固定化的酶与微生物
固定化技术应用-酶和细胞的固定化
固定化技术应用－酶和细胞的固定化试题中出现固定酶能不能催化一系列反应，查找资料，没有权威资料认为已经存在催化系列反应的酶，应该是研究方向。
选修知识的考查已经出现应用方向，也拓展到了技术的前景。
也就是说，需要在教学中创设情境适当扩大知识面，结合试题进行教学会收到很好的效果，如固定化酶技术可以拓展到固定化细胞。
问题：固定化技术以及发展前景如何？什么是固定化酶？什么是固定化细胞？011.固定化酶技术固定化酶技术是用物理或化学手段。
将游离酶封锁住固体材料或限制在一定区域内进行活跃的、特有的催化作用，并可回收长时间使用的一种技术。
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。
2.固定化酶技术的发展以前，固定化酶技术是把从生物体内提取出来的酶，用人工方法固定在载体上。
1916年Nelson和GrImn最先发现了酶的固定化现象。
科学家们就开始了同定化酶的研究工作。
1969年日本一家制药公司第一次将固定化的酰化氨基酸水解酶用于从混合氨基酸中生产L－氮基酸，开辟了固定化酶在工业生产中的新纪元。
我国的固定化酶研究开始于1970年，首先是微生物所和上海生化所的工作者开始了固定化酶的研究。
当今，固定化酶技术发展方向是无载体的酶固定化技术。
邱广亮等用磁性聚乙二醇胶体粒子作载体，采用吸附－交联法，制备出具有磁响应性的固定化糖化酶，简称磁性酶(M I E)一方面由于载体具有两亲性，M I E可稳定的分散于水相或有机相中，充分的进行酶催化反应；另一方面，由于载体具有磁响应性，M I E又可借助外部磁场简单地回收，反复使用，大大提高酶的使用效率。
Puleo等将钛合金表面用丙烯酸胺等离子体处理引入氨基，然后将含碳硝化甘油接枝于钛合金表面，或者将等离子体处理的钛合金先由琥珀酸酐处理，再用含碳硝化甘油接枝，进而将溶菌酶和骨形态蛋白进行固定，实现了生物分子在生物惰性金属上的固定化。
环境工程中固定化酶与固定化微生物的应用初探
环境工程中固定化酶与固定化微生物的应用初探环境工程是通过采取适当的技术手段，保护和改善自然环境，维护人类健康和促进可持续发展的工程学科。
在环境工程中，固定化酶和固定化微生物是两种常见的应用技术。
固定化酶是指将酶固定在固体载体上，形成固定化酶颗粒，以实现酶的稳定性和重复使用。
固定化酶具有许多优点，如提高催化活性，提高酶的稳定性和重复使用能力，提高产量和纯度，降低生产成本等。
固定化酶在环境工程中的应用非常广泛。
固定化酶可以用于废水处理。
废水中含有各种有机和无机污染物，这些污染物通过固定化酶可以得到有效降解。
固定化酶可以应用于废水中的有机废物处理，通过酶的作用将废物转化为无害物质，从而达到净化废水的目的。
固定化酶也可以用于废水中的重金属去除，在一定条件下，酶可以选择性地结合和去除废水中的重金属离子。
固定化酶可以用于土壤修复。
土壤污染是一个严重的环境问题，污染的土壤中含有大量的有害物质，会对生态系统和人类健康造成严重影响。
固定化酶可以应用于土壤污染物的修复。
通过固定化酶催化作用，有机和无机污染物可以被有效地降解，从而修复受污染的土壤。
固定化酶还可以应用于空气处理。
空气中存在着各种有害气体和颗粒物，这些污染物对人类健康和环境造成危害。
固定化酶可以用于空气中有害气体的降解。
一些固定化酶可以催化空气中有毒气体的转化为无害物质，从而达到净化空气的目的。
固定化微生物还可以应用于生物膜反应器。
生物膜反应器是一种基于固定化微生物的废水处理技术。
在生物膜反应器中，微生物生长在固体载体的表面，通过微生物的代谢作用，将废水中的有机和无机污染物转化为无害物质。
生物膜反应器具有高效、节能、稳定性好等特点，已广泛应用于废水处理。
酶及细胞固定化技术
