Иммобилизированные ферменты:
В 1916 г. было показано, что фермент инвертаза (сахароза) сохраняет свою активность при иммобилизации на алюмосиликатах или угле.
В 1939 г. был получен патент на способ обработки шкур животных протеолитическими ферментами, адсорбированными на древесном угле.
Иммобилизированные ферменты активно используются с середины 70-х гг.
Преимущества:
ИФ легко отделить от реакционной смеси. В результате можно быстро остановить реакцию, получить продукты не загрязненные ферментами, а ферменты использовать повторно.
Можно проводить процесс непрерывно. Скорость реакции регулируется за счет подкисления субстрата.
МФ позволяют целенаправленно изменять его свойства и специфичность за счет изменения факторов внешней среды рН, t и др.
Идеальный материал для иммобилизации должен соответствовать следующим требованиям:
Низкая стоимость.
Обладать высокой биологической и химической стойкостью.
Должны быть гидрофильными.
Должен легко активироваться.
Должен отличаться возможностью и способностью придания ему различных функций (мембраны гранул).
По химической природе:
Неорганические;
Органические (природного и синтетического происхождения).
Методы иммобилизации:
Химические – м/у носителем и объектом осуществляют ковалентную связь.
Физические – адсорбция, включение в гели, инкапсуляция, использование липосом.
Включение в гели и микрокапсулы – биологический объект включается в 3-х мерную структуру геля. Гель м. б. природного происхождения (агар, желатин); синтетического (полиакриламидный гель, поливиниловый спирт).
2 подхода создания 3-х мерных структур с биологическим объектов внутри:
1. Биологический объект вносится в водный раствор мономера, который затем полимеризуют.
2. Биологический объект вносится в раствор готового полимера, который переводится в гелеобразное состояние.
Способ иммобилизации включением в гели – самый простой и эффективный.
Инкапсулирование – предполагает, что биологический объект включается в полупроницаемую мембрану, которая проницаема для субстрата реакции и могут удаляться продукты реакции.
Использование липосом – с 80-х гг. – это сферические образования, которые окружены липидным слоем. Размеры таких гранул от 10 нм.
Липосомы используются для целенаправленного достижения лекарственных препаратов, БАВ, ферментов.
Их получают:
Липид (лицетин) упаривают до получения тонкой пленки на внутренней поверхности сосуда, туда вносят раствор ферментов или др. в-ва и интенсивно встряхиваются. В результате образуются липосомы.
После поступления в организм липосомы могут проникать в клетки либо в результате эндоцитоза, оибо за счет слияния липидной мембраны и мембраны клетки.
Адсорбция на нерастворимом носителе. В ней принимают участие водородные и электростатические взаимодействия. Таким способом можно использовать ок. 70 различных ферментов.
Носителем м. б. торф, уголь, песок, Al2O3, различные полисахариды и др.
Торф, как носитель адсорбции м. б. использован в промышленности, для удаления некоторых загрязняющих газов. Такие устрйства называются биофильтрами. Торф помещается в колонный реактор, слой торфа 1-2 метра, увлажняется водой и пропускает загрязненный газ. В результате деятельности м/о адсорбированных на торфе удаляются вредные примеси.
Преимущества такого способа:
Доступность;
Дешевизна;
Отсутствие токсического эффекта на биологический объект.
Ковалентное связывание с носителем – молекулы белков или др. поверхностные структуры клетки связываются с активированным носителем. Такое химическое ковалентное связывание может происходить с агарозой, целлюлозой и др. Гл. ограничение при использовании этого метода – на связывание объекта и носителя могут затрачиваться некоторые функционально активные группировки объектов, например, каталитический центр фермента.
Клетка (фермент) → сшивающий агент → носитель
│ ↓ ↓
─ NH3 бромциан (BrCN) сефароза
Использование иммобилизированных клеток и ферментов.
Получение L-аминокислот. Синтез аминокислот отрасль химической промышленности, но здесь получаются смеси D и L аминокислот. Такую смесь невозможно разделить физико-химическим способом. Эту смесь подвергают ацилированию:
Ацил-D-аминокислота ацил-D-аминокислоты → смесь изомеров
Аминоацилаза отщепляет ацильную гр. только у L-изомера +
Ацил-L-аминокислота
L-аминокислоты
Из этой смеси физико-химическим способом можно выделить ацил-D-аминокилоты.
Фермент был адсорбирован на специальных смолах, его время полуинактивации 65 сут., т. е.фермент можно постоянно добавлять и такой иммобилизированный фермент может работать ок. 8 лет при постоянном добавлении.
Получение безлактозного молока. Необходимо это в связи с лактозной недостаточностью. Такое молоко слаще обычного, в нем повышено содержание глюкозы и галактозы и оно относится к диетическим продуктам. В этом случае фермент лактозу иммобилизируют на кремнеземе и ч/з такую колонку пропускают продукт.
Лактоза м. б. использована для получения сахаров из молочной сыворотки. Это решает кормовую проблему (получение сахара из традиционных источников) и экологическую. Для этого предварительно подготавливается сыворотка. До 80% лактозы превращается в моносахара (глюкоза и лактоза).