БІОТЕХНОЛОГІЯ - Іншина Н.М. - 2009

РОЗДІЛ 5. ПРОМИСЛОВА БІОТЕХНОЛОГІЯ

Іммобілізовані ферменти

Важливим напрямом біотехнології є виробництво і використання іммобілізованих ферментів. Створенням іммобілізованих ферментів займається інженерна ензимологія. У 1916 р. Дж. Нельсон та Е. Гріффін створили перший іммобілізований фермент шляхом адсорбції інвертази на вугіллі і довели, що фермент зберігає каталітичну активність. Термін «іммобілізований фермент» з’явився у 1971 р. й означав обмежене переміщення білкових молекул у просторі.

Техніка іммобілізації дозволяє підвищувати стабільність ферментів. Розрізняють два методи іммобілізації ферментів:

- фізичний - адсорбція на нерозчинних у воді носіях (фермент не вв’язаний з носієм ковалентними зв’язками);

- хімічний - між ферментом і носієм утворюється ковалентний зв’язок.

За допомогою хімічних зв’язків ферменти приєднують до носіїв — іонообмінних полімерів, поліорганосилоксанів, пористого скла, полісахаридів. У результаті іммобілізації ферменти отримують стійкість до руйнування і можуть використовуватися багаторазово.

Іммобілізовані ферменти порівняно з нативними ферментами мають деякі переваги:

1) можливість повторного використання ферментів, фермент легко виділити з реакційного середовища;

2) ферментативний процес можна здійснювати неперервно, регулюючи швидкість реакції і вихід продукту;

3) можливість зміни властивостей ферментів (чутливість до pH, специфічність) за рахунок модифікації їх молекул;

4) можливість регуляції каталітичної активності іммобілізованих ферментів шляхом зміни властивостей їх носіїв.

Як носії іммобілізованих ферментів найчастіше використовують органічні сполуки, що повинні відповідати таким вимогам:

- висока хімічна і біологічна стійкість;

- велика пориста питома поверхня;

- гідрофільність;

- невисока собівартість.

Класифікація органічних носіїв іммобілізованих ферментів наведена на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Класифікація органічних носіїв

З природних високомолекулярних носіїв найчастіше використовують полісахаридні і білкові (табл. 5.3).

Таблиця 5.3

Порівняльна характеристика полісахаридних і білкових носіїв

Серед синтетичних полімерів найчастіше використовують носії поліметильного типу і поліамідні. Широко застосовують включення ферментів у поліакриламідний гель, стійкий до хімічної дії. Полімерні носії на основі N-вінілпіролідону є біологічно інертними, їх використовують для одержання іммобілізованих ферментів, що можуть повільно розпадатися в організмі. Недоліком таких носіїв є їх здатність накопичуватися в організмі людини. Тому перевага віддається природним полімерам, що гідролізуються ферментами. До складу лікарських препаратів найчастіше входять полісахаридні полімери на основі дексгграну.

Галузі застосування іммобілізованих ферментів:

— органічний синтез;

— аналіз (на основі дії ферментів працюють високочутливі й абсолютно специфічні імуноферментні методи аналізу);

— процеси конверсії енергії (фотоліз води);

— текстильна промисловість (відбілювання й обробка пряжі);

— харчова промисловість (за участі іммобілізованих ферментів одержують глюкозо-фруктозні сиропи, глюкозу, яблучну, аспарагінову кислоти, L-амінокислоти, дієтичне безлактозне молоко, цукри із молочної сироватки);

- медицина (імуноферментний аналіз у клінічній діагностиці; направлений транспорт ліків в організмі; створення ліків пролонгованої дії її зниженою токсичністю й алергенністю);

- фармацевтика (іммобілізовані ферменти використовують як лікарські препарати локальної дії, а також у різних апаратах перфузійного очищення біологічних рідин («штучна нирка» — уреаза);

іммобілізовані ферменти можуть бути підсилювачами слабких сигналів (дія ультразвуку, механічних або світлових сигналів на носій змінює каталітичну активність системи фермент-носій). Цей принцип використовується для створення механо- і звукочутливих датчиків.