Obraz0

Ćwiczenie 3a

IMMOBILIZOWANIE INWERTAZY W ŻELU POLIAKRYL--AMIDOWYM.

MODEL MEMBRANY ENZYMATYCZNEJ

1. Wstęp

Jedną z metod immobilizowania komórek , agregatów enzymatycznych (a także enzymów o dużej masie cząsteczkowej) jest pułapkowanie ( entrapment) w usieciowanych polimerach naturalnych lub syntetycznych o charakterze hydrożeli.

Najczęściej stosowanymi polimerami są: alginian, kappa-karaginian, chitozan, poliakrylamid, alkohol poliwinylowy i poliuretan.

Zasadę tej metody immobilizacji ilustruje Rys. 1:

Zaletą metody jest jej prostota i niski koszt, ponadto ta metoda immobilizacji jest bezpieczna dla enzymów (komórek) ponieważ nie podlegają one modyfikacji chemicznej.

Wadą jest ograniczona dyfuzja substratu do wnętrza żelu z immobilizowanymi komórkami (lub enzymem) i stosunkowo niska odporność mechaniczna polimerów

E - pułapkowane komórki lub enzym S - substrat P - produkt reakcji

P

Rys.l Zasada immobilizowania komórek (lub enzymów) metodą pułapkowania w usieciowanych polimerach

Poliakrylamid, który jest powszechnie używany jako nośnik w różnych technikach elektroforetycznych, jest również stosowany do immobilizowania komórek lub enzymów . Mieszanina monomerów akrylamidu i metyleno-bis-akrylamidu po zmieszaniu z zawiesiną komórek (lub zawiesiną agregatów enzymatycznych ewentualnie z roztworem enzymu) i dodaniu katalizatora ulega polimeryzacji, analogicznie jak ma to miejsce w przypadku przygotowywania żeli do elektroforezy. Polimeryzację przeprowadza się najczęściej „ w bloku” żelu, który następnie rozdrabnia się mechanicznie, uzyskując wypełnienie do reaktora enzymatycznego.

Rys. 2 przedstawia reakcję pułapkowania komórek (enzymu) w żelu poliakrylamidowym. Zaletą poliakrylamidu jest jego wysoka odporność chemiczna oraz termiczna (jest to ważne w przypadku enzymów termostabilnych działających w temperaturach powyżej 50 -60°). Dobierając odpowiednie stężenie reagujących monomerów można uzyskać żele o określonej porowatości - pozwalającej na zwiększenie szybkości dyfuzji substratu do wnętrza żelu, zwiększenie tym samym szybkości reakcji enzymatycznej co prowadzi w konsekwencji do zwiększenia efektywności bioprocesu .

Wadą jest stosunkowo niska mechaniczna odporność żelu (łatwo ulega fragmentacji), jest dość „miękki” a mechaniczne rozdrobnienie żelu powoduje powstanie nieregularnych

1