离子交换树脂固定化酶

Ⅰ 为什么需要酶的固定化

是指经过一定改造后被限制在一定的空间内，能模拟体内酶的作用方式，并可反复连续地进行有效催化反应的酶。固定化酶又称固相酶。在理论研究上，固定化酶可以作为探讨酶在体内作用的模型;在实际使用中,可使生产工艺自动化和连续化，提高酶的使用效率。
制备方法 固定化技术是通过化学或物理等手段将酶分子束缚起来供重复使用的技术。大致可分为载体结合法、交联法和包埋法等。
载体结合法 将酶结合到非水溶性的载体上。一般来讲,载体的亲水性基团越多，表面积越大，单位载体结合的酶量也越大。最常用的是共价结合法，此外还有离子结合法、物理吸附法。
①共价结合法是将酶蛋白分子上官能团和载体上的反应基团通过化学价键形成不可逆的连接的方法。在温和的条件下能偶联的酶蛋白基团包括有氨基、羧基、半胱氨酸的巯基、组氨酸的咪唑基、酪氨酸的酚基、丝氨酸和苏氨酸的羟基等。常用的载体包括天然高分子（纤维素、琼脂糖、葡萄糖凝胶、胶原及其衍生物），合成高分子(聚酰胺、聚丙烯酰胺、乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物等)和无机支持物（多孔玻璃、金属氧化物等）。共价结合法制备的固定化酶,酶和载体的连接键结合牢固,使用寿命长，但制备过程中酶直接参与化学反应，常常引起酶蛋白质的结构发生变化，导致酶活力的下降，往往需要严格控制操作条件才能获得活力较高的固定化酶。
②离子结合法通过离子效应将酶固定到具有离子交换基团的非水溶性载体上的一种方法。能引起离子结合的载体,除具有离子交换基团的多糖类外,象离子交换树脂（见离子交换剂）那样的合成高分子衍生物也可用作载体。离子结合法与共价结合法比较,操作简便,处理条件温和，可以得到较多高活性的固定化酶。但载体和酶的结合力不够牢固，易受缓冲液种类和pH的影响。
③物理吸附法将酶吸附到不溶于水的载体上而使酶固定化的方法。常使用的载体有活性炭、氧化铝、高岭土、硅胶、多孔玻璃、羟基磷灰石等。物理吸附法操作简便、费用较省,可供选择的载体类型多,有的可以再生。但酶与载体的相互作用较弱，被吸附的酶容易从载体上脱落，酶的非专一性吸附会引起酶的部分或全部失去。
交联法 利用双官能团或多官能团试剂与酶之间发生分子交联来把酶固定化的方法。常用的试剂有戊二醛、亚乙基二异氰酸酯、双重氮联苯胺和乙烯- 马来酸酐共聚物等。参与此反应的酶蛋白中的官能团有N末端的 α- 氨基、赖氨酸的 ε-氨基、酪氨酸的酚基和半胱氨酸的巯基等。交联法反应比较激烈，固定化酶的活力，在多数情况下都较脆弱。
包埋法 将酶包裹于凝胶网格或聚合物的半透膜微中,使酶固定化。所用的凝胶有琼脂、海藻酸盐以及聚丙烯酰胺凝胶等；用于制备微囊的材料有聚酰胺、聚脲、聚酯等。将酶包埋在聚合物内是一种反应条件温和，很少改变酶蛋白结构的固定化方法，此法对大多数酶、粗酶制剂、甚至完整的微生物细胞都适用。但此法较适合于小分子底物和产物的反应，因为在凝胶网格和微囊中存在有分子扩散效应。加大凝胶网格，有利于分子扩散，但使凝胶的机械强度降低。
应用 酶经过固定化后，比较能耐受温度及pH值的变化，可制成机械性能好的颗粒装成酶柱用于连续生产（或在反应器中进行批式搅拌反应），也可以制成酶膜、酶管等多种形式的酶反应器。随着固定化酶技术的发展，许多工业生物反应过程已相继问世。固定化酶作为现代生物技术的一个新的领域，发展很快。目前在工业上应用的数量并不多，这是因为在多数情况下酶的价格昂贵，一般酶活力的回收率不高，辅酶的再生较困难。所以，固定化酶作为生物催化剂主要用于生产精细的特殊化学品、药品，在食品工业中由于生物催化剂较化学催化剂安全，也将得到广泛使用。同时，固定化酶用于各种疾病的诊断、治疗及人工脏器；用作化学分析的酶电极；固定化酶用作燃料电池；固定化酶用作亲和层析手段，分离和提纯酶的底物、辅酶、抑制剂及抗体等，显示出广阔的前景。
此外，固定化细胞是在固定化酶基础上发展起来的，它不但省去了酶的提取工艺，而且使许多生化物质的生产，特别是需要多酶的发酵法生产改变成菌体中复合酶系的连续化反应。如果被固定的微生物细胞是仍处于生存状态的活细胞，则供给一定营养后，细胞将继续生长繁殖。这种固定化微生物活细胞技术的发展，是工业发酵的新方向。

