IMMOBILIZACJA BIOKATALIZATORÓW
Większość procesów biotechnologicznych polega na przeprowadzeniu cyklu reakcji biochemicznych, w których wyjściowy substrat jest przekształcany w produkty końcowe. Procesy takie wymagają wieloskładnikowych kompleksów enzymatycznych, które mogą być wprowadzane do reakcji w formie handlowych preparatów enzymatycznych. Najczęściej reakcje takie wymagają udziału wielu enzymów zastosowanych w ściśle określonych stężeniach i wzajemnych proporcjach, co z technologicznego punktu sterowania takim procesem jest bardzo trudne, a także kosztowne.
Dlatego też znacznie korzystniejsze jest im mobilizowanie całej komórki mikroorganizmu jako źródła enzymów. Taki proces jest dużo tańszy, gdyż pomija się etapy izolacji i oczyszczania enzymów.
Immobilizacja oznacza zatem fizyczne lub chemiczne unieruchomienie biokatalizatora poprzez związanie go z nośnikiem lub umiejscowienie w określonej przestrzeni bez użycia makroskopowego nośnika.
Systemy oparte na wykorzystaniu im mobilizowanych biokatalizatorów wykazują wiele zalet w porównaniu z systemem wolnych komórek i enzymów.
możliwość wielokrotnego użycia i wykorzystania w procesach ciągłych
możliwość wprowadzenia do reakcji całego kompleksu enzymatycznego jednocześnie, co ułatwia przeprowadzenie ciągów katalizowanych reakcji i polepsza wykorzystanie potrzebnych ko faktorów, które są regenerowane przez kompleks enzymatyczny
łatwość wydzielania produktu i biokatalizatora z mieszaniny poreakcyjnej
wyższa reaktywność, przedłużona trwałość katalityczna enzymu
dodatni wpływ na biologiczne właściwości mikroorganizmów - komórki są wówczas mniej podatne na efekty związków hamujących, mają większą stabilność termiczną i chemiczną a powstające tą drogą produkty nie są zanieczyszczone białkami pochodzącymi z lizy komórek
możliwość wprowadzania do reakcji dużej koncentracji komórek co przyspiesza tempo procesu możliwość zwiększania szybkości rozcieńczania bez obawy wymycia populacji mikroorganizmów, do którego dochodzi podczas procesów z komórkami wolnymi
obniżone koszty procesów biotechnologicznych.
Typy immobilizowanych biokatalizatorów:
- preparaty pojedynczych enzymów katalizujących proste reakcje biochemiczne
- kompleksy 2 lub więcej enzymów (reakcje złożone)
- całe komórki bez zachowania ich funkcji życiowych
- żywe komórki z zachowaniem i wykorzystaniem ich aktywności metabolicznej.
Kryteria wyboru techniki immobilizacji żywych komórek:
- metoda immobilizacji powinna być wystarczająco łagodna, by zapewnić zdolność do regeneracji komórek
(…)
…. oraz nieorganiczne: szkło, spieki szklane, cegła, ziemia okrzemkowa, materiały
ceramiczne, kaolin, tlenki metali i inne.
Wiązania kowalencyjne takie jak peptydowe, estrowe, węgiel-węgiel, węgiel-azot i inne pomiędzy np. aktywnymi grupami ściany komórkowej a uaktywnionym nośnikiem. W wiązaniu chemicznym wykorzystuje się wiązania kowalencyjne wprowadzając do środowiska wielofunkcyjne czynniki sprzęgające (aldehydy…
… mógł penetrować do komórki. Jest to najpowszechniej stosowana metoda immobilizacji, zwłaszcza w przemyśle spożywczymi fermentacyjnym. System ten można realizować następującymi metodami:
pułapkowanie w żelach naturalnych lub syntetycznych - przykłady nośników: agar, alginian, karagen, poliakrylamid, poliuretan, polistyren. Wiązanie w matrycy może następować poprzez powstawanie poprzecznych wiązań jonowych w polimerach liniowych np. alginianu w obecności kationów poliwalentnych (Ca2+, Al3+, Ba, Sr2+). Związanie biokatalizatora z nosnikiem można uzyskać poprzez wytrącanie nośnika na skutek zmian temperatury, pH lub zmianami rozpuszczalnika (żelatyna, karaginian). pułapkowanie na włóknach - jest odmianą żelowania przez wytrącanie, lecz stosuje się tu polimery tworzące włókna, co daje…
… jest przy zastosowaniu im mobilizowanych biokatalizatorów;
- produkcja hormonów i witamin;
- inne leki.
Produkcja aminokwasów:
- kwas asparaginowy - transformacja Dumaranu do asparginianu poprzez komórki E. coli immobilizowane w karaginianie, produkcja: L-alaniny, kwasu L-glutaminowego, L-argininy.
W przemyśle spożywczym:
- produkcja alkoholu etylowego, octu, usuwanie laktozy z mleka, hydroliza kazeiny, skrobii, białek…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)