Fermentlarning immobilizatsiyalash usullari

Fermentlarni immobilizatsiyalashning 2 ta usuli bor:
1. kimyoviy immobilizatsiya
2. fizikaviy immobilizatsiya
Fizikaviy immobilizatsiyada ferment tashuvchi bilan kimyoviy bog' orqali bog'lanmaydi. Fizikaviy immobilizatsiya ham o'z navbatida 4 usulda amalga oshiriladi:
fermentni erimaydigan tashuvchiga adsorbtsiyalash;
fermentni gel' g'ovaklariga kiritish;
ferment molekulasini yarim o'tkazgich membrana yordamida reaktsion muhitdan ajratib qo'yish;
fermentni ikki fazali muhitga kiritish; bunda ferment faqat bitta fazada joylashgan bo'ladi
Fermentlar immobilizatsiyasining fizikaviy usullari: a - erimaydigan tashuvchiga adsorbtsiyalash, b – gelga kiritish, c – yarim o'tkazgich membranaga kiritish, d – 2ta fazadan iborat muhitga kiritish.
Adsorbtsion immobilizatsiya ancha eski usul hisoblanadi. Bu usul dastlab 1916 yil amalga oshirilgan. Uni bajarish juda oson; fermentning suvli eritmasi adsorbent orqali o'tkaziladi.
39-rasm. Adsorbtsion immobilizatsiya.
Bunda ferment tashuvchiga ya'ni adsorbentga adsorbtsiyalanadi. Fermentning adsorbtsiyalanmay qolgan qismi yuvib tashlanadi.
Adsorbtsion immobilizatsiyaning afzalliklari:
ishlatiladigan tashuvchilar narhining arzonligi;
tashuvchiga istalgan shakl berish imkoniyati;
tashuvchi g'ovaklari o'lchamlarini o'zgartirish imkoniyati;
usulning soddaligi;
ferment tashuvchi g'ovaklari bilan spetsifik bog'lanadi, bu esa fermentni tozalanishiga ham sabab bo'ladi.
Adsorbtsion immobilizatsiyaning kamchiliklari:
ferment tashuvchi bilan mustahkam bog'lanmaydi;
tashuvchini tanlash bo'yicha umumiy ko'rsatma yoki qoida mavjud emas;
fermentni tashuvchiga adsorbtsiyalashning optimal sharoitlarini aniqlash qiyin.
Fermentni gelga kiritishda yuqorida zikr qilingan ayrim kamchiliklarni chetlab o'tish mumkin. Bu usul ham birmuncha oddiy. Ferment bir-biri bilan zich to'qilib gel' hosil qilgan polimer to'rga kiritiladi. Gel' ichida ferment polimer zanjirlarga vodorod va ion bog'lar bilan bog'lanadi. To'r zich bo'lgani uchun ferment uni o'rab turgan eritmaga chiqib ketolmaydi. Lekin substrat to'r ichkarisiga kira oladi.
Gelning polimer zanjirlari orasidagi bo'shliq suv bilan to'lib turadi. Masalan, akril kislotasi polimerlaridan hosil bo'lgan gellarda polimer konsentratsiyasi va uning tabiatiga qarab 50% dan 90%gacha suv bo'ladi. Fermentni gelga kiritishning 2 usuli bor:
ferment monomerning suvli eritmasiga solinadi, keyin polimerizatsiya reaktsiyasi o'tkaziladi, natijada tarkibida ferment saqlagan polimer gel' hosil bo'ladi (reaktsion muhitga ko'pincha bifunktsional «tikuvchi» agentlar ham qo'shiladi, ular polimer zanjirlarni bir-biriga bog'laydi va gel' molekulasida 3 qavatli to'r vujudga keladi);
ferment tayyor polimer eritmasiga solinadi, so'ngra polimer gelga aylantiriladi.
Gelga joylashtirilgan ferment molekulasi.
Fermentni gelga kiritish usuli yordamida istalgan geometrik shakldagi preparat tayyorlash mumkin. Ushbu usul yordamida nafaqat fermentlarni, balki poliferment sistemalar va hujayralarni ham immobilizatsiyalash imkoni mavjud. Bu esa gelga kiritish usulining universalligidan dalolat beradi. Gelga kiritilgan ferment barqaror bo'lib, bakteriyalar «hujumi»dan ham himoyalangan. Chunki bakteriyalar gelning mayda g'ovakli polimer to'ridan o'tolmaydi. Lekin gelning mayda g'ovaklari substrat uchun kichik bo'lib qolishi ehtimoli bor. Substrat ferment joylashgan katakchaga etib borolmasa, fermentativ reaktsiya sodir bo'lmaydi. Shuning uchun agar substrat yuqori molekulyar modda bo'lsa, immobilizatsiyaning bu turidan foydalanish to'g'ri bo'lmaydi.