Ⅱ 高分子催化剂的特性及应用

高分子催化剂是一种对化学反应具有催化作用的高分子。生物体内的酶就
是高分子催化剂
高分子催化剂
是一种高活性、高选择性的天然高分子催化剂，但由于是水溶性的，故在工业应用上受到限制，因而又发展了不溶于水的固定化酶——一种半合成的高分子催化剂。目前开发应用的合成高分子催化剂主要有离子交换树脂型催化剂和高分子金属催化剂两类。多以有机或无机高分子为骨架，在骨架上连有各种具有催化作用的功能基团。这类催化剂不仅具有很高的活性和选择性，而且比较稳定，分离、回收方便，可以重复使用，有的还具有光学活性等特殊的机能。目前已应用到各种有机反应、有机合成及某些高分子合成反应中。
酶在生产和生活中的应用
常见的酶在生产和生活中的应用：
洗涤剂工业：（加酶洗衣粉等）碱性蛋白酶类
易于洗去衣物上的血渍、奶渍等污渍，加酶洗衣粉不能用于丝、毛等天然蛋白质纤维类织品的洗涤。
淀粉酶类餐厅洗碗机的洗涤剂，用于去除难溶的淀粉残迹等
烘烤食品：真菌产生的a一淀粉酶催化淀粉降解成可被酵母利用的糖，面包等食品制作等蛋白酶类（饼干松化剂）制作饼干过程中，水解面粉中的蛋白质；乳制品生产中，水解乳清蛋白。有利于食品中蛋白类营养的消化吸收。
酿酒工业：
麦芽中的淀粉酶、蛋白酶、葡聚糖酶。将酿酒原料淀粉和蛋白质降解成能被酵母利用的单糖、氨基酸和肽，从而提高乙醇的产量。
β一葡聚糖酶
分解β-葡聚糖，降低麦汁粘度，加快麦汁过滤速度，避免因β-葡聚糖引起的啤酒混浊。
木瓜蛋白酶去除啤酒储存过程中生成的混沌物
肉类烹饪：
木瓜蛋白酶（嫩肉粉）菠萝蛋白酶分解肉的胶原蛋白，使肉类嫩滑。木瓜蛋白酶的最适宜温度为600C，适宜pH7-7.5，不要在高温和酸性环境下使用。
乳制品工业：
凝乳酶
奶酪生产的凝结剂，并可用于分解蛋白质。
乳糖酶降解乳糖为葡萄糖和半乳糖，获得没有乳糖的牛乳制品，有利于乳品的消化吸收。
制糖工业：
淀粉酶等将淀粉转化为葡萄糖及各类糖浆
葡萄糖异构酶
用于将葡萄糖转化为甜度高的果糖，生产高果糖浆。
纺织工业：
淀粉酶广泛地应用于纺织品的褪浆，其中细菌淀粉酶能忍受100～110℃的高温操作条件。纤维素酶代替沙石洗工艺处理制作牛仔服的棉布，提高牛仔服质量。
制革工业：
胰蛋白酶类
除去毛皮中特定蛋白质使皮革软化，也可用于皮革脱毛。
金属催化剂应用
在选择和设计金属催化剂时，常考虑金属组分与反应物分子间应有合适的能
量适应性和空间适应性，以利于反应分子的活化。然后考虑选择合适的助催化剂和催化剂载体以及所需的制备工艺，并严格控制制备条件，以满足所需的化学组成和物理结构，包括金属晶粒大小和分布等。除贵金属外，还原态的金属催化剂均极为活泼，易于被氧化。催化剂生产厂为了贮运的方便，多以氧化物状态提供商品，用户经活化处理或在使用过程中才还原成金属状态。活化的方法、条件十分重要。有些催化剂生产厂也提供某些预还原的氨合成用的铁催化剂，以缩短用户的开工期，并保证催化剂的使用特性。

