7.1. Общая характеристика

Ферменты в течение многих лет применяются в различных областях практической деятельности человека: в кожевенной, пищевой, текстильной, фармацевтической и других отраслях промышленности, а также в медицине, сельском хозяйстве, химическом синтезе. Эффективность действия ферментов многократно выше по сравнению с химическими катализаторами, однако их промышленное применение затруднено из-за неустойчивости при хранении и температурных воздействиях. Кроме того, многократное применение ферментов практически невозможно в связи с технологическими трудностями их отделения от продуктов реакции.

7.2. Иммобилизованные ферменты

Новые возможности открылись перед прикладной энзимологией в связи с созданием иммобилизованных ферментов. Термин иммобилизованные ферменты был впервые применен в 1971 г. на первой конференции по инженерной энзимологии в США и в настоящее время получил повсеместное распространение. Иммобилизация означает взаимодействие ферментов или их активных фрагментов с растворимыми или нерастворимыми носителями, в результате чего происходит ограничение движения ферментов в пространстве. Иммобилизованные ферменты имеют ряд преимуществ при использовании их в практических целях. Основными из них являются:

• значительное увеличение стабильности ферментов;

• возможность остановки реакции в любой момент времени;

• многократное использование биокатализатора;

• получение продукта реакции, не загрязненного ферментом;

• проведение непрерывного процесса, например, в проточных колоннах;

• целенаправленное изменение свойств фермента (оптимуму рН и температуры, специфичности и др.) для оптимизации каталитического процесса.

Для получения иммобилизованных ферментов используют многочисленные носители различной природы. Носители должны быть устойчивы к воздействию химических и биологических факторов, иметь высокую проницаемость для ферментов и субстратов, а также легко переходить в активированное состояние.

Органические полимерные носители разделяют на природные и синтетические. К природным носителям относятся полисахариды, белки и липиды. Наиболее часто для иммобилизации на основе полисахаридов используют агарозу, целлюлозу, декстран и их производные. Целлюлоза, представляющая собой поли-1,4-|3-0-глюкопироназил-В-глюкопиранозу, высоко гидрофильна, легко активируется и поэтому часто используется в качестве носителя.

Нередко для целей иммобилизации используют хитин, представляющий собой целлюлозу, в которой СН₂ОН-группа заменена ацетамидным остатком. Из других носителей полисахаридной природы можно отметить декстран (поли- 1,6-а-о-глюкопиранозил-о-глюкопираноза), представляющий собой разветвленный полисахарид микробного происхождения. Гели на основе декст-рана, сшитые эпихлоргидрином, выпускаются под названием «сефадексы» и имеют самостоятельное значение в качестве носителей для выделения и очистки различных веществ.

Агароза (поли-(3-галактопиранозил-3,6-ангидро-а-Ь-галактопираноза) также часто используется в качестве носителя для иммобилизации.

Белки как носители представляют наибольший интерес для использования в медицине, однако необходимо учитывать высокую иммуногенность и быструю их деградацию при применении in vivo.

Наиболее часто для иммобилизации ферментов применяют фибриллярные белки, например кератин и коллаген.

К синтетическим полимерным носителям относятся полимеры на основе стирола, производные акриловой кислоты, а также полиамидные носители.

Ферменты находят разнообразное применение в различных отраслях промышленности, а также в медицине, например:

• в медицине — в качестве противовоспалительных, тромболитических и фибринолитических препаратов;

• в химии — в качестве катализаторов при проведении различных технологических процецсов;

• в фармации — при анализе лекарственных веществ белковой природы;

• в промышленности — в качестве активных компонентов стиральных и моющих средств, в дубильных процессах, в пищевых производствах, например при обработке мяса.