22. Иммобилизация целых клеток микроорганизмов и растений. Методы иммобилизации. Преимущества. Ограничения. Примеры практического применения.

Иммобилизация – физическое разделение биообъекта и растворителя, т.е. биообъект закреплен на нерастворимом носителе, а субстрат и продукты свободно обмениваются между биообъектом и растворителем.

Методы иммобилизации:

Адсорбция на нерастворимом носителе(окиси алюминия, смоле и тд)

Ковалентное связывание – носитель не должен быть токсичен для биообъекта

Адсорбция на аффинном носителе – избирательная сорбция к определенным группам веществ

Включение биообъекта в носитель

Преимущества клеток перед ферментами

При использовании целых клеток не требуется стадии выделения и очистки фермента.

Клетка, в отличие от фермента, способна осуществлять многостадийные процессы, имея все необходимые коферменты.

Условия иммобилизации клеток:

Чаще всего связывают с гелями. Живые клетки связывают только в период покоя или замедления роста.

в противном случае, при иммобилизации на поверхности, делящиеся клетки будут «выбрасывать» в глубину раствора свое потомство, это повлияет на качество продукта, вызовет его порчу. Или при иммобилизации внутри геля, при делении и росте клеток гель растрескается. Перед иммобилизацией проводят специальную обработку клеток, приводящую к повышению проницаемости клеточной стенки (органическими соединениями; изменением рН).

Поскольку в клетке содержится много балластных ненужных веществ, то иногда вместо клетки иммобилизируют ее органеллы: лизосомы, пероксисомы и др.

Иммобилизованные клетки микроорганизмов применяют для биотрансформации органических соединений, разделения раце­мических смесей, гидролиза ряда сложных эфиров, инверсии са­харозы, восстановления и гидроксилирования стероидов. Иммо­билизованные хроматофоры используют в лабораторных установ­ках для синтеза АТФ, а пурпурные мембраны - для создания искусственных фотоэлектрических преобразователей - аналогов солнечных батарей. Разрабатывается реактор на основе иммоби­лизованных клеток дрожжей для получения этанола из мелассы, в котором дрожжи сохраняли бы способность к спиртовому броже­нию в течение 1800 ч. Из более чем 2000 известных в настоящее время ферментов иммобилизована и используется для целей ин­женерной энзимологии примерно десятая часть (преимуществен­но оксидоредуктазы, гидролазы и трансферазы).

23. Соиммобилизация клеток.

Соиммобилизация - совместная иммобилизация биокатализаторов одинаковых (2-х и более ферментов, клеток, органелл) и разных (чаще всего клетка+Ф).

Варианты соиммобилизации:

1. Кл и Ф имеют одинаковую каталитическую активность: это ускоряет реакцию, повышает стабильность иммобилизации.

2. Кл и Ф катализируют разные реакции: тогда происходит поэтапное превращение субстрата в продукт.

Под соиммобилизацией понимают совместную иммобилизацию различных биокатализаторов: двух или более ферментов, видов клеток, комбинаций ферментов и клеток и другие варианты. Иммобилизация нескольких ферментов позволяет осуществить многостадийные процессы invitro. Пример — превращение кетокислот в аминокислоты, совмещенное с регенерацией кофактора. Многостадийные процессы могут быть осуществлены также с использованием нескольких видов соиммобилизованных клеток, в частности смешанных культур микроорганизмов.

Два широко используемых метода соиммобилизации ферментов и клеток: один из них состоит в том, что смесь раствора фермента и суспензии клеток включают в полимерную структуру (альгинатный гель). Другой метод рассмотрим на примере соиммобилизации клеток гриба Aspergillusniger, содержащих глюкозооксидазу и каталазу, с изолированной каталазой. Эту систему используют для окисления глюкозы до глюконовой кислоты. Убитый мицелий Asp. niger промывают агентом, увеличивающим проницаемость клеток, сушат и затем погружают в раствор каталазы. Сухой мицелий насасывает воду и, следуя за ее потоками, каталаза плотно садится на регидратированный мицелий. Связь между клеткой и ферментом упрочняют путем поперечной сшивки глутаровым альдегидом .

В последние годы усилия направлены на соиммобилизацию клеток растений и их органелл, однако эти препараты недостаточно стабильны для практического использования.