Полимерные носители для иммобилизации ферментов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

ПОЛИМЕРНЫЕ НОСИТЕЛИ ДЛЯ ИММОБИЛИЗАЦИИ

ФЕРМЕНТОВ

Аракелян А.Г.1, Кочуров Д.В.2, Паламарчук А.А.3, Шишакина О.А.4

1Аракелян Арина Гагиковна - студент;

2Кочуров Дмитрий Валерьевич - магистрант;

3Паламарчук Александр Андреевич - магистрант;

4Шишакина Ольга Александровна - магистрант, кафедра химических технологий, Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых,

г. Владимир

Аннотация: в статье обосновано применение иммобилизованных ферментов, отличающихся многократностью использования и устойчивостью, описаны основные методы иммобилизации ферментов (абсорбция, включение в гель и микрокапсулирование) на полимерных носителях. Наиболее часто применяются абсорбция и включение в гель, как более простые методы, но микрокапсулирование является методом, не имеющим аналогов при получении медикаментов. В качестве носителей используются структурные полимеры, сшитые эпихлоргидрином, полисахариды и ряд синтетических полимеров, применяющихся в случае невозможности иммобилизации фермента на менее дорогостоящем аналоге. Ключевые слова: иммобилизация ферментов, полимерные носители, микрокапсулирование, включение в гель, сшитые полисахариды.

Ферменты - катализаторы белковой природы, широко используемые в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и прочих отраслях. Ряд процессов, протекающих в отдельных производствах, невозможен без применения ферментов. Тем не менее, применение ферментов значительно ограничивается их неустойчивостью, которая выражается в малых сроках хранения и небольших диапазонах допустимых температур хранения. Основным же недостатком ферментов является невозможность их многократного использования вследствие затрудненного отделения ферментов от продуктов реакций, протекающих с их участием. Данные недостатки можно скомпенсировать, применяя иммобилизованные ферменты, нередко не уступающие нативным в эффективности, но значительно более устойчивые.

Иммобилизованные ферменты - катализаторы, искусственно нанесенные на нерастворимые носители. Такие ферменты имеют ряд преимуществ по сравнению со свободными аналогами: многократность применения, значительно большую долговечность и стабильность, легкость удаления из реакционной среды.

Чаще всего применяются полисахаридные и белковые носители. К белковым носителям относятся структурные полимеры (коллаген, фибрин, кератин, желатин), отличающиеся малой стоимостью и биоразлагаемостью, что позволяет снизить затраты на приобретение и утилизацию иммобилизованных ферментов на их основе. Основным недостатком структурных полимеров является ограниченность набора иммобилизуемых ферментов.

Полисахариды, применяемые для иммобилизации, представлены хитином, декстраном, целлюлозой, агарозой и их производными; производится сшивка эпихлоргидрином [1, 10]. Полисахариды - химически стойкие вещества, но вследствие требования сшивки такие носителя являются более дорогостоящими, чем белковые.

В случаях, когда требуется произвести иммобилизацию ферментов, для которых полисахаридные и белковые носители неприменимы, используются синтетические полимеры на основе акриловой кислоты, стирола, поливинилового спирта, полиамида и полиуретана [3, 357].

Наиболее простым и распространенным методом иммобилизации является абсорбция, достигаемая при контакте водного раствора фермента с носителем и последующей сушки. Недостатком этого метода является низкая прочность связывания фермента с носителем, что приводит к постепенному удалению фермента с поверхности носителя в процессе эксплуатации, снижая его долговечность. Модификации, применяемые для увеличения прочности связи, зачастую негативно влияют на активность фермента.

Также часто применяется способ включения фермента в гель, его особенностью является применимость и для мультиэнзимных комплексов. Иммобилизация происходит вследствие добавления фермента в водный раствор мономера, который впоследствии полимеризуется.

Для иммобилизации ферментов могут быть использованы и полупроницаемые мембраны, обычно применяемые для микрокапсулирования. При микрокапсулировании раствор фермента помещается в капсулу из полимерной мембраны, получаемой поликонденсацией галогенангидрида себациновой кислоты и гексаметилендиамина-1,6.

Новым направлением является иммобилизация субклеточных структур и целых клеток. При этом не требуется выделение и очистка ферментов, что существенно удешевляет производство. Дополнительной особенностью данного направления является возможность протекания непрерывных процессов, не требующих контроля параметров [2, 49].

Иммобилизованные ферменты применяются, в основном, в ветеринарии и промышленности. Самым значительным достижением применения данной технологии является производство низкоалергенных, низкотоксичных медикаментов пролонгированного действия.

Список литературы

1. Березин И.В., Клячко Н.Л., Левашов А.В., Мартинек К. Иммобилизованные ферменты. М.: Высшая школа, 1987. 159 с.

2. Бидей С.П., Броделиус П., Кабрал И.М.А., Кафлэн М.П., Вудворд Дж. Иммобилизованные клетки и ферменты. М.: Мир, 1988. 215 c.

3. Guisan Jose M. Immobilization of enzymes and cells. Humana Press Inc., 2006. ISBN 158829-290-8.