单细胞蛋白_单细胞蛋白名词解释_单细胞蛋白scp(13)

（c）酶工程的核心——固定化工程

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、成千次地发挥效能，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，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：

1.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。

2.稳定性提高，不易失去活性，使用寿命延长。单细胞蛋白

3.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。

（d）酶工程的应用

如果要举几个例子来说明酶的应用，也许有人会提到：

加酶洗衣粉，洗衣粉添加进蛋白酶后大大增强了去污能力，能把衣物洗得洁净如新；多酶片，它所含的多种酶会增强人的消化能力，专治积食、消化不良；SOD，全名叫超氧化物歧化酶，被广泛用于食品、饮料、牙膏和化妆品中，它能去除人体内的垃圾——超氧化物，使人延缓衰老，保持青春活力；加酶洗衣粉、多酶片和SOD确实是酶的应用实例。不过，对于酶工程来说，它们犹如大海中的几片浪花一样，只是简单的应用而已。在更深的层次上，酶的应用更为丰富多彩，更能体现酶工程的无穷魅力。

关于酶的应用，不妨举一个你身边的例子：青霉素。

自从50多年前青霉素被发现并投入临床应用以来，很长时期它一直是对付许多炎症的首选药物。然而，它也有缺点，一是使用多了许多病菌对它产生了抗药性；二是它对一部分病菌本来就没有杀伤力。许多科学家开始研究如何对青霉素进行改造。办法很快找出来了，那就是使用青霉素酰化酶对青霉素进行裂解，然后再合成新一代的青霉素，它的名称是半合成青霉素。半合成青霉素有数十种，比它的母体——青霉素杀菌力更强，杀菌面更广，还能有效地对付那些耐药菌。不过，青霉素酰化酶很娇贵，不稳定，因而，实现半合成青霉素的工业化生产一度陷入了僵局。

随着酶工程研究与开发的进展，尤其是固定化技术的完善，这个僵局终于被打破了。德国科学家还运用遗传工程手段改造大肠杆菌，获得了青霉素酰化酶高产菌株，大大提高了生产效率。大批的半合成青霉素投入了临床应用，取得了理想的医疗效果。今天，如果有谁的炎症在使用了甲氧苯青霉素、羧苄青霉素（它们都是半合成青霉素）后迅速消退，那也该谢谢那造福人类的酶工程。