Metody unieruchamiania enzymów.docx

(18 KB) Pobierz

1.       Metody unieruchamiania (immobilizacji) enzymów

a)      Polegające na przyłączeniu enzymu do powierzchni nośnika

·         Dzięki fizycznej adsorpcji biokatalizatora

·         Wiązanie z udziałem oddziaływań jonowych przez wytworzenie wiązań kowalencyjnych

·         Jeśli bezpośrednia reakcja nie jest możliwa stosuje się substancje posiadające co najmniej 2 grupy chemiczne zdolne do reakcji z nośnikiem i z enzymem

·         Substancje te zwiększają odległość pomiędzy cząsteczkami unieruchomionego enzymu a powierzchnią nośnika ułatwiając dostępu substratom do centrum katalitycznego

b)      Z zastosowaniem sorbentów

·         Gdy nie ma potrzeby zbyt trwałego wiązania enzymu

·         Ich zaletą jest nieskomplikowana procedura i możliwość łatwej regeneracji poprzez wymycie nieaktywnego już białka

·         Brak zmian struktury cząsteczek enzymu

·         Niewielka energia wiążąca białka jest przyczyną szybkiej desorpcji enzymu podczas działania reaktora

c)      Oddziaływania jonowe

·         Powodują silniejsze unieruchamianie enzymów

·         Występują w zakresie pH przy którym zarówno enzym jak i nośnik uzyskują ładunek elektryczny

·         Jeśli gr funkcyjne enzymu i nośnika mają ładunek jednakowego znaku do zaistnienia wiązania niezbędne są dwuwartościowe kationy, sprzęgające białko za pośrednictwem mostków solnych

·         W przypadku stosowania silnych kationów lub anionitów poszerza się zakres wartości pH przy których występuje jonowe wiązanie enzymu

·         Przykłady nośników: z wiązaniami sulfonowymi

d)      Wiązania kowalencyjne

·         Nie powodują zmniejszenia aktywności operacyjnej preparatu na skutek desorpcji enzymów

·         Nie powodują denaturacji białka

·         Odbywa się z udziałem białkowych reszt lizyny, argininy, cysteiny, tyrozyny, kwasów glutaminowego i asparaginowego, aminokwasów znajdujących się w pozycji N- lub C-terminalnej

·         Jako nośniki: polimery zawierające wolne grupy aminowe, umożliwiające sprzęganie białka enzymatycznego w łagodnych warunkach za pośrednictwem aldehydu glutarowego

·         Wada: tworzenie oligomerów o zróżnicowanej długości cząstek, zmniejszenie aktywności preparatu spowodowane zmianami struktury cząstek białka i ograniczeniem dostępu substratu do centrum katalitycznego

e)      Wiązania wytworzone z substancjami dwufunkcyjnymi

·         Powodują otrzymywanie nierozpuszczalnych preparatów enzymatycznych

·         Substancje dwufunkcyjne: aldehyd glutarowy, polialdehydy, kwas bis-diazobenzydynosulfanowy

·         Preparaty różnią się od siebie: aktywnością, termo stabilnością, odpornością na działanie substancji denaturujących białka, stopniem uwodnienia, wielkością ziaren i wytrzymałością mechaniczną

f)       Sieciowanie bialek

·         Powoduje uwodnienie precypitatu, niewielką wytrzymałość mechaniczną, zróżnicowanie wielkości ziaren

·         Unieruchomiony w ten sposób enzym charakteryzuje się polepszoną termo stabilnością, trudnością w wytworzeniu preparatu o powtarzalnych właściwościach

·         Wady: powolna precypitacja wytworzonych agregatów, zmniejszenie aktywności enzymu

g)      Sieciowanie kryształów białka lub agregatów jego cząsteczek

·         Korzystne właściwości katalityczne bialek enzymatycznych agregowanych za pomocą aldehydu glut arowego

·         Uzyskane preparaty składają się z prawie czystego białka, wykazują dużą aktywność, odporność na działanie czynników denaturujących

·         Liczne oddziaływania elektrostatyczne, hydrofobowe w kryształkach

·         Krystaliczna struktura utrudnia inaktywację

·         Warunkiem rozpowszechniania tej metody jest:

*         Polepszenie sposobów wydajnego uzyskiwania kryształów białek o optymalnym kształcie i wielkości

*         Dostępność przenikających ich strukturę kanałów, ułatwiających penetrację roztworu substratu

·         Wady: niewielkie rozmiary cząsteczek usieciowanych kryształów, zwiększenie oporów przepływu substratu w reaktorach kolumnowych

h)      Sieciowanie precypitatu strąconego w niedenaturujących warunkach roztworów soli, rozpuszczalnikami organicznymi, bądź polimerami niejonowymi

·         Zalety: możliwość regulacji ich specyficzności poprzez wybór odpowiedniej substancji strącającej i warunków procesu

