生物技术概论课件：5-酶工程

学习目的

初步掌握酶的发酵生产和分离纯化的大致流程以及酶制剂的保存法。对酶的固定化、酶的修饰改造和主要的酶反应器类型有一定的认识。了解生物传感器及酶对现代人类生活的影响。5酶工程

酶工程

5酶工程

酶工程

引言

酶与酶工程酶的催化特性酶制剂的缺点酶工程的研究内容酶是一种生物催化剂，它具有作用专一性强、催化效率高等特点，能在常温常压和低浓度条件下进行复杂的生化条件。酶工程的发展趋势

随着生物技术的发展，酶工程将引起发酵工业和化学合成工业的巨大变革。21世纪酶工程的热点和前题，可能包括基因工程和蛋白质工程的应用，人工合成酶和模拟酶、核酸酶和抗体酶，分子酶学，酶的定向固定术，杂交酶，分子发动机，酶化学技术，非水酶学，糖生物学和糖基转移酶，酶标药物，端粒酶，极端环境微生物和不可培养微生物的新酶种，酶在环境保护方面的应用等。

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引言细胞融合

动植物细胞细胞融合物理化学诱度野生菌株采集基因工程细胞微生物培养基空气

发酵罐能量发酵液预处理

废料酶分离纯化酶制剂菌体酶提取分离

固定化酶酶的化学修饰可溶性酶吸附色埋交联化学连

逆胶束酶酶电极

酶热敏电阻酶反应器产品回收工艺

废料

轻工食品工业医药分析生物工程产品酶工程研究内容

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引言

酶工程

5酶工程

5.1酶的发酵生产

酶的来源从动植物组织中分离提取植物细胞培养产酶

动物细胞培养产酶

微生物发酵产酶

微生物作为酶生产来源的优点生长繁殖快，生活周期短，产量高，酶比活很高；

培养方法简单，原料来源丰富，经济效益高；微生物菌株种类繁多，酶的品种齐全；可以通过诱导、诱变及基因工程等方法培育出新的产酶量高的菌种。

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5.1酶的发酵生产

5.1.1优良产酶菌种的筛选

优良的产酶菌种应具备的优点繁殖快、产酶量高能在便宜的底物上生长良好产酶性能稳定、菌株不易退化产生的酶容易分离纯化

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5.1酶的发酵生产

产酶菌种的筛选方法筛选步骤产酶菌株的检测胞外酶的产酶菌株的检测胞内酶的产酶菌株的检测

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5.1.1优良产酶菌种的筛选5.1.2基因工程菌（细胞）的构建

构建基因工程菌的目标改善原有酶的各种性能扩充可安全使用的酶源

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5.1酶的发酵生产

酶基因克隆及表达的基本步骤

能产生目的酶的生物

酶的纯化总mRNA的纯化

测定N端部分氨基酸序列mRNA

设计引物RT-PCR

与合适的载体重组、重组子筛选与鉴定

转入工业生产用的宿主（工程菌或工程细胞），如米曲霉

酶的工业化生产

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5.1.2基因工程菌（细胞）的构建

克隆酶基因的宿主-载体系统应具备的特性所希望的酶占细胞总蛋白量的比例要高;菌体容易大规模培养，生长无特殊要求；载体与宿主相容，且能在宿主中稳定维持；宿主的蛋白酶尽可能少；宿主菌对人安全，不分泌毒素。

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5.1.2基因工程菌（细胞）的构建5.1.3微生物酶的发酵生产5.1.3.1培养基碳源

氮源

无机盐类生长因子

pH值

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5.1酶的发酵生产

5.1.3.2酶的发酵生产方式

固体发酵法

液体深层发酵法

温度

通气和搅拌

pH值

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5.1.3微生物酶的发酵生产固体发酵车间5.1.3.3提高酶产量的措施添加诱导物

