酶的定向固定化方法26页PPT
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酶及细胞的固定化PPT课件
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3.固定化原生质体
意义： (1)固定化原生质体去除了细胞壁的扩散障 碍，有利于氧的传递，营养成分的吸收和 胞内产物的分泌。 (2)原生质体不稳定，容易破裂，固定化后， 由于载体的保护作用，稳定性提高。
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二、固定化方法
（一）酶的固定化方法 固定化方法
吸附法 共价偶联法 交联法 包埋法
1.酶传感器
固定化酶和电化学传感器的结合。 优点： ①既有不溶性酶体系的优点，又具有电化学
电极的高灵敏度； ②酶的专一反应性，使其具有较高的选择性，
能够直接在复杂试样中进行测定。
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Biosensor •Sensitive and specific • Rapid • Simple
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第27页/共85页
包埋法是目前应用最多的一种较理想的方法， 与其它固定化方法相比： •优点：不与酶蛋白氨基酸残基反应，很少改变 酶的高级结构，酶活回收率高。 •缺点：只适合作用于小分子底物和产物的酶。
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吸附法 共价偶联法
交联法
包埋法
酶的四种固定化方法
第29页/共85页
第30页/共85页
双功能试剂：
常用的是戊二醛
O
O
H — C — CH2 — CH2 — CH2 — C — H
第18页/共85页
戊二醛有两个 醛基，均可与酶 或蛋白质的游离 氨基反应,使酶蛋 白交联。
此法与共价偶联法利用的均是共价键， 不同之处：交联法不使用载体。
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第20页/共85页
交联反应既能发生在分子间，也可发生 在分子内。 • 酶浓度低时，交联发生在分子内，酶仍保 持溶解状态。 • 酶浓度高时，交联发生在分子间，酶变为 不溶态。
3.固定化原生质体
意义： (1)固定化原生质体去除了细胞壁的扩散障 碍，有利于氧的传递，营养成分的吸收和 胞内产物的分泌。 (2)原生质体不稳定，容易破裂，固定化后， 由于载体的保护作用，稳定性提高。
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二、固定化方法
（一）酶的固定化方法 固定化方法
吸附法 共价偶联法 交联法 包埋法
1.酶传感器
固定化酶和电化学传感器的结合。 优点： ①既有不溶性酶体系的优点，又具有电化学
电极的高灵敏度； ②酶的专一反应性，使其具有较高的选择性，
能够直接在复杂试样中进行测定。
第60页/共85页
Biosensor •Sensitive and specific • Rapid • Simple
第61页/共85页
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包埋法是目前应用最多的一种较理想的方法， 与其它固定化方法相比： •优点：不与酶蛋白氨基酸残基反应，很少改变 酶的高级结构，酶活回收率高。 •缺点：只适合作用于小分子底物和产物的酶。
第28页/共85页
吸附法 共价偶联法
交联法
包埋法
酶的四种固定化方法
第29页/共85页
第30页/共85页
双功能试剂：
常用的是戊二醛
O
O
H — C — CH2 — CH2 — CH2 — C — H
第18页/共85页
戊二醛有两个 醛基，均可与酶 或蛋白质的游离 氨基反应,使酶蛋 白交联。
此法与共价偶联法利用的均是共价键， 不同之处：交联法不使用载体。
第19页/共85页
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交联反应既能发生在分子间，也可发生 在分子内。 • 酶浓度低时，交联发生在分子内，酶仍保 持溶解状态。 • 酶浓度高时，交联发生在分子间，酶变为 不溶态。
酶与细胞的固定化课件.ppt
采用明胶作载体,戊二醛作交联剂 制备固定化果胶酯酶（焦云鹏，2005）
固定化果胶酯酶的热稳定性
固定化果胶酯酶的pH稳定性
采用明胶作载体,戊二醛作交联剂 制备固定化果胶酯酶（焦云鹏，2005）
固定化果胶酯酶作用的最适温度
固定化果胶酯酶作用的最适pH值