·         Możliwość uzyskania z tego samego enzymu preparatów o rożnym powinowactwie do substratów i odporności na działanie inhibitorów

i)        Błony o selektywnej przepuszczalności

·         Spełniające funkcję separacyjną albo separacyjną i katalityczną

·         Aktywność zależy od szybkości dyfuzji substratu i produktu reakcji przez membranę

·         Membrany bez enzymu służą do zamknięcia roztworu biokatalizatora w mikrokapsułce lub w module reaktora

·         Do mikrokapsulek konieczne jest stosowanie blon przepuszczających cząsteczki substratów i produkty reakcji

·         Membrany zatrzymujące tylko cząsteczki substratu przydatne są do oddzielenia produktów reakcji od mieszaniny reakcyjnej zawierającej enzym

j)        Pułapkowanie (inkluzja)

·         Zachodzi w żelu wytwarzanego po zmieszaniu roztworów enzymu i substancji żelującej

·         Mała energia oddziaływań wiążących

·         Łatwe wymywanie biokatalizatora

·         Szybki spadek aktywności preparatu

·         Zmiany właściwości wyrobu

·         Nie nadaje się do immobilizacji hydrolaz oraz w przypadku gdy substraty lub produkty reakcji z trudnością migrują w strukturze polimeru
 

2.       Im mobilizowane enzymy

-          Preparaty wytworzone przez połączenie biokatalizatora z nośnikiem nierozpuszczalnym w środowisku reakcji

-          Nierozpuszczalne agregaty cząsteczek

-          Nierozpuszczalne agregaty kryształów białek

-          Enzymy zamknięte w strukturze żelu

-          Enzymy oddzielone od środowiska reakcji półprzepuszczalnymi membranami
 

3.       Zalety unieruchamiania enzymów

-          Stabilizacja struktury biokatalizatora przeciwdziałająca niekorzystnemu wpływowi środowiska

-          Wzrost odporności preparatu na działanie podwyższonej temperatury, rozpuszczalników organicznych i substancji denaturujących

-          Obniżenie inhibicji produktami reakcji

-          Zmiana specyficzności względem inhibitorów

4.       Wady

-          Utrudniona oscylacja zmiany cząsteczek biokatalizatora podczas reakcji

-          Ograniczony dostęp substratu do cząsteczek enzymu

-          Obniżenie aktywności preparatu

-          Obniżenie powinowactwa enzymu do substratu

-          Stopniowe zmniejszanie aktywności katalitycznej enzymu

-          Blokowanie enzymu cząsteczkami produktu

-          Adsorpcja zanieczyszczeń działających jako inhibitory

-          Rozwój drobnoustrojów

-          Pozorna zmiana optymalnego pH działania enzymu

-          Zmniejszenie powinowactwa enzymu do posiadających ładunek elektryczny cząsteczek substratu

 

5.       Stosowane nośniki

-          Dostosowane do:

a)      Temperatury

b)      Kwasowości

c)      Lepkości

d)      Polarności środowiska reakcji

e)      Konstrukcji używanego reaktora

-          Przydatność substancji jako nośnika zależy od:

a)      Powierzchni właściwej

b)      Rozmiarów Ziarek

c)      Porowatości

d)      Wytrzymałości mechanicznej

e)      Ilości dostępności i rodzaju grup funkcyjnych wiążących enzym

f)       Zawartości grup hydrofilowych i hydrofobowych

-          Modyfikacje

a)      Pokrywanie nośników warstwą reagującego z bialkiem polimeru

b)      Wbudowywanie pożądanej grupy chemicznej podczas syntezy nośnika

-          Rodzaje

a)      Unieruchamianie w środowisku wodnym za pomocą nośników katalizowanymi lipazami

·         Emulgatory

·         Środki pianotwórcze

·         Środki żelujące

·         Surfaktany

b)      Porowate

·         Zalety: duża pwierzchnia kontaktu ze środowiskiem reakcji

·         Wady: nasilenie oporów dyfuzyjnych, utrudniony transport substratów i produktów katalizowanego procesu

c)      Polimery i kopolimery syntetyczne

·         Właściwość i pojemność enzymatyczna dostosowana do projektowanego procesu

·         Poliakryloamidy poliamidy, pochodne polistyrenu, poliakrylonitrylu lub alkoholu poliwinylowego

·         Kopolimery z grupami bezwodnikowymi

d)      Polimery pochodzenia naturalnego

·         Niski koszt

·         Eliminacja niebezpieczeństwa zanieczyszczenia produktu pozostałością substancji

·         Polisacharydy, bialka

·         Związki nieorganiczne tj szkło porowate, żel krzemionkowe

·         Zapewniają kontrolę liczebności, rozmiarów porów

·         Nie ulegają degradacji w szerokim zakresie pH i T

·         Odporne na mikrobiologiczne degradacje

e)      Nieorganiczne adsorbenty

·         Szkło porowate

·         Żel krzemionkowy

·         Tlenki metali

·         Glinokrzemiany

·         Substancje ceramiczne

f)       Ferromagnetyczne

·         Usuwane z cieczy poreakcyjnej pod wpływem pola magnetycznego

-          Cechy

...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin