Класифікація носіїв для ферментів

Для одержання іммобілізованих ферментів використовується обмежене число як органічних, так і неорганічних носіїв. Вони повинні володіти такими властивостями (Дж. Порат, 1974): висока хімічна й біологічна стійкість; висока хімічна міцність; достатня проникність для ферменту й субстратів, пористість, велика питома поверхня; можливість одержання у вигляді зручних у технологічному відношенні форм (гранул, мембран); легка активація; висока гідрофільність; невисока вартість.

Носії поділяють на дві групи: органічні, до складу яких входять низькомолекулярні й полімерні та неорганічні: макропористі та інші.

Слід зазначити, що органічні носії (як низько-, так і високомолекулярні) можуть бути природного або синтетичного походження. Природні полімерні органічні носії ділять відповідно до їхньої біохімічної класифікації на 3 групи: полісахаридні, білкові й ліпідні.

Синтетичні полімери також можна розділити на групи у зв'язку з хімічною будовою основного ланцюга макромолекул: поліметиленові, поліамідні, поліефірні.

Для іммобілізації ферментів найбільш широко використовуються природні полісахариди й синтетичні носії поліметильного типу, інші застосовуються значно рідше. Велике значення природних полімерів як носіїв для іммобілізації залежить від їх доступності й наявності реакційно-здатних функціональних груп, які легко вступають у хімічні реакції. Характерною рисою цієї групи носіїв також є їх висока гідрофільність. Недолік природних полімерів – нестійкість до впливу мікроорганізмів і досить висока вартість.

Найбільш часто для іммобілізації використовуються такі полісахариди, як целюлоза, декстран, агароза і їхні похідні. Целюлоза гідрофільна, має багато гідроксильних груп, що дозволяє модифікувати її, заміщаючи ці групи. Для збільшення механічної міцності целюлозу гранулюють шляхом часткового гідролізу, у результаті якого руйнуються аморфні ділянки. На їхнє місце для збереження пористості між кристалічними ділянками вводять хімічні зшивки. Гранульовану целюлозу досить легко перетворити в різні іонообмінні похідні, такі як ДЕАЕ-целлюлоза, КМЦ і т.д.

Широко поширені носії на основі декстрану, що випускаються під назвою "сефадекси". При висушуванні вони легко стискуються, у водному розчині сильно набухають. У цих носіях розмір пор у гелі регулюється ступенем зшивання. До групи декстранів відносять і крохмаль. Хімічно модифікований крохмаль зшивається агентами, такими як формальдегід. Таким способом був отриманий губчатий крохмаль, який володіє підвищеною стійкістю стосовно ферментів, гідролізу. Водорозчинні препарати на основі декстрану часто застосовуються як носії лікарських засобів у медицині.

Гарним носієм уважається агар. Його властивості поліпшуються після хімічної зшивки, наприклад, діепоксидними сполуками. Такий агар стає стійким до нагрівання, міцний, легко модифікується.

Білки як носії володіють рядом достоїнств: місткі, здатні до біодеградації, можуть застосовуватися в якості тонкої (товщиною 80 мкм) мембрани. Іммобілізацію ферментів на білкових носіях можна проводити як під час відсутності, так й у присутності зшиваючих агентів. Білки використовуються й у фундаментальних біологічних дослідженнях, і в медицині. До недоліків білків як носіїв відносять їх високу імуногенність (за винятком колагену й фібрину). Найбільше для іммобілізації використовуються структурні (кератин, фібрин, колаген), рухові (міозин) і транспортні (альбумін) білки.

Синтетичні полімерні носії застосовуються для ковалентної й сорбційної іммобілізації ферментів, для одержання гелів, мікрокапсул. Полімери на основі стиролу застосовуються при сорбційній іммобілізації. Вони можуть мати макропористу, ізопористу структуру, а також гетеропористу структуру. Для одержання полімерних гідрофільних носіїв широко використовується акриламід – похідне акрилової кислоти.

Широке поширення одержав метод включення ферментів і клітин у поліакриламідний гель, який має тверду просторову сітчасту структуру. Поліакриламідний гель стійкий до хімічних впливів. Дуже цікаву групу представляють поліамідні носії. Це групи різних гетероланцюгових полімерів з повторюваною амідною групою –С(ОН)–NH–. Наприклад, полімери на основі N–вінілпіролідону використовуються для одержання іммобілізованих ферментів, здатних повільно розпадатися в організмі. Крім того, вони біологічно інертні, що особливо важливо при використанні в медичних цілях. Істотним недоліком більшості полімерних носіїв є їхня здатність накопичуватися в організмі. Щодо цього перевага віддається природним полімерам, які гідролізуються ферментами. Тому до складу лікарських препаратів часто входить декстран, а із синтетичних носіїв – полімери на основі N–вінілпіролідону. У цей час ведуться експерименти по створенню синтетичних полімерів, які розщеплюються з утворенням нетоксичних продуктів обміну.