39. Методы иммобилизации ферментов.

Использование ферментов в промышленности. Применяют иммобилизованные (присоединенные к нерастворимым компонентам) ферменты. Термин иммобилизация ферментов применили в 1971г. основная задача, чтобы фермент, носитель и способ связывания фермента с носителем должны быть в гармонии.

Требования к носителю: используемый материал должен быть нерастворимым, высокой химической и биологической стойкостью, со значительной гидрофильностью, проницаемостью, как для фермента, так и для кофермента, субстратов и продуктов реакции, обладать способностью носителя легко активироваться.

Преимущества иммобилизации ферментов:

1. гетерогенный катализ. Легко отделять от реакционной среды, что позволяет остановить в нужный момент реакцию, использовать повторно катализатор и получать продукты, не загрязненные ферментом. Это важно в пищевой и фармацевтической промышленности.

2. Использование гетерогенного катализа позволяет проводить ферментативный процесс непрерывно

3. Иммобилизация способствует целенаправленному изменению свойств катализатора, в том числе специфичности, зависимости каталитической активности от рН, ионного состава среды и ее стабильности по отношению к различным денатурирующим воздействия.

4. Дает возможность регулировать каталитическую активность путем регулирования и изменения свойств носителя под действием некоторых физических фактов.

5. Долговечны и в тысячи раз стабильнее ферментативных препаратов.

В целом, высокая экономичность, эффективность и конкурентоспособность.

Методы иммобилизации:

1. Физические:

   1. Адсорбция на носителе

Ионные, водородные, силы Ван-дер-Ваальса. Проводят на керамике, стекле, силикагеле, оксидах и гидроксидах металлов. Фермент или сорбент часто модифицируют, вводя дополнительные ионные или гидрофобные группы. Сейчас из 200 ферментов 70 иммобилизуют именно так (дешево).

«+» : прост, дешев и препараты легко регенерируются

«-» невысокая прочность связывания фермента с носителем и все носители подбираются в ходе экспериментов

2. включение в гель

широко распространено. Так можно иммобилизовать ферменты или целые клетки

существует два технических способа иммобилизации в гель:

• фермент вводят в водный раствор мономера, а затем полимеризация. Чаще используют полиакриламидный гель.

• Фермент вносят в раствор уже готового полимера, который потом переходит в гелеобразное состояние (крахмал, агар-агар, агароза, фосфаты кальция).

3. Инкапсуляция

Водный раствор фермента включают внутрь замкнутой микрокапсулы, стенки которой - полупроницаемый полимер. Размер капсул 10 или 100 мкм. Толщина мембран сотые доли мкм.

«+»:

• простота, универсальность, возможность многократного использования нативного фермента

• Можно иммобилизовать комплексы ферментов, целые клетки и их фрагменты

«-»:

невозможность инкапсулированных ферментов осуществлять превращение высокомолекулярных субстратов, так они не проникнут через мембрану.

4. включение в липосомы

в промышленности не используют, только в науке!!!

В процессе диспергирования происходит самосборка бислойных липидных структур липосомы, содержащий включенный фермент.

2. химические:

являются массовым способом получения промышленных биокатализаторов; обеспечивают прочную и необратимую связь фермента с носителем и часто сопровождается стабилизацией молекулы фермента; в иммобилизации фермента должны участвовать функциональные группы, несущественные для его каталитической функции.

а) ковалентное связывание: с гидроксогруппой, с аминогруппой, с активированными производными карбоксильной группы, с сульфгидрильными группами.

«+»: высокая эффективность и прочность связи

«-»: сложность и дороговизна их применения.

8 КРУПНОТОНАЖНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

1. получение глюкозо-фруктозных сиропов

2. получение L-аминокислот из рацемических смесей

3. получение L-аспарагиновой кислоты

4. получение L- аланина

5. получение L- яблочной кислоты

6. получение безлактозного молока

7. получение сахаров из молочной сыворотки

8. получение 6-аминопеницилиновой кислоты