酶固定化技術研究進展

秦勝利 ，于建生

(青島科技大學化工學院，山東青島 266042)

酶固定化技術研究進展

秦勝利 ，于建生

(青島科技大學化工學院，山東青島 266042)

酶的固定化技術是酶工程領域研究的重點和熱點之一，本文闡述了傳統的酶固定化技術，并對定向固定、多酶共固、新型載體等前沿技術做了介紹，另外還對固定化酶的應用前景和發展趨勢進行了預測。

酶的固定化;定向固定 ;新型載體

Abstract:Enzyme immobilization technique is the key and hotspots research field in enzyme engineering.The traditional enzyme immobilization technique are introduced，the oriented immobilization，co － immobilization of multienzyme，new carrier and so frontier technologies are introduced，in addition to，the immobilized enzyme application prospect and development trend are predicted.

Key words:enzymes immobilization;oriented immobilization;new vectors

當前，游離酶的催化技術已經相當成熟，但由于其穩定性差、易失活、在非水溶液中不溶解、反應后酶無法回收利用等缺點，使其無法充分應用于工業化生產中。在此情況下，固定化酶應運而生，酶的固定化是指將酶限制或固定在某一局部空間或特定的固體載體上進行其特有的催化反應，并可回收及重復利用的技術，在催化反應中以固相狀態作用于底物［1］。目前，固定化酶技術已應用于食品工業、醫學分析、環保技術、三廢處理等領域，并取得了較好的經濟效益。

1 傳統的酶固定化方法

傳統的酶固定化有四種方法:吸附法(非共價結合吸附法和離子結合吸附法)、共價結合法、交聯法、包埋法(網格包埋法和微囊包埋法)。

1.1 吸附法

吸附法是固定化方法中最簡單的一種，它是通過載體表面和酶分子表面間的次級鍵非共價結合而達到固定化酶目的的方法，由于酶和載體間的作用力較弱，因此吸附法酶活損失很少。

1.2 共價結合法

共價結合法是通過酶的活性非必需須側鏈基團與聚合物載體以共價鍵結合的方法，又稱共價偶聯法。其優點是酶與載體結合牢固，得到的固定化酶穩定性好，一般不會因底物濃度高或存在鹽類等原因而輕易脫落，是目前應用和報道最多的一類方法。

1.3 交聯法

交聯法是利用雙功能或多功能試劑在酶分子間發生交聯反應而凝集成網狀結構，交聯法可以不通過載體，只通過酶之間的相互交聯，即可形成一種復雜的三維結構。交聯法一般作為其他固定化方法的輔助手段［2］。

1.4 包埋法

包埋法是將酶或細胞，通過物理學方法固定在高分子凝膠細微網格中的方法。包埋時條件溫和，一般不會引起酶高級結構的改變，酶活回收率較高，只適合于小分子底物與產物的生物催化反應。

2 固定化技術研究新進展

2.1 定向固定

定向固定化是把酶和載體在酶的特定位點上連接起來，使酶在載體表面按一定的方向排列［3］。酶定向固定化的設計是在背離活性中心入口的酶表面通過定點突變在該酶表面引入低頻氨基酸(半胱氨酸)，通過該氨基酸殘基的特殊側鏈來控制固定化方向。Viswanath［4］等用特定位點基因突變法將枯草桿菌蛋白酶的一個絲氨酸轉變為半胱氨酸，然后定向固定在聚砜載體上，定向固定化的酶的活性要遠遠高于隨意固定化的酶。Stovickova等［5］將胰蛋白酶通過豬多克隆抗體定向法固定在Sepharose 4B載體上，發現定向固定化酶的活性與天然胰蛋白酶的活性接近。目前，這種有序的、定向固定化技術已經用于生物芯片、生物傳感器、生物反應器、臨床診斷、藥物設計以及蛋白質結構和功能的研究。

2.2 多酶共固

為了充分發揮不同酶的各自優勢，可以將酶—酶、酶—細胞、細胞—細胞共同固定化于同一載體上。Atia［6］用聚乙烯亞胺的氨基覆蓋多孔乙醛酸瓊脂表面的醛基做成惰性載體，并以此為載體進行環己酮單加氧酶和葡萄糖－6－磷酸脫氫酶共價共固。許松偉等［7］將甲酸脫氫酶、甲醛脫氫酶和醇脫氫酶3種脫氫酶固定于新型ALG－SiO2雜化凝膠上，以原型煙酰胺腺嘌呤二核甙酸作為電子供體，通過三步連串反應實現了CO2到甲醇的轉化。多酶共固技術是酶、細胞固定化技術發展的綜合產物，它可以充分發揮不同酶的特點，將其催化特性結合起來，充分利用協同作用，提高其催化效率。

2.3 新型載體

隨著科學技術的日新月異，固定化酶對載體材料的要求也越來越高。理想的載體要具備良好的機械強度、較高的穩定性和結合能力。在改進傳統載體材料的同時，研究開發新型材料成為今后固定化酶載體研究的主要方向。Kato等［8］用N－異丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺共聚合成的溫敏性凝膠載體具有低臨界溶解溫度特性，提高了固定化淀粉葡萄糖苷酶的催化能力。如今，導電載體作為固定化酶的一類新載體，在基于酶電極的生物傳感器領域得到了廣泛應用。導電載體材料主要分為導電高聚物載體和導電復合載體兩大類，前者一般是具有共軛結構和導電能力的有機聚合物，如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯及其衍生物［9－10］，后者是在導電材料中復合一些特殊物質制得的導電復合載體［11］。隨著對固定化酶研究的不斷深入，設計、制備性能優良的載體，將是固定化酶載體材料的發展方向。固定化酶技術必將隨著其載體材料技術的進步而在各個領域得到更廣泛的應用。

2.4 其它新技術

另外，還可以通過磁場、等離子體、納米技術、超聲波等新技術得到高性能的固定化酶。利用γ－射線可以引發丙烯醛與聚乙烯膜接枝聚合，活性醛基可共價固定化葡萄糖氧化酶［12］。劉薇等［13］采用改進的共沉淀法以FeCl3和FeSO4制備了Fe3O4磁性納米粒子(20nm)，分別用于固定酵母乙醇脫氫酶和脂肪酶，表現出良好的磁分離性和催化性。今后，如何充分利用新載體、新方法來進一步提高固定化酶的活力、回收率、降低成本必定會成為固定化酶研究領域的熱點。

3 展望

目前，酶固定化技術已成為酶工程領域研究的重點和熱點之一，并已在多個領域中得到廣泛應用。研究探索新載體、新方法，來提高固定化酶的活性回收率、降低成本將成為固定化酶研究領域的主要方向，固定化酶必將在今后的工業、醫藥、環保等領域發揮不可替代的作用。

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Research Progress of Enzyme Immobilization Techniques

QIN Sheng－li，YU Jian－sheng(College of Chemical Engineering，Qingdao University of Science and Technology，Qingdao 266042，China)

TQ426.97

A

1003－3467(2011)05－0024－02

2011－01－19

秦勝利(1979－)，在讀碩士，E－mail:qsl0212@163.com;聯系人:于建生(1965－)，男，副教授，從事生物化工方面的研究工作。