3 ) 对热稳定性,大多数升高,有些反而降低。 (4 ) 对分解酶的稳定性提高。 (5) 对变性剂的耐受力升高
2 .固定化后酶稳定性提高的原因:
a. 固定化后酶分子与载体多点连接。 b. 酶活力的释放是缓慢的。 c. 抑制自降解,提高了酶稳定性。
一. 影响固定化酶性质的因素
1. 酶本身的变化,主要是由于活性中 心的氨基酸残基、高级结构和电荷状态 等发生了变化。
一. 影响固定化酶性质的因素
2. 载体的影响
(1) 分配效应 (2) 空间障碍效应 (3) 扩散限制效应
3. 固定化方法的影响
二.固定化后酶性质的变化
1. 固定化对酶活性的影响:酶活性下降, 反应速度下降
20世纪从60年代起,固定化酶的研究在工业生产规模应 用固定化氨基酰化酶从DL-氨基酸生产L-氨基酸, 实现了酶应用史上的一大变革。
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固定化酶的定义
所谓固定化酶,是指在一定空间内呈 闭锁状态存在的酶,能连续地进行反应, 反应后的酶可以回收重复使用。
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“水不溶酶”(water insoluble enzyme) “固相酶”(solid phase enzyme)
3. pH的变化
PH对酶活性的影响: (1) 改变酶的空间构象 (2)影响酶的催化基团的解离 (3)影响酶的结合基团的解离 (4)改变底物的解离状态,酶与底物不能结合或结合后
不能生成产物。
固定化酶pH的变化
1) 载体带负电荷,最适pH比游离酶的最适pH高(向 碱性方向移动)。
2)载体带正电荷,最适pH比游离酶的最适pH低(向 酸性方向移动)。
以羧甲基纤维素为载体经叠氮法制备的核糖核酸酶,当以核糖
核酸为底物时,催化速率仅为游离酶的2%,而以环化鸟苷酸为底物 时,催化速率可达游离酶的50—60%。
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