МЕТОДЫ ИММОБИЛИЗАЦИИ Лекция 3

МЕТОДЫ
ИММОБИЛИЗАЦИИ
Лекция 3
План лекции
1. Классификация методов иммобилизации. Способы
физической и химической иммобилизации
биокатализаторов.
2. Адсорбционная иммобилизация: типы носителей,
природа взаимодействий, способы, преимущества
и недостатки.
3. Иммобилизация путем включения в гели: техника,
примеры носителей, преимущества, недостатки.
4. Иммобилизация на основе мембранной
технологии: варианты, преимущества и
недостатки.
5. Включение в двухфазную реакционную среду.
Методы
иммобилизации
Физические
(связывание объекта
с носителем за счет
физических факторов
(без образования
ковалентных связей))
Химические
(биокатализатор
присоединяются
к носителю с помощью
ковалентных
связей)
Способы физической
иммобилизации
Адсорбция на
нерастворимых носителях
Включение в поры геля
Иммобилизация с помощью
мембранной технологии
Включение в двухфазную
реакционную среду
Способы физической иммобилизации
Адсорбция на
нерастворимых носителях
Объект удерживаются на поверхности носителя:
‰адсорбционно неспецифически
(ван-дер-ваальсовы, ионные,
гидрофобные, водородные
взаимодействия и др.);
‰за счет электрических сил
(электроадсорбция);
‰адсорбционно биоспецифически
(носитель содержит аффинные
лиганды, способные
взаимодействовать с
компонентами препарата
(нековалентные взаимодействия)
Способы адсорбционной
иммобилизации:
а – статический;
б – с перемешиванием;
в – электроосаждение;
г, д - нанесения в колонке
Иммобилизация
путем включения в гели
Суть: биопрепараты включаются в трехмерную сетку из
тесно переплетенных цепей, образующих гель.
Удерживание осуществляется физически
(механическое обездвиживание), а также за счет
дополнительных нековалентных (ионных и водородных
связей) и ковалентных взаимодействий
Варианты иммобилизации
путем включения в гели
1. Биообъект вводят в водный
раствор мономера, а затем
проводят полимеризацию, в
результате которой
возникает пространственная
структура полимерного геля с
включёнными в его ячейки
молекулами биокатализатора
2. Биообъект
вносят в раствор уже
готового полимера, который
впоследствии переводят в
гелеобразное состояние.
гели полиакриламида,
поливинилового спирта,
силикагеля
гели агар-агара, агарозы,
альгината, каррагинана,
фосфата кальция
Схема установок для иммобилизации клеток
в агаре (а) и Са-альгинатном геле (б)
1 – суспензия клеток; 2 – раствор агара; 3 – расплавленный
агаровый гель с суспендированными клетками; 4 – формовочный
капилляр; 5 – холодильник; 6 – нож; 7 – раствор альгината;
8 – суспензия клеток в растворе альгината; 9 – раствор CaCl2
Иммобилизация с
использованием мембранной
технологии
Суть метода: водный раствор препарата
отделяется от водного раствора
субстрата избирательно
проницаемой мембраной.
Активность биокатализатора зависит
от скорости диффузии субстрата,
которая регулируется толщиной
мембраны
Область
создание чувствительных элементов
использования: биосенсоров
В процессе инкапсулирования иммобилизуются
не отдельные молекулы фермента, клетки, а
исходный раствор, содержащий
В этом методе
фермент/клетки.
главным является не
создание физических
или химических сил,
необходимых для
связывания
катализатора с
носителем, а удержание
раствора, окружающего
фермент.
Полупроницаемые мембраны могут
быть изготовлены из полистирола,
полиакрилата , полиуретана, полиэфиров, липидов, нитрата и ацетата
целлюлозы, поликарбонатов и т.д .
Совместное капсулирование клеток и
ферментов
Бактерии
Gluconobacter oxydans +
каталаза
Клетки Gluconobacter oxydans, способные окислять глюкозу в
глюконовую кислоту, требуют для этого хорошего снабжения
кислородом. Однако при капсулировании даже при обильной
аэрации проявляют низкую глюкозооксидазную активность.
При включении в полимер одновременно с клетками каталазы
и добавлении в среду Н2О2 (донор кислорода) количество
образующейся глюконовой кислоты резко увеличивается.
Включение в двухфазную
реакционную среду
Принцип: иммобилизация объекта достигается
не за счет взаимодействия с носителем
(адсорбентом, гелем или мембраной), а
вследствие его способности растворяться
только в одной из фаз двухфазной системы.
Двухфазная система типа
«вода - несмешивающийся с водой
органический растворитель»
Природа фаз подбирается
таким образом, что продукт
накапливается в той из них, где
биокатализатор отсутствует.
После завершения реакции эту
фазу отделяют и извлекают из
нее продукт, а фазу,
содержащую фермент, вновь
используют для проведения
очередного цикла процесса.