酶的作用底物

酶的反应产物

酶的底物类似物

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5.1.3微生物酶的发酵生产降低阻遏物浓度可采用难利用的碳源，或采用分次添加碳源的方法使培养基中的碳源保持在不至于引起分解代谢物阻遏的浓度。表面活性剂

非离子型表面活性剂常被作为产酶促进剂，但作用机制尚不清楚。添加产酶促进剂

产酶促进剂是指那些能提高酶产量但是作用机制尚未阐明的物质，它可能是酶的激活剂或者稳定剂，也可能是产酶微生物的生长因子，或者是有害金属的螯合剂。如，添加植酸钙可使多种霉菌的蛋白酶和橘青酶（P.citrinum）的5’-磷酸二酸酯酶的产量提高2~20倍。

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5.1.3.3提高酶产量的措施

5.2酶的分离纯化

提取和分离纯化酶时一般应注意的条件

温度

pH值

盐浓度

搅拌微生物污染

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HPLC

5.2.1酶制剂的制备破碎细胞溶剂抽提离心分离浓缩干燥

5.2酶的分离纯化

高速冷冻离心机超声波细胞破碎机高压均质细胞破碎机大多数酶蛋白都可用稀酸、稀碱或稀盐溶液抽提，抽提时应注意溶剂种类、溶剂量和溶剂pH等的选择。工业上常采用真空薄膜浓缩法以保证酶在浓缩过程中基本不失活。酶溶液或者含水量高的酶制剂即使在低温下也极其不稳定，只能作短期保存。常用的干燥方法有真空干燥、冷冻干燥和喷雾干燥。5.2.2酶的纯化与精制

5.2.2.1根据酶分子大小和形状的分离方法离心分离

差速离心速率区带离心等密度梯度离心

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5.2酶的分离纯化

超速冷冻离心机根据颗粒大小和密度的不同存在的沉降速度差别，分级增加离心力，从试样中依次分离出不同组分的方法。

速率区带离心:将样品置于一密度梯度介质(如蔗糖、甘油、聚蔗糖等)顶层，该梯度最大密度低于拟分离混合物的最小密度，离心时各物质(细胞、细胞器、分子等)按其大小、形状和密度的不同而沉降速率各异，分别沉降在不同区带而达到分离的方法。

等密度梯度离心原理：当不同颗粒存在浮力密度差时，在离心力场下，在密度梯度介质中，颗粒或向下沉降，或向上浮起，一直移动到与它们各自的密度恰好相等的位置，在这里颗粒没有重量，不管离心多长时间，它们再也不移动了，形成一系列密度区。从而使不同浮力密度的物质得到分离。

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5.2.2.1根据酶分子大小和形状的分离方法凝胶过滤原理分离酶蛋白时，分子大小大于凝胶孔径的蛋白质被凝胶排阻，因而在凝胶颗粒间隙中移动，速度较快；小分子蛋白质则可自由出入凝胶颗粒的小孔内，路径加长，移动缓慢。这样经过一定的长度的凝胶层析柱以后，不同大小的蛋白质就被分开了。介质的特性

类型工作范围（相对分子质量）床体积/（ml/g干胶）葡聚糖凝胶

SephadexG-10<2002～3G-15<1502.5～3.5G-251000～60004～6G-501500～300009～11G-7530000～7000012～15G-1004000～15000015～30G-1505000～40000020～30G-2005000～80000030～40

葡聚糖/双丙烯胺凝胶

SephacrylS-2005000～250000S-30010000～1500000S-40020000～8000000

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5.2.2.1根据酶分子大小和形状的分离方法透析与超滤

透析在纯化过程中极为常用，通过透析可以除去酶液中的盐类、有机溶剂、低分子质量的抑制剂等。超滤是指在一定压力（正压/负压）下，将料液强制通过一定孔径的滤膜以达到分离纯化的目的，也可用于酶液的浓缩及脱色等。

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5.2.2.1根据酶分子大小和形状的分离方法5.2.2.2根据酶分子电荷性质的分离方法离子交换层析