Ⅲ 酶、细胞、原生质体固定化

酶的一些不足之处：
（1）酶的稳定性较差
（2）酶的一次性使用
（3）产物的分离纯化较困难
◆改善方法之一就是固定化技术的应用:
(1)固定化酶是指固定在一定载体上并在一定的空间范围内进行催化反应的酶。固定化酶既保持了酶的催化特性，又克服了游离酶的不足之处，具有增加稳定性，可反复或连续使用以及易于和反应产物分开等显著优点。
(2)固定化细胞是指固定在载体上并在一定的空间范围内进行生命活动的细胞。也称为固定化活细胞或固定化增值细胞。通常只能用于胞外酶等胞外产物的生产。
(3) 固定化原生质体技术，有利于胞内物质的分泌。
1. 酶固定化
◆采用各种方法，将酶与水不溶性的载体结合，制备固定化酶的过程称为酶的固定化。固定在载体上并在一定的空间范围内进行催化反应的酶称为固定化酶。
◆固定在载体上的菌体或菌体碎片称为固定化菌体，它是固定化酶的一种形式。
1.1酶的固定化方法
固定化的方法：吸附法、包埋法、结合法、交联法和热处理法等。
(1)吸附法：
◆利用各种固体吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面上，而使酶固定化的方法称为物理吸附法，简称吸附法。
◆物理吸附法常用的固体吸附剂有活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、硅胶、羟基磷灰石等。
◆靠物理吸附作用，结合力较弱，酶与载体结合不牢固而容易脱落，所以使用受到一定的限制。
(2)包埋法
◆将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中，使酶固定化的方法称为包埋法。
◆包埋法使用的多孔载体主要有：琼脂、琼脂糖、海藻酸钠、角叉菜胶、明胶、聚丙烯酰胺、光交联树脂、聚酰胺、火棉胶等。
◆包埋法制备固定化酶或固定化菌体时，根据载体材料和方法的不同，可分为凝胶包埋法和半透膜包埋法两大类。
◇凝胶包埋法：凝胶包埋法是将酶或含酶菌体包埋在各种凝胶内部的微孔中，制成一定形状的固定化酶或固定化含酶菌体。大多数为球状或片状，也可按需要制成其他形状。
常用的凝胶有琼脂凝胶、海藻酸钙凝胶、角叉菜胶、明胶等天然凝胶以及聚丙烯酰胺凝胶、光交联树脂等合成凝胶。
◇半透膜包埋法：半透膜包埋法是将酶包埋在由各种高分子聚合物制成的小球内，制成固定化酶。
常用于制备固定化酶的半透膜有聚酰胺膜、火棉胶膜等。
(3)结合法
◆选择适宜的载体，使之通过共价键或离子键与酶结合在一起的固定化方法称为结合法。
◆根据酶与载体结合的化学键不同，结合法可分为离子键结合法和共价键结合法。
◇离子键结合法：通过离子键使酶与载体结合的固定化方法称为离子键结合法。
离子键结合法所使用的载体是某些不溶于水的离子交换剂。常用的有DEAE-纤维素、TEAE-纤维素、DEAE-葡聚糖凝胶等。
◇共价键结合法：通过共价键将酶与载体结合的固定化方法称为共价键结合法。
共价键结合法所采用的载体主要有：纤维素、琼脂糖凝胶、葡聚糖凝胶、甲壳质、氨基酸共聚物、甲基丙稀醇共聚物等。
酶分子中可以形成共价键的基团主要有：氨基、羧基、巯基、羟基、酚基和咪唑基等。
◇要使载体与酶形成共价键，必须首先使载体活化，即借助于某种方法，在载体上引进一活泼基团。然后此活泼基团再与酶分子上的某一基团反应，形成共价键。
◇使载体活化的方法很多。主要的有重氮法、迭氮法、溴化氰法和烷化法等。
(4)交联法
◆借助双功能试剂使酶分子之间发生交联作用，制成网状结构的固定化酶的方法称为交联法。交联法也可用于含酶菌体或菌体碎片的固定化。
◆常用的双功能试剂有戊二醛、己二胺、顺丁烯二酸酐、双偶氮苯等。其中应用最广泛的是戊二醛。
(5)热处理法
◆将含酶细胞在一定温度下加热处理一段时间，使酶固定在菌体内，而制备得到固定化菌体。◆热处理法只适用于那些热稳定性较好的酶的固定化，在加热处理时，要严格控制好加热温度和时间，以免引起酶的变性失活。
1.2固定化酶的特性
(1)稳定性:固定化酶的稳定性一般比游离酶的稳定性好。
(2)最适温度: 固定化酶的最适作用温度一般与游离酶差不多，活化能也变化不大。
(3)最适pH值: 酶经过固定化后，其作用的最适pH值往往会发生一些变化。
◆影响固定化酶最适pH值的因素主要有两个，一个是载体的带电性质，另一个是酶催化反应产物的性质。
(4)底物特异性: 固定化酶的底物特异性与游离酶比较可能有些不同，其变化与底物分子量的大小有一定关系。对于那些作用于低分子底物的酶，固定化前后的底物特异性没有明显变化。
◆固定化酶底物特异性的改变，是由于载体的空间位阻作用引起的。
1.3固定化酶的应用
固定化酶既保持了酶的催化特性，又克服了游离酶的不足之处，具有如下显著的优点：
（1）酶的稳定性增加，减少温度、pH值、有机溶剂和其他外界因素对酶的活力的影响，可以较长期地保持较高的酶活力。
（2）固定化酶可反复使用或连续使用较长时间，提高酶的利用价值，降低生产成本。
（3）固定化酶易于和反应产物分开，有利于产物的分离纯化，从而提高产品质量。
固定化酶已广泛地应用于食品、轻工、医药、化工、分析、环保、能源和科学研究等领域。