5、酶的动力学特征 固定化酶的表观米氏常数Km随载体的带电性能变化。 二者电荷不同，因静电作用，固定化酶的表观Km值低于溶液的Km值； 电荷相同，由于亲和力降低，固定化酶的表观Km值显著增加。
Cefaclor(R1=H,R3=Cl) Cephalexin(R1=H,R3=Me) Cefadroxil(R1=OH,R3=Me)
酶促合成头孢类抗生素
CHCOOCH3 + H2N
NH2
O
S
Synthetase
N CH3
COOH
Esterase
CHCOOH +
NH2
CHCONH
NH2 O
S
N CH3
交联法有2种形式即酶直接交联法和酶辅助蛋白交联法。
酶直接交联法：在酶液中加入适量多功能试剂，使其形成不溶性衍生物。 固定化依赖酶与试剂的浓度、溶液pH和离子强度、温度和反应时间之间 的平衡。
酶辅助蛋白交联法：为避免分子内交联和在交联过程中因化学修饰而引起 酶失活，可使用第二个"载体"蛋白质（即辅助蛋白质，如白蛋白、明胶、 血红蛋白等）来增加蛋白质浓度，使酶与惰性蛋白质共交联。
二、固定化酶和固定化细胞的性质与表征 （一）固定化酶的性质 1、酶的活性 多数情况下固定化酶的活力常低于天然酶。原因：酶结构变化与空间
位阻。
2、酶的稳定性 大多数固定化酶具有较高的稳定性、较长的操作寿命和保存寿命。
《酶的固定化》PPT课件
第一节 酶固定化
定义 酶的固定化:将酶和菌体与不溶性载体结合的过程; 固定化酶:在一定空间内呈闭锁状态存在的酶，能连续 进行反应，反应后的酶可回收重复使用; 概念发展
“水不溶酶”（water insoluble enzyme) “固相酶”（solid phase enzyme)
1971年第一届国际酶工程会议正式采用“固定化酶（immobi lized enzyme)”
• 1、吸附法(link) • 2、包埋法(link) • 3、结合法(link) • 4、交联法(link) • 5、热处理法(link)
酶固定化方法示意图
吸附法 用固体吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面上而使其固定的方法; 固体吸附剂:活性炭、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃等; (1)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; (2)物理吸附结合能力弱，酶与载体结合不牢固易脱落.
(2)产物酸碱性对最适pH值的影响
酸性:固定化酶的最适pH值比游离酶的高 碱性:固定化酶的最适pH值比游离酶的低 中性:固定化酶的最适pH值一般不变 原因:载体障碍产物的扩散
(back)
底物的特异性
与底物分子量的大小有关; 作用于低分子量底物的酶，没有明显变化，如氨基 酰化酶、葡聚糖氧化酶等; 既可作用于大分子底物，又可作用于小分子底物的 酶，往往会发生变化。如，固定在羧甲基纤维素上 的胰蛋白酶，对二肽或多肽的作用保持不变，而对 酶蛋白的作用仅为游离酶的3%左右 原因:载体的空间位阻作用
Relative activity (%)
100
80
60
A
B 40
20
0 30 40 50 60 70 80 90 Temperature ( 篊 )
《酶的固定化》课件
稳定性等
稳定性评估可 以帮助选择合 适的固定化方 法，提高酶的
固定化效果
稳定性评估还 可以帮助优化 固定化酶的生 产工艺，降低
生产成本
固定化酶的使用寿命
固定化酶的稳定性：在固定化过程中，酶的活性和稳定性得到提高
固定化酶的寿命：固定化酶的寿命通常比游离酶长，可以延长酶的使用寿命
固定化酶的再生：固定化酶可以通过再生技术恢复活性，延长使用寿命
添加标题
酶的固定化可以减少污染，提高环 保性能
酶的固定化可以简化生产工艺，提 高生产效率
酶的固定化未来 发展展望
新技术的开发与应用
酶固定化技术的发展：从传统的物理吸附到新型的化学键合 新型酶固定化技术的应用：在生物催化、生物制药、环境保护等领域的应用 酶固定化技术的挑战：如何提高酶的活性和稳定性，降低成本 酶固定化技术的未来：开发新型酶固定化材料，提高酶的固定化效率和稳定性，拓展应用领域
酶的固定化应用
环境保护：酶的固定化可以用 于污水处理、废气处理等领域
生物催化：酶的固定化可以 提高反应速率和选择性
食品加工：酶的固定化可以用 于食品加工，如酿酒、制糖等
医药工业：酶的固定化可以用 于药物合成、药物分析等领域
酶的固定化技术
吸附法
原理：利用酶与载体之间的物理或化学作用力，使酶固定在载体上 优点：操作简单，成本低，固定化效果好 缺点：酶活性易受载体影响，固定化后酶活性降低 应用：广泛应用于生物催化、生物制药等领域
提高固定化酶的稳定性与活性
改进固定化技术：提高酶的固 定化效率和稳定性
优化酶分子结构：提高酶的活 性和稳定性
