4월 14, 2021 롱창케미칼

효소 고정화 방법 개요

이전 기사에서 감귤류의 쓴 물질은 주로 나린진이며, 나린지나제에 의해 점차 포도당과 나린게닌으로 분해되어 마침내 디비터링의 목적을 달성할 수 있다고 언급했습니다. 실제 생산 및 사용 과정에서 유리 효소에 비해 고정화 효소는 촉매 효율이 높고 특이성이 우수할 뿐만 아니라 열악한 조건에 대한 저항성을 높이고 효소의 수명을 연장하는 동시에 고정화 효소는 반응 생성물에서 분리하고 생산 공정을 단순화하며 비용을 절감하는 것이 편리합니다. 따라서 여기에서는 일반적인 효소의 고정화 방법에 대해 간략하게 소개합니다.

 

고정화 효소는 특정 담체에 고정되어 불용성을 형성하고 여전히 촉매 특성을 갖는 효소를 말합니다. 1954년 초, 글루브호퍼와 슐리스는 펩신과 카복시펩티다아제의 고정화를 위해 폴리스티렌 수지를 변형하는 디아조 방법을 사용하여 고정화 효소를 제조했습니다. 그 후 1969년 일본의 과학자 치 야니치로가 고정화 아실화 아미노산을 사용하여 처음으로 L-아미노산의 연속 생산을 실현하여 효소 공학에서 고정화 기술의 급속한 발전을 촉진했습니다. 고정화 효소가 등장했을 당시에는 여러 가지 명칭이 있었지만 1971년 제1회 국제 효소 공학 회의에서 '고정화 효소'를 적절한 용어로 사용하는 것이 공식적으로 제안되었습니다. 효소 촉매 반응은 온화한 조건, 높은 촉매 효율, 높은 특이성을 가지고 있습니다. 동시에 효소는 분해가 쉽고 환경 친화적입니다. 고정화 효소는 이러한 효소의 특성을 유지할 뿐만 아니라 다음과 같이 유리 효소가 갖기 어려운 많은 특성을 가지고 있습니다: 반응 시스템에서 분리하기 쉽고, ② 재활용이 가능하며, ③ 열악한 조건에서 효소의 안정성을 향상시키고, ④ 비수성 상에서 효소 촉매를 실현할 수 있으며, ⑤ 연속 반응이 가능한 다중 효소 시스템을 생산할 수 있습니다. 고정화 효소는 의학, 식품, 환경 보호 등의 분야에서 중요한 응용 가치를 가질 수 있기 때문에 최근 몇 년 동안 학자들의 관심을 끌었으며 산업에서 많은 응용 분야를 가지고 있습니다.

 

일반적인 효소 고정화 방법에는 주로 흡착 방법, 임베딩 방법, 가교 방법 및 공유 결합 방법이 포함됩니다. 앞의 두 가지 방법은 물리적 방법에 속하고 후자의 두 가지 방법은 화학적 방법에 속합니다. 이러한 효소 고정화 방법의 원리는 그림 1에 나와 있습니다.

 

그림 1 효소 고정화 방법

1 흡착 방법

흡착법은 담체가 효소에 표면 흡착하거나 담체와 효소 간의 양전하 및 음전하 상호작용을 통해 고정화를 완료하는 방법으로 물리적 흡착, 이온 흡착 등이 있습니다.

  • 물리적 흡착

물리적 흡착법은 효소에 대한 담체의 흡착 효과를 사용하여 효소를 담체 표면에 고정하는 방법입니다. 이 방법은 작동이 간단하고 수정 및 활성화가 필요하지 않으며 효소의 활성 중심은 잘 보존되지만 결합력이 낮고 그 힘은 주로 분자 간 힘과 표면 장력입니다. 효소 고정화에 일반적으로 사용되는 흡착제에는 활성탄, 그래핀, 규조토 및 기타 강력한 수분 흡수 능력을 가진 기타 비수용성 흡착제가 포함됩니다. Zhao 등은 환원된 산화 그래핀을 담체로 사용하여 포도당 산화 효소와 글루코아밀라아제를 공동 고정하여 고정된 복합 효소를 제조했습니다.

  • 이온 흡착

이온 흡착법은 담체와 효소 사이의 양전하 및 음전하 상호 작용을 통해 효소를 고정하는 방법입니다. 이 방법은 준비 조건이 온화하고 효소 활성이 손실되기 쉽지 않지만 결합력도 약하고 떨어지기 쉽습니다. 마테오 등은 리파아제, β- 갈락토시다아제 및 아미노산 산화 효소를 각각 고정하기 위해 새로운 유형의 이온 교환 수지를 준비했습니다. pH 7.0 및 4 ℃의 조건에서 효소는 몇 분 내에 흡착 포화에 도달 할 수 있으며 효소 활성 회수율은 최대 100%에 도달하여 우수한 고정 효과를 보여줍니다.

