4.5 Основные понятия иммобилизации ферментов

Чтобы преодолеть описанные ранее недостатки процессов с ис- пользованием свободных ферментов, надо придумать способ удержан- ия ферментов в аппарате или легкий способ их выделения из реакцион- ной жидкости после завершения процесса.

58

1 - биореактор, 2- проточный мембранный модуль

Рисунок 18 - Схема мембранного биореактора с выносным модулем

Возможно отделение ферментов с помощью ультрафильтрации. Схема установки для проведения процесса биотрансформации с ульт- рафильтрационным выносным модулем представлена на рисунке 18. Реакционная жидкость может циркулировать через ультра- фильтрационный модуль, который задерживает выход фермента, не мешая выходу продукта. Получается непрерывный процесс, в который не требуется добавлять фермент. Этот способ, однако, тоже имеет не- достатки:

- мембранные установки часто выходят из строя, и при их ис- пользовании часть ферментов «проскакивает», а часть может «застре вать» на мембране, ухудшая фильтрацию, и, приводя к необратимой потере фермента;

- многие ферменты, будучи в свободном состоянии (растворенном в жидкости или в виде взвешенных коллоидных частиц), подвержены довольно быстрой инактивации, так что срок службы фермента не- большой и необходимость расходования свежего фермента, стоимость которого высока, сохраняется.

Поэтому такой путь совершенствования процессов биотрансфор- мации большого применения не нашел. Только если сам субстрат не- растворим или находится в коллоидном состоянии, применение подоб- ных систем имеет смысл.

В середине 1950-х годов возникла блестящая идея создания «не- растворимых», или «прикрепленных к матрице», или «связанных» фер- ментов, которые позднее стали называть иммобилизованными.

К этой идее и ее реализации имел отношение бывший президент

Израиля Э. Качальский-Катцир. Мы привыкли, что президентами ста-

59

новятся политики, хозяйственники, юристы. Но этот человек до своего избрания был ученым-биохимиком и после пребывания на президент- ском посту вернулся в науку и до своей смерти в 1995 г. возглавлял институт биотехнологии в Тель-Авиве. Термин иммобилизация проис- ходит от латинского слова «immobilis», что означает неподвижный.

Иммобилизация - это прикрепление фермента к некоторому не- растворимому носителю, причем таким образом, чтобы фермент мог обмениваться с раствором молекулами субстрата и продукта.

Легко можно оценить красоту этого способа. Во-первых, появ-

ляется простая возможность отделять и многократно использовать та- кой иммобилизованный фермент. Во-вторых, оказалось, что закреплен- ный фермент сохраняется в активном состоянии гораздо дольше, чем свободный, растворенный.