酶及细胞固定化技术酶作为生物体内的催化剂，具有高效性和高特异性的特点。
但在工业生产中，酶稳定性差、易流失，造成成本过高，限制其广泛应用。
因此将酶采用固定化技术，使酶在发挥其高效、专一性同时，还能增强酶的贮存稳定性，提高了生产效率，节约了成本。
本文对酶和细胞的固定化技术进行综述。
【关键词】酶细胞固定化载体应用酶及细胞固定化技术是生物技术的重要组成部分。
20世纪60年代出现了固定化酶技术，60年代末固定化酶技术用于工业生产，70年代出现了固定化细胞技术，80年代又发展了固定化增殖细胞技术以及包括辅助因子在内的固定化多酶反应体系技术。
工程技术日益成熟，成为近代工业生产中不可缺少的组成部分。
所谓固定化技术，是指利用化学或物理手段将游离的酶或细胞（微生物），定位于限定的空间区域并使其保持活性和可反复使用的一种基本技术，包括固定化酶技术和固定化细胞技术。
固定化细胞的制备方法是多种多样的，任何一种限制细胞自由流动的技术，都可以用于制备固定化细胞。
一般来说，固定化技术大致可以分成吸附法、共价结合法、交联法和包埋法等4大类，其中以包埋法使用最为普遍。
一、固定化技术分类1.吸附法很多细胞都有吸附到固体物质表面的能力，这种吸附能力可以是天生具有的，也可以是经过处理诱导产生的，依靠这种吸附能力，人们发展起许多廉价而又有效的固定化方法。
吸附法可分为物理吸附法和离子吸附法，前者是使用具有高度吸附能力的硅胶、活性炭、多孔玻璃、石英砂和纤维素等吸附剂将细胞吸附到表面上使之固定化，是一种最古老的方法，操作简单、反应条件温和、载体可以反复利用，但结合不牢固，细胞易脱落。
后者根据细胞在解离状态下可因静电引力（即离子键合作用）而固着于带有相异电荷的离子交换剂上，如DEAE-纤维素、DEAE-Sephadex、CM-纤维素等。
2.共價结合法共价结合法是细胞表面上功能团和固相支持物表面的反应基团之间形成化学共价键连接，从而成为固定化细胞。
环境工程中固定化酶与固定化微生物的应用初探
环境工程中固定化酶与固定化微生物的应用初探
近年来，环境污染问题日益严重，如何有效地治理和修复污染地区成为全球环境工程
领域的一大挑战。
固定化酶和固定化微生物作为环境治理的重要手段，在环境工程中的应
用也越来越受到关注。
固定化酶是将酶固定在载体上，形成酶载体复合体，在环境中起到催化作用的一种技术。
与游离酶相比，固定化酶具有更高的稳定性和重复利用能力。
在环境工程中，固定化
酶可以用于废水处理、废气净化和土壤修复等领域。
固定化酶在废水处理中的应用主要是通过酶的催化作用降解废水中的有机物、重金属
等污染物。
采用固定化酶技术可以降解废水中的苯酚和酚类化合物，提高废水处理的效率。
固定化酶还可以用于废气净化。
可以利用固定化酶降解废气中的二氧化硫和氮氧化物等有
害气体，减少对大气环境的污染。
虽然固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用有诸多优势，但也存在一些挑战。
固定化酶和固定化微生物的制备工艺相对复杂，成本较高。
固定化酶和固定化微生物在实
际应用中的稳定性和重复利用能力还需要进一步提高。
固定化酶和固定化微生物在环境工程中具有很大的应用潜力。
随着研究的深入和技术
的进步，固定化酶和固定化微生物的应用前景将会更加广阔。
这将为环境治理提供一种可
行的、高效的解决方案。
固定化酶技术在医疗和环境中的应用
固定化酶技术在医疗和环境中的应用酶是一种生物催化剂，能够催化生物化学反应。
在许多生物工艺和工业生产中，酶已经成为不可或缺的工具。
最近，固定化酶技术也逐渐在医疗和环境中广泛应用。
一、固定化酶技术是什么固定化酶技术的基本思想是将酶固定在一定的载体上，使得酶能够长时间稳定地保存在固定状态下，并能够在环境中起到合适的催化作用。
