Definicja immobilizacji

Definicja immobilizacji
Immobilizacja – technika unieruchamiania
biokatalizatorów / enzymów na nośnikach,
stosowana powszechnie w badaniach naukowych i
przemyśle (chemicznym, spożywczym)

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.
Immobilizacja pozytywnie wpływa na stabilizację
struktury białek, a przez to zmniejsza ich
wrażliwość na zmiany temperatury, pH czy
obecność czynników denaturujących.
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
Nośniki enzymów

Nieorganiczne:
szkła
żele krzemionkowe
tlenki metali

Organiczne:
białka (kolagen, albumina, żelatyna)
polisacharydy (celuloza, agar, alginiany)
polimery syntetyczne (celofan, akrylamidy, żywice
jonowymienne)
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)
3.
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)
Zamykanie między membranami lub w wężach półprzepuszczalnych (np. silikonowych)
ILOŚĆ, AKTYWNOŚĆ, STABILNOŚĆ,
OPTIMUM pH i TEMPERATURA DZIAŁANIA
IMMOBILIZOWANEGO ENZYMU ZALEŻĄ
OD RODZAJU MATRYCY I SPOSOBU
WIĄZANIA
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
Wykorzystanie immobilizowanych
enzymów w przemyśle
ENZYM
ZASTOSOWANIE
Izomeraza glukozowa
Przemysł spożywczy (przetwórstwo skrobii)
Glukoamylaza
Przemysł spożywczy (przetwórstwo skrobii)
Lipaza
Przemysł spożywczy (produkcja tłuszczów
jadalnych)
Inwertaza
Przemysł spożywczy (produkcja cukru
inwertyzowanego)
Termolizyna
Przemysł spożywczy (produkcja aspartamu)
Acylaza penicylinowa
Przemysł farmaceutyczny (produkcja kw. 6aminopenicylanowego – półproduktu do produkcji
penicylin półsyntetycznych)
Beta - tyrozynaza
Przemysł farmaceutyczny (produkcja L-DOPA)
Nitrylaza
Przemysł chemiczny (produkcja akrylamidu)
β - laktamazy
β - laktamazy

Bakteryjne enzymy hydrolizujące wiązanie β-laktamowe w
cząsteczce antybiotyku β-laktamowego
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