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酶的固定化方法一一表面担载法


化学先生 / 2019-08-03

        表面担载法是通过物理或化学过程,将酶担载到非水溶性载体上的方法。它在固定化酶的制备中是使用最早的方法,有关这方面的报道也最多。

       

       用这种方法制备固定化酶时,必须按酶的种类和性质,选择合适的载体和固载方法。因为所选用的载体种类和固载方法对酶的担载量和反应性能影响很大。载体的化学组成、表面形貌、颗粒度、孔径和孔结构、表面积、亲水性基团等是主要考虑因素。一般而言,载体的亲水性基团越多,表面积越大,担载的酶量就越高,所制得的固定化酶活性也就越高。

       因为酶是生物大分子,通常首选纤维素、葡聚糖、琼脂糖、多糖类街生物和聚丙烯酰胺凝胶等有机高分子载体,也可根据酶的性质和固定化方法选择合适的无机载体,如Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2和分子筛等,因为它们相对比较便宜,机械强度高,流体力学性质好,使用中不容易溶胀(表8-1)。 根据结合形式不同,担载法又可分为共价结合法、离子结合法及物理吸附法等三种。


         (1)共价结合法共价结合法是指酶蛋白分子的功能团和载体表面上的反应基团之间以共价键相互连接,形成固定化酶。常用载体包括天然高分子(纤维素、琼脂糖、淀粉、葡萄糖凝胶、胶原及行生物等)、合成高聚物(尼龙、多聚氨基酸、乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物等)和无机载体(多孔玻璃、金属氧化物等)。此法的优点是酶与载体间连接牢固,即使用高底物浓度或离子强度的溶液进行反应,也不会导致酶和载体分离。因此具有良好的稳定性及重复使用性,成为目前研究最为活跃的一类酶固定化方法。缺点是反应条件的控制,要求比较苛刻。在反应剧烈、操作复杂的条件下,常常会引起酶蛋白高级结构发生变化,并导致活性中心受到破坏,从而难于保证制备的重复性,不是每次都能获得高活力的固定化酶。

        (2)离子结合法 此法是通过离子效应,将酶固定到具有离子交换基团的非水溶性载体上。能用于离子结合法的载体,除具有离子交换基团的多糖类以外,聚电解质,如离子交换树脂等合成高分子衍生物也可用作载体。离子结合法与前述的共价结合法比较,操作更加简便,处理条件比较温和,而且酶的高级结构和活性中心的氨基酸很少发生变性,因而可以得到较高活性的固定化酶。但这种方法与共价结合等化学方法比较,载体和酶的结合是依靠库仑相互作用,因而不够牢固,易受所使用的缓冲溶液限制和反应溶液pH影响。在溶液离子强度较高的情况下,由于去屏蔽效应,会使酶从载体上脱落下来。

        (3)物理吸附法这种方法是将酶蛋白通过范德华力等弱相互作用,吸附到不溶于水的载体表面上而使酶固定化。此法与前述的离子结合法比较,酶蛋白的活性中心不易受破坏,酶的高级结构变化也不明显,从载体对酶的适应性来看,这个方法是好的,但其缺点是酶与载体的相互作用较弱,因而被吸附的酶极易从载体表面上脱落下来。其载体除活性炭、多孔玻璃、酸性白土、漂白土、高岭土、矾土、硅胶、膨润土、氟基磷灰石、磷酸钙凝胶等无机载体外,也可利用淀粉、谷蛋白这类生物大分子。
               

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