固定化酶

    固定化酶 : 又名 固相酶。作为生物催化剂的酶具有一种优良的 性质,即对某特定的基质可进行有选择性的反 应,并在常温常压下能进行催化反应。现已从微 生物中分离精制出许多酶,广泛用于食品、化工 及医药。这些酶大部分是水溶性的,为了使其像 普通无机催化剂那样可反复使用、增加对酸碱 的稳定性、具有一定的机械强度和便于同反应 物系分离等,这才开发了使酶固定于水不溶性 载体上的方法,即酶固定化法。最早的酶固定化 法是Nelson和Griffin在1916年开发的。使蔗糖 水解为蔗糖酶(转化酶),再用骨炭粉将蔗糖酶 吸附固定。但是使酶更有效地固定化的研究还 是20世纪60年代以后。1969年千烟等首先使氨 基酰化酶固定,用这种酶使D,L-氨基酸的光 学分离在工业上获得成功。20世纪70年代相继 用固定化葡萄糖异构酶制造异构化糖液,用固 定化内酯酶制造低乳糖乳液,用固定化青霉素 酰胺酶制造6-氨基青霉酸获得成功。此外,关 于固定化酶在分析化学方面的应用也进行了研 究,1967年Updike及Hicks开发了一种使固定 化葡萄糖氧化酶与氧电极组合起来制成一种酶 电极。1975年以后,可测量葡萄糖、尿素、蔗糖等 的电极已用于临床的化学分析。再者,固定化酶 的交换柱也已用于临床自动检验。关于酶的固 定方法有以下几种:①在不溶性载体与酶之间 至少有一个共价键相连接的方法(共价键法,又 称载体偶联法); ②酶与酶之间有两个或两个 以上共价键相互交联形成不溶性的结构的方法 (交联连结法);③采用物理方法(如静电相互作 用等)使酶与不溶性载体相结合的方法(即吸附 法); ④使酶包络于高分子基及高分子微胶囊 中的方法(包络法);⑤上述各种方法的组合法。 根据酶的种类及应用目的,可采用适当的方法 及载体。
一般认为,若使酶固定化,其结果会使酶的 性质发生某些变化:①表观的酶活性降低(这 是因为一部分酶失活及对基质的亲和力下降而 引起的); ②使酶对热、蛋白改性剂、蛋白分解 酶、阻化剂、有机溶剂、耐酸碱性提高了(稳定 化)。因为酶是经由复杂的过程从微生物中萃取 精制出来的,通常情况下,价格较高,不稳定者 较多,因此,如何利用微生物是必须考虑的问 题。此时,有利之处是微生物菌体中的复合酶 类、辅酶类、能量生产酶类等均可利用。有人用 高活性天冬酶的固定化从富马酸和氨生产 L-天冬氨酸及用富马酶活性的固定化,从富 马酸制备L-苹果酸,均已工业化。最近以生存 的状态将微生物包络于高分子基体中,以此来 生产抗生素、酶、醇、氢和甲烷等。另外,以固定 化微生物代替固定化酶的电极(微生物电极)已 用于实际,用于发酵工业和环境监测。固定化酶 在化学工业,发酵工业、分析、医疗、能源生产、 能源转变、环境净化等广大领域得到了应用。进 一步固定化微生物的应用,已在遗传工程方面 取得成果(育种)。