Definicja immobilizacji

Transkrypt

1 Definicja immobilizacji Immobilizacja technika unieruchamiania biokatalizatorów / enzymów na nośnikach, stosowana powszechnie w badaniach naukowych i przemyśle (chemicznym, spożywczym)

2 Problemy związane z wykorzystaniem wolnych enzymów: wysoka cena związana z kosztem izolacji i oczyszczania enzymów, szybka utrata stabilności powodowana niestabilnością struktury ex vivo, wrażliwość na zmianę ph, temperatury, obecność aktywatorów lub inhibitorów.

3 Immobilizacja pozytywnie wpływa na stabilizację struktury białek, a przez to zmniejsza ich wrażliwość na zmiany temperatury, ph czy obecność czynników denaturujących.

4 Zalety immobilizacji: wielokrotne użycie immobilizowanego enzymu, łatwe, całkowite i szybkie oddzielenie produktu od enzymu, większa stabilność unieruchomionego enzymu w stosunku do formy wolnej, możliwość dokładnej i łatwej kontroli środowiska reakcji, ułatwienie stosowania enzymów w technologiach ciągłych i półautomatycznych, możliwość stosowania rozpuszczalników organicznych w środowisku reakcji (białko jest chronione przed denaturacją). WSZYSTKO TO WPŁYWA NA OBNIŻENIE KOSZTÓW WYKORZYSTANIA ENZYMÓW

5 Nośniki enzymów Nieorganiczne: Organiczne: szkła żele krzemionkowe tlenki metali białka (kolagen, albumina, żelatyna) polisacharydy (celuloza, agar, alginiany) polimery syntetyczne (celofan, akrylamidy, żywice jonowymienne)

6 Metody immobilizacji Adsorpcja na powierzchni nośnika: 1. Adsorpcja i adhezja (siły jonowe, w. wodorowe) 2. W. kowalencyjne (peptydowe, estrowe, C-C, C-N) Wiązanie w matrycy nośnika: 1. Pułapkowanie w żelach naturalnych i syntetycznych (np. poliakrylamidzie, alginianie) 2. Pułapkowanie we włóknach (np. w octanie celulozy) Unieruchamianie bez nośnika: 1. Sieciowanie przestrzenne, kopolimeryzacja z nośnikami rozuszczalnymi Zamykanie wewnątrz membran półprzepuszczalnych: 1. W komórkach naturalnych (np. erytrocytach) 2. Kapsułkowanie i mikrokapsułkowanie (liposomy, kapsułki nylonowe) 3. Zamykanie między membranami lub w wężach półprzepuszczalnych (np. silikonowych)

7 ILOŚĆ, AKTYWNOŚĆ, STABILNOŚĆ, OPTIMUM ph i TEMPERATURA DZIAŁANIA IMMOBILIZOWANEGO ENZYMU ZALEŻĄ OD RODZAJU MATRYCY I SPOSOBU WIĄZANIA

8 Warunki immobilizacji Stosowana procedura nie powinna wpływać na aktywność biologiczną enzymów. Należy unikać: skrajnych ph, dużych stężeń reagentów, wysokiej temperatury, obecności rozpuszczalników organicznych. Katalityczne zdolności enzymów są warunkowane przez trzeciorzędową strukturę białek, która jest utrzymywana przez stosunkowo słabe oddziaływania jonowe, hydrofobowe i mostki disiarczkowe między resztami aminokwasów

9 Wykorzystanie immobilizowanych enzymów w przemyśle ENZYM Izomeraza glukozowa Glukoamylaza Lipaza Inwertaza Termolizyna ZASTOSOWANIE Przemysł spożywczy (przetwórstwo skrobii) Przemysł spożywczy (przetwórstwo skrobii) Przemysł spożywczy (produkcja tłuszczów jadalnych) Przemysł spożywczy (produkcja cukru inwertyzowanego) Przemysł spożywczy (produkcja aspartamu) Acylaza penicylinowa Przemysł farmaceutyczny (produkcja kw. 6- aminopenicylanowego półproduktu do produkcji penicylin półsyntetycznych) Beta - tyrozynaza Przemysł farmaceutyczny (produkcja L-DOPA) Nitrylaza Przemysł chemiczny (produkcja akrylamidu)

10 β - laktamazy

11 β - laktamazy Bakteryjne enzymy hydrolizujące wiązanie β-laktamowe w cząsteczce antybiotyku β-laktamowego

12 β - laktamazy Wydzielane przez bakterie gramujemne do przestrzeni periplazmatycznej i przez gramdodatnie na zewnątrz komórki. Podział: penicylinazy rozkładające naturalne penicyliny (gronkowce) cefalosporynazy rozkładające wszystkie beta-laktamy z wyjątkiem karbapenemów i cefalosporyn IV generacji; produkowane przez bakterie gramujemne z wyjątkiem Salmonella plazmidowe beta-laktamazy (klasyczne i o rozszerzonym spektrum działania); produkowane przez bakterie gramujemne