2.细胞固定化
◆通过各种方法将细胞与水不溶性的载体结合，制备固定化细胞的过程称为细胞固定化。(固定化活细胞或固定化增殖细胞)
◆微生物细胞、植物细胞和动物细胞都可以制成固定化细胞。
2.1细胞固定化的方法
◆主要可分为吸附法和包埋法两大类方法。
(1)吸附法
◆利用各种固体吸附剂，将细胞吸附在其表面而使细胞固定化的方法称为吸附法。
◆用于细胞固定化的吸附剂主要有：硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料、金属丝网、微载体和中空纤维等。
(2) 包埋法
◆将细胞包埋在多孔载体内部而制成固定化细胞的方法称为包埋法。
◆包埋法可分为凝胶包埋法和半透膜包埋法。
◇以各种多孔凝胶为载体，将细胞包埋在凝胶的微孔内而使细胞固定化的方法称为凝胶包埋法。
○凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法，适用于各种微生物、动物和植物细胞的固定化。
○凝胶包埋法所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钙凝胶、角叉菜胶、明胶、聚丙烯酰胺凝胶和光交联树脂等。
2.2微生物细胞固定化
2.2.1固定化微生物细胞的特点：
①固定化微生物细胞保持了细胞的完整结构和天然状态，稳定性好。
②固定化微生物细胞保持了细胞内原有的酶系、辅酶体系和代谢调控体系，可以按照原来的代谢途径进行新陈代谢，并进行有效的代谢调节控制。
③发酵稳定性好，可以反复使用或者连续使用较长的一段时间。
④固定化微生物细胞密度提高，可以提高产率。
⑤提高工程菌的质粒稳定性，
2.2.2固定化微生物细胞的应用
◆主要用在两个方面：
◇是利用固定化微生物细胞发酵生产各种胞外产物。
◇二是利用固定化微生物细胞与各种电极结合制成微生物电极。
(1)利用固定化微生物生产各种产物
(2)固定化微生物细胞制造微生物传感器
2.3植物细胞固定化
2.3.1固定化植物细胞的特点：
（1）植物细胞经固定化后，由于有载体的保护作用，可减轻剪切力和其他外界因素对植物细胞的影响，提高植物细胞的存活率和稳定性。
（2）细胞经固定化后，被束缚在一定的空间范围内进行生命活动，不容易聚集成团。
（3）固定化植物细胞发酵可以简便地在不同地培养阶段更换不同的培养液，即首先在生长培养基中生长增殖，在达到一定的细胞密度后，改换成发酵培养基，以利于生产各种所需的次级代谢物。
（4）固定化植物细胞可反复使用或连续使用较长的一段时间，大大缩短生产周期，提高产率。
（5）固定化植物细胞易于与培养液分离，利于产品的分离纯化，提高产品质量。
2.3.2 植物细胞固定化的方法：
◆植物细胞固定化的方法主要有吸附法和包埋法两种。
◆吸附法是将植物细胞吸附在泡沫塑料的孔洞或裂缝内，或者将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上。
◆包埋法是将植物细胞包埋在琼脂、角叉菜胶、海藻酸钙凝胶、聚丙烯酰胺凝胶、明胶等多孔凝胶之中。包埋方法与微生物细胞包埋时基本相同。
2.3.3固定化植物细胞的应用：
◆固定化植物细胞的主要用途是制造人工种子，就有可能获得大量具有相同遗传特性的植株。对种质的保存具有重要意义。并可以节约种子的用量。
◆固定化植物细胞还可以用于生产各种色素、香精、药物、酶等次级代谢物。
2.4动物细胞固定化
2.4.2固定化动物细胞的特点：
（1）提高细胞存活率：动物细胞经固定化后，由于有载体的保护作用，可以减轻或免受剪切力的影响，同时动物细胞可附着在载体表面生长，从而可显著提高动物细胞的存活率。
（2）提高产率：动物细胞固定化后，可先在生长培养基中生长繁殖，使细胞在载体上形成最佳分布并达到一定的细胞密度。然后可简便地改换成发酵培养基，控制发酵条件，使细胞从生长期转变到生产期，以利于提高产率。
（3）固定化动物细胞可反复使用或连续使用较长的时间。例如，中国仓鼠卵巢细胞（CHO）生产人干扰素可以稳定地生产30天。
（4）固定化细胞易于与产物分开，利于产物分离纯化，提高产品质量。
2.4.2动物细胞固定化方法：
◆动物细胞固定化地方法有吸附法和包埋法两种。
(1)吸附法：
◆大多数动物细胞属于附着细胞，它们在培养过程中，必须趋向于附着在固体表面。故此吸附法特别适合于动物细胞的固定化。
◆转瓶是由玻璃或塑料制成，表面经过一定方法处理而带上电荷。
◆微载体是指颗粒细小的固定化载体，直径一般为100～200μm，相对密度接近1.0。是由带有表面电荷的葡聚糖、明胶、纤维素、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯或玻璃等材料制成。微载体已用于多种动物细胞的固定化；
◆中空纤维由聚丙烯、硅化聚碳酸酯等高分子聚合物制成。
(2)包埋法
◆包埋固定化法一般适用于悬浮细胞。
◆根据载体和方法的不同，有凝胶包埋法、半透膜包埋法两种。
①凝胶包埋法：利用各种多孔凝胶为载体将动物细胞固定化。细胞被固定在凝胶的微孔中生长繁殖和新陈代谢，由于有载体的保护，动物细胞有较好的稳定性，可显著提高其存活率。
用于动物细胞固定化的凝胶载体主要有琼脂糖凝胶、海藻酸钙凝胶和血纤维蛋白等。
②半透膜包埋法：利用高分子聚合物形成的半透膜将动物细胞包埋，形成微囊型固定化动物细胞。
2.4.3固定化动物细胞的应用：
动物细胞中大部分为贴壁细胞，需要贴附在载体的表面才能正常生长。所以固定化动物细胞广泛应用。特别是采用微载体对动物细胞进行吸附固定化。

3.原生质体固定化
◆固定化原生质体的制备主要包括原生质体的制备和原生质体固定化两个阶段。
3.1原生质体的制备
◆不同种类的细胞，由于各自细胞壁的组成、结构和性质不同，原生质体的制备方法也不一样。
◆原生质体的制备过程是首先将对数生长期的细胞收集起来，悬浮在含有渗透压稳定剂的高渗缓冲液中。然后加入适宜的细胞壁水解酶，在一定的条件下作用一段时间，使细胞壁破坏。分离除去细胞壁碎片、未作用的细胞以及细胞壁水解酶，而得到原生质体。
◆除去细胞壁所使用的酶应根据细胞壁的主要成分的不同而进行选择。
◇细菌的细胞壁主要成分是肽多糖，所以细菌原生质体制备时主要采用从蛋清中得到的溶菌酶；
◇酵母细胞壁主要由β-葡聚糖构成，故采用β-1，3-葡聚糖酶；
◇霉菌的细胞壁组分比较复杂，除含有几丁质外，还有其他多种组分，故要去除霉菌的细胞壁，则需有几丁质酶与其他有关酶共同作用。
◇植物细胞壁由纤维素、半纤维素和果胶组成，故制备植物原生质体时主要应用纤维素酶和果胶酶。
◆为防止制备得到的原生质体破裂，应加入适当的渗透压稳定剂。如：无机盐、糖类、糖醇等化合物。
◆应选择对数生长期的细胞制备原生质体，以获得较高的原生质体形成率。
◆所加进的细胞壁溶解酶的种类和浓度、酶作用温度，pH值以及作用时间等对原生质体的制备都有明显影响，必须经过试验确定其最佳条件。
3.2原生质体固定化
◆采用包埋法制成固定化原生质体。
◆原生质体固定化一般采用凝胶包埋法。常用的凝胶有：琼脂凝胶、海藻酸钙凝胶、角叉菜胶和光交联树脂等。
3.3固定化原生质体的特点：
(1)固定化原生质体由于解除了细胞壁这一扩散屏障，可增加细胞膜的通透性，有利于氧气和营养物质的传递和吸收，也有利于胞内物质的分泌，可显著提高产率。
(2)固定化原生质体由于有载体的保护作用，具有较好的操作稳定性和保存稳定性，可反复使用和连续使用较长的时间，利于连续化生产。在冰箱保存较长时间后仍能保持其生产能力。
(3)固定化原生质体易于和发酵产物分开，有利于产物的分离纯化，提高产品质量。
(4)固定化原生质体发酵的培养基中需要添加渗透压稳定剂，以保持原生质体的稳定性。这些渗透压稳定剂在发酵结束后，可用层析或膜分离技术等方法与产物分离。
3.4固定化原生质体的应用
固定化原生质体一方面保持了细胞原有的新陈代谢特性，可以照常产生原来在细胞内产生的各种代谢产物，另一方面又去除了细胞壁这一扩散屏障，有利于胞内产物不断地分泌到胞外，这样就可以不经过细胞破碎和提取工艺而在发酵液中获得所需的发酵产物，为胞内物质的工业化生产开辟了新途径。
固定化原生质体可用于各种氨基酸、酶和生物碱等物质的生产以及甾体转化等。

