§ 15. Преимущества и недостатки иммобилизации с использованием полупроницаемых оболочек

К числу основных достоинств этого метода иммобилизации можно отнести его простоту и универсальность (возможность включения не только индивидуальных ферментов, но и пали-ферментных систем, клеток и клеточных фрагментов» ферментов, предварительно иммобилизованных каким-либо иным спосо­бом, и т.п.). Применение систем мембранного типа позволяет получать иммобилизованные препараты с высоким содержанием включенного фермента; например, в каждый грамм волокон, изготовляемых методом влажного прядения, можно включить свыше 200 мг фермента. Иммобилизованные в мембранных си­стемах ферменты в значительной степени сохраняют свою ката­литическую активность, а их стабильность часто существенно возрастает. Эффект стабилизации обеспечивается, в частности, за счет исключения деградации ферментов под действием микро­организмов, которые не могут проникнуть сквозь мембрану. Кроме того, благодаря высокому отношению поверхности к объе­му и малой толщине мембрани удается избежать значительных диффузионных ограничении скорости ферментативных реакций.

Основным недостатком мембранных систем, как и систем на основе полимерных гелей, является невозможность фермента­тивного превращения высокомолекулярных субстратов, для ко­торых мембрана создает непреодолимый диффузионный барьер.

ИММОБИЛИЗАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИСТЕМ ДВУХФАЗНОГО ТИПА

Отличительная черта этого способа иммобилизации состоит в том, что ограничение свободы перемещения фермента в объеме системы достигается не за счет его взаимодействия с жестким носителем (адсорбентом, гелем или мембраной), а вследствие его способности растворяться только в одной из фаз двухфазной системы. Что касается субстрата и продукта ферментативной ре­акции, то они распределены между обеими фазами в соответ­ствии с их растворимостями в этих фазах. Природа фаз подбира­ется таким образом, что продукт накапливается в той из них, где фермент отсутствует. После завершений реакции эту фазу отделяют н извлекают из нее продукт, а фазу, содержащую фермент, вновь используют для проведения очередного цикла процесса. Одним из важнейших преимуществ систем двухфазного типа является то, что они позволяют осуществлять ферментатив­ные превращения макромолекулярных субстратов, которые не­возможны при применении жестких носителей с ограниченным размером пор.

72

§ 16. Двухфазные системы типа

«вода — несм вшивающийся с водой органический растворитель»

В таких системах фермент присутствует только в водной фазе, поскольку белки, как правило, нерастворимы в неполярных органических растворителях, выступающих в роли второй фазы. Субстрат, введенный в двухфазную систему, перерабатывается под действием фермента в водной фазе, а образующийся про дукт экстрагируется в фазу органического растворителя (рис, 10»а). Объем водной фазы составляет обычно I- 2% от общего объема системы. В ходе процесса реакционную смесь осторожно перемешивают, чтобы ускорить диффузию субстрата и продукта чср*?з границу раздела фаз.

Основные недостатки этого способа иммобилизации — низкая скорость процесса вследствие небольшой площади поверхности раздела фаз, через которую осуществляется перекос субстрата и продукта, и возможность инактивации фермента при его ад­сорбции на границе раздела фаз. Именно последнее обстоя­тельство не позволяет применять интенсивное перемешивание системы для увеличения скорости процесса за счет возрастания поверхности раздела, поскольку в образующейся эмульсии фер­мент быстро теряет активность. Чтобы преодолеть это затрудне­ние и добиться увеличения поверхности раздела, в качестве ферментсодержащей фазы часто применяется крупнопористый неорганический носитель (например, пористое стекло), частицы которого пропитаны водным раствором фермента (рис. 10, б).