Іммобілізація ферментів

Ферменти – речовини білкової природи й тому нестійкі при зберіганні, а також чутливі до теплових впливів. Крім того, ферменти не можуть бути використані багаторазово через труднощі у відділенні їх від реагентів і продуктів реакції. Вирішити ці проблеми допомагає створення іммобілізованих ферментів. Початок цьому методу було покладено у 1916 році, коли Дж. Нельсон й Е. Гриффін адсорбували на вугіллі інвертазу й показали, що вона зберігає в такому вигляді каталітичну активність. Сам термін "іммобілізовані ферменти узаконений в 1971 році, і означає будь-яке обмеження волі пересування білкових молекул у просторі.

Сутність іммобілізації ферментів – прикріплення їх в активній формі до нерозчинної основи або виведення на напівпроникну мембранну систему. Прикріплення ферменту до носія здійснюється адсорбційно, хімічним зв'язком або шляхом механічного включення ферменту в органічний або неорганічний гель (у капсулу й т.п.). При цьому допускається прикріплення ферменту тільки за рахунок функціональних груп, які не входять в активний центр ферменту й не беруть участі в утворенні фермент-субстратного комплексу. Носій ферменту або матриця може мати вигляд зернистого матеріалу, волокнистої структури, пластинчастої поверхні, плівок або тканин, порожніх волокон, трубочок, капсул і т.д. Має значення розмір часток носія. Важливо мати велику площу поверхні, тому рекомендуються невеликі частки діаметром 0,1 – 0,2 мм. Носієм ферменту може бути як природна речовина, так і синтетичний полімер.

Переваги іммобілізованих ферментів перед нативними попередниками:

1. Гетерогенний каталізатор легко відокремлюється від реакційного середовища, що дає можливість зупинити реакцію в будь-який момент, використати фермент повторно, а також одержувати чистий від ферменту продукт.

2. Ферментативний процес із використанням іммобілізованих ферментів можна проводити безупинно, регулюючи швидкість каталізуємої реакції й вихід продукту.

3. Модифікація ферменту цілеспрямовано змінює його властивості, такі як специфічність (особливо відносно макромолекулярного субстрату), залежність каталітичної активності від рН, іонного складу й інших параметрів середовища, стабільність до денатуруючих впливів.

4. Можна регулювати каталітичну активність іммобілізованих ферментів шляхом зміни властивостей носія дією фізичних факторів, таких як світло й звук. Іммобілізувати ферменти можна як шляхом зв'язування на нерозчинних носіях, так і шляхом внутрішньо-молекулярної або міжмолекулярної зшивки білкових молекул низькомолекулярними біфункціональними сполуками, а також шляхом приєднання до розчинного полімеру.