Ⅳ 酶的固定化方法有哪些

一、包埋法
定义：将酶、细胞或原生质体包埋在各种多孔载体中，使其固定化的方法。
分类：根据载体的材料和方法的不同分为凝胶包埋法（网格型包埋法）、半透膜包埋法（微囊型包埋法）。
1、凝胶包埋法：应用最广泛的固定化方法。
定义：以各种多孔凝胶为载体，将酶、细胞或原生质体包埋在凝胶的微孔内的固定化方法。
载体：琼脂凝胶、海藻酸钙凝胶、角叉菜胶、明胶、聚丙烯酰胺凝胶等。
注意事项：凝胶的孔径应控制在小于酶分子直径的范围内；不适于那些底物或产物分子很大的酶类的固定化。
2、半透膜包埋法
定义：将酶或细胞包埋在由各种高分子聚合物制成的小球内，制成固定化酶或固定化细胞。
载体：聚酰胺膜、火棉胶膜等。 适用：底物和产物都是小分子物质的酶的固定化。
方法：将酶液滴分散在与水互不相溶的有机溶剂中，在酶液滴表面形成半透膜，将酶包埋在微胶囊中。

二、结合法
定义：选择适宜的载体，使之通过共价键或离子键与酶结合在一起的固定化方法。
分类：根据酶与载体结合的化学键不同分为离子键结合法、共价键结合法。
1、离子键结合法
定义：通过离子键使酶与载体结合的固定化方法。
载体：某些不溶于水的离子交换剂，如DEAE-纤维素、DEAE-葡聚糖凝胶。
方法：一定条件下，酶与载体混合搅拌几小时，或是将酶液缓缓流过处理好的离子交换柱。
特点：结合力较弱，在pH、离子强度等条件改变时，酶容易脱落。
使用注意：pH、离子强度、温度等的控制。
2、共价键结合法
定义：通过共价键将酶与载体结合的固定化方法。
常用载体：纤维素、葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶等
可以形成共价键的基团：氨基、羧基、巯基、羟基、酚基和咪唑基等。
特点：结合牢固、酶不会脱落、可连续使用较长时间；载体活化的操作复杂；共价结合可能影响酶的空间结构，从而影响酶的催化活性。

Ⅳ 什么是固定化酶有何优点如何制备固定化酶

什么是固定化酶？有何优点？如何制备固定化酶
1固定化酶的传统制备方法
1.1吸附法
吸附法是利用物理吸附法,将酶固定在纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体上的固定方式.
显著特点是：
工艺简便及条件温和,包括无机、有机高分子材料,
吸附过程可同时达到纯化和固定化；
酶失活后可重新活化,
载体也可再生.
但要求载体的比表面积要求较大,有活泼的表面
1.2包埋法
包埋固定化法是把酶固定聚合物材料的格子结构或微囊结构等多空载体中,而底物仍能渗入格子或微囊内与酶相接触.这个方法比较简便,酶分子仅仅是被包埋起来,生物活性被破坏的程度低,但此法对大分子底物不适用.
(1)网格型
将酶或包埋在凝胶细微网格中,制成一定形状的固定化酶,称为网格型包埋法.也称为凝胶包埋法.
(2)微囊型
把酶包埋在由高分子聚合物制成的小球内,制成固定化酶.由于形成的酶小球直径一般只有几微米至几百微米,所以也称为微囊化法.
1.3结合法
酶蛋白分子上与不溶性固相支持物表面上通过离子键结合而使酶固定的方法,叫离子键结合法.其间形成化学共价键结合的固定化方法叫共价键结合法.共价键结合法结合力牢固,使用过程中不易发生酶的脱落,稳定性能好.
该法的缺点是载体的活化或固定化操作比较复杂,反应条件也比较强烈,所以往往需要严格控制条件才能获得活力较高的固定化酶.
1.4交联法
交联法是用多功能试剂进行酶蛋白之间的交联,使酶分子和多功能试剂之间形成共价键,得到三向的交联网架结构,除了酶分子之间发生交联外,还存在着一定的分子内交联.多功能试剂制备固定化酶方法可分为：
(1) 单独与酶作用；
( 2) 酶吸附在载体表面上再经受交联；
( 3) 多功能团试剂与载体反应得到有功能团的载体,再连接酶.交联剂的种类很多,最常用的是戊二醛,其他的还有异氰酸衍生物、双偶氮二联苯胺、N,N-乙烯马来酰亚胺等.
交联法的优点是酶与载体结合牢固,稳定性较高；缺点是有的方法固定化操作较复杂,进行化学修饰时易造成酶失活
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竞争性抑制剂与被抑制的酶的底物通常有结构上的相似性,能与底物竞相争夺酶分子上的结合位点,从而产生酶活性的可逆的抑制作用.与酶的活性中心相结合.与酶的结合是可逆的.
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增大底物浓度可以减弱竞争性抑制剂的影响.

