docWykład 7
download 
Reklamacja Transkrypt
Wykład 7
Podstawy biogospodarki Wykład 7 Prowadzący: Krzysztof Makowski Kierunek Wyróżniony przez PKA INZYNIERIAMATERIALOWAPL Immobilizowane białka Krzysztof Makowski Kierunek Wyróżniony przez PKA Instytut Biochemii Technicznej Politechniki ŁódzkiejINZYNIERIAMATERIALOWAPL Immobilizacja- definicja Przeprowadzenie enzymu ze stanu rozpuszczalnego do nierozpuszczalnego, najczęściej przez związanie go z mechanicznym nośnikiem. Obecnie jednak podkreśla się możliwość ich powtórnego lub wielokrotnego użycia, niezależnie od rozwiązań technologicznych, które to umożliwiają wg „Biotechnolgia. Podstawy mikrobiologiczne i biochemiczne”, Chmiel A., Wydawnictwo Naukowe PWN, W-wa 1998 INZYNIERIAMATERIALOWAPL Cechy dobrego nośnika • • • • • • • • • • Trwałość mechaniczna (i biologiczna) Duża powierzchnia czynna, pojemność i porowatość Możliwość otrzymywania różnych form (np. włókna, kulki) Łatwość aktywacji Wysokie powinowactwo do biokatalizatora (i środowiska reakcji) Łączenie z wybranymi grupami funkcyjnymi białka Nie powinien ograniczać działąnia enzymu Niska cena i dostępność Łatwość w izolacji ze środowiska reakcji Możliwość regeneracji INZYNIERIAMATERIALOWAPL Zalety immobilizacji • Wielokrotne i powtarzalne wykorzystanie enzymu • Możliwość szybkiego zatrzymania reakcji przez usunięcie enzymu ze środowiska • Stabilizacja enzymu poprzez związanie z matrycą • Produkt nie jest zanieczyszczony enzymem • Łatwość izolowania enzymu ze środowiska • Możliowść prowadzenia reakcji wieloenzymatycznych INZYNIERIAMATERIALOWAPL Potencjalne obszary aplikacji • • • • • • Medycyna Chemia spożywcza Chemia organiczna Farmacja Ochrona środowiska Elektronika INZYNIERIAMATERIALOWAPL Problemy dyfuzyjne INZYNIERIAMATERIALOWAPL Parametry enzymu i nośnika Enzym Nośnik Właściwości biochemiczne Typ i kinetyka reakcji Charakterystyka chemiczna Właściwości mechaniczne Opory ruchu masy Metoda immobilizacji Sprawność [] Wydajność [%] Stabilność operacyjna [Liczba cykli] Zużycie enzymu [U*(kg produktu)-1] Produktywność [(kg produktu)*U-1] INZYNIERIAMATERIALOWAPL Parametry immobilizacji • Białko związane z nośnikiem • Teoretyczny % związanej aktywności • Rzeczywisty % związanej aktywności INZYNIERIAMATERIALOWAPL Parametry immobilizowanego biokatalizatora • Stabilność operacyjna- czas w którym w trakcie prowadzenia procesu preparat traci 50 % aktywności wyjściowej • Stabilność w trakcie przechowywania- czas w którym w trakcie przechowywania preparat traci 50 % aktywności wyjściowej INZYNIERIAMATERIALOWAPL Klasyczne metody immobilizacji • • • • • • Adsorpcja Wiązanie kowalencyjne Pułapkowanie (membrany, kuleczki żelu) Kapsułkowanie Sieciowanie przestrzenne (Samo-) agregacja INZYNIERIAMATERIALOWAPL Adsorpcja Siły jonowe, wiązania wodorowe, słabe oddziaływania fizykochemiczne PRZYKŁADOWE NOŚNIKI: drewno, celuloza, jonity (Sephadex, DEAE-celuloza, CM-celuloza, krzemionka, węgiel aktywny) UWAGI: •Często stosuje się sieciowanie po procesie adsorpcji •Nadaje się do reakcji prowadzonych w środowiskach organicznych INZYNIERIAMATERIALOWAPL Adsorpcja c.d. ZALETY: WADY: • • • • • Nietrwałe wiązanie Niski koszt Łatwość wykonania Niewielkie opory dyfuzyjne Wysoki stopień zachowanej aktywności po immobilizacji INZYNIERIAMATERIALOWAPL Wiązanie