生物工程酶工程的“心脏”--固定化技术

Posted 2022-01-13

篇首语：少年意气强不羁，虎胁插翼白日飞。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了生物工程酶工程的“心脏”--固定化技术相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

80年代，当酶工程方兴未艾之时，一些学者以饱满的热情和丰富的想象力，向世人描绘了一份未来化学工业的蓝图；广阔的海滩上排列着密如蛛网的反应槽和反应管，这些反应槽和反应管里面安装着各种固定化酶或固定化细胞，彼此连通，组成了一个庞大的反应系统。反应系统的一端不停地输入取之不尽的海水和空气，以及从其他工厂里输送来的一氧化碳和二氧化碳；另一端源源不断地送出各种化工产品，如化肥、橡胶、有机酸等等。这里不需要什么高温高压设备，也没有噪声、废水和废气……

这不是什么天方夜谭。步入90年代，以空气为原料，用酶工程生产氮肥已初见端倪--用固定化酶来合成氨，已实现了少量的工业化生产。所使用的酶，有的是从固氮菌中分离、提纯出来的固氮酶，有的则是根据固氮酶的化学模型制成的人工模拟酶。预计，世界各国的大型氮肥厂将逐步改用酶工程来合成氨，这样既可节约大量的高温高压设备，又能在世界范围内每年节约相当于10亿吨石油的能源。

不仅是生产氮肥，用空气、水、一氧化碳和二氧化碳来生产形形色色的化工产品，对酶工程而言，都不是办不到的事。

这里，很关键的是酶的固定化，它被称为是酶工程的中心。

酶作为各种化学反应的催化剂，除了具有高效、专一的优点之外，同时也存在着一些缺点。例如，由于酶在本质上是蛋白质，在遇到高温、强酸、强碱时就会失去活性，毫无催化功能可言。又如，酶的分离、提纯和生产，要花费大量的时间，投入大量的技术和劳动，因而成本很高，价钱很贵。

对酶工程来说，最要命的是，酶催化反应往往是在稀释液体里进行的，反应完毕，酶难以回收。也就是说，事实上酶只能使用一次。

一方面是酶的成本很高，一方面是酶可以反复使用成千上万次而事实上只使用了一次，这不是太浪费了吗？酶的推广应用在这个问题上遇到了拦路虎。

60年代初，一位以色列科学家率先取得了突破。他发现，生物细胞里的许多酶并不是独立在溶液里起作用，而是包埋在细胞膜里或其他细胞器里面起作用的。于是，他试着把分离得到的酶结合到某种不溶于水的载体上，或者是包埋于天然的或人工合成的膜上，这样就装配成了固定化酶。接着他又对固定化酶的催化特性进行观察，出乎意料地发现，许多酶经过固定化以后，活性丝毫未减，稳定性反而有了提高。在反应容器里，固定化酶可以反复利用，成百次、成千次在发挥效能，以不变促成万变。这位以色列科学家万分欣喜地将他的发现公诸于世。

这一发现是酶的推广应用的转折点，也是酶工程发展的转折点。

在这一发展的基础上，酶的固定化技术日新月异。它表现在两方面：

一方面是固定的方法。从目前来看，固定的方法有四大类：吸附法、共价键合法、交联法和包埋法。所使用的载体材料和结合技术五花八门，层出不穷。

另一方面是，被固定下来用于催化反应的，除了各种酶之外，又发展了含有酶的细胞，这又叫固定化细胞。固定化细胞省却了酶的提取和纯化，而且它具有多种酶，能催化一系列的反应，大大提高了效率。有意思的是，固定化细胞还经历了从固定死细胞（其中的酶仍有活性）到固定活细胞的发展过程。

与自然酶相比，固定化酶和固定化细胞具有明显的优点：

一、可以做成各种形状，如颗粒状、管状、膜状，装在反应槽中，便于取出，便于连续、反复使用。

二、稳定性提高，不易失去活性，使用寿命延长。

三、便于自动化操作，实现用电脑控制的连续生产。

固定化技术使得酶工程的推广如同雨后春笋一般。从日本首先采用固定化酶来生产氨基酸开始，到如今已有数十个国家采用固定化酶和固定化细胞进行工业生产，产品包括酒精、啤酒、各种氨基酸、各种有机酸以及药品等等。今后酶工程发展的步伐，也将与固定化技术的提高紧紧相连。

生物工程 酶工程的“心脏”--固定化技术

生物工程酶工程的“心脏”--固定化技术