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5.2.2酶的纯化与精制根据不同的蛋白质与离子交换剂的亲和力不同而达到分离目的蛋白的方法称为离子交换层析。

-O-CH2CH2N（C2H5)2+OH--O-CH2CH2N(C2H5)2OH

-O-CH2CH2N（C2H5）2+E-COO--O-CH2CH2N(C2H5)2+OH-

OHE-COO

-O-CH2CH2N(C2H5)2+Cl--O-CH2CH2N(C2H5)2+E-COO-

E-COOCl

离子交换原理示意图原理

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5.2.2.2根据酶分子电荷性质的分离方法

蛋白质纯化过程常用的几种离子交换剂

名称种类解离基团交换当量阴离子交换剂DEAE-纤维素弱碱性二乙氨基乙基0.1～1.1

氨乙基纤维素弱碱性氨乙基－

DEAE-纤维素碱性稍强三乙氨基0.5～1.0DEAE-Sephacel

二乙氨基乙基1.3～1.5DEAE-Sephadex

弱碱性二乙氨基乙基3.0～4.0QAE-Sephadex

二乙氨基乙基2.6～3.4-2-羧丙基阳离子交换剂CM-纤维素弱酸性羧甲基－

CM-Sephadex

弱酸性羧甲基4～4.5

介质特性

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5.2.2.2根据酶分子电荷性质的分离方法层析聚焦层析聚焦类似于等电聚焦电泳，但其连续的pH梯度是在固相离子交换载体上形成的。它既具有等电聚焦电泳的高分辨率，又具有柱内容量大的特点，具有较大的应用价值。

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5.2.2.2根据酶分子电荷性质的分离方法电泳由于不同蛋白质所带净电荷的大小和性质不同，在外电场作用下，其泳动方向和速率也不同，从而达到分离的目的。等电聚焦电泳它属于移动界线电泳法。

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5.2.2.2根据酶分子电荷性质的分离方法电泳仪5.2.2.3根据酶分子专一性结合的分离方法亲和层析利用酶分子的专一性结合位点或特异的结构性质来达到分离的目的；它具有结合效率高、分离速度快的特点。

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5.2.2酶的纯化与精制染料配体亲和层析利用染料与酶或酶的辅基特异结合的特点，达到对酶的分离。由于染料分子与被纯化的酶没有任何生物学关系，因此严格地说只能被称之为假亲和层析。

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5.2.2.3根据酶分子专一性结合的分离方法共价层析利用层析介质与被分离的酶之间形成共价键而达到分离的目的。

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5.2.2.3根据酶分子专一性结合的分离方法层析分离5.2.2.4根据分配系数的分离方法

双水相萃取分离某些聚合物与一些无机盐或另一种聚合物相混合，当浓度达到一定范围时，体系会自动分为两相，由于生物活性物质在两相中具有不同的分配比，经过反复处理则可达到分离的目的，这种分离方法称为双水相萃取分离。

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5.2.2酶的纯化与精制

聚合物P、Q和水系统的相图示意图

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5.2.2.4根据分配系数的分离方法

几种常用的两水相系统聚丙二醇-聚乙二醇聚丙二醇-聚乙烯醇非离子型聚合物-聚丙二醇-葡聚糖非离子型聚合物聚乙二醇-聚乙烯醇聚乙二醇-葡聚糖

聚乙二醇-聚乙烯吡咯烷酮带电荷聚电解质-DEAE-葡聚糖-HCl-聚丙二醇NaCl非离子型聚合物-聚乙二醇Li2SO4两种聚电解质羧甲基葡聚糖钠盐-羧甲基纤维素钠盐聚乙二醇-磷酸钾聚合物-无机盐聚乙二醇

-硫酸铵聚乙二醇

-硫酸钠

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5.2.2.4根据分配系数的分离方法5.2.3酶的纯度与酶活力

酶的纯度

酶的活力酶活力（enzymeactivity）也称为酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。酶活力的大小可用在一定条件下，酶催化某一化学反应的速度来表示，酶催化反应速度愈大，酶活力愈高，反之活力愈低。测定酶活力实际就是测定酶促反应的速度。酶促反应速度可用单位时间内、单位体积中底物的减少量或产物的增加量来表示。在一般的酶促反应体系中，底物往往是过量的，测定初速度时，底物减少量占总量的极少部分，不易准确检测，而产物则是从无到有，只要测定方法灵敏，就可准确测定。因此一般以测定产物的增量来表示酶促反应速度较为合适.