kowalencyjne Wiązania estrowe, peptydowe, C-C, C-N PRZYKŁADOWE NOŚNIKI: Szkło porowate, chitozan, materiały ceramiczne, CM-celuloza UWAGI: •Najczęściej stosowana metoda immobilizacji INZYNIERIAMATERIALOWAPL Wiązanie kowalencyjne ZALETY: WADY: • Silne związanie białka z nośnikiem • Możliwe zmiany parametrów enzymu • Możliwy spadek aktywności enzymu po immobilizacji INZYNIERIAMATERIALOWAPL Pułapkowanie PRZYKŁADOWE NOŚNIKI: Alginian sodu, karagen, żelatyna, agar, kolagen, poliakrylamid, żywice UWAGI: •Nadaje się również do unieruchamiania komórek INZYNIERIAMATERIALOWAPL Pułapkowanie ZALETY: WADY: • Duża pojemność nośnika • Możliwość unieruchamiania komórek • Możliwość namnażania komórek po immobilizacji • Możliwość prowadzenia reakcji wieloenzymatycznych • Wymywanie biokatalizatora • Opory dyfuzyjne INZYNIERIAMATERIALOWAPL Pułapkowanie c.d. INZYNIERIAMATERIALOWAPL Pułapkowanie c.d. Kulki spienionego alginianu INZYNIERIAMATERIALOWAPL Agregacja UWAGI: •Nadaje się również do unieruchamiania komórek •Pleśnie wykazują naturalną zdolność do agregacji, tzw. pellets INZYNIERIAMATERIALOWAPL Agregacja ZALETY: WADY: • Łatwa procedura • Możliwość prowadzenia reakcji wieloenzymatycznych • Zanieczyszczenie środowiska reakcji • Opory dyfuzyjne INZYNIERIAMATERIALOWAPL Agregacja- pellets INZYNIERIAMATERIALOWAPL Nowoczesne metody immobilizacji • CLEAs (ang. Cross-Linked Enzyme Aggregates)- sieciowane agregaty białek enzymatycznych • Biokatalityczne plastiki INZYNIERIAMATERIALOWAPL CLECs (ang. Cross-Linked Enzyme Crystals)- sieciowane kryształy białek enzymatycznych Kryształy insuliny V8 protease INZYNIERIAMATERIALOWAPL CLECs c.d. ZALETY: WADY: • Wysoki stopień upakowania enzymem • B. wysokie koszty otrzymywania (>99%) • Odporność na czynniki mechaniczne • Odporność na czynniki fizykochemiczne • Odporność na środowiska organiczne • Wysoka enancjoselektywność • Niewielki ograniczenia dyfuzyjne dla kryształów 100x 5 um • Możliwość prowadzenia reakcji wieloenzymatycznych INZYNIERIAMATERIALOWAPL Biokatalityczne plastiki ZALETY: WADY: • szeroki zakres aplikacji • Możliwość regulacji parametrów fizykochemicznych preparatu • Możliwość tworzenia multizymów • Łatwość separacji • Możliwość stosowania jako „pompy” wspomagające wymianę medium • Stosunkowo drogie materiały • Problemy z aktywnością po modyfikacji polimerem INZYNIERIAMATERIALOWAPL Biokatalityczne plastiki INZYNIERIAMATERIALOWAPL Biokatalityczne plastiki c.d. Biokatalityczne plastiki c.d. INZYNIERIAMATERIALOWAPL Biokatalityczne plastiki c.d. Zachowanie się poli-N-izopropyloakryloamidu w zależności od temperatury Bioreaktory do procesów okresowych a. Stirred-tank Reactor b. Fixed-bed Reactor c. Fluidized Bed Reactor Bioreaktory do procesów ciągłych INZYNIERIAMATERIALOWAPL Bioreaktory przepływowe INZYNIERIAMATERIALOWAPL Bioreaktory przepływowe i. Reaktor z enzymem unieruchomionym na membranie i separacją faz j. Reaktor z rozdzieloną fazą wodną i organiczną INZYNIERIAMATERIALOWAPL Aplikacje immobilizowanych enzymów w kosmetyce INZYNIERIAMATERIALOWAPL Aplikacje immobilizowanych enzymów w kosmetyce INZYNIERIAMATERIALOWAPL Aplikacje immobilizowanych enzymów w kosmetyce INZYNIERIAMATERIALOWAPL Aplikacje immobilizowanych enzymów w kosmetyce INZYNIERIAMATERIALOWAPL Dziękuję za uwagę INZYNIERIAMATERIALOWAPL