Ⅵ 为什么说高聚物的分子量是一个统计平均值

高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。
合成高分子的历史不过八十年，所以高分子化学真正成为一门科学还不足六十年，但它的发展非常迅速。目前它的内容已超出化学范围，因此，现在常用高分子科学这一名词来更合逻辑地称呼这门学科。狭义的高分子化学，则是指高分子合成和高分子化学反应。
人类实际上从一开始即与高分子有密切关系，自然界的动植物包括人体本身，就是以高分子为主要成分而构成的，这些高分子早已被用作原料来制造生产工具和生活资料。人类的主要食物如淀粉、蛋白质等，也都是高分子。只是到了工业上大量合成高分子并得到重要应用以后，这些人工合成的化合物，才取得高分子化合物这个名称。
后来，经过研究知道，人工合成的高分子和那些天然存在的高分子，在结构、性能等方面都具有共同性，因此，就都叫做高分子化合物。工业上或实验室中合成出来的称为合成高分子，一般所说的高分子，大都指合成高分子，天然存在的高分子简称天然高分子。
顾名思义，高分子的分子内含有非常多的原子，以化学键相连接，因而分子量都很大。但这还不是充足的条件，高分子的分子结构，还必须是以接合式样相同的原子集团作为基本链节(或称为重复单元)。许多基本链节重复地以化学键连接成为线型结构的巨大分子，称为线型高分子。有时线型结构还可通过分枝、交联、镶嵌、环化，形成多种类型的高分子。其中以若干线型高分子，用若干链段连接在一起，成为巨大的交联分子的称为体型高分子。
从高分子的合成方法可以知道，合成高分子的化学反应，可以随机地开始和停止。因此，合成高分子是长短、大小不同的高分子的混合物。与分子形状、大小完全一样的一般小分子化合物不同，高分子的分子量只是平均值，称为平均分子量。
决定高分子性能的，不仅是平均分子量，还有分子量分布，即各种分子量的分子的分布情况。从其分布中可以看出，在这些长长短短的高分子的混合物中，是较长的多还是较短的多，或者中等长短的多。
高分子具有重复链节结构这一概念，是施陶丁格在20世纪20年代初提出的，但没有得到当时化学界一些人的赞同。直到30年代初，通过了多次实践，这一概念才被广泛承认。正确概念一经成立，就使高分子有飞跃的发展。当时链式反应理论已经成熟，有机自由基化学也取得很大的成就。三者的结合，使高分子合成有了比较方便可行的方法。
实践证明，许多烯类化合物，经过有机自由基的引发，就能进行链式反应，迅速地形成高分子。由20世纪30年代初期到40年代初期，许多现在的通用高分子品种，都已按此方法投入工业生产。在30年代末期卡罗瑟斯又发现用缩聚方法合成高分子。后来，为了合理的加工和有效的应用，高分子结构和性能的研究工作逐渐开展，使高分子成为广泛应用的材料。同时，一门新兴的综合性学科——高分子科学——从40年代下半期开始，蓬勃地发展起来。
高分子科学可以分为高分子化学(狭义的)、高分子物理和高分子工艺学三部分。高分子化学又分为高分子合成、高分子化学反应和高分子物理化学。高分子物理研究高聚物的聚集态结构和本体性能。高分子工艺学又分为高聚物加工成型和高聚物应用。
高分子虽然分子量很高，但是它们所具有的官能团，仍然与一般小分子有机化合物有一样的反应性能。但其反应性能受两种特有因素的影响：高分子是长链结构，这个长链是曲曲折折的蜷曲形。有规则的蜷曲(折叠)形成晶态，无规则的蜷曲形成非晶态；高分子的分子与分子堆砌在一起。有规则的堆砌形成规整的晶态排列；无规则的堆砌形成非晶态。规整结构中分子排列紧密，试剂不易侵入，官能团不易起反应；不规整结构中分子排列疏松，试剂容易侵入，官能团容易起反应。
天然高分子的化学转化，早在19世纪就为人们所研究和利用。1845年舍恩拜因就发现纤维素可以硝化，成为硝酸纤维素。1865年许岑贝格尔把纤维素乙酰化成为醋酸纤维素。粘胶人造丝的生产也是通过纤维素的化学变化来实现的。
高分子的化学反应，有些是破坏性的，例如高分子光降解、高分子热降解、高分子氧化等。它们使高分子材料老化，性能变坏，以致最后不能使用。但不少反应是有用的，甚至是重要的高分子合成方法，例如橡胶硫化成为具有弹性的橡皮；纤维素黄化，制成粘胶纤维；聚乙酸乙烯酯先水解成聚乙烯醇，再与甲醛缩合，纺成的纤维即维轮；高分子先转化成自由基，再与另一单体形成接枝共聚物；两种高分子链段用化学方法连接起来，成为嵌段共聚物。此外，还可以把某些元素或基团先接到高分子上去，再进行化学反应，反应后还可解脱，以完成某些分离、分解和合成工作，例如高子交换树脂、固定化酶、多肽、某些激素甚至蛋白质的合成等等。