酶的比活力

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5.2酶的分离纯化

比活力是以每毫克蛋白质所具有的酶活力单位数。酶的纯度可用酶的比活力来衡量5.2.4酶制剂的保存

温度

缓冲液

氧化/还原

蛋白质的浓度及纯度

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5.2酶的分离纯化

超低温冰箱5月30日5.3酶分子的改造5.3.1酶分子修饰

是指通过对酶蛋白主链剪接切割和侧链的化学修饰对酶分子进行改造，改造的目的在于改变酶的一些性质，创造出天然酶不具备的某些优良性状，扩大酶的应用以达到较高的经济效益。酶分子化学修饰（下页）酶分子化学修饰的目的（下下页）

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化学修饰主要是利用修饰剂所具有的各类化学基团的特性，直接或经一定的活化步骤后与酶分子上的某种氨基酸残基（一般尽可能选用非酶活必需基团）产生化学反应，从而改造酶分子的结构和性能。进行化学修饰时应注意：修饰剂的要求、酶性质的了解、反应条件的选择。制备修饰酶的目的

提高酶活力改进酶的稳定性允许酶在一个变化的环境中起作用改变最适pH值或最适温度改变酶的特异性使它能催化不同的底物改变催化反应类型提高催化过程的反应效率（引自Smith，1996）

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5.3.1酶分子修饰酶分子化学修饰应注意的事项

修饰剂的要求酶性质的了解反应条件的选择酶修饰剂的类型

修饰酶的特性

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5.3.1酶分子修饰

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5.3.1酶分子修饰天然酶和修饰酶的特性比较——耐温特性比较

酶修饰剂处理条件残留酶活/％天然酶修饰酶

ß-葡萄糖苷酶右旋糖酐60℃/40min4182

尿酸酶人血清白蛋白37℃/48h5095

尿激酶聚丙烯酰胺17℃/2d50100-丙烯酸糜蛋白酶肝素37℃/6h080（24h）糜蛋白酶聚（-乙烯75℃/117h61100

吡咯烷酮)天然酶和修饰酶的特性比较——最适pH比较

酶修饰剂天然酶修饰酶

尿酸酶（猪肝）白蛋白10.57.4~8.5

尿激酶（猪肝）聚乙二醇8.29.0

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5.3.1酶分子修饰

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5.3.1酶分子修饰天然酶和修饰酶的特性比较——其他特性比较

酶修饰剂特性天然酶修饰酶胰蛋白酶右旋糖酐抗失活因子抗自身水解抗大豆蛋白酶抑制剂抗尿素胰蛋白酶聚乙二醇抗失活因子抗大豆蛋白酶抑制剂 抗原性抗原性消除尿酸酶白蛋白抗失活因子抗胰酶 抗原性抗原性消除体内半衰期4h20h

尿激酶白蛋白抗失活因子抗胃蛋白酶抗胎盘抑制剂 体内半衰期

20min90min

酶蛋白质工程的程序图三维结构新蛋白质设计蓝图蛋白质利用基因产物分子模型

X射线晶体衍射基因诱变克隆和表达开发5.3.2酶的蛋白质工程（下页）

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5.3酶分子的改造是在基因工程的基础上发展起来的，而且仍需要应用基因工程的全套技术。所不同的是，酶的基因工程主要解决的是酶大量生产的问题，而蛋白质工程则致力于天然蛋白质的改造，制备各种定做的蛋白质其工作程序。酶的蛋白质工程酶蛋白质工程的策略分子裁减

