Иммобилизация ферментов путем адсорбции на нерастворимых носителях

В настоящее время адсорбционная иммобилизация благодаря целому ряду преимуществ является наиболее широко распространенным способом получения иммобилизованных ферментных препаратов промышленного значения.

Носители для адсорбционной иммобилизации можно разделить на два основных класса - неорганические и органические. В качестве неорганических носителей главным образом используются кремнезем, оксиды алюминия, титана и других металлов, различные природные алюмосиликаты (глины), пористое стекло, керамика, активированный уголь и др. Среди органических носителей наибольшее распространение получили различные полисахариды и полимерные ионообменные смолы, коллаген.

Методика адсорбционной иммобилизации отличается исключительной простотой и достигается при контакте водного раствора фермента с носителем. После отмывки неадсорбировавшегося фермента препарат иммобилизованного биокатализатора готов к использованию. На практике для получения адсорбционно-иммобилизованных ферментов применяются следующие методические подходы:

- Статический (самопроизвольная диффузия фермента на поверхность носителя с последующей адсорбцией, без перемешивания);

- Подход с перемешиванием;

- Электроосаждение (адсорбция на поверхности носителя под действием электрического поля);

- Метод нанесения в колонке (подача раствора фермента может осуществляться как снизу, так и сверху).

Удерживание адсорбированной молекулы фермента на поверхности носителя может обеспечиваться за счет неспецифических ван-дер-ваальсовых взаимодействий, электростатических взаимодействий, водородных связей и гидрофобных взаимодействий между носителем и поверхностными группами белка. Относительный вклад каждого из типов связывания зависит от химической природы носителя и функциональных групп на поверхности молекулы фермента. В большинстве случаев основную роль в связывании фермента играют электростатические взаимодействия и водородные связи. Взаимодействия с носителем могут оказаться настолько сильными, что сорбция биокатализатора будет сопровождаться разрушением его структуры. Например, при адсорбции некоторых растительных клеток на гранулах цитодекса клеточная стенка деформируется, повторяя рельеф поверхности частиц носителя.

На адсорбцию фермента на носителе влияет множество факторов:

- Удельная поверхность и пористость фермента;

- Значение рН (при изменении рН меняется состояние ионизации ионогенных групп носителя и белка, ответственных за связывание);

- Ионная сила (влияет на прочность связывания белка с носителем);

- Концентрация фермента;

- Температура.

Для того, чтобы увеличить эффективность связывания белка с носителем, можно не только соблюдать выше перечисленные факторы, но и модифицировать как поверхность носителя, так и поверхность фермента.