- •ФЕРМЕНТЫ
- ••Ферменты (энзимы) - это высокоспецифичные глобулярные белки, выполняющие функции биологических катализаторов.
- •Стадии ферментативного процесса
- •Фермент
- •(Без участия воды)
- •НОМЕНКЛАТУРА ФЕРМЕНТОВ
- •Общие свойства ферментов (особенности ферментов как биологических катализаторов)
- •Кофакторы ферментов
- •Некоторые коферменты
- •Ацетилкофермент А
- •АКТИВНЫЙ ЦЕНТР ФЕРМЕНТА
- •Механизм каталитического действия ферментов
- •Теория индуцированного соответствия
- •Субстратная специфичность химотрипсина
- •Сериновые протеазы
- •Уравнение Михаэлиса-Ментен
- •Вывод уравнения Михаэлиса-Ментен
- •Единица активности фермента
- •Ингибирование ферментов
- •Конкурентное ингибирование
- •Конкурентное
- •Аллостерические ферменты
- •Неконкурентное ингибирование
- •Неконкурентное
- •Схема действия ингибирующих и активирующих модуляторов
- •Ферментативный анализ
- •Метод определения глюкозы в крови
- •инженерная энзимология
- •В производстве стиральных порошков используются следующие ферменты:
- •Получение ферментных препаратов
- •Выделение и очистка ферментов
- •Поверхностный способ производства ферментов
- •Глубинный способ производства ферментов
- •Рост мицелия, образование -амилазы и
- •Принципиальная схема получения очищенных ферментных препаратов из культур микроорганизмов
- •Иммобилизация ферментов
- •Иммобилизованные ферменты
- •Типы иммобилизации
- •Носители для иммобилизованных ферментов
- •Ковалентное и поперечное связывание
- •Иммобилизованные ферменты, используемые в промышленности (Poulsen, 1984)
- •Промышленные процессы с иммобилизованными ферментами
- •Иммобилизованные клетки
- ••КОНВЕРТОР ДЛЯ БИОДЕСТРУКЦИИ НЕФТЯНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ВОДНЫХ СРЕД
Рост мицелия, образование -амилазы и
потребление субстрата в глубинной культуре A. oryzae
1 – -амилаза;
2 – мицелий;
3 – сухие вещества среды
42
Принципиальная схема получения очищенных ферментных препаратов из культур микроорганизмов
Иммобилизация ферментов
Иммобилизация ферментов – это любое ограничение свободы движения белковых молекул (или их фрагментов) в пространстве.
Преимущества иммобилизованных ферментов перед нативными предшественниками:
•1. Гетерогенный катализатор легко отделим от реакционной среды, что дает возможность остановить реакцию в любой момент, использовать фермент повторно, а также получать чистый от фермента продукт.
•2. Ферментативный процесс с использованием иммобилизованных ферментов можно проводить непрерывно, регулируя скорость катализируемой реакции и выход продукта.
•3. Модификация фермента целенаправленно изменяет его свойства, такие как специфичность, зависимость каталитической активности от рН, ионного состава и других параметров среды, стабильность к денатурирующим воздействиям.
•4. Можно регулировать каталитическую активность иммобилизованных ферментов путем изменения свойств носителя.
Иммобилизованные ферменты
•Увеличение стабильности, сохранение активности фермента
•Гетерогенный катализатор легко отделяется от реакционной массы
•Возможность проведения процесса в непрерывном режиме
•Сложность выделения чистых ферментов
Методы иммобилизации
1.Физическая адсорбция
2.Ковалентное связывание
3.Включение в гель
4.Микрокапсулирование
5.Включение в волокна
6.Включение в липосомы
Типы иммобилизации
Физическая иммобилизация
Иммобилизация, при которой фермент не соединен с носителем ковалентными связями
Физическая иммобилизация может быть проведена путем - адсорбции на нерастворимых носителях
- включения в поры геля - использования полупроницаемых оболочек (мембран)
- включения в двухфазную реакционную среду, где фермент растворим и может находиться
только в одной из фаз.
Химическая иммобилизация
Путем химического воздействия на структуру фермента в его молекуле создаются новые ковалентные связи, в частности между белком и носителем.
Адсорбция на носителе Включение в гель
Отделение с помощью полупроницаемой мембраны Использование двухфазной реакционной среды
Носители для иммобилизованных ферментов
Для получения иммобилизованных ферментов используется ограниченное число как органических, так и неорганических носителей. К носителям предъявляются следующие требования
- высокая химическая и биологическая стойкость;
•- высокая химическая прочность;
•- достаточная проницаемость для фермента и субстратов, пористость, большая удельная поверхность;
•- возможность получения в виде удобных в технологическом отношении форм (гранул, мембран);
•- легкая активация;
•- высокая гидрофильность;
•- невысокая стоимость
Ковалентное и поперечное связывание
По сравнению с физической иммобилизацией, химическая иммобилизация обладает следующими достоинствами и недостатками:
+ Прочность ковалентной связи приводит к тому, что при достаточно широком диапазоне условий, таких как pH и температура, фермент не десорбируется с носителя и не загрязняет целевых продуктов катализируемой им реакции.
- Химическая модификация ферментов может приводить к существенным изменениям их свойств, таких как субстратная специфичность, каталитическая активность.
12
Иммобилизованные ферменты, используемые в промышленности (Poulsen, 1984)
Иммобилизованный |
Объемы |
|
фермент |
выпуска, т/г |
|
Аминоацилаза |
Менее 5 |
|
Аминоглюкозидаза |
1 |
|
Глюкозоизомераза |
1500–1750 |
|
Гидантоиназа |
Менее 1 |
|
Лактаза |
5 |
|
Нитрилаза |
0.1 |
|
Пенициллин |
3–4 |
|
G-ацилаза |
||
|
||
Пенициллин V-ацилаза |
1 |
Получаемый
продукт
L-аминокислоты
Глюкоза
Глюкозо-фруктозные сиропы
D-фенилглицин-
Лактозные
гидролизаты
Акриламид
6 АПК
6 АПК
Страна
Япония
Англия
Дания,
Нидерланды,
Япония
Япония
Япония
Япония
Япония,
Нидерланды
Англия, Австрия
49
Промышленные процессы с иммобилизованными ферментами
глюкозоизомераза
аминоацилаза
2
лактаза
+
Иммобилизованные клетки
Иммобилизованные клетки имеют ряд преимуществ как перед иммобилизованными ферментами, так и перед свободными клетками:
•- отсутствие затрат на выделение и очистку ферментов; - снижение затрат на выделение и очистку продуктов реакции;
•- более высокая активность и стабильность;
•- возможность создания непрерывных и полунепрерывных автоматизированных процессов;
•- способность к длительному функционированию полиферментных систем без экзогенных кофакторов.