定点突变

对随机诱变的基因库进行定向的筛选和选择

杂交酶（hybridenzyme）

——利用高度同源的酶之间的杂交

——创造具有新活性的杂交酶

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5.3.2酶的蛋白质工程杂交酶（又称杂合酶，hybridenzyme）

是指利用基因工程将两种或两种以上的酶的结构片段构建成的新酶。首先，人们可以利用高度同源的酶之间的杂交，将一种酶的耐热性、稳定性等非催化特性“转接”给另一种酶。这种杂交是通过相关酶同源区间残基或结构交换来实现的。其次，人们可以创造具有新活性的杂交酶。最便捷的途径就是调节现有酶的专一性或催化活性。迄今为止，所有杂交酶大都属于这种酶。杂交酶技术还可以用于研究酶的结构和功能之间的关系。2000-2006年就有62个利用杂交酶技术改良的酶获得了美国专利。5.3.3生物酶的人工模拟

生物酶的人工模拟模拟酶（下页）抗体酶（abzyme）印迹酶

——分子印迹酶

——生物印迹酶

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5.3酶分子的改造

一般来说，它的研究就是吸收酶中那些起主导作用的因素，利用有机化学、生物化学等方法设计和合成一些比天然酶简单的蛋白质分子或者非蛋白质分子，以这些分子作为模型来模拟酶对其作用底物的结构和催化过程。抗体酶的出现和快速发展为生物酶的人工模拟开辟了一条新道路。模拟酶抗体酶（abzyme）是具有催化活性的抗体。产生抗体酶的方法有两种：①以反应过渡态类似物（小分子）作为半抗原，然后让动物免疫系统产生针对半抗原的具有催化活性的抗体;②通过化学修饰、点突变及基因重组技术将催化基因直接引入抗体的结合部位。分子压印（molecularimprinting）技术（1）分子印迹酶选择底物、底物类似物、酶抑制剂、过渡态类似物以及产物为印记分子（模板），通过分子压印技术可以在高聚物中产生类似于酶活性中心的空穴，对底物产生有效结合，并在结合部位的空穴内诱导产生催化基因，并与底物定向排列。（2)生物印迹酶是指在天然的生物材料上进行压印，从而产生对印迹分子具有特异性识别的空腔的过程。

分子印迹聚合物的制备流程图

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5.3生物酶的人工模拟5.4生物催化剂的固定化

第一阶段：主要是载体的开发、固定化方法的研究及其应用技术的发展第二阶段：包括含辅酶系统或ATP、ADP和AMP系统的多酶反应系统的构建，

以及疏水体系或水分很低的体系的固定化酶催化反应的研究。（目前处于此阶段）近年，又发展了新技术，它是酶和细胞固定化技术发展的综合产物。与普通的固定化酶或固定化细胞相比，联合固定化生物催化剂可以充分利用酶和细胞的各自特点，把不同来源的酶和整个细胞的生物催化剂结合到一起。酶固定化的目的、固定化、共固定化、联合固定化

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酶与微生物细胞联合固定化体系的应用联合固定化生物催化剂微生物酶应用领域参考文献黑曲霉过氧化氢酶生产葡萄糖酸姜明等生物化学与生酵母纤维二糖酶生产乙醇物物理进展，1991，酵母胃蛋白酶葡萄汁发酵18（1）：26

酿酒酵母果胶酶葡萄汁发酵面包酵母β-葡萄糖苷酶生产乙醇隋德新，生物科学动态，酿酒酵母β-半乳糖苷酶生产乙醇1988，（3）：19

酵母糖化酶啤酒酿造酿酒酵母木糖异构酶木糖发酵大肠杆菌葡萄糖氧化酶牛奶防腐

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5.4生物催化剂的固定化

淀粉水解酶淀粉泡盛曲霉葡萄糖

02

菌体运动发酵单孢菌 菌体 乙醇

泡盛曲霉（Asp.awamori）和运动发酵单菌（Z.mobilis）联合固定化体系代谢模式

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5.4生物催化剂的固定化

定向固定化每一个酶蛋白分子通过其一个特定的位点以可重复的方式进行固定化；蛋白质的定向固定化技术有利于进一步研究蛋白质结构；这种固定化技术可以借助一个与酶蛋白的酶活性无关或影响很小的氨基酸来实现。