这种技术以酶的活性稳定性和生物相容性能力作为关键指标，以聚合物材料、微生物或生物大分子材料为载体，利用化学或物理交联的方法将酶硬化在载体中，从而形成固定化的酶催化剂。
二、固定化酶技术在医疗中的应用固定化酶技术在医疗领域中有着广泛的应用。
如近年来广泛用于医疗检测中的糖尿病检测。
糖尿病是一种常见的代谢性疾病，目前以测定人体血液中的葡萄糖含量为常规诊断方法。
固定化酶技术可以将酶嵌入生物传感器中，将它们固定到微小的芯片上，作为一种“传感器”来检测葡萄糖。
这使得检测更加简便、快捷、准确。
同时，固定化酶技术还被广泛应用于脂肪肝和心血管疾病的检测中，使得医学检查和诊断更加科学和精确。
三、固定化酶技术在环境中的应用除了医疗领域，固定化酶技术在环境保护中也有广泛的应用。
例如，我们可以利用过硫酸盐法固定化酶来处理环境污染中的水质问题。
对于一些环境中存在的有机物，通过将其与固定化酶进行作用，能够有效地去除水质中的有机污染物，同时避免了传统化学法对环境的影响和损害，有机地促进了水质的净化和环境的保护。
四、前景展望固定化酶技术在医疗和环境中已经取得了一定的成果。
人们已经发现了很多潜在的应用，但也面临着一些困难和挑战。
例如酶质稳定性、载体材料的选择和制备等问题。
但随着科技的不断进步和经验的不断积累，这些困难将逐步得到解决，固定化酶技术的应用前景非常广阔，这将使得我们在医疗治疗和环境保护方面有更加优秀的选择和手段，让我们生活得更加健康、环境更加清洁和美丽。
简述固定化酶的应用及前景
简述固定化酶的应用及前景一、固定化酶的应用1。
食品工业：将酶直接添加到果汁，奶制品，肉制品等食品中，既保留了原有的营养成分又提高了产品质量。
目前，酶制剂已被广泛应用于各类食品行业中，尤其是在软饮料行业中得到了最好的利用。
2。
发酵工业：酶具有多样性和专一性，可以实现酶的固定化和工业化生产，其中包括了传统工业菌株的固定化，酶反应器的固定化，以及微生物细胞固定化等。
在固定化酶的基础上可以实现微生物的快速发酵，节约人力资源的同时，也降低了发酵设备的要求。
3。
医学领域：固定化酶在疾病诊断和治疗方面有很大的潜力。
利用固定化酶可以诊断出体内不同的疾病，如癌症、糖尿病等，也可以进行病毒的检测。
同时，在蛋白质的表达，纯化及工业生产中有重要作用。
4。
日用化学工业：目前，市场上大部分洗涤产品都采用高效活性酶，如脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶等。
高效活性酶能够去除皮肤表面多余油脂和污垢，具有较强的杀菌消毒能力，因而有广泛的应用价值。
以自动加药为例，目前的加药方式是先把水或药液配成适宜浓度后再加入原料，这种方式比较麻烦，而且经常会出现因浓度过高而影响产品质量，造成浪费的现象，甚至还会对环境产生一定的污染。
另外，传统的固定化技术只限于小规模生产，仅用于特殊需要的地方，限制了酶固定化技术的进一步发展。
以上所说的全是新的思路和工艺，它们并非取代传统的工艺，但它们确实存在着很多优点。
固定化酶能够帮助我们解决许多难题，使我们的工作效率得到很大的提高，节约了成本，这是毋庸置疑的。
另外，酶的应用还拓宽了其他的领域，有很大的发展前景。
二、固定化酶的前景1。
能源工业。
这主要是利用微生物代谢过程中产生的糖类，脂类等发酵生产生物燃料，它属于二次能源，未来可充分利用纤维素、淀粉、蛋白质等大分子物质进行发酵。
同时，由于固定化酶反应器所需要的发酵底物种类少，处理量大，易于回收，因此固定化酶还可以用于大规模发酵生产生物燃料，解决交通运输过程中的能源紧缺问题。
微生物固定化技术的应用
微生物固定化技术的应用
微生物固定化技术是一种将微生物细胞或酶固定在载体上的技术，可以用于生物催化、废水处理、食品加工等领域。
这种技术的应用已经得到了广泛的关注和研究。
