9.2. Характеристика носителей для иммобилизации ферментов

Требования, предъявляемые к носителям:

1. Высокая химическая и биологическая стойкость, механическая прочность и гидрофильность;

2. Достаточная проницаемость для ферментов и субстратов, большая удельная поверхность, высокая вместимость и пористость;

3. Должны иметь удобные технологические формы (гранулы, мембраны, трубы, листья, волокна и др.);

4. Должны легко переводиться в реакционно-способную форму;

5. Низкая стоимость.

Носители могут быть органическими и неорганическими.

Органические носители

Природные полимерные носители:

• Полисахаридные носители

  • целлюлоза – обладает хорошей гидрофильностью, содержит много гидроксильных групп, легко гранулируется, но неустойчива к действию сильных кислот, щелочей и окислителей;

  • декстран – разветвленный полисахарид бактерий, состоит из остатков глюкозы. Гели на основе декстрана, сшитые эпихлоргидрином, выпускаются в Швеции под названием сефадекс, а в Венгрии – молселект. При высушивании сефадексы легко сжимаются, а в водных растворах сильно набухают;

  • агароза и ее модификации (сефароза, биогель А);

  • хитин, крахмал и губчатый крахмал, агар, каррагинан, альгиновые кислоты и их соли, гепарин и др.

• Белковые носители – кератин, фиброин, коллаген, миозин, сывороточный альбумин, желатин.

• Липидные носители – применяются в виде монослоев или бислоев. Монослои сорбируют белковые молекулы. Липидный монослой может на твердую подложку (силикагель, сажу, аэросил – коллоидный SiO₂) с последующей сорбцией белка из водного раствора. Для иммобилизации используют также липосомы, получаемые из различных фосфолипидов. К синтетическим аналогам липидов относятся поверхностно-активные вещества (ПАВ). При этом полярные головки ПАВ образуют ядро мицеллы, куда можно включить любое гидрофильное вещество, а углеводородные остатки этих молекул направлены в сторону органического растворителя.

Синтетические полимерные носители:

• полимеры на основе стирола (дауэкс и амберлит). Они подобны стеклам, имеют стабильную структуру пор, не набухают в воде, обладают высокой механической прочностью;

• носители на основе производных акриловой кислоты (акриламид). Клетки различного типа успешно иммобилизуются в полиакриламидном геле (ПААГ).

Ф ункциональные группы полимерных носителей следует либо активировать, либо вводить дополнительные заместители. Так, при активации гидроксильных или аминогрупп на поверхности носителя образуют электрофильные группы, которые обладают высокой реакционной способностью по отношению к нуклеофильным группам на белке (ферменте). Например, амидокарбонаты:

Различными способами в носитель вводят аминогруппы.

Неорганические носители – силикагель, глины, керамика, природные минералы, графитированная сажа, металлы и их оксиды. Их применяют в виде шариков, монолитов, порошка. Они могут быть пористыми и без пор. Преимущества: легкость регенерации; возможность придания любой конфигурации. Для активации их покрывают пленкой оксида металла (алюминия, циркония, титана), полимерами (полиэтиленимин) или обрабатывают солями переходных металлов.