05.052008r.

Immobilizowane białka

Przeprowadzenie enzymu ze stanu rozpuszczalnego do nierozpuszczalnego najczęściej przez związanie go z mechanicznym nośnikiem.

Obecnie jednak podkreśla się możliwość powtórnego lub wielokrotnego użycia niezależnie od rozwiązań technologicznych, które to umożliwiają.

Cechy dobrego nośnika:

• Trwałość mechaniczna (i biologiczna),

• Duża powierzchnia czynna, pojemność i porowatość,

• Możliwość otrzymywania różnych form (np. włókna, kulki),

• Łatwość aktywacji,

• Wysokie powinowactwo do biokatalizatora (i środowiska reakcji),

• Łączenie z wybranymi grupami funkcyjnymi białka,

• Nie powinien ograniczać działania enzymu,

• Niska cena i dostępność,

• Łatwość w izolacji ze środowiska reakcji,

• Możliwość regeneracji.

Zalety immobilizacji

• Wielokrotne i powtarzalne wykorzystanie enzymu,

• Możliwość szybkiego zatrzymania reakcji przez usunięcie enzymu ze środowiska reakcji,

• Stabilizacja enzymu poprzez związanie z matrycą,

• Produkt nie jest zanieczyszczony enzymem,

• Łatwość izolowania enzymu ze środowiska,

• Możliwość prowadzenia reakcji wieloenzymatycznych.

Parametry enzymu i nośnika

Parametry immobilizacji

• Białko związane z nośnikiem,

• Teoretyczny % związanej aktywności,

• Rzeczywisty % związanej aktywności

Parametry immobilizowanego biokatalizatora

Stabilność operacyjna - czas, w którym w trakcie prowadzenia procesu preparat traci 50% aktywności wyjściowej

Stabilność w trakcie przechowywania - czas, w którym w trakcie przechowywania preparat traci 50% aktywności wyjściowej

Klasyczne metody immobilizacji

1. Adsorpcja: siły jonowe, wiązania wodorowe, stałe oddziaływania fizykochemiczne,
   przykładowe nośniki: drewno, celuloza, jonity, krzemionka, węgiel aktywny,
   uwagi: często stosuje się sieciowanie po procesie adsorpcji, nadaje się do reakcji prowadzonych w środowiskach organicznych,
   zalety: niski koszt, łatwość wykonania, niewielkie opory dyfuzyjne, wysoki stopień zachowanej aktywności po immobilizacji
   wady: nietrwałe wiązanie.
   

2. Wiązanie kowalencyjne: wiązania estrowe, peptydowe, C-C, C-N,
   przykładowe nośniki: szkło porowate, chitozan, materiały ceramiczne, CM-celuloza,
   uwagi: najczęściej stosowana metoda immobilizacji
   zalety: silne związanie białka z nośnikiem, możliwe zmiany parametrów enzymu,
   wady: możliwy spadek aktywności enzymu po immobilizacji.
   

3. pułapkowanie (membrany, kuleczki żelu)
   przykładowe nośniki: alginian sodu, karacen, żelatyna, kolagen, agar, poliakrylamid, żywice,
   zalety: duża pojemność nośnika, możliwość unieruchamiania komórek, możliwość namnażania komórek, możliwość prowadzenia reakcji wieloenzymatycznych,
   wady: wymywanie biokatalizatora, opory dyfuzyjne.
   

4. kapsułkowanie
   

5. sieciowanie przestrzenne
   

6. (samo-) agregacja
   uwagi: nadaje się do unieruchamiania komórek, pleśnie wykazują naturalną zdolność do agregacji, tzw. pellets,
   zalety: łatwa procedura, możliwość prowadzenia reakcji wieloenzymatycznych
   wady: zanieczyszczenie środowiska reakcji, opory dyfuzyjne.

Nowoczesne metody immobilizacji

1. CLEAs (CROSS-LINKED ENZYME AGGREGATES) sieciowane agregaty białek enzymatycznych,
   zalety: łatwość wykonania immobilizacji, możliwość prowadzenia reakcji wieloenzymatycznych,
   wady: duża wrażliwość agregatów na bodźce mechaniczne.
   

2. CLECs (CROSS-LINKED ENZYME CRISTALES) sieciowane kryształy białek enzymatycznych,
   

3. biokatalityczne plastiki.

Potencjalne obszary aplikacji

• medycyna,

• chemia spożywcza,

• chemia organiczna,

• farmacja,

• ochrona środowiska,

• elektronika.