Иммобилизованные ферменты - Березин И.В.
Скачать (прямая ссылка):
потоку при эксплуатации реакторов проточного типа, а в реакторах
периодического действия их трудно отделить от реакционной смеси. Поэтому
в каждом конкретном случае оптимальный размер частиц определяется с
учетом таких
65
факторов, как количество и активность включенного фермента, скорость
диффузии субстрата в геле и конструкция реактора.
С практической точки зрения удобен метод так называемой двойной
иммобилизации, при котором в гель включается фермент, предварительно
иммобилизованный путем адсорбции на твердом носителе, или же получение
полимерного геля с включением фермента проводится в присутствии такого
носителя. Приготовленный таким образом иммобилизованный препарат состоит
из частиц твердого носителя, покрытых слоем ферментсодержащего геля.
Метод двойной иммобилизации сочетает преимущества твердой матрицы
(большая удельная поверхность, механическая прочность, пористость,
заданная текстура и форма частиц) и полимерных гелей.
Природа полимерной матрицы. Полимерные гели, применяемые для
иммобилизации, способствуют созданию оптимального микроокружения
включенного фермента, что позволяет добиться высокой каталитической
активности иммобилизованных препаратов. Оптимизация микроокружения
достигается за счет подбора соответствующей гелеобразующей системы.
Особенно удобными с этой точки зрения являются гели на основе сополимеров
производных акриловой кислоты. Варьируя химическую природу исходных
мономеров и их соотношение, можно получать полимерные матрицы с наиболее
подходящими для данной ферментативной реакции характеристиками. В
частности, при введении в состав полимера мономерных звеньев, несущих
электрический заряд, повышается каталитическая эффективность
иммобилизованного препарата в реакциях с участием заряженных субстратов.
Например, скорость реакции гидролиза положительно заряженного субстрата
этилового эфира a-N-бен-зоил-/.-аргинина под действием трипсина,
иммобилизованного в геле полиакриламида, возрастает при введении в
полимерную цепь путем сополимеризации отрицательно заряженных мономерных
звеньев акриловой кислоты. Увеличение скорости ферментативной реакции
объясняется повышенным сродством положительно заряженного субстрата к
отрицательно заряженной полимерной матрице.
Аналогичный эффект влияния полимерной матрицы на распределение субстрата
между гелем и окружающим его раствором наблюдается также в реакциях с
участием гидрофобных субстратов. В этом случае увеличение каталитической
эффективности иммобилизованного фермента достигается при использовании
геля, полученного путем сополимеризации с участием неполярных мономеров.
Более того, применение гелей на основе полимеров, обладающих высокой
гидрофобностью, позволяет получать иммобилизованные ферментные препараты,
способные работать в среде неполярных органических растворителей.
Введение в полимерные цепи геля ионных групп создает вокруг включенных
молекул фермента среду, обладающую буферными свойствами. В результате
значение pH, при котором
66
функционирует иммобилизованный фермент, может отличаться от pH
окружающего частицу геля раствора, что на опыте проявляется в виде сдвига
наблюдаемого pH-оптимума ферментативной реакции. Таким образом, варьируя
содержание в геле заряженных групп, можно создать вблизи фермента
наиболее благоприятное для него значение pH, не меняя pH внешнего
раствора.
Более подробно эффекты микросреды (влияние заряда, гидрофобности носителя
и т. п.) в катализе иммобилизованными ферментами рассмотрены в гл. IV.
§ 10. Преимущества и недостатки иммобилизации ферментов путем включения в
гель
Способ иммобилизации ферментов путем включения в полимерный гель
отличается простотой применяемых методик, позволяет создавать
иммобилизованные препараты любой геометрической конфигурации (сферические
частицы, пленки и т. п.), обеспечивая при этом равномерное распределение
биокатализатора в объеме носителя. Многие полимерные гели обладают
высокой химической, механической и тепловой стойкостью, что дает
возможность многократного использования иммобилизованных препаратов на их
основе. Метод универсален, поскольку применим для иммобилизации
практически любых ферментов, а также полиферментных систем, клеточных
фрагментов и даже клеток. Важное преимущество метода состоит в том, что
во многих случаях иммобилизация в геле приводит к значительной
стабилизации ферментов. Наконец, фермент, включенный в гель, надежно
защищен от инактивации вследствие бактериального заражения, поскольку
крупные клетки бактерий не могут проникнуть в мелкопористую полимерную
матрицу.
Основным недостатком этого метода является то, что полимерная матрица
создает значительные препятствия для диффузии субстрата к ферменту,
снижая каталитическую эффективность иммобилизованного препарата. Если в
роли субстрата выступает высокомолекулярное соединение, то этот способ
иммобилизации вообще неприменим.
ИММОБИЛИЗАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛУПРОНИЦАЕМЫХ ОБОЛОЧЕК (МЕМБРАН|
