ЗАДАЧА 26

Несмотря на то что в основе современной инженерной энзимологии лежит применение ферментов и ферментных систем…

Вариант ответа

Сравнительно недавно (несколько десятков лет назад) четко опре­делились пути преодоления вышеуказанных трудностей. Эти пути связаны с получением иммобилизованных ферментов из клеток микроорганизмов. Сама иммобилизация представляет собой физи­ческое разделение биообъекта (клетка, фермент) и растворителя, т.е. биообъект закреплен на нерастворимом носителе, а субстрат и продукты метаболизма свободно обмениваются между биообъектом и растворителем. Биообъект в этом случае работает многократно (недели, месяцы). Иными словами, иммобилизация ферментов — это перевод их в нерастворимое состояние с частичным или полным сохранением каталитической активности.

При совершенствовании биотехнологического процесса обычно используют следующие методы иммобилизации ферментов:

• ковалентное присоединение молекул ферментов к водонерастворимому носителю (природные полимеры — целлюлоза, хитин, ага-роза; синтетические — поливинилхлорид, полиакриламид и др.);

• захват фермента в сетку геля или полимера;

• ковалентная сшивка молекул фермента друг с другом или с инерт­ными белками;

• адсорбция фермента на водонерастворимом носителе (часто на ионитах);

• микрокапсулирование.

В результате иммобилизации ферменты получают преимущества гетерогенных катализаторов: их можно удалять из реакционной смеси и отделять от субстрата и продуктов ферментативной реакции простой фильтрацией. Кроме того, появляется возможность перевода многих периодических ферментативных процессов на непрерывный режим с использованием проточных аппаратов или колонн с иммо­билизованными ферментами.

Что касается широко используемой иммобилизации целых кле­ток, то ее проводят аналогично, предотвращая размножение клеток, увеличивая их сохранность и срок работы в качестве катализатора. Примеры носителей органической природы: желатин, фибрин, альгинат натрия, целлюлоза, ПААГ. Неорганические: термический песок, активированный уголь, окись алюминия, бентонит. Носитель не должен быть токсичным для биообъекта. Ограничения использова­ния иммобилизации возможны в 2 случаях: если целевой продукт не выходит в среду и если у фермента есть непрочно с ним связанный кофермент, без которого этот фермент не работает.

Каждый из методов иммобилизации имеет свои ограничения, связанные с недостаточной прочностью получаемых связей. Особенно это касается микрокапсулирования (инкапсулирования). Ячейки геля не должны быть слишком маленькими (иначе возникнут трудности контакта фермента с субстратом и недостаточная аэрация). Однако и слишком большого размера ячейки геля быть не должны. В этом слу­чае связь с гелем образуется слабая, и биообъект может вымываться.

Функции биообъекта связаны с технологической операцией опре­деленным образом. Так, например, очищенный фермент, фермент /В клетке с коферментом, фермент в пермеабилизированной клетке выполняют только отдельную реакцию: одноступенчатую трансфермацию. Интактная клетка (клетка-продуцент) осуществляет полный биосинтез целевого продукта посредством цепочки реакций.

Система, открытая для усложнения,— это клетка-продуцент какого-либо предшественника целевого продукта + первый фер­мент + второй фермент + третий фермент и т.д., т.е. биосинтез пред-продукта и его биотрансформация осуществляются в одном био­реакторе. Таким путем можно, в частности, одновременно получать 6-АГТК, ампициллин и т.д.