Методы иммобилизации ферментов Лекция 9 1

Методы иммобилизации ферментов Лекция № 9 1

Методы иммобилизации: l Связывание на жестком носителе l Связывание при помощи бифункциональных реагентов ( «сшивка» ) l Включение в пространственную структуру без образования связей l Комбинированные методы 2

3

Носители для иммобилизации 4

Неорганические материалы Активированный уголь l Оксид алюминия l Силикагель l l l l l Оксид титана Оксид циркония Оксид железа Пористое стекло Каолин Бетонит Вермикулит Перлит Адсорбция l Адсорбия, ковалентная связь включение l Адсорбия, ковалентная связь l Адсорбия l 5

Полисахариды l l l Целлюлоза Агароза Альгинат кальция Декстраны Каррагенаны l l l Адсорбия, ковалентная связь Включение Адсорбция Включение Белки Коллаген l Желатин l Включение, ковалентная связь l 6

Сополимеры акрила l l l Пголиакриламид Сферон Глицедилметакриловые гели Энзакрил Эупергит l l l Включение, ковалентная связь ковалентная связь Сополимеры стирола Амберлит l Полиаминостирол l Адсорбция, ковалентная связь l 7

Наноматериалы Наноалмазы l Фуллерены l Нанотрубки l Наностручки l Адсорбция, ковалентная связь l 8

Фуллерены С 60 С 540 9

Первооткрыватели фуллеренов Харольд Крото Ричард Смолли Роберт Кёрл 10

Нанотрубка 11

Многослойная нанотрубка 12

Пучек нанотрубок на подложке 13

Наностручки 14

15

Детонационные наноалмазы 16

Функциональнные группы на поверхности детонационных наноалмазов И. В. Шугалей, И. В. Целинский , А. П. Возняковский, А. В. Гарабаджиу Биологическая активность детонационных наноалмазов и перспективы их медико-биологического использования// Изв. РАН сер. Химическая (в печати) 17

Целесообразно проводить их в следующих направлениях: l = разработка и создание на основе НА новых нанотехнологий и новых наноматериалов для выделения белков, их адаптация и внедрение в промышленное производство белковых препаратов; l = изучение взаимодействия НА с молекулами ДНК с целью применения наночастиц в новых технологиях для генной инженерии; l = изучение возможностей транспорта биомакромолекул и веществ с помощью НА через мембраны к биологическим мишеням; l = изучение влияния НА на сложноорганизованные биологические системы, включая организмы животных и человека; l = разработка и создание биосенсорных систем на основе комплексов НА-маркерные биомолекулы; l = изучение возможностей применения НА как новых наноматериалов медицинского назначения (энторосорбенты, носители лекарственных препаратов). 18

Модификация носителей Комбинация ионного и гидрофобного взаимодействия. Агарозу активируют бромцианом и модифицируют н-октиламином Затем на модифицированном носителе иммобилизуют ксантиноксидазу 19

Иммобилизация с помощью ковалентной связи 20

Методы ковалентной иммобилизации l Образование амидной связи l Образование диазосоединений l Методы алкилирования l Использование бифункциональных реагентов l Прочие методы 21

Иммобилизация с помощью амидной связи 22

23

24

25

Конденсация (по аналогии с синтезом пептидов) Реагенты: Карбодиимиды, N-5 -фенилизоксазоли-3/-сульфонат N-этоксикарбонил-2 -этоксил-1, 2 -гидрохинолин Если в реакцию вступают –OH или – SH группы образуется сложноэфирная связь 26

Детонационный наноалмаз И. В. Шугалей, И. В. Целинский , А. П. Возняковский, А. В. Гарабаджиу Биологическая активность детонационных наноалмазов и перспективы их медико-биологического использования// Изв. РАН сер. Химическая (в печати) 27

функционализация зерен ДНА пептидными фрагментами через замещение 1 -этил-3 -[3 -диметиламинопропил]карбодиимид гидрохлорид И. В. Шугалей, И. В. Целинский , А. П. Возняковский, А. В. Гарабаджиу Биологическая активность детонационных наноалмазов и перспективы их медико-биологического использования// Изв. РАН сер. Химическая (в печати) 28

И. В. Шугалей, И. В. Целинский , А. П. Возняковский, А. В. Гарабаджиу Биологическая активность детонационных наноалмазов и перспективы их медико-биологического использования// Изв. РАН сер. Химическая (в печати) 29

И. В. Шугалей, И. В. Целинский , А. П. Возняковский, А. В. Гарабаджиу Биологическая активность детонационных наноалмазов и перспективы их медико-биологического использования// Изв. РАН сер. Химическая (в печати) 30

Иммобилизация через диазосоединения 31

32

33

Методы алкилирования 34

35

36

Использование бифункциональных реагентов 37

38

39

40

Прочие способы Окисление полисахарида и иммобилизация фермента через альдегидную группу 41

Реакция замещения Носитель – модифицированная целлюлоза или силикагель 42

Для улучшения результата модифицируют не только носитель но и сам фермент, повышая содержание –SH групп реакцией со сложными эфирами имидов, содержащих меркаптогруппы 43

44

Иммобилизация ферментов сшивкой Бифункциональные реагенты для сшивки 45

Иммобилизация в липосомы 46

Многослойная липосома 1 - молекулы, растворимые в водном слое; 2 - молекулы, растворимые в липидном слое; 3 - молекулы, растворимые в водном слое с гидрофобными радикалами, проникающими в липидный слой. 47

Микрокапсулирование 48

Управление проницаемостью полииминоэтиленовой пленки на поверхности полистирольной капсулы с иммобилизованным ферментом 49

Иммобилизация в гель 50

51

Иммобилизация в мембранном реакторе 52

53

Методы иммобилизации микроорганизмов 54

Методы иммобилизации: l Связывание на жестком носителе l Включение в пространственную структуру без образования связей l Комбинированные методы Все то же самое только сшивка не производится 55

Носители l Носители практически те же за исключением наноматериалов, поскольку в случае микроорганизмов изза размеров клетки и носителя получается иммобилизация наноматериалов на клетке, а не клетки на наноматериале 56

Специфический для живых микроорганизмов метод иммобилизации l Живые микроорганизмы обладают способностью к росту в том числе в порах и на поверхности носителя. Это позволяет получать иммобилизованный цельноклеточный катализатор путем инкубации гранул носителя в среде с микроорганизмами. 57

Некоторые цельноклеточные биокатализаторы 58

Аппаратурное обеспечение процессов с участием иммобилизованных микроорганизмов и ферментов 59

Аппаратура l Насадочные реакторы l Блочные микроканальные реакторы l Реакторы кипящего слоя l Роторно-дисковые реакторы l Газлифтные реакторы l Мембранные реакторы 60

Пример технологической схемы с использованием иммобилизованных ферментов (топливный этанол) 61

Спасибо за внимание ! 62