Рост мицелия, образование -амилазы и

потребление субстрата в глубинной культуре A. oryzae

1 – -амилаза;

2 – мицелий;

3 – сухие вещества среды

42

Принципиальная схема получения очищенных ферментных препаратов из культур микроорганизмов

Иммобилизация ферментов

Иммобилизация ферментов – это любое ограничение свободы движения белковых молекул (или их фрагментов) в пространстве.

Преимущества иммобилизованных ферментов перед нативными предшественниками:

•1. Гетерогенный катализатор легко отделим от реакционной среды, что дает возможность остановить реакцию в любой момент, использовать фермент повторно, а также получать чистый от фермента продукт.

•2. Ферментативный процесс с использованием иммобилизованных ферментов можно проводить непрерывно, регулируя скорость катализируемой реакции и выход продукта.

•3. Модификация фермента целенаправленно изменяет его свойства, такие как специфичность, зависимость каталитической активности от рН, ионного состава и других параметров среды, стабильность к денатурирующим воздействиям.

•4. Можно регулировать каталитическую активность иммобилизованных ферментов путем изменения свойств носителя.

Иммобилизованные ферменты

•Увеличение стабильности, сохранение активности фермента

•Гетерогенный катализатор легко отделяется от реакционной массы

•Возможность проведения процесса в непрерывном режиме

•Сложность выделения чистых ферментов

Методы иммобилизации

1.Физическая адсорбция

2.Ковалентное связывание

3.Включение в гель

4.Микрокапсулирование

5.Включение в волокна

6.Включение в липосомы

Типы иммобилизации

Физическая иммобилизация

Иммобилизация, при которой фермент не соединен с носителем ковалентными связями

Физическая иммобилизация может быть проведена путем - адсорбции на нерастворимых носителях

- включения в поры геля - использования полупроницаемых оболочек (мембран)

- включения в двухфазную реакционную среду, где фермент растворим и может находиться

только в одной из фаз.

Химическая иммобилизация

Путем химического воздействия на структуру фермента в его молекуле создаются новые ковалентные связи, в частности между белком и носителем.

Адсорбция на носителе Включение в гель

Отделение с помощью полупроницаемой мембраны Использование двухфазной реакционной среды

Носители для иммобилизованных ферментов

Для получения иммобилизованных ферментов используется ограниченное число как органических, так и неорганических носителей. К носителям предъявляются следующие требования

- высокая химическая и биологическая стойкость;

•- высокая химическая прочность;

•- достаточная проницаемость для фермента и субстратов, пористость, большая удельная поверхность;

•- возможность получения в виде удобных в технологическом отношении форм (гранул, мембран);

•- легкая активация;

•- высокая гидрофильность;

•- невысокая стоимость

Ковалентное и поперечное связывание

По сравнению с физической иммобилизацией, химическая иммобилизация обладает следующими достоинствами и недостатками:

+ Прочность ковалентной связи приводит к тому, что при достаточно широком диапазоне условий, таких как pH и температура, фермент не десорбируется с носителя и не загрязняет целевых продуктов катализируемой им реакции.

- Химическая модификация ферментов может приводить к существенным изменениям их свойств, таких как субстратная специфичность, каталитическая активность.

12

Иммобилизованные ферменты, используемые в промышленности (Poulsen, 1984)

	Иммобилизованный	Объемы
	фермент	выпуска, т/г
	Аминоацилаза	Менее 5
	Аминоглюкозидаза	1
	Глюкозоизомераза	1500–1750
	Гидантоиназа	Менее 1
	Лактаза	5
	Нитрилаза	0.1
	Пенициллин	3–4
	G-ацилаза
	Пенициллин V-ацилаза	1

Получаемый

продукт

L-аминокислоты

Глюкоза

Глюкозо-фруктозные сиропы

D-фенилглицин-

Лактозные

гидролизаты

Акриламид

6 АПК

6 АПК

Страна

Япония

Англия

Дания,

Нидерланды,

Япония

Япония

Япония

Япония

Япония,

Нидерланды

Англия, Австрия

49

Промышленные процессы с иммобилизованными ферментами

глюкозоизомераза

аминоацилаза

2

лактаза

+

Иммобилизованные клетки

Иммобилизованные клетки имеют ряд преимуществ как перед иммобилизованными ферментами, так и перед свободными клетками:

•- отсутствие затрат на выделение и очистку ферментов; - снижение затрат на выделение и очистку продуктов реакции;

•- более высокая активность и стабильность;

•- возможность создания непрерывных и полунепрерывных автоматизированных процессов;

•- способность к длительному функционированию полиферментных систем без экзогенных кофакторов.