35 Особенности иммобилизованных клеток

Живые иммобилизованные клетки являются активными и стабильно действующими системами. При наличии подходящего носителя, т.е. носителя с хорошими физическими и механическими свойствами, клетки микроорганизмов могут нормально размножаться внутри полимера и частично в среде, окружающей носитель. Как правило, такая система состоит из иммобилизованных и свободных клеток.

Именно жизнеспособные клетки осуществляют в иммобилизованном состоянии процессы биосинтеза различных органических соединений, в том числе органических кислот, антибиотиков, ферментов и др.

Иммобилизованные клетки микроорганизмов нашли применение и при очистке сточных вод и воздуха от загрязнений, для извлечения из них ценных веществ.

Решение проблем биоэнергетики и азотфиксации также будет связано с применением иммобилизованных клеток.

Не менее важна и интересна проблема иммобилизации клеток, сконструированных генной инженерией

37 Методы иммобилизации ферментов и клеток

Существует два основных метода иммобилизации ферментов: физический и химический.

Физическая иммобилизация - включение фермента в ограниченно доступную часть общего объема среды. При физической иммобилизации фермент не связан с носителем ковалентными связями. Существует четыре типа связывания ферментов: 1) адсорбция на нерастворимых носителях; 2) включение в поры геля; 3) мембраны; 4) включение в двухфазную среду, где фермент растворим и может находиться только в одной из фаз.

Адсорбционная иммобилизация достигается при контакте водного раствора фермента с носителем. После отмывки неадсорбировавшегося белка иммобилизованный фермент готов к использованию. Адсорбция молекулы фермента на поверхности носителя обеспечивается ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, водородными связями, электростатическими и гидрофобными взаимодействиями. Преимущества: доступность и дешевизна сорбентов, придание им любой конфигурации, простота методики. Недостатки: не всегда высокая прочность связывания, тяжело подобрать нужный носитель и оптимальные условия иммобилизации.

Включение в гели. Молекулы фермента включаются в трехмерную сетку из тесно переплетенных полимерных цепей, образующих гель. Для иммобилизации ферментов в геле существует два основных способа. При одном из них фермент помещают в водный раствор мономера, а затем проводят полимеризацию, в результате чего образуется полимерный гель с включенными в него молекулами фермента. В другом случае фермент вносят в раствор готового полимера, который затем переводят в гелеобразное состояние. Фермент, включенный в гель, надежно защищен от бактериального заражения, для высокомолекулярных субстратов данный метод иммобилизации не применим вообще.

Использование мембран. Водный раствор фермента отделяется от водного раствора субстрата полупроницаемой перегородкой. Полупроницаемая мембрана легко пропускает небольшие молекулы субстрата, но непреодолима для крупных молекул фермента. Существующие модификации этого метода различаются лишь способами получения полупроницаемой мембраны и ее природой (микрокапсулирование, включение в волокна и липосомы). Двухфазная система. Субстрат и продукт распределяются между обеими фазами в соответствии с их растворимостями в этих фазах. Природа фаз подбирается таким образом, что продукт накапливается в той из них, где фермент отсутствует. После завершения реакции эту фазу отделяют и извлекают из нее продукт, а фазу, содержащую фермент, опять на реакцию. Преимущество: позволяют осуществлять ферментативные превращения макромолекулярных субстратов.

Химическая иммобилизация – создание новых ковалентных связей между белком и носителем. Преимущ: более прочная связь; хим модификация фермента (субстратная специфичность, каталитическая активность и стабильность).