Enzim immobilizasyon yöntemlerine genel bakış

Bir önceki makalede, turunçgillerdeki acı maddelerin esas olarak naringin olduğunu ve naringinaz tarafından kademeli olarak glikoz ve naringenin'e ayrıştırılabildiğini ve nihayetinde acılaştırma amacına ulaştığını belirtmiştik. Gerçek üretim ve kullanım sürecinde, serbest enzimlerle karşılaştırıldığında, immobilize enzimler yalnızca daha yüksek katalitik verime ve daha iyi özgüllüğe sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda zorlu koşullara karşı direnci artırır ve enzimlerin hizmet ömrünü uzatır; aynı zamanda, immobilize enzimlerin reaksiyon ürününden ayrılması, üretim sürecini basitleştirmesi ve maliyeti düşürmesi uygundur. Bu nedenle, burada yaygın enzimlerin immobilizasyon yöntemlerine kısa bir giriş yapılmaktadır.

 

İmmobilize enzim, suda çözünmezlik oluşturmak için belirli bir taşıyıcı üzerine sabitlenen ve hala katalitik özelliklere sahip olan bir enzimi ifade eder. 1954 gibi erken bir tarihte Glubhofer ve Schleith, immobilize enzimler hazırlamak amacıyla pepsin ve karboksipeptidazın immobilizasyonu için polistiren reçineyi modifiye etmek üzere diazo yöntemini kullanmıştır. Daha sonra 1969 yılında Japon bilim adamı Chi Yanichiro, ilk kez sürekli L-amino asit üretimini gerçekleştirmek için immobilize asillenmiş amino asit kullandı ve bu da enzim mühendisliğinde immobilizasyon teknolojisinin hızlı gelişimini teşvik etti. İmmobilize enzimler ortaya çıktığında, birçok farklı isim vardı, ancak 1971'deki ilk Uluslararası Enzim Mühendisliği Konferansı'nda, uygun bir terim olarak "immobilize enzimler" kullanılması resmen önerildi. Enzim katalizli reaksiyon hafif koşullara, yüksek katalitik verimliliğe ve yüksek özgüllüğe sahiptir. Aynı zamanda, enzimin bozunması kolaydır ve çevre dostudur. İmmobilize enzim sadece enzimin bu özelliklerini korumakla kalmaz, aynı zamanda serbest enzimlerin sahip olması zor olan birçok özelliğe de sahiptir, örneğin ① reaksiyon sisteminden ayrılması kolaydır; ② geri dönüşüm için geri dönüştürülebilir; ③ zorlu koşullar altında enzimin stabilitesini arttırır; ④ Sulu olmayan fazda enzim katalizini gerçekleştirebilir; ⑤ Sürekli reaksiyona sahip çok enzimli bir sistem üretebilir. İmmobilize enzimler tıp, gıda, çevre koruma vb. alanlarda önemli uygulama değerine sahip olabileceğinden, son yıllarda akademisyenlerin dikkatini çekmiş ve endüstride birçok uygulamaya sahip olmuştur.

 

Yaygın enzim immobilizasyon yöntemleri temel olarak adsorpsiyon yöntemi, gömme yöntemi, çapraz bağlama yöntemi ve kovalent bağlama yöntemini içerir. İlk ikisi fiziksel yönteme, son ikisi ise kimyasal yönteme aittir. Enzimi immobilize etmek için bu yöntemlerin prensibi Şekil 1'de gösterilmiştir.

 

Şekil 1 Enzimi immobilize etme yöntemi

1 Adsorpsiyon yöntemi

Adsorpsiyon yöntemi, taşıyıcının enzime yüzey adsorpsiyonu yoluyla veya fiziksel adsorpsiyon ve iyon adsorpsiyonu dahil olmak üzere taşıyıcı ile enzim arasındaki pozitif ve negatif yük etkileşimi yoluyla immobilizasyonu tamamlamak için kullanılan bir yöntemdir.

