1、第4节 固定化酶的制备和应用,1.简述固定化酶的作用和原理。 2.尝试制备和应用固定化酶。,一,二,三,一、固定化酶的制备 1.固定化酶 固定化酶又叫固相化酶,是指固定在载体上并在一定的空间范围内进行催化反应的酶。酶的固定化过程是通过化学或物理的手段,将酶束缚在一定的区间内,固定酶分子在此区间内进行催化作用。,一,二,三,2.固定化酶的制备 (1)制备方法 固定化方法由酶的性质和载体特性所决定,主要包括吸附法、 载体偶联法、交联法和包埋法。凝胶包埋法是常见的方法之一。 (2)实验原理 将酶与凝胶混合,酶即包埋在凝胶内部的微孔中,这样酶分子被“网”在凝胶内部不易泄露,而底物和产物易通过凝胶孔与酶
2、接触,从而达到将酶固定的目的。 (3)实验步骤 乳糖酶的溶解聚合漂洗。,一,二,三,3.乳糖酶的固定化 固定化的乳糖酶不仅对酸、碱耐受力增强,而且热稳定性大大提高,同时可以反复使用,缩短了生产周期,使成本显著降低,体现了固定化酶的优越性。,一,二,三,二、固定化乳糖酶的应用 1.乳糖酶的应用 乳糖酶主要用做乳制品的助消化处理剂。用乳糖酶分解乳糖,可以提高牛奶的可消化性。由于乳糖溶解度较低,用乳糖酶处理乳制品,可以避免乳糖在乳制品中结晶并增加了甜度,改善乳制品的外观和口感。 2.检测牛奶中乳糖的分解 (1)实验原理 乳糖酶可以将乳糖分解为半乳糖和葡萄糖,还原糖可和斐林试剂反应产生砖红色化合物,根
3、据化合物颜色的深浅变化,可以了解乳糖酶的作用活性。 (2)实验步骤 鲜牛奶处理加酶分解检测乳糖的分解固定化酶的回收。,一,二,三,思考： 固定化酶回收时需用体积分数为0.05%的双氧水洗涤,其目的是什么? 提示:防止固定化酶被微生物污染。,一,二,三,三、游离酶与固定化酶的比较 通常情况下酶都是在水溶液中与底物进行反应,因此酶在反应系统中是与底物、产物混合在一起的,反应结束后,即使酶仍有较高活力,也很难再回收利用。另外,在水溶液中起作用的酶也给产物的进一步分离纯化带来了困难。固定化酶与游离酶相比不但稳定性好,而且与底物和产物容易分离。,1.固定化酶的特点 固定化酶活性稳定,可以反复多次使用。在
4、生产中,固定化酶能与反应液相互分开,不与产品混合,制品较易纯化,在大规模生产时所需工艺设备简单易行。应用固定化酶,工业生产可以实现大批量、连续化、自动化,极大地降低生产成本。固定化酶技术的应用,大大提高了酶在生产上的利用率。 但在固定化酶制备时,需要制备纯净的酶,稍有不慎,酶就会失活。,2.固定化酶的实例木瓜蛋白酶的固定化 在啤酒生产过程中,刚酿制的啤酒往往因含有少量的蛋白质而显得浑浊。如果加入木瓜蛋白酶,可以使蛋白质水解成氨基酸,供酵母菌增殖所需,从而缩短发酵时间,提高啤酒产量,使酒质澄清醇和。 将尼龙布浸入含等量CaCl2溶液和甲醇溶液的烧杯中,室温下放置10 s左右,并轻轻搅拌至尼龙布发
5、黏。取出后用水冲洗,并用吸水纸吸干。将尼龙布放入盐酸中,室温下水解45 min,用蒸馏水洗至pH中性。再将尼龙布放入戊二醛溶液中,室温下浸泡20 min。取出后用磷酸缓冲液(pH为7.8)反复洗去多余的戊二醛,吸干后立即放入木瓜蛋白酶溶液中,4 下固定3.5 h。取出尼龙布后用NaCl溶液洗去多余的蛋白酶,即得到尼龙固定化酶。为防止改变酶的电荷,操作过程中不能使用金属镊子。,3.直接使用酶和固定化酶催化的比较,题型一,题型二,题型三,固定化酶的特点 【例题1】 下列关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法,错误的是( ) A.固定化酶生物活性强,可长久使用 B.一般酶制剂应用后和产物混在一起