筛选和优化固定化载体：提高 酶的固定化效率和稳定性
研究酶的固定化机制：为提高 酶的稳定性与活性提供理论支 持
稳定性评估可 以帮助选择合 适的固定化方 法，提高酶的
固定化效果
稳定性评估还 可以帮助优化 固定化酶的生 产工艺，降低
生产成本
固定化酶的使用寿命
固定化酶的稳定性：在固定化过程中，酶的活性和稳定性得到提高
固定化酶的寿命：固定化酶的寿命通常比游离酶长，可以延长酶的使用寿命
固定化酶的再生：固定化酶可以通过再生技术恢复活性，延长使用寿命
添加标题
酶的固定化可以减少污染，提高环 保性能
酶的固定化可以简化生产工艺，提 高生产效率
酶的固定化未来 发展展望
新技术的开发与应用
酶固定化技术的发展：从传统的物理吸附到新型的化学键合 新型酶固定化技术的应用：在生物催化、生物制药、环境保护等领域的应用 酶固定化技术的挑战：如何提高酶的活性和稳定性，降低成本 酶固定化技术的未来：开发新型酶固定化材料，提高酶的固定化效率和稳定性，拓展应用领域
酶的固定化应用
环境保护：酶的固定化可以用 于污水处理、废气处理等领域
生物催化：酶的固定化可以 提高反应速率和选择性
食品加工：酶的固定化可以用 于食品加工，如酿酒、制糖等
医药工业：酶的固定化可以用 于药物合成、药物分析等领域
酶的固定化技术
吸附法
原理：利用酶与载体之间的物理或化学作用力，使酶固定在载体上 优点：操作简单，成本低，固定化效果好 缺点：酶活性易受载体影响，固定化后酶活性降低 应用：广泛应用于生物催化、生物制药等领域
提高固定化酶的稳定性与活性
改进固定化技术：提高酶的固 定化效率和稳定性
优化酶分子结构：提高酶的活 性和稳定性
筛选和优化固定化载体：提高 酶的固定化效率和稳定性
研究酶的固定化机制：为提高 酶的稳定性与活性提供理论支 持
《酶固定化和修饰》课件
酶固定化技术的优缺点
优点：提高酶的稳定性和活性，延长酶的使用寿命 优点：降低酶的流失和污染，提高反应效率 缺点：固定化过程可能导致酶的活性降低 缺点：固定化酶的回收和再利用难度较大
04
酶修饰技术
酶修饰技术的分类
化学修饰：通过化学反应改变酶的活性、稳定性和选择性
物理修饰：通过物理方法改变酶的结构和性质，如加热、冷冻、辐射等
酶修饰在药物合成中的应用
酶修饰在药物代谢中的应用
添加标题
添加标题
酶修饰在药物筛选中的应用
添加标题
添加标题
酶修饰在药物分析中的应用
酶固定化和修饰在其他领域的应用案例
生物医药领域：用于药物合成、生物检测等 食品工业领域：用于食品加工、食品添加剂等 环保领域：用于污水处理、废气处理等 化学工业领域：用于化学反应、催化剂等 生物能源领域：用于生物燃料生产等 生物技术领域：用于基因工程、生物制药等
和效率问题
机遇：酶固定 化技术在生物 催化领域的应
用前景
机遇：酶修饰 技术在药物研 发和生物医学 领域的应用前
景
07
总结与展望
对酶固定化和修饰技术的总结
酶固定化技术：将酶固定在载体上，提高酶的稳定性和活性 酶修饰技术：通过化学修饰改变酶的结构和性质，提高酶的稳定性和活性 应用领域：生物催化、生物制药、环境保护等领域 发展趋势：酶固定化和修饰技术的发展将更加注重环保、高效和低成本
生物修饰：通过生物技术手段改变酶的活性、稳定性和选择性，如基因工程、蛋白质工程 等
复合修饰：结合多种修饰方法，实现对酶的精确调控和优化
酶修饰技术的原理
酶修饰技术是通过化学或生物方法对酶进行修饰，以提高酶的活性、稳定性和选择性。
酶修饰技术主要包括化学修饰和生物修饰两种方式。
酶的固定化ppt课件
b．将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂缝中，或将 植物细胞吸附在中空纤维的外壁上。 (2)固定化细胞的优点 ①固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢，可以像 游离的细胞一样用于发酵生产。 ②固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶等步骤，能充分 利用细胞内的酶，因而，固定化细胞内酶的活性基本没有 损失。 ③保留了细胞内原有的多酶系统，对于多步催化的连续反 应优势就更加明显。
2．用固定化酵母细胞发酵(应用) (1)将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2～3次。 (2)将150 mL质量分数为10%的葡萄糖溶液转移到200 mL 的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25 ℃下发酵 24 h，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒香。
