Биологический каталог




Биотехнология. Проблемы и перспективы

Автор Н.С. Егоров, В.Д.Самуилов, А.В. Олескин

катализатор, вводят во внутренний губчатый объем полого волокна, и далее волокно «запечатывают» с обоих концов. В полости волокна биокатализатор не подвергается химической модификации и сохраняет свои свойства. При этом катализатор легко отделяется от раствора субстрата (продукта).

К методу инкапсулирования биокатализаторов близок метод обращенных мицелл, применяемый для катализа реакций в неводной (органической) фазе. Фермент включают в обращенную мицеллу замкнутую структуру из поверхностно-активного вещества (детергент, липид), содержащую микроскопическую каплю воды. Функционирование такого фермента протекает на границе раздела двух фаз — органической, заполняющей объем биореактора, и водной, заключенной в обращенную мицеллу (К- Мартинек, 1984).

Иммобилизация путем поперечных сшивок. Метод поперечных сшивок заключается в химическом связывании ферментных молекул или клеток между собой с формированием конгломератов (рис. 19, г). Применяют би- или полифункциональные агенты, несущие две или более реакционноспособные группы и образующие сшивки между молекулами белков и других биополимеров. Примером полифункционального агента служат эпокси-полиимины (J. Ни, 1986):

СН2 - СН - СН2 — NH — (CH2) 6 - NH -СН - СН2

Подобные соединения осуществляют поперечную сшивку биокатализаторов за счет эпокси- и иминогрупп. Широко используют также глутаровый альдегид, 2,4-толуолдиизоцианат, гексаме-тилендиизоцианат, хлорпроизводные триазина и т. д. Достоинство метода относительная простота его реализации, при освоении нового биокатализатора из всех методов он нередко применяется первым.

В сшивках участвуют функциональные группы биокатализаторов, что часто ведет к нарушению их структуры и снижению активности. Иммобилизация клеток путем поперечных сшивок обычно связана с утратой их жизнеспособности. Глутаровый альдегид или другой низкомолекулярный агент проникает внутрь клеток, образуя многочисленные сшивки между внутриклеточными органеллами, ферментными молекулами и т. д. Убивая клетку, такая обработка в то же время стабилизирует конформацию внутриклеточных ферментов, предотвращает атаку на них протеаз, препятствует автолизу клеток. В некоторых случаях ограничиваются иммобилизацией ферментов в клетке, т. е. проводят фиксацию поперечными сшивками клеточного содержимого, без сшивания клеток между собой. Такая обработка может приводить к значительному возрастанию активности клеток как биокатализаторов, например р-галактозидазной активности клеток Е. coli (V. Vojtisek, V. Jirku, 1984).

Особое значение имеет поперечная сшивка между клетками и изолированными ферментами, а также между различными видами клеток или несколькими разными ферментами. В этих случаях речь идет о соиммобилизации биокаталитических систем (см. гл. 4, § 3, 4).

Таковы основные методы иммобилизации. Для каждого типа биокатализаторов есть свои предпочтительные методы. Клетки и их органеллы чаще всего иммобилизуют включением в полимерные структуры, в то время как изолированные ферменты предпочтительно иммобилизуют на поверхности носителей или методом поперечной сшивки.

Применяются также комбинации различных методов. Так, поперечную сшивку применяют для дополнительной фиксации биокатализаторов, иммобилизованных на носителях или в структуре полимера. В другом варианте методики в «строящийся полимер» вносят биокатализатор (например, клетки), предварительно обработанный сшивающим агентом. В некоторых случаях целесообразно укрепить поверхность альгинатных (каррагинано-вых) гранул с иммобилизованными биокатализаторами, обработав их глутаровым альдегидом или иным сшивающим агентом. В результате гелевые частицы приобретают прочный наружный скелет. Возможно также комбинирование иммобилизации на носителе и инкапсулирования: биокатализатор, прикрепленный к носителю, покрывают капсулой.

Оригинальную комбинацию методов иммобилизации представляет собой способ, предложенный В. Д. Соколовским и Г. А. Коваленко (1984) для окислительно-восстановительных ферментов. Раствор фермента смешивают с золем кремниевой кислоты и смесь наносят на пористый носитель — оксид алюминия. В этих условиях золь кремниевой кислоты за 1—2 мин переходит в гель, так что фермент оказывается одновременно включенным в геле-вую структуру и адсорбированным на носителе.

§ 2. Реакторы для процессов

с применением иммобилизованных

биокатализаторов

Как уже отмечалось, иммобилизованные биокаталитические системы функционируют в биореакторе в виде неподвижной фазы, через которую протекает среда с субстратом, подлежащим биоконверсии. Возможны различные инженерные решения для подобного проточного биореактора. Наряду с непрерывным в таких реакторах используют и периодический режим. Аппараты для иммобилизованных биокатализаторов имеют аналогию с реакторами для химических процессов с гетерогенным катализом.

Если иммобилизованные катализаторы имеют вид гранул, то важной задачей является их максимально плотная упаковка в аппарате. Таким путем реализуют еще одно преимущество ме

страница 52
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77

Скачать книгу "Биотехнология. Проблемы и перспективы" (4.22Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(27.04.2017)