Общая характеристика иммобилизованных ферментов
Содержание
| Введение | |
| 1 Общая характеристика иммобилизованных ферментов | |
| 2 Классификация носителей для ферментов | |
| 3 Методы иммобилизации ферментов | |
| 3.1 Физическая иммобилизация ферментов | |
| 3.2 Химическая иммобилизация ферментов | |
| 4 Применение иммобилизованных ферментов | |
| 5 Заключение | |
| Список использованных источников |
Введение
Ферменты и ферментативные системы традиционно применяются в самых различных областях практической деятельности: в пищевой, фармацевтической, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, в медицине, сельском хозяйстве, органическом синтезе, химическом анализе и т. д. Тем не менее развитие прикладной энзимологии долгое время сдерживалось дороговизной или полным отсутствием на мировом рынке нужных ферментов, особенно их чистых препаратов. Очевидно, можно ожидать в недалеком будущем благодаря успехам микробиологии коренного решения вопроса производства соответствующих ферментов в достаточном количестве.
Принципиально новые перспективы открылись перед прикладной энзимологией в результате создания иммобилизованных ферментов. Дж. Нельсон и Е. Гриффин еще в 1916 г. показали, что инвертаза, адсорбированная на угле (т. е. иммобилизованная), сохраняет каталитическую активность. В
20 — 30-х годах работы по изучению адсорбции белков и ферментов были продолжены, однако исследования этого периода представляли главным образом академический интерес и не преследовали практических целей. В 1939 г. Дж. Пфанмюллер и Г. Шлейх получили щервый патент на применение адсорбированных на древесных опилках протеолитических ферментов для обработки шкур. Принципиально важный шаг в направлении создания прочных конъюгатов ферментов с носителями был сделан в 1953 г. Н. Грубхофером и Д. Шлейтом, впервые применившими метод ковалентного связывания.
Для исследований 50 — 60-х годов характерна уже достаточно четкая осознанность практической значимости развиваемого направления. Немалая заслуга в этом принадлежит группам Г. Манеке и Э. Качальского. В результате связывания фермента на носителе были созданы гетерогенные катализаторы, для которых сравнительно недавно, на первой конференции по инженерной энзимологии в Хенникере (США) в 1971 г., был узаконен термин «иммобилизованные ферменты». В литературе все еще встречаются и другие термины, например «нерастворимые ферменты», «матрицированные ферменты» и т. п., смысл которых достаточно конкретен: ими обозначают препараты ферментов, увязанных на нерастворимых носителях. Однако понятие «иммобилизация» можно и нужно понимать шире, а именно, как любое ограничение свободы движения белковых молекул (или их фрагментов) в пространстве [1].
Первым иммобилизованным ферментом, примененным в промышленном масштабе, была аминоацилаза. Она была использована в Японии в 1969 г. для производства аминокислот, добавляемых в корм животных. На мировом рынке эта продукция пользуется большим спросом [2].
Общая характеристика иммобилизованных ферментов
Сущность иммобилизации ферментов — прикрепление их в активной форме к нерастворимой основе или заключение в полупроницаемую мембранную систему. Прикрепление фермента к носителю осуществляется адсорбционно, химической связью или путем механического включения фермента в органический или неорганический гель (в капсулу и т. п.). При этом допускается прикрепление фермента только за счет функциональных групп, не входящих в активный центр фермента и не участвующих в образовании фермент-субстратного комплекса. Носитель фермента или матрица может иметь вид зернистого материала, волокнистой структуры, пластинчатой поверхности, пленок или тканей, полых волокон, трубочек, капсул и т. д. Имеет значение размер частиц носителя. Важно иметь большую поверхность, поэтому рекомендуются небольшие частицы диаметром 0,1 — 0,2 мм. Носитель фермента может быть как природное вещество, так и синтетический полимер [1].
Преимущества иммобилизованных ферментов перед нативными предшественниками:
1) Гетерогенный катализатор легко отделим от реакционной среды, что дает возможность остановить реакцию в любой момент, использовать фермент повторно, а также получать чистый от фермента продукт.
2) Ферментативный процесс с использованием иммобилизованных ферментов можно проводить непрерывно, регулируя скорость катализируемой реакции и выход продукта.
3) Модификация фермента целенаправленно изменяет его свойства, такие как специфичность (особенно в отношении макромолекулярного субстрата), зависимость каталитической активности от рН, ионного состава и других параметров среды, стабильность к денатурирующим воздействиям.
4) Можно регулировать каталитическую активность иммобилизованных ферментов путем изменения свойств носителя действием физических факторов, таких как свет и звук. Иммобилизовать ферменты можно как путем связывания на нерастворимых носителях, так и путем внутримолекулярной или межмолекулярной сшивки белковых молекул низкомолекулярными бифункциональными соединениями, а также путем присоединения к растворимому полимеру [3].