在生物催化方面，微生物固定化技术可以用于生产生物柴油、生物酒精、生物酸等。
通过将微生物固定在载体上，可以提高微生物的稳定性和活性，从而提高生产效率和产量。
此外，微生物固定化技术还可以用于生产生物降解剂，用于处理有机废水和固体废弃物。
在废水处理方面，微生物固定化技术可以用于处理含有高浓度有机物的废水。
通过将微生物固定在载体上，可以提高微生物的附着能力和生长速率，从而提高废水处理效率。
此外，微生物固定化技术还可以用于处理含有重金属的废水，通过微生物的吸附和生物转化作用，将重金属离子转化为无害的物质。
在食品加工方面，微生物固定化技术可以用于生产酸奶、酒精饮料、酱油等。
通过将微生物固定在载体上，可以提高微生物的稳定性和活性，从而提高产品的品质和口感。
此外，微生物固定化技术还可以用于生产发酵剂，用于加速食品的发酵过程。
微生物固定化技术是一种非常有前途的技术，可以用于生产、环保、食品等多个领域。
随着技术的不断发展和完善，相信微生物固定化技术的应用前景会越来越广阔。
环境工程中固定化酶与固定化微生物的应用
环 境 工程 中 固定 化 酶 与 固定 化 微 生物 的应用
运 艳 霞
（ 邯郸市环境保 护局 河北
邯郸
０ ６０ ） ５ ０２
摘 要 ： 微 生物 的酶 可 以 从微 生 物体 内提 取 出来 ， 成 多种 酶 制 剂 ， 制 固定 化 酶 是 从微 生 物体 内提 取 生 物 酶 ， 同 固 连 定 化微 生 物 一 起 成 为微 生 物 新技 术之 一 ， 而在 环 境 工 程 中得 到 应用 。 从 关 键 词 ： 固定 化 酶 固定 化微 生 物 环 境 工 程
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1969年千烟一郎也成功地将固定化氨基酰化酶应用于DL-氨基酸的光学 拆分过程，使其反应实现了连续化
1973年千烟一郎研制成了大肠杆菌(E．coli)的固定化细胞，即所谓固定 化微生物，并将其用于连续生产L-天门冬氨酸过程。
一、固定化的酶与固定化微生物的概念
酶: 是一类由生物细胞产生的具有催化功能的生 物大分子（蛋白质），通常称作生物催化剂
固定化酶(inmobilized enzyme) 是用适当的物理、化学方法把纯化的酶
固定于一定的空间内，使其成为既保持了本 身的特性，又能在连续反应之后可以回收和 重复使用的一种制品
优 点： 酶与载体结合很牢固，使用周期长（该法目前应用较为普遍）。
缺 点： 操作较复杂、条件较剧烈、酶活力丧失较多。
根据偶联反应方式类型的不同，可将共价结合法分为：
共价结合法
重氮法 多肽法 烷化法
叠氮法 卤化氰法
缩合剂法 载体交联法
载体共价交联法
“酶网’’载体法
●重氮法
制备原理： 先将载体（带氨基的芳香族化合物R-Y-NH2）用稀盐酸和亚
酶的活性中心(催化部分)和空间结构(结合部 分)的维持是其具有催化活力的必需条件。因此， 在制备固定化酶时，要尽可能避免采用剧烈的 条件（过高的温度和盐浓度、强酸和强碱，以 及各种有机溶剂等）处理。不然，酶的催化作 用会降低，甚至丧失，或者改变酶对底物的专 一性
（二）酶的固定化方法
固定化酶制备方法，根据制备原理分类：
缺 点：酶与载体的相互作用较弱，二者之间易于分离。
(2)离子结合法
制备原理： 将酶以离子结合的方式固定到具有离子交换基团的非水溶性载 体上制成的固定化酶 。
载体类型： 常为带各种离子基团的硅胶、纤维素、交联葡聚糖和树脂等物质 。
优 点： 操作较简便、条件较温和、酶活力不易丧失。 缺 点： 酶与载体的结合力不高，且易受缓冲液类型和pH值高低的影响。
固定化微生物
是用适当的物理、化学方法把纯，又能在连续反应之后可以回 收和重复使用的一种制品
固定化酶和固定化微生物的研究历史:
