Иммобилизация

Физическое разделение биообъекта (клетка, фермент) и растворителя, то есть биообъект закреплен на нерастворимом носителе, а субстрат и продукты свободно обмениваются между биообъектом и  растворителем. Иммобилизация ферментов (ИФ) – это перевод их в нерастворимое состояние с сохранением ( частичным или

полным) каталитической активности.

ИФ имеют преимущества:
1. ферменты представляют собой гетерогенные катализаторы, легко отделяющиеся от реакционной среды;
2. Могут использоваться многократно;
3.Обеспечивают непрерывность каталитического процесса.иммобилизация ведёт к изменению свойств фермента:
- Субстрактной специфичности;
- Устойчивости;
- Зависимости активности от параметров среды.
Иммобилизованные клетки имеют ряд преимуществ:

1.отсутствие затрат на выделение и очистку ферментов;

2.снижение затрат на выделение и очистку продуктов реакции;

3.более высокая активность и стабильность;

4.возможность создания непрерывных и полунепрерывных автоматизированных процессов;

5.способность к длительному функционированию полиферментных систем без экзогенных кофакторов.

В настоящее время в мире разработаны крупномасштабные производства с использованием ИФ и клеток:

1. Получение глюкозофруктозных сиропов.

2. Получение оптически активных L-аминокислот из их раце-

мических смесей.

3. Синтез L-аспарагиновой кислоты из фумарата аммония.

4. Синтез L-аланина из L-аспарагиновой кислоты.

5. Синтез L-яблочной кислоты из фумаровой кислоты.

6. Получение безлактозного молока.

7. Получение Сахаров из молочной сыворотки.

8. Получение 6-аминопенициллановой кислоты.

примером процесса, в котором  используются ИФ, является производство кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы. Он широко используется в США и Японии в качестве подсластителя, например, во фруктовых напитках, так как он значительно дешевле сахарозы. Сироп готовят из относительно дешевого источника углеводов - крахмала, получаемого из кочерыжек кукурузных початков. Процесс осуществляется с участием трех ферментов. Сначала получают крахмальную массу путем растирания кукурузы, затем две амилазы превращают крахмал в сироп. Обесцвеченный и сконцентрированный сироп добавляют в различные пищевые продукты и напитки. С помощью фермента глюкоизомеразы можно превратить этот сироп в смесь, содержащую равные количества глюкозы и фруктозы. Для этого сироп пропускают через колонку, в которой содержится фермент, иммобилизованный путем адсорбции на целлюлозном ионообменнике. Активность фермента со временем постепенно снижается, поэтому используют несколько колонок, работающих одновременно. Фруктоза слаще глюкозы, Это означает, что, используя кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы, можно получить такой же сладкий продукт как с глюкозой, но с меньшим количеством калорий. Ежегодно в США производится около 4 млн. тонн сиропа.

Первым ИФ, примененным в промыш масштабе, была аминоацилаза. Она была использована в Японии в 1969 г. для производства аминокислот, добавляемых в корм животных.

Каждая молекула аминокислоты может существовать в двух формах, Эти формы называются оптическими изомерами и являются право- и левовращающими формами,  D- и L-формами . Все существующие в природе аминокислоты являются L-аминокислотами.  Проще получить аминокислоты путем химического синтеза, чем выделять их из клеток, однако синтезированные аминокислоты образуются в виде смеси равных количеств D- и L-изомеров. Проблема получения L- аминокислот решается с помощью ферментов, специфически катализирующих превращения только одной из форм.