Биология в 3 томах. Tом 2 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003686-5
Скачать (прямая ссылка):
_Микробиология и биотехнология 91
механическое включение (захват) фермента, либо его присоединение к определенной структуре, или матрице. Преимуществом метода захвата является то, что фермент сохраняется в естественном состоянии. Однако крупным молекулам трудно добраться до фермента.
Захват шариками альгината легко продемонстрировать на лабораторных занятиях; он является наиболее распространенным промышленным методом. Раствор, содержащий фермент и альгинат натрия, по каплям вносят в раствор хлористого кальция. Как только капельки вступают в контакт с хлористым натрием, они немедленно начинают превращаться в гель; при этом образуются идеальные по форме шарики геля, содержащие внутри захваченный фермент. Для длительного использования гель можно стабилизировать полиакриламидом или приготовить его в виде пластин, если поместить его на тканевую основу.
Применение иммобилизованных ферментов
Лучшим примером процесса, в котором успешно используются иммобилизованные ферменты, является производство кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы. Он широко используется в США и Японии в качестве подсластителя, например во фруктовых напитках, так как он значительно дешевле сахарозы. Сироп готовят из относительно дешевого источника углеводов — крахмала, получаемого из кочерыжек кукурузных початков. Процесс осуществляется с участием трех ферментов. Сначала получают крахмальную массу путем перемалывания (растирания) кукурузы, затем две амилазы превращают крахмал в глюкозный сироп. Обесцвеченный и сконцентрированный сироп добавляют в различные пищевые продукты и напитки. С помощью фермента глюкозоизомеразы можно превратить этот сироп в смесь, содержащую равные количества глюкозы и фруктозы. Для этого сироп пропускают через колонку, в которой содержится фермент, иммобилизованный путем адсорбции на целлюлозном ионообменнике (метод 3, рис. 12.28). Активность фермента со временем постепенно снижается, поэтому обычно используют несколько колонок, работающих одновременно. Фруктоза слаще глюкозы, хотя обе содержат одинаковое число калорий на единицу массы. Это означает, что, используя кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы, можно
БОТАНИКА
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
ММА им. И.М. Сеченова
92
Глава 12
1. Захват гелем, например силикагелем, альгинатом (полисахарид из морских водорослей)
Фермент
рассеивается по решетке
Трехмерная решетка
Фермент не связан химическими связями, т. е. его свойства не изменены
2. Захват микрокапсулами
Проницаемые микрокапсулы до 300 нм в диаметре
Таким образом фермент, который вводится в клетки животных или человека, можно защитить от действия иммунной системы
4. Ковалентное связывание
Матрикс, образованный полимером, таким как целлюлоза или коллаген
Ковалентное связывание сматриксом \
Часто дорогой метод, однако в данном случае исключено высвобождение фермента и загрязнение продукта. Некоторые ферменты при связывании денатурируют
5. Перекрестное связывание
3. Адсорбция
Молекулы, которые ковалентно /' присоединяются к ферменту и / при необходимости к другим молекулам, например глутаральдегиду/
Просто, недорого, скорее всего не приводит к денатурации фермента; фермент легко отсоединяется при изменении условий, например pH и ионной силы_
Образование слабых связей
или взаимодействий, например
ионных связей, гидрофобных
взаимодействий. Используется
для иммобилизации глюкозоизомеразы
Обычно в качестве адсорбентов используются ионообменные смолы и гидрофобные смолы. После присоединения фермент можно закрепить более прочно сшивкой с глутаральдегидом (см. метод 5). Адсорбированные ферменты эквивалентны связанным с мембраной ферментам в клетках
Некоторые ферменты денатурируют|
|Ц Фермент|
Рис. 12.28. Методы иммобилизации ферментов.
получить такой же сладкий продукт как с глюкозой, но с меньшим количеством калорий. Ежегодно в США производится около 4 млн. тонн сиропа.
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.
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
Микробиология и биотехнология 93
L-аминокислота
9
D-аминокислота
Q
Смесь
^ Добавление \J7 ацильной группы
P Ацильная группа
Добавление
фермента
аминоциклазы
\7
Фермент аминоацилаза имеет специфическую конфигурацию и может удалять ацильную группу только !.-аминокислот (так же как левая перчатка ' подходит только на левую руку)|
P
Химически превращается в смесь L- и D-аминокислот и используется повторно
L-аминокислота
D-ациламинокислота
L-аминокислота более растворима, , чем D-ациламинокислота
Выделенная L-аминокислота
Рис. 12.29. Схема процесса получения L-аминокислот, добавляемых в корм животным.
Каждая молекула аминокислоты может существовать в двух формах, одна из которых является зеркальным отображением другой, как правая и левая рука. Эти две формы называются оптическими изомерами и являются право- и левовра-щающими формами, или D- и L-формами (по направлению вращения ими плоскости поляризации света). Все существующие в природе аминокислоты являются L-аминокислотами. Гораздо легче получить аминокислоты путем химического синтеза, чем выделять их из клеток, однако синтезированные аминокислоты образуются в виде смеси равных количеств D- и L-изомеров. Проблема получения L- аминокислот решается