• fiziksel adsorpsiyon

Fiziksel adsorpsiyon yöntemi, taşıyıcının enzim üzerindeki adsorpsiyon etkisini kullanarak enzimi taşıyıcının yüzeyine sabitleme yöntemidir. Yöntemin kullanımı basittir, modifikasyon ve aktivasyon gerektirmez ve enzimin aktif merkezi iyi korunur, ancak bağlanma kuvveti düşüktür ve kuvveti esas olarak moleküller arası kuvvet ve yüzey gerilimidir. Enzim immobilizasyonu için yaygın olarak kullanılan adsorbanlar arasında aktif karbon, grafen, diyatomlu toprak ve güçlü su emme kapasitesine sahip suda çözünmeyen diğer adsorbanlar bulunur. Zhao ve arkadaşları, glukoz oksidaz ve glukoamilazı birlikte immobilize ederek immobilize kompozit enzim hazırlamak için taşıyıcı olarak indirgenmiş grafen oksit kullanmışlardır.

• iyon adsorpsiyonu

İyon adsorpsiyon yöntemi, taşıyıcı ve enzim arasındaki pozitif ve negatif yük etkileşimi yoluyla enzimi immobilize etme yöntemidir. Yöntemin hafif hazırlama koşulları vardır ve enzim aktivitesinin kaybedilmesi kolay değildir, ancak bağlanma kuvveti de zayıftır ve düşmesi kolaydır. Mateo ve arkadaşları sırasıyla lipaz, β-galaktozidaz ve amino asit oksidazı sabitlemek için yeni bir iyon değiştirici reçine türü hazırlamıştır. PH 7.0 ve 4 ℃ koşulları altında, enzim birkaç dakika içinde adsorpsiyon doygunluğuna ulaşabilir ve enzim aktivitesi geri kazanım oranı 100%'ye kadar çıkarak iyi bir immobilizasyon etkisi gösterir.

2 Gömme yöntemi

Gömme yöntemi, enzimin gözenekli bir malzemeye gömüldüğü bir yöntemdir ve jel gömme yöntemi ile yarı geçirgen membran gömme yöntemini içerir. Jel gömme yöntemi, enzimin jelin iç ağ yapısına gömüldüğü bir sabitleme yöntemidir (Şekil 1B-a). Zhang Shuxiang ve diğerleri, düşük konsantrasyonlu kağıt yapımı atık suyunu arıtmak için fungal lakkazı gömmek üzere sodyum aljinat kullanmışlardır. Enzim aktivitesinin maksimum geri kazanım oranı 48% idi ve enzim aktivitesi 8 çalıştırmadan sonra 64% olarak kaldı. Yarı geçirgen membran gömme yöntemi, enzimleri yüksek moleküler polimerlerden yapılmış yarı geçirgen bir membrana immobilize etme yöntemidir (Şekil 1B-b). Bu yöntem de kimyasal modifikasyon gerektirmez ve enzimin aktivitesini etkilemez, ancak membranın boyutunu kontrol etmek kolay değildir. Enzim sızıntısı olmadan reaktanların ve ürünlerin serbest giriş ve çıkışını kontrol ederken enzim aktivitesini korumak zordur. Bu nedenle, bu yöntem pratik kullanımda genellikle diğer yöntemlerle birleştirilir. Rilling P ve arkadaşları, protein moleküllerini bir mikrokapsül içinde bir arada immobilize etmek için bir taşıyıcı kullanmış, bu da sadece immobilize enzimin stabilitesini artırmakla kalmamış, aynı zamanda özelliklerini de geliştirmiştir.

3 Çapraz bağlama yöntemi

Çapraz bağlama yöntemi, enzim moleküllerinin iki işlevli veya çok işlevli reaktifler kullanılarak birbirleriyle çapraz bağlandığı ve enzim molekülleri ile reaktiflerin kovalent bir bağ oluşturduğu ve sabitlendiği bir yöntemdir. Bu yöntemle hazırlanan immobilize enzim iyi bir stabiliteye sahiptir, ancak enzimin amino, sülfhidril, imidazolil vb. gibi bazı grupları çapraz bağlanma reaksiyonuna katılabilir. Seçilen çapraz bağlama maddesi ve fonksiyonel grup uygun değilse, enzimin aktif merkezinin yapısı bozulabilir ve bu da enzim aktivitesinde ciddi bir kayıpla sonuçlanabilir, bu nedenle bu yöntem genellikle diğer yöntemlerle birleştirilir. Li Xiaojing ve diğerleri önce pepsini sodyum aljinat çözeltisi ile kapsüllemiş, ardından belirli bir konsantrasyonda kitosan ve CaCl içeren bir çözeltiye damla damla eklemişlerdir.₂ immobilize enzim mikroküreleri elde etmek için, daha sonra immobilize pepsin elde etmek için çapraz bağlama için belirli bir miktarda glutaraldehit eklenmiştir. Bu yöntemle hem iyi operasyonel kararlılığa hem de termal kararlılığa sahip immobilize bir enzim elde edilmiştir.

