Definicja immobilizacji



Immobilizacja – technika unieruchamiania

biokatalizatorów / enzymów na nośnikach,

stosowana powszechnie w badaniach naukowych i

przemyśle (chemicznym, spożywczym)

Problemy związane z wykorzystaniem
wolnych enzymów:



wysoka cena związana z kosztem izolacji i
oczyszczania enzymów,



szybka utrata stabilności powodowana
niestabilnością struktury ex vivo,



wrażliwość na zmianę pH, temperatury, obecność
aktywatorów lub inhibitorów.

Immobilizacja pozytywnie wpływa na stabilizację

struktury białek, a przez to zmniejsza ich

wrażliwość na zmiany temperatury, pH czy

obecność czynników denaturujących.

Zalety immobilizacji:



wielokrotne użycie immobilizowanego enzymu,



łatwe, całkowite i szybkie oddzielenie produktu od enzymu,



większa stabilność unieruchomionego enzymu w stosunku do

formy wolnej,



możliwość dokładnej i łatwej kontroli środowiska reakcji,



ułatwienie stosowania enzymów w technologiach ciągłych i

półautomatycznych,



możliwość stosowania rozpuszczalników organicznych w

środowisku reakcji (białko jest chronione przed denaturacją).

WSZYSTKO TO WPŁYWA NA OBNIŻENIE
KOSZTÓW WYKORZYSTANIA ENZYMÓW

Nośniki enzymów



Nieorganiczne:

szkła

żele krzemionkowe

tlenki metali



Organiczne:

białka (kolagen, albumina, żelatyna)

polisacharydy (celuloza, agar, alginiany)

polimery syntetyczne (celofan, akrylamidy, żywice

jonowymienne)

Metody immobilizacji

Adsorpcja na powierzchni nośnika:

1. Adsorpcja i adhezja (siły jonowe, w. wodorowe)

2. W. kowalencyjne (peptydowe, estrowe, C-C, C-N)

Wiązanie w matrycy nośnika:

1. Pułapkowanie w żelach

naturalnych i syntetycznych

(np. poliakrylamidzie,

alginianie)

2. Pułapkowanie we włóknach

(np. w octanie celulozy)

Zamykanie wewnątrz membran półprzepuszczalnych:

1. W komórkach naturalnych (np. erytrocytach)

2. Kapsułkowanie i mikrokapsułkowanie (liposomy, kapsułki nylonowe)

3. Zamykanie między membranami lub w wężach półprzepuszczalnych (np. silikonowych)

Unieruchamianie bez nośnika:

1. Sieciowanie przestrzenne,

kopolimeryzacja z nośnikami

rozuszczalnymi

ILOŚĆ, AKTYWNOŚĆ, STABILNOŚĆ,

OPTIMUM pH i TEMPERATURA DZIAŁANIA

IMMOBILIZOWANEGO ENZYMU ZALEŻĄ

OD

RODZAJU MATRYCY I SPOSOBU

WIĄZANIA

Warunki immobilizacji



Stosowana procedura nie powinna wpływać na aktywność

biologiczną enzymów. Należy unikać:



skrajnych pH,



dużych stężeń reagentów,



wysokiej temperatury,



obecności rozpuszczalników organicznych.



Katalityczne zdolności enzymów są warunkowane przez

trzeciorzędową strukturę białek, która jest utrzymywana

przez stosunkowo słabe oddziaływania jonowe,

hydrofobowe i mostki disiarczkowe między resztami

aminokwasów

Wykorzystanie immobilizowanych
enzymów w przemyśle

ENZYM

ZASTOSOWANIE

Izomeraza glukozowa

Przemysł spożywczy (przetwórstwo skrobii)

Glukoamylaza

Przemysł spożywczy (przetwórstwo skrobii)

Lipaza

Przemysł spożywczy (produkcja tłuszczów

jadalnych)

Inwertaza

Przemysł spożywczy (produkcja cukru

inwertyzowanego)

Termolizyna

Przemysł spożywczy (produkcja aspartamu)

Acylaza penicylinowa

Przemysł farmaceutyczny (produkcja kw. 6-

aminopenicylanowego – półproduktu do produkcji

penicylin półsyntetycznych)

Beta - tyrozynaza

Przemysł farmaceutyczny (produkcja L-DOPA)

Nitrylaza

Przemysł chemiczny (produkcja akrylamidu)

β - laktamazy

β - laktamazy



Bakteryjne enzymy hydrolizujące wiązanie β-laktamowe w
cząsteczce antybiotyku β-laktamowego

β - laktamazy



Wydzielane przez bakterie gramujemne do przestrzeni

periplazmatycznej i przez gramdodatnie na zewnątrz

komórki.



Podział:



penicylinazy – rozkładające naturalne penicyliny (gronkowce)



cefalosporynazy – rozkładające wszystkie beta-laktamy z

wyjątkiem karbapenemów i cefalosporyn IV generacji;

produkowane przez bakterie gramujemne z wyjątkiem

Salmonella



plazmidowe beta-laktamazy (klasyczne i o rozszerzonym

spektrum działania); produkowane przez bakterie gramujemne