6、,产物的纯度不高 C.一般酶制剂参加反应后不能重复利用 D.固定化酶可以反复利用,降低生产成本 解析:固定化酶与一般酶制剂相比,在活性上差别不大,固定化酶的成分也是蛋白质,蛋白质经过一定的时间后会变性失活,所以固定化酶不可长久使用。 答案:A,题型一,题型二,题型三,固定化酶的应用 【例题2】 下列关于固定化酶的应用的叙述,错误的是 ( ) A.乳糖酶主要用做乳制品的助消化处理剂 B.在固定化酶应用方面,固定化酶比游离酶稳定性好 C.固定化酶在工业上颇受重视 D.霉菌乳糖酶适用于碱性乳清的水解 解析:霉菌乳糖酶适用于酸性乳清的水解。 答案:D,题型一,题型二,题型三,一般酶制剂和固定化酶的特点
7、比较 【例题3】 下列关于固定化酶的说法,正确的是( ) A.酶被固定在不溶于水的载体上,可反复利用 B.酶作为催化剂,反应前后结构不改变,所以固定化酶可永远利用下去 C.酶由于被固定在载体上,所以丧失了高效性和专一性 D.被固定化的酶其活性部位完整,所以不受高温、强碱、强酸等条件影响 解析:固定化酶可以被反复利用,但并非能永远利用下去,B项错误。固定化酶是将酶分子结合在特定支持物上且不影响酶的功能,不会使酶丧失高效性和专一性,C项错误。固定化酶的活力仍受温度、pH等环境条件的影响,D项错误。 答案:A,1,2,3,4,5,1.霉菌乳糖酶的最适pH为( ) A.2.55.0 B.67 C.6.
8、57.5 D.910 答案:A,1,2,3,4,5,2.目前,酶已经大规模地应用于各个领域,下列属于应用中面临的实际问题的是( ) A.酶通常对强酸、强碱、高温非常敏感,但对有机溶剂不敏感 B.酶的结构比较稳定,所以催化功能很高 C.酶用于生产时可能会混在产物中,影响产品质量 D.直接用于生产中的酶可以多次利用 答案:C 解析:目前酶的应用中面临的实际问题是酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂非常敏感,容易失活;溶液中的酶很难回收,不能被重复利用,增加了产品的成本;反应后酶会混在产物中,影响产品质量。,1,2,3,4,5,3.下列关于固定化酶的叙述,正确的是( ) A.酶的固定化方法主要包括吸附
9、法、载体偶联法、交联法和包埋法 B.酶的固定化应用中,要控制好pH、温度和溶解氧 C.利用固定化酶降解水体中有机磷农药,需提供适宜的营养条件 D.乳糖酶能将乳糖分解为半乳糖和果糖 答案:A 解析:酶的固定化应用中不需控制溶解氧。固定化酶发挥作用时不需营养条件。乳糖酶能将乳糖分解为半乳糖和葡萄糖。,1,2,3,4,5,4.下列叙述错误的是( ) A.从酶的固定方式看,吸附法比化学结合法对酶活性影响小 B.作为消化酶使用时,蛋白酶制剂以口服方式给药 C.尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶,可以反复使用 D.用体积分数为0.05%的双氧水洗涤固定化酶,目的是防止固定化酶被微生物污染 答案:C 解析:用化学结合法固定化酶,会使部分酶的分子结构发生变化,从而影响到酶的活性。消化酶通过口服方式才可进入消化道起作用。尿糖试纸使用后被污染,不可以反复使用。用体积分数为0.05%的双氧水洗涤固定化酶,目的是防止固定化酶被微生物污染。,1,2,3,4,5,5.下列关于“检测牛奶中乳糖的分解”实验的叙述,错误的是( ) A.实验所用的鲜牛奶要用巴氏灭菌法进行灭菌 B.本实验遵循了对照原则 C.半乳糖和葡萄糖均可与斐林试剂反应产生砖红色化合物 D.砖红色越深,说明乳糖酶的作用活性越弱 答案:D 解析:砖红色越深,说明还原糖(半乳糖和葡萄糖)含量越多,即乳糖酶的作用活性越强。,