高分子链结构包括链节的化学结构，链节与链节连接的化学异构和立体化学异构、共聚物的链节序列、分子量及分子量分布，以及分子链的分支和交联结构。
在适当情况下，这些结构相同的链节，正如许多相同的小分子可以整齐地排列起来成为晶体一样，也可以局部折叠起来成为片状结晶态，称为片晶。片晶又可以堆砌成球状，称为球晶。在高分子的分子与分子之间，相同的链节也可排列成为片晶，片晶再堆砌成为球晶或其他晶态；那些未折叠起来的一部分分子是非晶态的。非晶态部分也有一定的结构。小分子化合物，要么是结晶的，要么是非晶态的；而高分子化合物，则可以一部分是晶态结构，另一部分是非晶态结构。
高分子链结构是一级结构；孤立高分子链，即稀溶液中高分子的形态，如无规线团、螺旋、双螺旋、刚性棒或椭球等是二级结构；三级结构指高聚物分子聚集态结构，即分子链与分子链之间的堆砌。聚集态结构随着加工成型方法的不同而有所不同。具有聚集态结构的高分子，称为高聚物。
多数线型高分子，可以在相应的溶剂中溶解，形成溶液。高分子溶液是真溶液，而不是以前所认为的胶体溶液。高分子是长链结构，在流动时能相互阻滞，因此高分子溶液是粘稠的。一般情况下，分子链愈长，粘度愈大。当光束通过高分子溶液时，由于高分子比较大，可以发生光的散射，分子愈大，散射愈强。
高分子远比溶剂分子重，在超高速离心下，高分子的移动比溶剂分子快，扩散比溶剂分子慢。分子量愈大，这些区别愈明显。利用这些高分子溶液性能，可以测定高分子的分子量。研究高分子溶液，除了能测定分子量及其分布以外，还可从溶液的各种性质推测高分子的形态结构等。
高分子与小分子不同，具有强度、模量，以及粘弹、疲劳、松弛等力学性能，还具有透光、保温、隔音、电阻等光学、热学、声学、电学等物理性能，由于具有这些性能，高聚物可作为多种材料应用。高聚物的结构与加工成型的方法有关。因此，要取得高聚物的优良性能，必须采用适当的加工成型方式，使它形成适当的结构。例如，成纤的高聚物，在纺丝以后必须在特定温度下进行牵伸取向，才能达到较高强度。
高聚物作为材料使用，主要可分塑料、纤维和橡胶等，都需要加工成一定的形状方可使用。此外，用做分离、分析材料的离子交换树脂，在聚合过程中就可制成可使用的球形颗粒；用做油漆涂料的高聚物，只须溶在适当溶剂中，就可使用，无须加工成型。
高分子生产的迅速发展，说明了社会对它的需要量的迅速增加。高分子材料首先用作绝缘材料，用量至今还很大，特别是新型高绝缘材料。例如涤纶薄膜远比云母片优越；硅漆等用作电线绝纺漆，与纱包绝缘线不可相提并论。由于种种新型、优异的高分子介电材料的出现，电子工业以及计算机、遥感等新技术才能建立和发展起来。
高分子作为结构材料，在代替木材、金属、陶瓷、玻璃等方面的应用日新月异。在农业，工业和日常用途上，它的优点很多，如质轻、不腐、不蚀、色彩绚丽等，用于机械零件、车船材料、工业管道容器、农用薄膜、包装用瓶、盒、纸，建筑用板材、管材、棒材等等，不但价廉物美，而且拼装方便。还可用于医疗器械，家用器具，文化、体育、娱乐用品，儿童玩具等，大大丰富和美化了人们的生活。
合成纤维的优越性，如轻柔、不绉、强韧、挺括、不霉等，也为天然纤维棉、毛、丝、麻等所不及。尤其重要的是它们不与粮食争地，一个工厂生产的合成纤维，可以相当上百万亩农田所能生产的天然纤维。天然橡胶的生产，受地区的限制，产量也不能适应日益增长的要求。但合成橡胶不受这种限制，而且其各个品种各有比天然橡胶优良之处。
一般认为高分子材料强度不高、耐热不好，这是从常见的塑料得到的印象。现在最强韧的材料，不是钢，不是钍，不是铍，而是一种用碳纤维和环氧树脂复合而成的增强塑料。耐热高分子，已经可以长期在300摄氏度下使用。
特别应当提起的是，在航天技术中，火箭或人造卫星壳体从外部空间回到大气层时，速度高，表面温度可达5000～10000摄氏度，没有一种天然材料或金属材料能经受这种高温，但增强塑料可以胜任，因为它遇热燃烧分解，放出大量挥发气体，吸收大量热能，使温度不致过高。同时，塑料不传热，仍可保持壳体内部的人员和仪器正常工作和生活所需要的温度。好的烧蚀材料，外层只损坏了3～4厘米，即可保全内部，完成回地任务。
不过高分子材料也有不少弱点，必须开展研究加以克服。比如易燃烧，大量使用高分子材料时，防火是一个大问题，必须使高分子不易燃烧，才能安全使用；易老化，不经久。用作建筑材料，要求至少有几十年的寿命；用于其他方面，也须有耐久性。
大量使用高分子材料时，作为废物扔掉的高分子垃圾，不被水溶解和风化，不受细菌腐蚀，如不处理就会越积越多，成为严重公害。必须设法使高分子材料在使用后能适时分解消失。

