5. Іммобілізовані ферменти

При застосуванні ФП дуже часто ферменти інактивуються, виводяться з оброблюваним матеріалом і забруднюють його. Тому постала задача розробки нових методів застосування ФП багаторазового використання шляхом їх закріплення на нерозчинній основі. Такі ферменти в літературі називають по різному: зв'язаними, пришитими, фіксованими, прикріпленими, але найчастіше їх називають іммобілізованими. Іммобілізований ФП - це єдина система, яка складається із трьох елементів: фермента, носія і зв'язуючої їх ланки.

Всі носії ділять на дві групи: органічні полімерні і неорганічні. Органічні полімерні носії бувають природні (полісахаридні і білкові) та синтетичні (поліметиленові, поліамідні і поліефірні). До групи неорганічних носіїв входять: синтетичні кремнеземельні сорбенти, метали та їх окисли, різні види глин, кераміки і природні мінерали.

До носіїв пред'являють певні вимоги: вони повинні бути нерозчинними в реакційному середовищі, мати різний заряд з ферментом, мати високу гідрофільність, хімічну і біологічну стійкість, механічну міцність, легко гранулюватися і активуватися. Носії можуть мати зернисту структуру, бути у вигляді волокон, плівок, полих трубок, мембран.

Всі способи іммобілізації можна розділити на дві великі групи: хімічні і фізичні, тобто з утворенням ковалентних зв'язків або без них.

До хімічних способів слід віднести іммобілізацію ферментів шляхом ковалентного зшивання з полімером і поперечного зшивання ковалентними зв'язками молекул білків без носія. Хімічні способи є основними при отриманні іммобілізованих ФП. Такі препарати стабільні, ферменти не вимиваються. Суттєвим недоліком цих способів є значна інактивація ферментів.

Фізичні методи закріплення ферментів діляться на адсорбційні і механічні. При адсорбційній іммобілізації фермент утримується на поверхні носія за допомогою електростатичних, гідрофобних і водневих зв'язків, а також завдяки дисперсійним взаємодіям. При механічному способі іммобілізації відбувається включення фермента в гелі, мікрокапсули, волокна, мембрани тощо. Всі фізичні методи досить прості та ефективні і широко застосовуються в інженерній ензимології.

Одним із перспективних фізичних способів є заключення ФП в напівпроникливу оболонку-капсулу (мікрокапсулювання). Мікрокапсули - це дуже мілкі часточки покриті полімерною оболонкою, всередині яких знаходиться фермент. Мікрокапсулювання дає можливість багаторазово використати ферменти і виключає контакт працюючих з ними. Але складність цього процесу полягає в тому, що фермент не повинен вимиватись через пори плівки, а субстрат і продукти його розщеплення - вільно проходити через них. Більш широко, ніж мікрокапсулювання, використовують метод гранулювання ФП, особливо тих, що приміняють як компоненти синтетичних миючих засобів.

Останнім часом велика увага приділяється іммобілізації клітин мікроорганізмів і використанню цих систем для проведення ферментативних реакцій. Цей спосіб особливо ефективний, коли йдеться про внутрішньоклітинні ферменти.