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5.4生物催化剂的固定化

5.4.1酶的固定化方法酶固定化方法分类还没有一种固定化方法可以普遍地适用于每一种酶。特定的酶要根据具体的应用目的选择特定的固定化方法。已建立的固定化方法，大致可分为三类：载体结合法、交联法和包埋法。

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5.4生物催化剂的固定化

酶固定化方法示意图（引自戚以政等,1996）（1）离子结合；（2）共价结合；（3）交联；（4）聚合物包埋；

（5）疏水相互作用；（6）脂质体包埋；（7）微胶囊

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5.4.1酶的固定化方法

5.4.1.1载体结合法物理吸附法：是制备固定化酶最早采用的方法，它是以固体表面物理吸附为依据，使酶与水不溶性载体相接触而达到酶吸附的目的。

离子结合法：该法是通过离子效应，将酶分子固定到含有离子交换基团的固相载体上。

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5.4.1酶的固定化方法螯合法：这是一种比较吸引人的技术，它主要是利用螯合作用将酶直接螯合到表面含过渡金属化合物的载体上，具有较高的操作稳定性。共价结合法：共价结合法是通过酶分子上的官能团，与载体表面上的反应基团发生化学反应形成共价键的一种固定化方法，是研究得最多的固定化方法之一。

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5.4.1.1载体结合法

5.4.1.2

共价交联法共价交联法是通过双功能或多功能试剂，在酶分子间或酶分子和载体间形成共价键的连接方法。

5.4.1.3包埋法将酶包埋在高聚物凝胶网格中或高分子半透膜内的固定方法。前者又称为凝胶包埋法，后者则称为微囊法。

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5.4.1酶的固定化方法5.4.2细胞的固定化方法5.4.2.1包埋法

将细胞包埋在多微孔载体内部制备固定化细胞的方法称包埋法，可分为凝胶包埋法、纤维包埋法和微胶囊包埋法。5.4.2.2吸附法

主要是利用细胞与载体之间的吸引力，使细胞固定在载体上。

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5.4生物催化剂的固定化

5.4.3固定化酶（细胞）的性质

酶活力的变化

酶稳定性提高

最适pH值的变化最适温度的变化

动力学常数的变化

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5.4生物催化剂的固定化

5.4.4固定化酶（细胞）的指标

相对酶活力

酶的活力回收率

固定化酶的半衰期

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5.4生物催化剂的固定化

5.5酶反应器

酶反应器的定义

以酶为催化剂进行反应所需要的设备称为酶反应器。

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酶反应器的分类

按酶的状态来分，酶反应器有两种类型：一类是直接应用游离酶进行反应的均相酶反应器；另一类是应用固定化酶进行反应的非均相酶反应器。若按其结构和功能来分，则有许多类型。

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5.5酶反应器

酶反应器的类型

(引自戚以政等，1996)（1）间歇式搅拌罐；（2）连续式搅拌罐；（3）多级连续搅拌罐；（4）填充床（固定床）；（5）带循环的固定床；（6）列管式固定床；（7）流化床；（8）搅拌罐-超滤器联合装置；（9）多釜串联半连续操作；（10）环流反应器；（11）螺旋卷式生物膜反应器

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5.5酶反应器

选择反应器型式必须综合考虑各种因素

催化剂的形状和大小催化剂的机械强度和比重反应操作的要求（如pH值是否可控制）对付杂菌污染的措施反应动力学方程的类型底物（溶液）的性质催化剂的再生、更换的难易反应器内液体的塔存量与催化剂表面积之比传质特性反应器制造成本和运行成本

