§ 6. Преимущества и недостатки адсорбционной иммобилизации

К числу основных преимуществ метода адсорбционной иммо­билизации следует отнести доступность и дешевизну сорбентов, выступающих в роли носителей, которым к тому же можно придать любую конфигурацию и обеспечить требуемую порис­тость. Не менее важным фактором является также простота применяемых методик. Кроме того, при адсорбционной иммоби­лизации нередко удается одновременно решить и проблему очист­ки фермента, поскольку связывание белка с носителем во многих случаях достаточно специфическое. Действительно, многие из но­сителей для адсорбционной иммобилизации применяются также и при очистке ферментов.

Применение метода ограничивается недостаточно высокой прочностью связывания фермента с носителем. Как уже указы­валось, при изменении внешних условий может происходить десорбция фермента с носителя, что ведет к потерям дорогостоя­щего бнокатализатора и загрязнению конечного продукта. К не­достаткам метода адсорбционной иммобилизации следует отнести также отсутствие общих рекомендаций, позволяющих заранее сделать правильный выбор носителя к оптимальных условий проведения иммобилизации конкретного фермента. Эту задачу приходится каждый раз решать заново, используя метод проб и ошибок.

Некоторых из перечисленных затруднений удается избежать при иммобилизации ферментов путем включения в гели.

56

ИММОБИЛИЗАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ ПУТЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ В ГЕЛИ

Суть этого метода иммобилизации состоит в том, что моле­кулы фермента включаются в трехмерную сетку кз тесно пере­плетенных полимерных цепей, образующих гель (см. рис. 2,6). Среднее расстояние между соседними цепями в геле меньше размера молекулы включенного фермента, поэтому он не может покинуть полимерную матрицу и выйти в окружающий раствор, т. е, находится в иммобилизованном состоянии. Дополнительный вклад в удерживание фермента в сетке геля могут вносить также ионные и водородные связи между молекулой фермента и ок­ружающими ее полимерными цепями.

Пространство между полимерными цепями в геле заполнено водой, на долю которой обычно приходится значительная часть общего объема геля. Например, широко применяемые гели по­лимеров производных акриловой кислоты в зависимости от кон­центрации полимера и его химической природы содержат от 50 до 90% воды.

Для иммобилизации ферментов в геле существует два ос­новных способа. При одном из них фермент помещают в вод­ный раствор мономера, а затем проводят полимеризацию, в ре­зультате которой образуется полимерный гель с включенными в него молекулами фермента. В реакционную смесь часто добав­ляют также бифункциональные (т. е. содержащие в молекуле две двойные связи) сшивающие агенты, которые придают об­разующемуся полимеру структуру трехмерной сетки (рис. 7,а).

мономер фермект

полимерная сэтиа

дисфункциональный сшивающий агент

Рис- 7. Ишлобилнззцня ферментов путем включения б гель, полученный путем полимеризации ннэкомолекулявного моно­мера (а) н готового полимера (6)

Впервые этот способ был использован П. Берифельдом и Дж. Уэном (1963), которые осуществляли иммобилизацию ряда фер­ментов (таких, как трипсин, рибонуклеаза и р-амилаза) в геле, полученном радикальной полимеризацией г^1М'-метилен-бис-ак-риламида.

Альтернативный способ состоит в том, что фермент вносят в раствор уже готового полимера, который затем каким-либо образом переводят в гелеобразное состояние (рис. 7,6). Рас­смотрим эти подходы подробнее*.