47. Типы неорганических носителей

Носители

Органические Неорганические

Низкомолекулярные

Полимерные

Макропористые другие

Неорганические носители созданы из стекла, глины, керамики, графитовой сажи, силикагеля, а также силохромы, оксидов металлов. Их можно подвергать химической модификации, для чего носители покрывают пленкой оксидов алюминия, титана, гафния, циркония или обрабатывают органическими полимерами. Преимущества использования неорганических носителей: - легкость их регенерации - неорганическим носителям можно придать любую форму и получать их с любой степенью пористости.

Достоинства микропористых кремнеземов: 1)отнести механическую прочность, 2)химическую инертность по отношению ко многим растворителям, 3)наличие жесткого скелета с заданным размером пор, 4)устойчивость к микроорганизмам. Недостатками кремнеземов 1)их использование в ограниченном диапазоне рН, 2)явление неспецифической сорбции на их поверхности, хотя последнее может быть устранено различными модифицирующими воздействиями. 3)стоимость кремнеземных носителей относительно высока, и модификация еще больше повышает цену, поэтому внедрение их в промышленность существенно ограничено.

Более пригодными для промышленного использования могут оказаться природные алюмосиликаты - глины, а также пористая керамика, в состав которой, помимо алюмосиликатов, входят окислы титана, циркония или другие добавки. Следует также упомянуть такие широко распространенные носители, как уголь и графитированная сажа. Весьма перспективными носителями являются приготавливаемые на основе металлов и их оксидов, которые характеризуются: высокой механической прочностью, относительной дешевизной, стабильностью и хорошими гидродинамическими свойствами. Таким образом, к настоящему времени создано огромное число разнообразных носителей для иммобилизации ферментов. Однако для каждого индивидуального фермента, используемого в конкретном технологическом процессе, необходимо подбирать оптимальные варианты, как носителя, так и условий и способов иммобилизации.

48. Способы иммобилизации энзимов: адсорбция, включение в гели и полупроницаемые мембраны; химические методы иммобилизации ферментов

Существуют два принципиально различных метода иммобилизации ферментов: без возникновения ковалентных связей между ферментом и носителем (физические методы иммобилизации) и с образованием ковалентной связи между ними (химические методы иммобилизации). При ковалентной иммобилизации носитель должен связываться только с группами, отвечающими за катализ; носитель не должен оказывать ингибирующее действие на энзим. К недостаткам адсорбционного метода следует отнести невысокую прочность связывания фермента с носителем. При изменении условий иммобилизации могут происходить десорбция фермента, его потеря и загрязнение продуктов реакции. Существенно повысить прочность связывания фермента с носителем может предварительная его модификация (обработка ионами металлов, полифункциональными агентами — полимерами, белками, гидрофобными соединениями, монослоем липида и пр.). Иммобилизация ферментов путем включения в гель. Иммобилизацию ферментов в геле осуществляют двумя способами. В первом случае фермент вводят в водный раствор мономера, а затем проводят полимеризацию, в результате которой возникает пространственная структура полимерного геля с включенными в его ячейки молекулами фермента. Во втором случае фермент вносят в раствор уже готового полимера, который впоследствии переводят в гелеобразное состояние. Иммобилизация ферментов в гелях обеспечивает равномерное распределение энзима в объеме носителя. Большинство гелевых матриц обладает высокой механической, химической, тепловой и биологической стойкостью и обеспечивает возможность многократного использования фермента, включенного в его структуру. Однако метод непригоден для иммобилизации ферментов, действующих на водонерастворимые субстраты. Иммобилизация ферментов в полупроницаемые структуры. Сущность этого способа заключается в отделении водного раствора фермента от водного раствора субстрата с помощью полупроницаемой мембраны, пропускающей низкомолекулярные молекулы субстратов и кофакторов, но задерживающей большие молекулы фермента. Разработано несколько модификаций этого метода, из которых интерес представляет микрокапсулирование и включение ферментов в липосомы. Первый способ предложен Т.Чангом в 1964 г. и состоит в том, что водный раствор фермента включается внутрь замкнутой микрокапсулы, стенки которой образованы полупроницаемым полимером. Достоинства метода микрокапсулирования — простота, уни-версальность, возможность многократного использования натив ного фермента (фермент может быть отделен от непрореагировавшего субстрата и продуктов реакции процедурой простого фильтрования). Близким к инкапсулированию методом иммобилизации можно считать включение водных растворов ферментов в липосомы. Для получения липосом из растворов липида (чаще всего лецитина) упаривают органический растворитель. Ферменты, иммобилизованные путем включения в структур липосом, используют преимущественно в медицинских и научных целях. Химические методы иммобилизации ферментов. Иммобилизация ферментов путем образования новых ковалентных связей между ферментом и носителем — наиболее массовый способ получений промышленных биокатализаторов. В отличие от физических методов этот способ иммобилизации обеспечивает прочную и необратимую связь фермента с носителем и часто сопровождается стабилизацией молекулы энзима. Однако расположение фермента относительно носителя на расстоянии одной ковалентной связи создает стерические трудности в осуществлении каталитического процесса. Фермент отделяют от носителя с помощью вставки (сшивка, спейсер), в роли которой чаще всего выступают бифункциональные и полифункциональные агенты (бромциан, гидразин, сульфурилхлорид, глутаровый диальдегид и др. Принципиально важно, чтобы в иммобилизации фермента участвовали функциональные группы, не существенные для его каталитической функции.