Иммобилизованные ферменты и их использование

Иммобилизованные ферменты – это ферменты пролонгированного действия, которые связаны с ферментным препаратом.

Сущность иммобилизации ферментов заключается в присоединении их в активной форме тем или иным способом к инертной матрице (обычно это нерастворимый полимерный носитель).

Иммобилизацию фермента можно определить и как включение молекулы фермента в какую либо изолированную фазу, которая отделена от фазы свободного раствора, но способна обмениваться находящимися в ней молекулами субстрата, эффектора или кофактора.

Фаза фермента обычно нерастворима в воде и часто представляет собой высокомолекулярный гидрофильный полимер (полиакриламид, целлюлозу, сефарозу ит.п.).

Возможные способы иммобилизации фермента рассмотрены ниже

- Ковалентное связывание. Молекула фермента ковалентно связывается с нерастворимым полимером. Полимер может быть в виде порошка или в форме пленки. Иногда молекулы фермента соединяются ковалентными связями друг с другом или с каким либо инертным белком; при этом образуется нерастворимый, но активный полимерный фермент.

- Электростатическое связывание. Этот способ иммобилизации основан на использовании электростатических или других нековалентных механизмов связывания.

- Сомополимеризация с помощью многофункциональных реагентов. Связывание молекул фермента с белками или друг с другом осуществляется за счет использования определенных реагентов.

- Включение в полимер. В этом способе фермент не прикреплен к полимеру, но удерживается внутри него, поскольку последний образует вокруг него сетеобразную матрицу. Ячейки этой матрицы настолько малы, что молекула фермента не может освободится из сети, но в тоже время достаточно велики для проникновения низкомолекулярных субстратов. Примером такого способа иммобилизации могут служить:

а) включение в липосомы, когда фермент находится в водном растворе, окруженный фосфолипидным барьером;

б) гидрофобное взаимодействие, когда фермент «погружен» в гидрофобную часть двойного липидного слоя.

- Инкапсулирование. Включение фермента в органическую или неорганическую капсулу, которая представляет собой полунепронецаемую мембрану.

Иммобилизованные ферменты как катализаторы многоразового действия можно использовать, в основном, для 3-х целей: аналитических, препаративных и лечебных.

В случаях препаративного (промышленного) применения основную роль играет стоимость, а также возможность автоматизации процесса. Несмотря на большие потенциальные возможности, использование иммобилизованных ферментов в производстве в настоящее время реализованы лишь немногие, например:

- получение сиропов с высоким содержанием фруктозы с использованием глюкозоизомеразы (н.ф.5.3.1.18), иммобилизованной на целлюлозном ионнообменнике;

- возможно использование иммобилизованных ферментов при производстве сыров, стабилизации молока и удаления лактозы из молочных продуктов;

- разделение D- и L-аминокислот, основанное на использовании плесневой аминоацилазы (Н.Ф.3.5.1.14), иммобилизованной на ДЭАЭ-сефадексе.

Вопросы для самоконтроля

1. Каковы химическая природа и особенности ферментов как биологических катализаторов? Что изучает кинетика ферментативных реакций?

2. Приведите классификацию ферментов.

3. Каковы свойства ферментов, которые отличают их от неорганических катализаторов?

4. Какие единицы активности ферментов Вы знаете?

5. Что такое ферментные препараты, и каково их отличие от ферментов?

6. Какие ферментные препараты наиболее широко применяются в пищевой промышленности? Приведите примеры.

7. Дайте определение иммобилизованным ферментам и назовите способы иммобилизации.

8. В каких целях можно использовать иммобилизованные ферменты как катализаторы многоразового действия?