第六章酶工程制藥(編輯修改稿)
2024-11-22 12:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 細(xì)胞的特點(diǎn) 固定化細(xì)胞既有細(xì)胞特性，也有生物催化劑功能，又具有固相催化劑待點(diǎn)。 其優(yōu)點(diǎn)在于： （ 1）無需進(jìn)行酶的分離純化。 （ 2）細(xì)胞保持酶的原始狀態(tài)，固定化過程中酶的回收率高。 （ 3）細(xì)胞內(nèi)酶比固定化酶穩(wěn)定性更高。 （ 4）細(xì)胞內(nèi)酶的輔因子可以自動(dòng)再生。 （ 5）細(xì)胞本身含多酶體系，可催化一系列反應(yīng)。 （ 6）抗污染能力強(qiáng)。 二、固定化細(xì)胞的制備 2. 固定化細(xì)胞的特點(diǎn) 固定化技術(shù)的局限性： （ 1）利用的僅是胞內(nèi)酶，而細(xì)胞內(nèi)多種酶的存在，會(huì)形成不需要的副產(chǎn)物 （ 2）細(xì)胞膜、細(xì)胞壁和載體都存在著擴(kuò)散限制作用。 （ 3）載體形成的孔隙大小影響高分子底物的通透性。 二、固定化細(xì)胞的制備 3. 固定化細(xì)胞的制備技術(shù) 細(xì)胞的固定化技術(shù)是酶的固定化技術(shù)的延伸，其制備方法和應(yīng)用方法也 基本相同，但細(xì)胞的固定比主要適用于胞內(nèi)酶，要求底物和產(chǎn)物容易透過細(xì) 胞膜，細(xì)胞內(nèi)不存在產(chǎn)物分解系統(tǒng)及其他副反應(yīng)；若存在副反應(yīng)，應(yīng)具有相 應(yīng)的消除措施。 固定化細(xì)胞的制備方法有載體結(jié)合法、包埋法、交聯(lián)法及無載體法等。 三、固定化方法與載體的選擇依據(jù) 1．固定化方法的選擇 應(yīng)考慮下述幾個(gè)因素來選擇固定化的方法： （ 1）固定化酶應(yīng)用的安全性 （ 2）固定化酶在操作中的穩(wěn)定性 （ 3） 固定化的成本 2．載體的選擇 最好選擇工業(yè)化生產(chǎn)中已大量應(yīng)用的廉價(jià)材料為載體， 如聚乙烯醇、卡拉膠及海藻膠等。另外離子交換樹脂、金屬 氧化物及不銹鋼碎屑等，也都是有應(yīng)用前途的載體。 三、固定化方法與載體的選擇依據(jù) 載體的選擇還應(yīng)考慮底物的性質(zhì)。 固定化方法具有多樣性。 三、固定化方法與載體的選擇依據(jù) 1．固定化酶與固定化細(xì)胞的形狀 已有多種物理形狀的固定化酶，如酶膜、酶管、酶纖維、微囊和顆粒狀的固定化酶。 顆粒狀的固定化酶包括酶珠、酶塊、酶片和酶粉等。 制造何種形狀的固定化酶，需要根據(jù)底物和產(chǎn)物的性質(zhì)、基質(zhì)材料的性能、固定化的方法、酶反應(yīng)的性質(zhì)、反應(yīng)器的類型和應(yīng)用目的來決定。 四、固定化酶與固定化細(xì)胞的形狀與性質(zhì) （ 1）顆粒狀固定化酶 顆粒狀的固定化酶包括酶珠、酶塊、酶片和酶粉等。 每種固定化方法均可制備顆粒狀的固定化酶，制備方法簡單， 顆粒比表面積大，轉(zhuǎn)化效率高，適用于各種類型的反應(yīng)器。 如海藻膠溶液和釀酒酵母的混合液經(jīng)噴珠機(jī)壓入到 CaCl2溶液 中即可制成固定化的酵母酶珠，可用于工業(yè)化中乙醇的大規(guī)模生產(chǎn)。 四、固定化酶與固定化細(xì)胞的形狀與性質(zhì) （ 2）纖維狀固定化酶 某些材料，如三醋酸纖維素，用適當(dāng)?shù)娜軇┤芙夂笈c酶混合， 再采用噴絲的方法就可制成酶纖維。如將含酶的甘油水溶液滴入 三醋酸纖維素的二氯甲烷溶液中，乳化后經(jīng)噴絲頭噴入含丙酮的 凝固液中即成為纖維狀，取出后真空干燥即得固定化酶。 纖維狀固定化的的比表面積大，轉(zhuǎn)化效率高，但只適用于填充 床反應(yīng)器。酶纖維也可以織成酶布用于填充床反應(yīng)器。 四、固定化酶與固定化細(xì)胞的形狀與性質(zhì) （ 3）膜狀固定化酶 膜狀固定化酶也稱為酶膜，可以通過共價(jià)結(jié)合法將酶偶聯(lián) 到濾膜上制備，也可以將酶和某些材料如火棉膠、硝酸纖維素 、骨膠原和明膠等，用戊二醛交聯(lián)或其他方法處理后制成膜狀。 酶膜的表面積大，滲透阻力小，可用于酶電極，破碎后也可 用于填充床反應(yīng)器。 目前已制備出木瓜酶、葡萄糖氧化酶、過氧化物酶、氨基酰 化酶和脲酶等多種酶膜。 四、固定化酶與固定化細(xì)胞的形狀與性質(zhì) （ 4）管狀固定化酶 管狀固定化酶稱為酶管，某些管狀載體如尼龍、聚氯苯乙烯和 聚丙烯酰胺等，經(jīng)活化后與酶偶聯(lián)即得固定化酶管。 目前已制備出糖化酶、轉(zhuǎn)化酶和脲酶等酶管，酶管在化學(xué)分析 中可用于連續(xù)測定。 酶管的機(jī)械強(qiáng)度大，切短后可用于填充床反應(yīng)器，也可以組裝成列管式反應(yīng)器。 四、固定化酶與固定化細(xì)胞的形狀與性質(zhì) 細(xì)胞的固定化技術(shù)是酶的固定化技術(shù)的延伸 ， 制備方法也基本相 同 ， 因此許多固定化細(xì)胞的形狀與固定化酶的形狀相同 ， 如珠狀 、 塊 狀 、 片狀或纖維狀等 。 固定化細(xì)胞的方法主要是包埋法 ， 其次是交聯(lián)法或二者相結(jié)合的 方法 ， 用無載體法制備的是粉末狀的固定化細(xì)胞 ， 工業(yè)上應(yīng)用最多的 就是用包埋法制備的各種形狀的固定化細(xì)胞 。 四、固定化酶與固定化細(xì)胞的形狀與性質(zhì) 2．固定化酶的性質(zhì) 天然酶經(jīng)過固定化后即成為固定化酶，其催化反應(yīng)體系也 由均相反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷喾磻?yīng)。由于固定化的方法和所用的載 體不同，制得的固定化酶可能會(huì)受到擴(kuò)散限制、空間障礙、微 環(huán)境變化和化學(xué)修飾等因素的影響，可能會(huì)導(dǎo)致酶學(xué)性質(zhì)和酶 活力的變化。 四、固定化酶與固定化細(xì)胞的形狀與性質(zhì) 3．固定化細(xì)胞的性質(zhì) 細(xì)胞被固定化后，其中酶的性質(zhì)、穩(wěn)定性、最適 pH、最適溫度和 Km值的變化基本上與固定化酶相仿。 細(xì)胞的固定化主要是利用胞內(nèi)酶，因此固定化的細(xì)胞主要用于催 化小分子底物的反應(yīng)，而不適于大分子底物。 無論采用哪種固定化方法，都需采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣硖岣呒?xì)胞膜
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