HETEROGÉN FÁZISÚ ENZIMES REAKCIÓK

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "HETEROGÉN FÁZISÚ ENZIMES REAKCIÓK"

Barnabás Juhász
6 évvel ezelőtt
Látták:

HETEROGÉN FÁZISÚ ENZIMES REAKCIÓK HOMOGÉN ENZIMES REAKCIÓK: Előnyök: a rendszer homogenitása, az enzim - izolálásán kívül előkészítést nem igényel.

1 HETEROGÉN FÁZISÚ ENZIMES REAKCIÓK HOMOGÉN ENZIMES REAKCIÓK: Előnyök: a rendszer homogenitása, az enzim - izolálásán kívül előkészítést nem igényel. Gazdasági hátrányok: Az enzimek drágák, 1-10 $/mg Csak egyszer használhatók fel, a reakció után elvesznek, illetve kinyerésük a reakcióelegyből bonyolult és drága. Technológiai hátrány: szennyezik a terméket, tisztítását nehezítik. 1 Az enzim immobilizáció története Nelson és Griffin 1916 ban véletlenül fedezte fel, hogy az élesztő invertáza aktív szénen adszorbeálódott, de megőrizte az aktivitását a szaharóz hidrolízisében. Ipari gyakorlattá, illetve kereskedelmivé akkor vált, amikor Grubhofer és Schleith egy sor enzimet rögzítettek: karboxipeptidázt, diasztázt, pepszint és ribonukleázt. Ezeket diazotálással kötötték poli-aminosztirol gyantára kovalens kötéssel. Az első ipari alkalmazás Chibata nevéhez fűződik, 1969-ben aminoacilázt rögzített DEAE Sephadex-re ionosan és ezt N- acyl-d,l-aminosav rezolválására használták. 2 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 1

Az enzim rögzítés módszerei 3 Kémiai módszerek Kovalens kötés a reakció szempontjából nem-esszenciális aminosav-oldallánc és egy vízben nem oldódó, funkciós csoporttal ellátott hordozó mátrix között:

2 Az enzim rögzítés módszerei 3 Kémiai módszerek Kovalens kötés a reakció szempontjából nem-esszenciális aminosav-oldallánc és egy vízben nem oldódó, funkciós csoporttal ellátott hordozó mátrix között: X + E E + X Hordozó: természetes polimer: agar, agaróz, kitin, cellulóz, kollagén,..., szintetikus polimer: poliuretán, polisztirol, nylon,..., szervetlen hordozók: üveg, alumínium, szilikagél, magnetit,... 4 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 2

3 Kémiai módszerek Kovalens kötés kialakítása: szabad α- vagy ω-cooh, α- vagyω-nh 2 csoportok fenil, -OH, -SH vagy imidazol csoportok Lépések: 1. a hordozó aktiválása: KAR és -X (reaktív csoport) felvitele, 2. a kovalens kötés létrehozása az enzim és az aktivált hordozó között. Az aktív centrum védelme: szubsztrát vagy analóg jelenléte 5 Kémiai módszerek: brómcián 6 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 3

4 Kémiai módszerek: rögzítés üvegfelületre tiocianát Tioszénsavdiamid=tiokarbamidszármazék 7 Kémiai módszerek: bifunkciós kötés 8 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 4

5 Kémiai módszerek: keresztkötések létrehozása 9 Kémiai módszerek: keresztkötések létrehozása Rendszerint inert fehérjével együtt immobilizálják (hordozó) (zselatin, albumin, kollagén, tojásfehérje). 10 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 5

CLEC: cross-linked enzyme crystals Purine nucleoside

Scanning electron microscopic view of CLEC laccase Surface

456 (m 2 /g) 11 CLEA: cross-linked enzyme aggregation CLEA:

Kombinálja a tisztítást és a rögzítést Glutáraldehid, de.

dextrán-polialhehid Előnyei: Egyszerű és sokféle enzimhez

preparátumokkal is végrehajtható Stabilitás hővel, szerves

6 CLEC: cross-linked enzyme crystals Purine nucleoside phosphorylase (PNP) Cross-linked Enzyme crystal of PNP Scanning electron microscopic view of CLEC laccase Surface area (m 2 /g) 11 CLEA: cross-linked enzyme aggregation CLEA: precipitáció ((NH 4 ) 2 SO 4 vagy BuOH) + keresztkötés Kombinálja a tisztítást és a rögzítést Glutáraldehid, de. lehet pl. dextrán-polialhehid Előnyei: Egyszerű és sokféle enzimhez megfelelő módszer Tiszta és nem tisztított enzim preparátumokkal is végrehajtható Stabilitás hővel, szerves oldószerekkel és proteolízissel szemben Nem oldódik vizes környezetben (nem vész el kioldással az aktivitása) Combi CLEA: két vagy több enzim együtt immobilizálása 12 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 6