2 임베딩 방법

임베딩 방식은 효소를 다공성 물질에 매립하는 방식으로 겔 임베딩 방식과 반투과성 막 임베딩 방식이 있습니다. 겔 임베딩 방법은 효소가 겔의 내부 네트워크 구조에 내장되는 고정 방법입니다(그림 1B-a). 장슈샹 등은 알긴산나트륨을 사용하여 저농도 제지 폐수를 처리하기 위해 곰팡이 락케이스를 매립했습니다. 효소 활성의 최대 회수율은 48%였으며, 8회 실행 후에도 효소 활성은 64%를 유지했습니다. 반투과성 막 삽입법은 고분자 폴리머로 만든 반투과성 막에 효소를 고정시키는 방법입니다(그림 1B-b). 이 방법도 화학적 변형이 필요하지 않고 효소의 활성에 영향을 미치지 않지만 막의 크기를 조절하기가 쉽지 않습니다. 효소 누출 없이 반응물과 생성물의 자유로운 출입을 제어하면서 효소 활성을 유지하기가 어렵습니다. 따라서 이 방법은 일반적으로 실제 사용 시 다른 방법과 결합됩니다. Rilling P 등은 담체를 사용하여 단백질 분자를 마이크로캡슐에 함께 고정시켜 고정된 효소의 안정성을 높일 뿐만 아니라 그 특성도 향상시켰습니다.

3 교차 연결 방법

가교법은 이중 기능 또는 다기능 시약을 사용하여 효소 분자를 서로 가교하고 효소 분자와 시약이 공유 결합을 형성하여 고정하는 방법입니다. 이 방법으로 제조 된 고정화 효소는 안정성이 우수하지만 아미노, 설프 히 드릴, 이미 다 졸릴 등과 같은 효소의 일부 그룹이 가교 반응에 참여할 수 있습니다. 선택한 가교제와 작용기가 적절하지 않으면 효소의 활성 중심 구조가 파괴되어 효소 활성의 심각한 손실을 초래할 수 있으므로이 방법은 일반적으로 다른 방법과 결합됩니다. 리 샤오징과 다른 사람들은 먼저 펩신을 알긴산나트륨 용액으로 캡슐화한 다음 특정 농도의 키토산과 CaCl을 함유한 용액에 한 방울씩 첨가했습니다.2 를 사용하여 고정화된 효소 마이크로스피어를 얻은 다음 가교를 위해 일정량의 글루타르알데히드를 첨가하여 고정화된 펩신을 얻었습니다. 이 방법을 통해 작동 안정성과 열 안정성이 모두 우수한 고정화 효소를 얻었습니다.

4 공유 결합 방식

공유 결합법(공유 결합법이라고도 함)은 효소와 담체 사이에 공유 결합을 형성하여 효소를 고정하는 방법입니다(그림 2 참조).

그림 2 공유 결합 방법에 의한 고정화 효소, A-활성 아미노산 잔기, 담체의 B-결합기, C-담체.

공유 결합 방법에는 일반적으로 (1) 캐리어를 변형 및 활성화한 다음 효소 분자에 공유 결합, (2) 캐리어와 효소 분자가 결합제를 통해 공유 결합, (3) 활성화 후 효소 분자가 변형되어 캐리어와 결합하는 세 가지 유형이 있습니다. 그중 첫 번째 유형이 더 일반적으로 사용됩니다. 담체를 활성화하여 아미노, 에폭시 등과 같은 특정 활성기를 효소 분자의 활성 잔류물(예: 아미노, 카르복실, 하이드 록실 등)에 연결한 후 효소를 고정합니다. 이 방법은 흡착 방법보다 훨씬 더 안정적입니다. 동시에 캐리어가 일반적으로 더 크기 때문에 효소 반응에 관여하는 아미노산 잔기는 일반적으로 효소 주변에 노출 된 아미노산 잔기이며 효소의 활성 중심에 미치는 영향은 상대적으로 작습니다. 이것은 효소를 고정하는 훌륭한 방법입니다. 얀 켈리앙 등은 아미노 실란화 자성 나노 입자를 사용하여 펙티나아제를 고정화했으며, 고정화 속도와 효소 활성 회수율은 각각 44.44%와 40.86%로 우수한 고정화 효과를 달성했습니다. 다음 기사에서는 자성 생체 고분자 마이크로스피어를 제조하는 다양한 방법에 대해 자세히 소개할 예정입니다.

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