【巩固2】 酶固定化技术与细胞固定化技术的关系是 ( )。 A．酶固定化技术是细胞固定化技术的基础 B．细胞固定化技术是酶固定化技术的基础 C．酶固定化技术与细胞固定化技术是同时发展起来的 D．细胞固定化技术先于酶固定化技术
C．包埋法
D．交联法
答案 B
2． 固定化细胞常用包埋法固定化，原因是
( )。
A．包埋法固定化操作最简便
B．包埋法对酶活性的影响最小
C．包埋法固定化具有普遍性
D．细胞体积大，难以被吸附或结合
解析 因为细胞个大，而酶分子很小，个大的细胞难以被
吸附或结合，而个小的酶容易从包埋材料中漏出。
答案 D
3． 根据酵母细胞固定化技术，回答下列有关问题。 (1)酵母细胞的活化：向干酵母中加入________，使其恢复 正常的________。 (2)配制CaCl2溶液。 (3)配制海藻酸钠溶液。在加热时要用______或______。 (4)________溶液与________混合。 (5)固定化酵母细胞。 (6)用固定化酵母细胞发酵：将凝胶珠加入用于发酵的 ________溶液后，发现有________产生，同时有________ 味散发。 答案 (1)蒸馏水 生活状态 (3)小火 间断加热 (4)海藻酸钠 酵母细胞 (6)葡萄糖 气泡 酒
第五章酶的固定化ppt课件
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
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概念
固定化酶是指固定在载体上并在一定的 空间范围内进行催化反应的酶。固定化酶既 保持了酶的催化特性，又克服了游离酶的不 足之处，具有增强稳定性，可反复或连续使 用以及易于和反应产物分开等显著特点。直 接固定菌体或菌体碎片的，称为固定化菌体 或固定化死细胞。
（2）半透膜包埋法 将酶包埋在由各种高分子聚合物制成的小
球内，制成固定化酶. 制备方法： 酶， 水， 乙二胺
癸二酰氯+氯仿
包埋法 优点：结合力牢、活力回收高、底物专一性不变。
缺点：制备较难，载体无法回收、扩散限制。
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
三 固定化酶的性质
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
【中图版】高中生物选修一34《酶的固定化》PPT课件
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固定化细胞的优点 (1)固定化细胞含有一系列的酶，可以催化一系列的反应。 (2)反应的条件较易控制。 (3)使用时间更长。
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1．生产酒精时，使用固定化细胞比固定化酶更好，原因不包括( ) A．固定化细胞中含有一系列酶(与生产酒精有关) B．固定化细胞比固定化酶更经济、成本更低 C．固定化细胞需要提供营养物质 D．固定化细胞比固定化酶对环境条件要求低
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(4)制备固定化大肠杆菌的步骤为： ①______________________________________________________________； ②______________________________________________________________； ③______________________________________________________________； ④______________________________________________________________。
优点
催化效率高、耗能低、 污染低
①既能与反应物接触， 又能与产物分离 ②可以反复利用
成本低，操作容易、 寿命长
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①固定化细胞使用的都是活细胞，因此应提供一定的营养物质。 ②固定化细胞由于保证了细胞的完整性，因而酶的环境改变较小，酶活性受 外界影响也较小。
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二、固定化酶的制备及利用 1．酶的固定化：(1)18.6%的 CaCl2 溶液和甲醇溶液处理(10 s)，冲洗、吸干。 (2)3.65 mol/L 的盐酸水解(45 min)，蒸馏水冲洗至中性。 (3)在 5%的戊二醛溶液中浸泡(20 min)。 (4)0.1 mol/L 的磷酸缓冲液洗涤，(多次)吸干。 (5)放 1 mg/mL 的木瓜蛋白酶溶液中(4 ℃处理 3.5 h)。 ↓