7 A kémiai kötés esetleges hatásai 13 FIZIKAI MÓDSZEREK 1. ADSZORPCIÓ (ioncserélőn nem specifikus, könnyen leválik (ph)) 2. GÉLBE ZÁRÁS 3. MIKROKAPSZULÁZÁS 4. MEMBRÁN MÖGÉ ZÁRÁS 14 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 7

8 Fizikai módszerek: gélbe zárás Alginát: β-mannuronsav-(1 4)-α-guluronsav polimer. Hidrofil, kolloid, egyenes láncú polimer, algákból. Alginát képzés: 15 Fizikai módszerek: poli-akrilamid gélbe zárás 16 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 8

9 Fizikai módszerek: mikrokapszulázás Szerves fázis M 1 M 1 M 1 M 1 E M 2 VIZES FÁZIS M 2 E E Szerves fázis E M 2 M 2 E M 1 POLIMER HÉJ NAGY FELÜLET 2500 cm 2 /cm 3 17 Fizikai módszerek: ultraszűrő membránok 18 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 9

Rögzített enzimek kinetikája REAKCIÓ E+S 19 Rögzített enzimek Oldott enzimek Előnyök Hátrányok Rögzített enzimek Előnyök Hátrányok * Homogén rendszer * Előkészítés nincs * Csak reakció-rezsim van *

10 Rögzített enzimek kinetikája REAKCIÓ E+S 19 Rögzített enzimek Oldott enzimek Előnyök Hátrányok Rögzített enzimek Előnyök Hátrányok * Homogén rendszer * Előkészítés nincs * Csak reakció-rezsim van * Drágák $/mg * Elvesznek * A terméket szennyezik * Csak szakaszos technológia * nem szennyezik a terméket * Könnyen elválaszthatók * Újrafelhasználási lehetőség * Folytonos technológia is...általános előnyei * Könnyű terminálás * Stabilabb lehet * a rögzítés költséges (előkészítés) * Csökken az enzim aktivitása * Diffúziós gát (transzport-rezsim is) 20 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 10

11 Szakaszos reaktor STR Folytonos reaktor recirkulációval CSTR Töltött oszlop reaktor PFR Töltött oszlop reaktor recirkulációval PFR Fludidágyas reaktor Folytonos reaktor CSTR 21 Rögzített enzimek Aminoaciláz Glükóz izomeráz Penicillin amidáz β-galaktozidáz Lipáz Nitril-hidratáz Aszpartáz D,L-aminosavak reszolválása Glükóz fruktóz konverzió Penicillin oldallánc csere Tejcukor hidrolízise (savó) Zsírok elszappanosítása Akrilnitril akrilamid L-aszparaginsav előállítása 22 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 11

12 Enzimelektródok: amperometria Ez voltaképpen egy oldott oxigén mérő elektród, amelyre a membránok közé glükóz-oxidázt és katalázt rögzítettek. A két enzim által termelt oxigént méri amperometriásan az elektróda. i 23 Enzimelektródok: potenciometria Lipid + víz Glicerin + zsírsav +H + 24 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 12

Enzimelektródok: elektronátadás Ha az enzimes reakció során elektronátmenet történik (NAD-, FAD-mediált reakciók), az elektronátadás közvetlenül mérhető jellé

b) Transducer - detects the occurrence of the reaction and converts it into an electrical signal. c) Amplifier - amplifies the usually tiny signal to a useable level.

13 Enzimelektródok: elektronátadás Ha az enzimes reakció során elektronátmenet történik (NAD-, FAD-mediált reakciók), az elektronátadás közvetlenül mérhető jellé alakítható: mediátor 25 BIOSZENZOR a) Biocatalyst - converts the analyte into product. b) Transducer - detects the occurrence of the reaction and converts it into an electrical signal. c) Amplifier - amplifies the usually tiny signal to a useable level. d) Microprocessor - signal is digitised and stored for further processing, e.g. integration, derivatisation, etc. e) Display - usually need a real-time display of the analyte concentration. 26 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 13

Hasonló dokumentumok

HETEROGÉN FÁZISÚ ENZIMES REAKCIÓK HOMOGÉN ENZIMES REAKCIÓK ELŐNYÖK/HÁTRÁNYOK

HETEROGÉN FÁZISÚ ENZIMES REAKCIÓK HOMOGÉN ENZIMES REAKCIÓK ELŐNYÖK/HÁTRÁNYOK El ny a rendszer homogenitása, az enzim - izolálásán kívül el készítést nem igényel. Gazdasági hátrányok: Az enzimek drágák,