酶工程技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

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1、........酶工程技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用摘要:酶是重要的生物催化劑,具有專一性強(qiáng)、催化效率高、無(wú)污染、反應(yīng)條件溫和等特點(diǎn),研究和應(yīng)用顯示了酶在環(huán)境污染治理中有著廣闊的應(yīng)用前景。綜述了酶的固定化技術(shù),包括酶的固定化方法、選擇與比較等;膜式酶生物反應(yīng)器的基本概念和利弊、及其應(yīng)用;以及酶在污染治理中的研究和應(yīng)用,其中包括水凈化、環(huán)境監(jiān)測(cè)、白色污染的治理和有機(jī)廢水的酶處理等方面。酶在環(huán)境污染治理中的研究和應(yīng)用顯示了生物工程在環(huán)境污染治理和生物修復(fù)上有著廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:酶固定技術(shù);酶反應(yīng)器;環(huán)境保護(hù);應(yīng)用1酶的固定化1.1酶固定

2、化的方法酶的固定化方法主要有四種:包埋法(entrapment)、吸附法(adsorption)、共價(jià)法(covalentblinding)、交聯(lián)法(crosslinking)。1.1.1包埋法包埋固定化法是把酶定位于聚合物材料的格子結(jié)構(gòu)或微膠囊結(jié)構(gòu)中。這樣可以防止酶蛋白釋放,但是底物仍能滲人格子內(nèi)與酶相接觸.此法較為簡(jiǎn)便,酶分子僅僅是被包埋起來(lái),生物活性破壞少,但此法對(duì)大分子底物不適用。(l)凝膠包埋。凝膠包埋法是將酶包埋在交聯(lián)的水不溶性凝膠的空隙中的方法.交聯(lián)聚丙烯酞胺凝膠包埋法是首先被采用的包埋技術(shù)。.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.....

3、....(2)微膠囊包埋。將酶包埋于半透性聚合體膜內(nèi),形成直徑為1-100um的微囊。這種固定化酶是以物理方法包埋在膜內(nèi)的只要底物和產(chǎn)物分子大小能夠通過(guò)半透膜底物和產(chǎn)物分子就能夠以自由擴(kuò)散的方式通過(guò)膜。1.1.2吸附法吸附固定是最簡(jiǎn)單的方法,酶與載體之間的親和力是范德華力、離子鍵和氫鍵。此方法又可分為物理吸附法和離子吸附法:(l)物理吸附法使用對(duì)蛋白質(zhì)具有高度吸附能力的非水溶性載體,如活性碳、幾丁質(zhì):“多孔玻璃二”等作為吸附劑將酶吸附到表面上使酶固定化這種方法操作簡(jiǎn)單,反應(yīng)條件溫和,載體可反復(fù)使用,但結(jié)合不牢固,酶易脫落。(2)離

4、子吸附法。利用酶蛋白在解離狀態(tài)下可用電荷引力而固著于帶有與酶蛋白電荷相異的離子交換劑(水不溶性載體)上的固定化方法。此法操作簡(jiǎn)單,固定較為牢固,在工業(yè)上用途頗廣。1.1.3共價(jià)法酶蛋白分子上的官能團(tuán)和固相支持物表面上的反應(yīng)基團(tuán)之間形成共價(jià)鍵連接的方法。其優(yōu)點(diǎn)是酶與載體之間的連接很牢固,穩(wěn)定性好,但反應(yīng)條件激烈,操作復(fù)雜,控制條件苛刻。目前,已建立的方法包括:(l)重氮法。這是共價(jià)鍵法中使用最多的一種如下式所示,將具有氨基的不溶性載體,以稀鹽酸和亞硝酸鈉處理,成為重氮化物,再與酶分子偶聯(lián)酶蛋白中的游離氨基,組氨酸中的咪哇基,酪氨酸中

5、的酚基,可與其結(jié)合R一NHZ一〔R一N三N]Cl-1一十[酶〕一R一N二N一[酶](2)膚鍵法。此法是將有功能基團(tuán)的載體與酶白中賴氨酸的:一氨基或N.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.........末端的。一氨基作用形成膚鍵成為固定化酶。(3)基化法和芳基化法。以鹵素為功能基團(tuán)的載體與酶蛋白的氨基或琉基發(fā)生烷基化或芳基化反應(yīng)形成固定化酶。1.1.4交聯(lián)法使酶與帶兩個(gè)以上的多官能團(tuán)試劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng),生成不溶于水的二維交聯(lián)聚集體,交聯(lián)形成的固定化酶稱為交聯(lián)酶。與共價(jià)結(jié)合法一樣,都是靠化學(xué)結(jié)合的方法使酶固定化。其區(qū)別在于交聯(lián)法使用了交聯(lián)劑常用的交聯(lián)劑有戊

6、醛:蹂酸。單用戊二醛交聯(lián)得到固定化酶的方法很少單獨(dú)使用。將此法與吸附法或包埋法聯(lián)合使用可以達(dá)到良好的加固效果例如:先用幾丁質(zhì)吸附,再用戊二醛交聯(lián)等。1.2酶固定化的選擇與比較雖然發(fā)展了許多固定化技術(shù),并用于多種酶,但現(xiàn)在還沒(méi)有一種能適合所有應(yīng)用和所有酶的全能方法。因?yàn)楦鞣N酶的化學(xué)特性和組成差別很大,底物和產(chǎn)物性質(zhì)不同,產(chǎn)物的用途也不一樣。因此,對(duì)固定化酶的每一種應(yīng)用來(lái)說(shuō)必須找到既簡(jiǎn)便又廉價(jià)的方法,并且要在給出產(chǎn)品的同時(shí)很好地保留酶活性,還要有高的工作穩(wěn)定性。各類固定化方法的特點(diǎn)比較:比較項(xiàng)目吸附法結(jié)合法交聯(lián)法包埋法物理化學(xué)方法分類

7、物理吸附化學(xué)共價(jià)鍵結(jié)合物理離子鍵結(jié)合化學(xué)鍵連接物理包埋制備難易易難易較難較難固定化程度弱強(qiáng)中等強(qiáng)強(qiáng).專業(yè)學(xué)習(xí)資料.........活力回收率較高低高中等高載體再生可能不可能可能不可能不可能費(fèi)用低高低中等低底物專一性不變可變不變可變不變適用性酶源多較廣廣泛較廣小分子底物、藥用酶2酶反應(yīng)器在選擇酶反應(yīng)器的時(shí)候,一般應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面:酶的應(yīng)用形式、底物的物理性質(zhì)、酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、酶的穩(wěn)定性、操作要求、應(yīng)用的可塑性等。最簡(jiǎn)單的酶反應(yīng)器為分批式反應(yīng)器,只需要加入固定化酶,使之懸浮于攪拌罐中,而不需要支持性裝置。另一種酶反應(yīng)器是連續(xù)流反應(yīng)器,

8、可將粉狀、塊狀固定化酶制成酶柱使用,通人底物溶液,產(chǎn)物便可連續(xù)流出。這種反應(yīng)的速度決定于攪拌速度,對(duì)于固定化酶來(lái)說(shuō),反應(yīng)結(jié)束后只需離心或過(guò)濾,便可從中分離出酶。這種反應(yīng)器適各種反應(yīng),設(shè)備成本低,但固定化酶在回收過(guò)程中易損失,因此工業(yè)規(guī)模應(yīng)用較少,對(duì)

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