Читайте также:
|
Вариант 1.
Существует два основных метода иммобилизации ферментов: физический и химический.
Физическая иммобилизация ферментов представляет собой включение фермента в такую среду, в которой для него доступной является лишь ограниченная часть общего объема. При физической иммобилизации фермент не связан с носителем ковалентными связями.
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
Существует четыре типа связывания ферментов:
- адсорбция на нерастворимых носителях;
- включение в поры геля;
- пространственное отделение фермента от остального объема реакционной системы с помощью полупроницаемой перегородки (мембраны);
- включение в двухфазную среду, где фермент растворим и может находиться только в одной из фаз.
Требования к носителям:
u высокая химическая и биологическая стойкость;
u высокая химическая прочность;
u достаточная проницаемость для фермента и субстратов, пористость, большая удельная поверхность;
u возможность получения в виде удобных в технологическом отношении форм (гранул, мембран);
u легкая активация;
u высокая гидрофильность; невысокая стоимость.
а - адсорбция на нерастворимых носителях, б – включение в поры геля, в – отделение фермента с помощью полупроницаемой мембраны, г – использование двухфазной реакционной среды
Классификация носителей:
Неорганические макропористые носители:
u Силикагель
u Глины
u Цеолиты
u Металлические носители
u Оксиды металлов (порошки)
Органические полимерные носители:
u Полисахариды (природные - целлюлоза, хитин, хитозан, декстраны, агароза, коллаген; синтетические – полимеры на основе стирола, акриловой к-ты, поливинилового спирта, полиамидные и полиуретановые носители)
Адсорбционная иммобилизация:
u является наиболее старым из существующих способов иммобилизации ферментов, начало ей было положено еще в 1916 г. способ достаточно прост и достигается при контакте водного раствора фермента с носителем.
Преимущества метода адсорбционной иммобилизации:
К недостаткам адсорбционной иммобилизации следует отнести:
u прочность связывания фермента с носителем не всегда достаточно высока, что ограничивает применение метода.
u отсутствие общих рекомендаций, позволяющих сделать правильный выбор носителя и оптимальных условий иммобилизации конкретного фермента.
Способы адсорбционной иммобилизации:
§ Статический способ
§ Способ с перемешиванием
§ Статический способ
§ Способ с перемешиванием
§ Нанесение на колонки
§ Электроосаждение
Факторы, влияющие на адсорбцию:
§ Удельная поверхность и размер пор носителя
§ рН
§ Температура
§ Ионная сила раствора
§ Концентрация фермента в растворе
Способы повышения эффективности адсорбции:
Включение в гель:
Суть метода иммобилизации состоит в том, что молекулы фермента включаются в трехмерную сетку из тесно переплетенных полимерных цепей, образующих гель. Гели могут быть органической и неорганической природы. ПРИМЕР – иммобилизация в агар. Существует два способа:
u Полимеризация в растворе фермента
u Внесение фермента в раствор готового полимера
Преимущества:
Недостатки:
Общий принцип иммобилизации ферментов с использованием мембран:
Водный раствор фермента отделяется от водного раствора субстрата полупроницаемой перегородкой. Полупроницаемая мембрана легко пропускает небольшие молекулы субстрата, но непреодолима для крупных молекул фермента. Методы:
u Микрокапсулирование
u Включение в волокна
u Включение в полые волокна
u Включение в липосомы
Способы получения липосом:
Достоинства:
Недостатки:
Использование двухфазной реакционной среды:
Субстрат и продукт ферментативного превращения 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.
Ковалентная сшивка:
Путем химического взаимодействия на структуру фермента в его молекуле создаются новые ковалентные связи, в частности между белком и носителем.
Вариант 2:
Носители для иммобилизации.
Неорганические материалы:
l Адсорбция (Активированный уголь)
l Адсорбия, ковалентная связь (Оксид алюминия, Пористое стекло)
l Адсорбия, ковалентная связь включение (Силикагель)
l Адсорбия (Оксид титана, Оксид циркония, Оксид железа, Каолин, Бетонит, Вермикулит, Перлит)
Полисахариды:
l Адсорбия, ковалентная связь (Целлюлоза, Агароза)
l Включение (Альгинат кальция)
l Адсорбция (Декстраны)
l Включение (Каррагенаны)
Белки:
l Включение, ковалентная связь (Коллаген,Желатин)
Сополимеры акрила:
l Включение, ковалентная связь (Пголиакриламид,Глицедилметакриловые гели)
l ковалентная связь (Сферон, Энзакрил, Эупергит)
Сополимеры стирола:
l Адсорбция, ковалентная связь (Амберлит, Полиаминостирол)
Наноматериалы:
l Адсорбция, ковалентная связь (Наноалмазы, Фуллерены, Нанотрубки, Наностручки)
Первооткрывателями фуллеренов были Харольд Крото, Ричард Смолли, Роберт Кёрл. За свое открытие получили Нобелевские премии. Размеры фуллеренов различны: от С50 до С540.
Нанотрубочки могут быть обычными, многослойными, в виде пучков, на подложке.
Функциональнные группы на поверхности детонационных наноалмазов:
Целесообразно проводить их в следующих направлениях:
l = разработка и создание на основе НА новых нанотехнологий и новых наноматериалов для выделения белков, их адаптация и внедрение в промышленное производство белковых препаратов;
l = изучение взаимодействия НА с молекулами ДНК с целью применения наночастиц в новых технологиях для генной инженерии;
l = изучение возможностей транспорта биомакромолекул и веществ с помощью НА через мембраны к биологическим мишеням;
l = изучение влияния НА на сложноорганизованные биологические системы, включая организмы животных и человека;
l = разработка и создание биосенсорных систем на основе комплексов НА-маркерные биомолекулы;
l = изучение возможностей применения НА как новых наноматериалов медицинского назначения (энторосорбенты, носители лекарственных препаратов).
Дата добавления: 2015-07-12; просмотров: 284 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| СИСТЕМЫ ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ (ФАПЧ) В ТЕХНИКЕ СВЯЗИ | | | Прочие способы. |