酶固定化技术研究进展

秦胜利 ，于建生

(青岛科技大学化工学院，山东青岛 266042)

酶固定化技术研究进展

秦胜利 ，于建生

(青岛科技大学化工学院，山东青岛 266042)

酶的固定化技术是酶工程领域研究的重点和热点之一，本文阐述了传统的酶固定化技术，并对定向固定、多酶共固、新型载体等前沿技术做了介绍，另外还对固定化酶的应用前景和发展趋势进行了预测。

酶的固定化;定向固定 ;新型载体

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

当前，游离酶的催化技术已经相当成熟，但由于其稳定性差、易失活、在非水溶液中不溶解、反应后酶无法回收利用等缺点，使其无法充分应用于工业化生产中。在此情况下，固定化酶应运而生，酶的固定化是指将酶限制或固定在某一局部空间或特定的固体载体上进行其特有的催化反应，并可回收及重复利用的技术，在催化反应中以固相状态作用于底物［1］。目前，固定化酶技术已应用于食品工业、医学分析、环保技术、三废处理等领域，并取得了较好的经济效益。

1 传统的酶固定化方法

传统的酶固定化有四种方法:吸附法(非共价结合吸附法和离子结合吸附法)、共价结合法、交联法、包埋法(网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简单的一种，它是通过载体表面和酶分子表面间的次级键非共价结合而达到固定化酶目的的方法，由于酶和载体间的作用力较弱，因此吸附法酶活损失很少。

1.2 共价结合法

共价结合法是通过酶的活性非必需须侧链基团与聚合物载体以共价键结合的方法，又称共价偶联法。其优点是酶与载体结合牢固，得到的固定化酶稳定性好，一般不会因底物浓度高或存在盐类等原因而轻易脱落，是目前应用和报道最多的一类方法。

1.3 交联法

交联法是利用双功能或多功能试剂在酶分子间发生交联反应而凝集成网状结构，交联法可以不通过载体，只通过酶之间的相互交联，即可形成一种复杂的三维结构。交联法一般作为其他固定化方法的辅助手段［2］。

1.4 包埋法

包埋法是将酶或细胞，通过物理学方法固定在高分子凝胶细微网格中的方法。包埋时条件温和，一般不会引起酶高级结构的改变，酶活回收率较高，只适合于小分子底物与产物的生物催化反应。

2 固定化技术研究新进展

2.1 定向固定

定向固定化是把酶和载体在酶的特定位点上连接起来，使酶在载体表面按一定的方向排列［3］。酶定向固定化的设计是在背离活性中心入口的酶表面通过定点突变在该酶表面引入低频氨基酸(半胱氨酸)，通过该氨基酸残基的特殊侧链来控制固定化方向。Viswanath［4］等用特定位点基因突变法将枯草杆菌蛋白酶的一个丝氨酸转变为半胱氨酸，然后定向固定在聚砜载体上，定向固定化的酶的活性要远远高于随意固定化的酶。Stovickova等［5］将胰蛋白酶通过猪多克隆抗体定向法固定在Sepharose 4B载体上，发现定向固定化酶的活性与天然胰蛋白酶的活性接近。目前，这种有序的、定向固定化技术已经用于生物芯片、生物传感器、生物反应器、临床诊断、药物设计以及蛋白质结构和功能的研究。

2.2 多酶共固

为了充分发挥不同酶的各自优势，可以将酶—酶、酶—细胞、细胞—细胞共同固定化于同一载体上。Atia［6］用聚乙烯亚胺的氨基覆盖多孔乙醛酸琼脂表面的醛基做成惰性载体，并以此为载体进行环己酮单加氧酶和葡萄糖－6－磷酸脱氢酶共价共固。许松伟等［7］将甲酸脱氢酶、甲醛脱氢酶和醇脱氢酶3种脱氢酶固定于新型ALG－SiO2杂化凝胶上，以原型烟酰胺腺嘌呤二核甙酸作为电子供体，通过三步连串反应实现了CO2到甲醇的转化。多酶共固技术是酶、细胞固定化技术发展的综合产物，它可以充分发挥不同酶的特点，将其催化特性结合起来，充分利用协同作用，提高其催化效率。

2.3 新型载体

随着科学技术的日新月异，固定化酶对载体材料的要求也越来越高。理想的载体要具备良好的机械强度、较高的稳定性和结合能力。在改进传统载体材料的同时，研究开发新型材料成为今后固定化酶载体研究的主要方向。Kato等［8］用N－异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺共聚合成的温敏性凝胶载体具有低临界溶解温度特性，提高了固定化淀粉葡萄糖苷酶的催化能力。如今，导电载体作为固定化酶的一类新载体，在基于酶电极的生物传感器领域得到了广泛应用。导电载体材料主要分为导电高聚物载体和导电复合载体两大类，前者一般是具有共轭结构和导电能力的有机聚合物，如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯及其衍生物［9－10］，后者是在导电材料中复合一些特殊物质制得的导电复合载体［11］。随着对固定化酶研究的不断深入，设计、制备性能优良的载体，将是固定化酶载体材料的发展方向。固定化酶技术必将随着其载体材料技术的进步而在各个领域得到更广泛的应用。

2.4 其它新技术

另外，还可以通过磁场、等离子体、纳米技术、超声波等新技术得到高性能的固定化酶。利用γ－射线可以引发丙烯醛与聚乙烯膜接枝聚合，活性醛基可共价固定化葡萄糖氧化酶［12］。刘薇等［13］采用改进的共沉淀法以FeCl3和FeSO4制备了Fe3O4磁性纳米粒子(20nm)，分别用于固定酵母乙醇脱氢酶和脂肪酶，表现出良好的磁分离性和催化性。今后，如何充分利用新载体、新方法来进一步提高固定化酶的活力、回收率、降低成本必定会成为固定化酶研究领域的热点。

3 展望

目前，酶固定化技术已成为酶工程领域研究的重点和热点之一，并已在多个领域中得到广泛应用。研究探索新载体、新方法，来提高固定化酶的活性回收率、降低成本将成为固定化酶研究领域的主要方向，固定化酶必将在今后的工业、医药、环保等领域发挥不可替代的作用。

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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

秦胜利(1979－)，在读硕士，E－mail:qsl0212@163.com;联系人:于建生(1965－)，男，副教授，从事生物化工方面的研究工作。