1916年Nelson和Griffin发现 :有些酶虽然不溶于水，但是仍存在催化活 性现象
1953年Grubhofer和Schleith真正开始固定化酶的研究
制备固定化酶的模式图：
1．载体结合法 (1)物理吸附法
制备原理：是将酶蛋白吸附到水不溶性的惰性载体(它是以共价或非共价 键结合其他物质的一种基质)上制成固定化酶的过程。
载体类型：常为疏松多孔的吸附材料；如：多孔玻璃、活性炭、酸性白土、 羟基磷灰石、磷酸钙凝胶以及淀粉等物质。
优 点：酶活力不易丧失，蛋白质的空间结构不发生明显变化。
常用载体:
氯乙酰纤维素、溴乙酰纤维素、碘乙酰纤维素、聚乙二 醇碘乙酰纤维素和二氯-S-三嗪基纤维素等。其中二氯-S三嗪基纤维素是带正电荷的，它对中性或碱性的酶蛋白、 或作用于带负电荷底物的酶蛋白进行固定化较为有利， 用其制备的固定化酶活力较高。
●缩合剂法
制备方法： 将酶（含-COOH和-NH2）与含-NH2和-COOH 的载体（R- NH2 或 R- COOH ）在缩合剂碳化 二亚胺（R1-N=C=N-R2）或伍德沃德试剂K(N乙基-5-苯异口恶唑-3′-磺酸)作用下进行缩合反应， 制成固定化酶
R Y NH2 NaNO2 HCl R Y N2 R Y N N Epro
弱酸性环境
●多肽法
利用肽的合成原理，使酶蛋白和载体之间以肽键连 接而制成固定化酶的过程。它又分叠氮法和卤化氰法 等
◆叠 氮 法 先用羧甲基纤维素甲酯与水合肼作用形成酰肼，然后再
与亚硝酸反应得到叠氮化合物，再在低温条件下，该化 合物和酶的游离-NH2、-OH和-SH反应形成肽键，即偶联 成固定化酶
固定化微生物的特点:
固定化微生物虽然仅较适用于催化小分子物质 的转化，并伴随发生分解生成物等副反应，但它工 序简单、稳定性好、酶活力丧失少、成本低廉，以 及利用其固有的多酶系统可对有机体的代谢途径进 行研究
本章将就固定化的酶与微生物的制备方法及其 制品的性质和应用进行讨论
三、固定化酶的制备
（一）酶固定化的前提条件
◆卤化氰法 此法与第七章“亲和层析”中亲和吸附剂的制备原理相似。
先用卤化氰(常用的是溴化氰CNBr)活化纤维素、交联葡聚 糖和琼脂糖等多糖类载体，然后在偏碱性环境条件下，使 载体（基质）与酶（配体）进行偶联，即可制成固定化酶
●烷基化法
制备原理： 利用蛋白质N末端游离-NH2、Tyr 的Ph –OH 、Cys的–OH等与 含卤族功能团的非水溶性载体发生烷基化反应（由酶蛋白取 代卤族功能团）制成固定化酶
硝酸钠（相当于亚硝酸）处理生成重氮盐化合物，然后与酶 蛋白的酚基、咪唑基发生偶联反应(游离氨基也能发生十分缓 慢的反应)，制成固定化酶（形成偶氮化合物）
常用载体: 有对氨苄基纤维素、聚氨基聚苯乙烯、3-对-氨苯氧基-2-羟丙
酰纤维素、氨基酸共聚物、交联葡聚糖-氨茴香酸酯等
加入酶蛋白，低温（0~5℃）
●载体交联法
这种制备固定化酶的方法有的地方把它归到交联法。 因为它们都是通过一个中间工具“交联剂”（如戊二醛 等）将酶固定化的。载体交联法是在酶与载体之间进行 交联，使酶固定化；而交联法是在酶分子与酶分子之间 进行交联，制成网状结构的固定化酶
2、交联法
交联法是酶分子之间在双功能基团交联剂作用下， 相互交联呈网状结构的固定化酶过程。最常用的交 联剂是戊二醛，它和酶蛋白中的游离氨基形成希夫 氏(Schiff)碱，从而使酶分子之间相互交联成固定化 酶。
应用这种固定化酶反应时，溶液的pH值、离子强度、温度和底 物浓度发生变化，往往可引起酶的脱落。 。
(3)共价结合法
制备原理：是将酶的非必需基团(α-氨基，ε-氨基，α、β、γ-羧基，羟基， 咪唑基等)通过共价键或整合剂偶联于固相载体上而制成固定 化酶。
载体类型: 有硅胶、纤维素、琼脂糖和交联葡聚糖，以及聚丙烯酰胺凝胶 等物质。