Fermentlarni membranalar yordamida immobilizatsiylash printsipi uncha murakkab emas; fermentning suvli eritmasi substratning suvli eritmasidan yarim o'tkazgich membrana orqali ajratib qo'yiladi. Yarim o'tkazgich membrana g'ovaklaridan substrat oson o'tib ketadi. Ammo ferment molekulasi katta bo'lgani uchun substrat tomonga o'tolmaydi. Usulning samaradorligi yarim o'tkazgich membrana va uning tabiatiga bog'liq. Fermentning suvli eritmasini mahsus mikrokapsulaga kiritish ham mumkin. Mikrokapsula – devori yupqa polimerdan iborat sharsimon pufakcha.
Mikrokapsulalar.
Organik erituvchida erigan polimerga fermentning suvli eirtmasi aralashtirilsa, emulsiya hosil bo'ladi. Biroz vaqt o'tgandan so'ng polimerning organik eritmasi kichik-kichik sharchalar ko'rinishida qotib qoladi. Sharchalarning ichiga ferment joylahib olgan bo'ladi.
Organik erituvhchida eritilgan polimer o'rniga yuqori molekulyar massaga ega uglevodorodlardan ham foydalanish mumkin. Immobilizatsiyaning bu usuli fermentni suyuq membranaga kiritish usuli deyiladi. Bunda uglevodorod ferment molekulasini yarim o'tkazgich membrana sifatida qoplab oladi. Fermentlarni liposomaga va turli hil tolalarga kiritib immobilizatsiyalash ham suyuq membranaga kiritish usuliga taalluqlidir.
Immobilizatsiyada membranalardan foydalanish katta samara beradi. Fermentlarni membranalar yordamida immobilizatsiyalash tarkibida ko'p miqdorda ferment saqlagan preparatlar tayyorlash imkonini beradi. Fermentni suyuq membranaga kiritish usuli universal bo'lib, uni nafaqat fermentlarga, balki hujayralar, hujayra fragmentlariga ham qo'llash mumkin. Usulda ishlatilayotgan membranalar yupqa bo'lganligi uchun ferment substrat bilan oson bog'lanadi, fermentativ reaktsiya tezligi pasaymaydi. Usulning kamchiligi – yuqori molekulyar massaga ega substratlar membranaga joylashgan ferment bilan birikolmaydi. Natijada fermentativ reaktsiya ketmaydi.
Fermentlarni ikki fazali sistema orqali ham immobilizatsiyalasa bo'ladi. Ferment fazalarning faqat bittasida eriydi, fazalar oralig'ida esa substrat va reaktsiya mahsuloti bo'ladi. Mahsulot ferment erimaydigan fazaga yig'iladi. Mahsulot yig'ilgan faza muhitdan ajratib olinadi. Ferment erigan faza esa keyingi reaktsiya uchun olib qo'yiladi. Bu usulning boshqa usullardan afzalligi – yuqori molekulyar substratlarni parchalash imkoni borligi.
Kimyoviy immobilizatsiya tashuvchi va ferment orasida kovalent bog' hosil qilishga asoslanadi. Kimyoviy immobilizatsiya asosida olingan preparatlarning 2ta asosiy ustunligi bor:
-birinchidan, tashuvchi va ferment orasidagi kovalent bog' ularni bir-biri bilan mustahkam bog'lanishiga sabab bo'ladi, turli parametrlar, masalan, pH va temperatura keskin o'zgarganida ferment tashuvchidan desorbtsiyalanib ketmaydi (kimyoviy usulda immobilizatsiyalangan fermentlarning bu hususiyatlari tibbiyot va oziq-ovqat mahsulotlarini olishda, kimyoviy analizda juda muhim rol' o'ynaydi);
-ikkinchidan, kimyoviy usulda modifikatsiyalangan fermentning hossalari, masalan, spetsifikligi, katalitik faolligi, barqarorligi va h.k. o'zgaradi.
Kimyoviy immobilizatsiya san'at darajasiga ko'tarilgan usul bo'lib, uning muvaffaqqiyatli chiqishi tadqiqotchining mahoratiga bog'liq. Tadqiqotchining asosiy vazifasi – fermentning katalitik faolligini pasaytirmagan holda uning molekulasida yangi kovalent bog'lar hosil qilish.
Kimyoviy immobilizatsiya fizik usullarga nisbatan murakkab va qimmat. Shuning uchun biotexnologiya sanoatida ko'proq fizik immobilizatsiyadan foydalaniladi.
-rasm.. Fermentlarning kimyoviy immobilizatsiyalasi shemasi.
|