4 Kovalent birleştirme yöntemi

Kovalent bağlama yöntemi (kovalent bağlama yöntemi olarak da bilinir), enzim ile taşıyıcı arasında kovalent bir bağ oluşturarak enzimi immobilize etme yöntemidir (Şekil 2'de gösterildiği gibi).

Şekil 2 Kovalent bağlama yöntemi ile immobilize edilmiş enzim, A-aktif amino asit kalıntısı; B-taşıyıcı üzerindeki bağlayıcı grup; C-taşıyıcı.

Kovalent bağlama yöntemleri genellikle üç tip içerir: (1) taşıyıcı modifiye edilir ve aktive edilir ve ardından enzim molekülüne kovalent olarak bağlanır; (2) taşıyıcı ve enzim molekülü bir bağlama maddesi aracılığıyla kovalent olarak bağlanır; (3) enzim molekülü aktivasyondan sonra modifiye edilir, taşıyıcı ile birleştirilir. Bunlar arasında birinci tip daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Amino, epoksi vb. gibi belirli aktif grupları enzim molekülünün aktif kalıntısına (amino, karboksil, hidroksil vb. gibi) bağlamak için taşıyıcı aktive edildikten sonra, enzim immobilize edilir. Bu yöntem adsorpsiyon yöntemine göre çok daha güvenilirdir. Aynı zamanda, taşıyıcı genellikle daha büyük olduğu için, enzim üzerindeki reaksiyona dahil olan amino asit kalıntıları genellikle enzimin çevresinde maruz kalanlardır ve enzimin aktif merkezi üzerindeki etki nispeten küçüktür. Bu, enzimleri immobilize etmek için mükemmel bir yöntemdir. Yan Keliang ve diğerleri, pektinazı immobilize etmek için aminosilanize manyetik nanopartiküller kullanmış ve immobilizasyon oranı ve enzim aktivitesi geri kazanım oranı sırasıyla 44.44% ve 40.86% olarak gerçekleşerek iyi bir immobilizasyon etkisi elde etmişlerdir. Bir sonraki makale, manyetik biyopolimer mikroküreler hazırlamanın farklı yöntemlerini ayrıntılı olarak tanıtmaya devam edecektir.

Şimdi Bize Ulaşın!

Fiyata ihtiyacınız varsa, lütfen aşağıdaki forma iletişim bilgilerinizi doldurun, genellikle 24 saat içinde sizinle iletişime geçeceğiz. Bana e-posta da gönderebilirsiniz info@longchangchemical.com Çalışma saatleri içinde (8:30 - 6:00 UTC+8 Pzt.~Sat.) veya hızlı yanıt almak için web sitesi canlı sohbetini kullanın.

Bileşik Glukoamilaz	9032-08-0
Pullulanase	9075-68-7
Ksilanaz	37278-89-0
Selülaz	9012-54-8
Naringinaz	9068-31-9
β-Amilaz	9000-91-3
Glikoz oksidaz	9001-37-0
Alfa-Amilaz	9000-90-2
Pektinaz	9032-75-1
Peroksidaz	9003-99-0
Lipaz	9001-62-1
Katalaz	9001-05-2
TANNASE	9025-71-2
Elastaz	39445-21-1
Urease	9002-13-5
DEXTRANASE	9025-70-1
L-Laktik dehidrojenaz	9001-60-9
Dehidrojenaz malat	9001-64-3
Kolesterol oksidaz	9028-76-6