Иммобилизованные ферменты

Ферменты и ферментативные системы традиционно применяются в самых различных областях практической деятельности: в пищевой, фармацевтической, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, в медицине, сельском хозяйстве, органическом синтезе, химическом анализе и т.д. Тем не мене развитие прикладной энзимологии долгое время сдерживалось дороговизной или полным отсутствием на мировой рынке нужных ферментов, особенно их чистых препаратов.

Возможности применения ферментов осложнены и по другим причинам. Во-первых, ферменты неустойчивы при хранении, а также при различных воздействиях, особенно тепловых. Во-вторых, многократное использование ферментов затруднено из-за сложности их отделения от реагентов и продуктов реакции.

Принципиально новые перспективы открылись в результате создания иммобилизованных ферментов. Иммобилизация – ограничение подвижности молекул ферментов, их конформационных перестроек – основана на физико-химических принципах, позволяющих закрепить структуру фермента таким образом, чтобы активный центр его молекулы сохранял свою работоспособность в течение длительного времени, не подвергаясь структурным изменениям, приводящим к нарушению его конфигурации.

Иммобилизованные ферментные препараты обладают рядом существенных преимуществ при использовании их в прикладных целях по сравнению с нативными предшественниками:

- гетерогенный катализатор легко отделить от реакционный среды, что дает возможность:

а) остановить в нужный момент реакцию;

б) использовать катализатор повторно;

в) получать продукт, не загрязненный ферментом (это особенно важно в ряде пищевых и фармацевтических производств);

- использование гетерогенных катализаторов позволяет проводить ферментативный процесс непрерывно, например в проточных колонных, и регулировать скорость катализируемой реакции, а также выход продукции путем изменения скорости потока;

- иммобилизация фермента способствует целенаправленному изменению свойств катализатора, в том числе его специфичности (особенно в отношении к макромолекулярным субстратам), зависимости каталитической активности от рН, ионного состава и других параметров среды, аго стабильности по отношению к различного рода денатурирующим воздействиям;

- иммобилизация ферментов дает возможность регулировать их каталитическую активность путем изменения свойств носителя под действием некоторых физических факторов (свет или звук).

Успех практического использования препаратов иммобилизованных ферментов значительной степени определяется подготовительным этапом работы – выбором подходящего носителя и метода иммобилизации, а также знанием кинетико-термодинамических особенностей катализа иммобилизованных ферментов.

Носители для иммобилизованных ферментов

Для получения иммобилизованных ферментов используется огромное число носителей, как органических, так и неорганических. Основные требования, предъявляемые к материалам, следующие:

- высокая химическая и биологическая стойкость;

- высокая механическая прочность;

- достаточная проницаемость для ферментов и субстратов, большая удельная поверхность, высокая вместимость, пористость;

- возможность получения в виде удобных в технологическом отношении форм (гранул, мембран, труб, листов и т.д.);

- легкое переведение в реакционноспособную форму (активация);

- высокая гидрофильность, обеспечивающая возможность проведения реакции связывания фермента с носителем в водной среде;

- невысокая стоимость.

Иммобилизация представляет собой включение фермента в такую среду, в которой для него доступной является лишь ограниченная часть общего объема. На основании этого все существующие методы физической иммобилизации (т.е. при которой фермент не соединен с носителем ковалентными связями) можно разделить на четыре группы:

адсорбция на нерастворимых носителях;

включение в поры геля;

пространственное отделение фермента от остального объема реакционной среды с помощью полупроницаемой перегородки (мембраны);

включение в двухфазную реакционную среду, где фермент растворим и может находиться только в одной из фаз.

Рисунок 1.3 – Способы физической иммобилизации ферментов: а) адсорбция на нерастворимых носителях; б) включение в поры геля; в) отделение фермента с помощью полупроницаемой мембраны; г) использование двухфазной реакционной среды

Иммобилизация ферментов путем адсорбции на нерастворимых носителях

Адсорбционная иммобилизация является наиболее старым из всех существующих сейчас способов иммобилизации ферментов. В настоящее время является наиболее широко распространенным способом получения иммобилизованных препаратов промышленного значения.

Носители для адсорбционной иммобилизации

Носители для адсорбционной иммобилизации можно разделить на два основных класса – неорганические (кремнезем, оксиды алюминия, титана, различные природные алюмосиликаты, пористое стекло, керамика, активированный уголь и пр.) и органические (различные полисахариды и полимерные ионообменные смолы, коллаген).

Новое на сайте:

Изменение лактобацилл
Показатель рН снижается под влиянием молочной кислоты, образуемой штаммами бактерий, естественно присутствующими или вводимыми в мясной фарш: в данном случае это Lactobacillus plantarum . В данный мясной фарш инокулировали примерно 106 лактобацилл на 1 г. В первые два дня происходит резкое увеличен ...

Дрожжевое блинное тесто
Из данного вида теста готовятся следующие изделия: Оладьи сдобные. Тесто готовят опарным способом. Из муки, молока и дрожжей замешивают опару, закрывают салфеткой и ставят в теплое место для подъема. В готовую опару добавляют яйца, соль, сахар – песок,1 чайную ложку масла. Хорошо перемешенное тесто ...

Экономика
В настоящее время в России существует огромное количество предприятий по переработке молока и молочных продуктов. Жесткая конкурентная борьба, пересыщенность рынка молочными продуктами требует от руководителей предприятий не только поддерживать производство на высоком уровне, но и стремиться к улуч ...