磁性材料固定化腈水解酶的研究(5)
1.5 酶的固定方法研究
随着人民越来越向绿色可持续发展方向靠拢，生物催化由于其能提供温和的反应条件（pH和温度），可降解的催化剂、环境友好的试剂、高的活性以及特异的选择性而引起了人们越来越多的关注。此外，酶的使用保证了特殊功能基团在化学反应中的保护和激活，使合成路径更短，实验成本更低。而现代生物技术水平为生物催化在工业生产中应用提供了技术保障。由于重组DNA技术的发展，原则上，大大降低了酶的价格，使其能够更广泛的使用。在蛋白质工程方面的进展，比如定点突变和体外进化[35-36]期待的效果，比如底物的特异性、活性、选择性和稳定性等。但是，在工业生产应用中仍存在缺乏长期操作稳定性、复杂的回收过程和酶难以再利用等问题。而通过将酶固定化的方式可以解决这些问题解决。
酶的固定化之所以备受关注是因为，除了能够更加方便的对酶进行处理之外，同时也大大简便了产品的分离过程，故此能够最大程度上降低了蛋白质品对环境的污染。而且固定化也能够使回收更加便利，从而形成一个持续的操作。还有一个进一步的好处是，在存储和操作过程中，消除热变性、有机试剂影响或是自身的降解，能够提髙稳定性和再重复使用率。另外，一个更大的好处就是拥有更高的催化产率（kg产品/kg酶），从而降低了每千克产品所需要的酶的成本。最理想的结果就是酶的成本在总的生产成本中占很少的一部分。举个例子，通过青霉素酰化酶水解青霉素生产6-氨基青霉浣酸（6-APA),每千克固定化酶能够生产600kg的6-APA。对于商品果糖的生产，葡萄糖异构酶催化葡萄糖的异构化，其催化产率达到了11000[37]，事实上，能够发展有效的固定青霉素酰化酶的方法，这对于工业上生产P-内酰胺抗生素意义重大。
在无水介质中酶促反应固定化是必须的。在传统的酵粉（通过冷冻干燥）的使用中，大部分的酶分子无法跟底物进行有效的接触。另外，冷冻干燥还会引起酶结构的变化从而导致酶的失活。然而，通过固定化，由于酶分子被均匀的分散开来，使其能够有效的跟底物接触，而且提高了酶的催化效率和稳定性。另外一个关于固定化技术的好处是它能够使酶以一种多系统或者串联的方式来发挥作用。在设计酶的串联过程中，一个主要的问题就是不同催化剂的兼容性，不同的催化剂可能被分开，从而限制了他们的相互作用导致抑制或者失活。
基本来说，传统的固定化的类型主要可以分为四类：载体结合法，包埋法，交联酶聚集体或者晶体和吸附法。
（1）载体结合法可以
可以是物理的（氢键和范德华力），离子的或者是共价的。然而，但是往往在工业反应中，物理的键在反应中往往是很脆弱的。其次是离子键结合的酶，而以共价键结合的酶是最为牢固的。它的优势在于酶分子不会在表面就被过滤掉。然而，这也是一个缺点，如果酶的活性不可逆的失去，或是需要从载体上洗脱掉酶，就会很困难，那么酶和载体的回收将变的很艰难。这种载体可以是合成的树脂、生物聚合物或者无机聚合物（硅胶或者沸石）
（2）包埋法
酶被裹在凝胶的细格子中或被半透性的聚合物膜包围而成为格子型和微胶囊型两种。包埋法制备固定化酶除包埋水溶性酶外还能够用来制备包埋细胞，制成固定化细胞。
酶经过固定化后，具有较高的温度和pH稳定性，最适pH可能会稍稍有所移位，但对底物专一性却不会改变，而且实际使用的催化效率能提升几十倍（如5-磷酸二酯酶的工业应用）甚至能够达到几百倍（如青霉素酰化酶的工业应用）。
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