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5.5酶反应器5.5.1酶反应器的基本类型

5.5.1.1搅拌罐型反应器

带有机械搅拌装置的反应罐称搅拌罐型反应器

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5.5酶反应器间歇式搅拌罐连续式搅拌罐多级连续搅拌罐5.5.1.2固定床型反应器

把催化剂填充在固定床（填充床）中的反应器叫做固定床型反应器。填充床（固定床）带循环的固定床列管式固定床

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5.5.1酶反应器的基本类型5.5.1.3流化床型反应器

流化床型反应器是一种装有较小颗粒的垂直塔式反应器。底物以一定的流速从下向上流过，使固定化酶颗粒在流体中维持悬浮状态并进行反应，这时的固定化颗粒和流体可以被看作是均匀混合的流体。

流化床型反应器

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5.5.1酶反应器的基本类型5.5.1.4膜式反应器

膜反应器是利用膜的分离功能，同时完成反应和分离过程的反应器，包括用固定化酶膜组装的平板状或螺旋卷型反器、转盘反应器和空心酶管、中空纤维膜反应器等。螺旋卷式生物膜反应器搅拌罐-超滤器联合装置

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5.5.1酶反应器的基本类型

第二代酶反应器的主要类型含辅因子的酶反应器两相或多相酶反应器固定化多酶反应器

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5.5.1酶反应器的基本类型酶反应器5.5.2酶反应器的设计原则底物的酶促反应动力学以及温度、压力、pH值等操作参数对此特性的影响；反应器的类型和反应器内流体的流动状态及传热特性；需要的生产量和生产工艺流程。

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5.5酶反应器

5.5.3酶反应器的性能评价

空时：空时是指底物在反应器中的停留时间。

转化率：转化率是指每克底物中有多少被转化为产物。

酶反应器的生产强度：酶反应器的生产强度是指每小时每升反应器体积所生产的产品克数。

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5.5酶反应器5.5.4酶反应器的操作5.5.4.1酶反应器的微生物污染的预防用酶反应器制造食品和生产药品时，生产环境通常须保持无菌，并应在必要的卫生条件下进行操作，因为微生物的污染不仅会堵塞反应柱，而且它们产生的酶和代谢物，还会进一步使产物降解或产生令人厌恶的副产物，甚至能使固定化酶活性载体降解。

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5.5酶反应器5.5.4.2酶反应器中流动方式的控制

搅拌速度的控制

柱压降的控制壅(yong)塞的控制

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5.5.4酶反应器的操作酶反应器5.5.4.3酶反应器恒定生产能力的控制控制反应器的流速提高温度柱反应器串联

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5.5.4酶反应器的操作生物反应器生物传感器的简图5.6.1生物传感器的原理

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5.6生物传感器

生物传感器的分子识别元件

分子识别元件生物活性材料酶膜各种酶类

全细胞膜细菌、真菌、动植物细胞

组织膜动植物组织切片

细胞器膜线粒体、叶绿体等细胞器

（引自张先恩，1991）

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5.6生物传感器

生物学反应信息和换能器的选择生物学信息换能器的选择离子变化电流型或电位型的离子选择电极、阻抗计质子变化离子选择电极、场效应晶体管气体分压变化气敏电极、场效应晶体管热效应热敏元件光效应光纤、光敏管、荧光计色效应光纤、光敏管质量变化压电效应电荷密度变化阻抗计、导纳、场效应晶体管溶液密度变化表面等离子共振

（引自张先恩，1991）

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5.6生物传感器

5.6.2生物传感器的分类

5.6.2.1酶传感器利用酶的催化作用，在常温常压下将糖类、醇类、有机酸、氨基酸等生物分子氧化或分解，然后通过换能器将反应过程中化学物质的变化转变为电信号记录下来，进而推导出相应的生物分子的浓度。