Ⅶ 把酶固定化有什么好处和用处固定酶的方法有那些

酶工程的实现，体现在酶的半衰期的延长和酶活的稳定性。采用固定化可以显著提高这两个指标，固定化酶所用载体是比较多的，比如树脂等。
是指利用酶催化剂所具有的特异催化功能，借助工艺学手段和生物反应器装置来生产所需的生物化工产品的过程，与发酵过程相比，它采用了反应专一性的酶为催化剂,无副产品,过程精制和产物分离纯化较方便。在生物反应器及操作方式上有较大的选择余地，除分批釜式反应外，可考虑用膜式反应器进行连续操作。在应用固定化酶为催化剂时，更可采用各种固定床和流化床的连续操作反应器。
沿革 古代人类虽不知道酶的存在，但是自古以来就知道利用植物和微生物的酶来催化反应生产各种食品。如利用麦芽中的麦芽糖酶来制备饴糖，利用酒药中的微生物产生的淀粉酶和酒化酶来生产酒酿、黄酒和白酒等。随着科学技术的发展，人们认识到，虽然酶是活细胞产生的，但是许多酶可以单独分离得到，在分离的状态下，酶仍然能继续它的生物催化作用。20世纪40年代，以生产抗生素为代表的深层液体通气纯种培养技术获得成功，从生产技术方面为酶制剂工业的形成创造了条件。以后，酶的生产、分离、精制，酶在游离状态下的利用，固定化酶的制备和利用，酶反应器的应用等技术的发展，导致70年代初人们将酶反应过程（有时也称酶过程）从发酵过程中分出去，单独成为酶工程中的核心部分。
分类 以酶为催化剂的酶反应过程，可根据作用于底物的酶性质决定。以单一酶为催化剂的反应称单酶反应；以两个酶或两个以上酶参与反应的过程称多酶反应；或称多酶串联反应。从化学反应工程角度出发，可分为单（液）相催化反应以及多相催化反应，后者以液固相催化反应为主。游离酶的反应常属前者，而固定化酶的反应则属后者。
组成步骤 以工业生产为目的的酶过程可由以下五个步骤所组成：
①产生酶的微生物发酵过程。
②胞内酶的微生物细胞破碎过程。可用机械研磨、高压匀浆器进行破碎;也可用加入溶菌酶的方法处理,或用超声波、反复冻融的物理方法。胞外酶则不需上述操作，直接将发酵液过滤除去菌体即可。
③酶的分离纯化过程。根据酶分子与其他蛋白质之间性质的差异，例如分子的大小、溶解度的不同，用盐析法、有机溶媒沉淀法、电渗析法、离子交换层析和电泳法等技术，将酶进行分离纯化。
④为了提高酶的催化性能，将酶固定在载体上的固定化过程（见固定化酶）。
⑤酶反应器的设计和酶反应控制。对于游离酶反应，通常采用分批搅拌槽反应器；对于固定化酶反应，则常用连续柱式反应器（见生物反应器）。
典型过程 有单酶反应和多酶反应。
①单酶反应 用氨基酰化酶对酰化DL－氨基酸进行水解,析出为L-氨基酸和酰基-D-氨基酸是典型的单酶反应。

若采用液相催化反应，当间歇反应结束后，给产物的提取带来困难。由于缺乏适当分离手段，酶使用一次就被弃掉，很不经济。目前，工业上采用液固催化反应，即用固定化氨基酰化酶进行连续生产（见图）。底物乙酰-DL-氨基酸溶液以一定流速进入酶反应柱，反应过程中对温度、pH进行控制，经过浓缩后，利用溶解度不同进行分离得到产品L－氨基酸。酰化-D-氨基酸用化学方法进行消旋化反应后，作为基质循环使用。该法与用液态酶间歇式反应相比较，有操作稳定、分离简便、收率高、成本低等优点。

②多酶反应 以DL-α-氨基-ε-乙内酰胺为原料通过由L-α-氨基-ε-已内酰胺水解和α-氨基-ε-已内酰胺消旋酶共同固定的酶柱后，即可获得最终产品L-氨基

Ⅷ 国内外比较好的离子交换树脂生产厂家有哪些

离子交换树脂厂家
国产的：上海绿宝、苏青、金山、西安树脂厂
进口的：陶氏、罗门哈斯、拜耳、漂莱特
阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、软化树脂、混床树脂、抛光树脂、大孔树脂等都有的

Ⅸ 水性催化剂是什么

你好、水性催化剂也叫高分子催化剂是一种对化学反应具有催化作用的高分子。生物体内的酶就是一种高活性、高选择性的天然高分子催化剂，但由于是水溶性的，故在工业应用上受到限制，因而又发展了不溶于水的固定化酶——一种半合成的高分子催化剂。目前开发应用的合成高分子催化剂主要有离子交换树脂型催化剂和高分子金属催化剂两类。多以有机或无机高分子为骨架，在骨架上连有各种具有催化作用的功能基团。这类催化剂不仅具有很高的活性和选择性，而且比较稳定，分离、回收方便，可以重复使用，有的还具有光学活性等特殊的机能。目前已应用到各种有机反应、有机合成及某些高分子合成反应中。

Ⅹ 固定化酶具有的性质

固定化酶（immobilized enzyme）
不溶于水的酶。是用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在水不溶性凝胶或半透膜的微囊体中制成的。酶固定化后一般稳定性增加，易从反应系统中分离，且易于控制，能反复多次使用。便于运输和贮存，有利于自动化生产。固定化酶是近十余年发展起来的酶应用技术，在工业生产、化学分析和医药等方面有诱人的应用前景。
固定化酶的研究始于1910年,正式研究于20世纪60年代,70年代已在全世界普遍开展。酶的固定化(Immobilization of enzymes)是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内,仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复利用的一类技术。与游离酶相比,固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时,又克服了游离酶的不足之处,呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点。固定化酶不仅在化学、生物学及生物工程、医学及生命科学等学科领域的研究异常活跃,得到迅速发展和广泛的应用,而且因为具有节省资源与能源、减少或防治污染的生态环境效应而符合可持续发展的战略要求。
固定化酶的制备方法有物理法和化学法两大类。物理方法包括物理吸附法、包埋法等。物理法固定酶的优点在于酶不参加化学反应,整体结构保持不变,酶的催化活性得到很好保留。但是,由于包埋物或半透膜具有一定的空间或立体阻碍作用,因此对一些反应不适用。化学法是将酶通过化学键连接到天然的或合成的高分子载体上,使用偶联剂通过酶表面的基团将酶交联起来,而形成相对分子量更大、不溶性的固定化酶的方法.