Ферменттерді иммобилиздеу әдістері

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 26 бет
Таңдаулыға:

Қaзaқстaн Pеспубликaсы білім және ғылым министpлігі

Л.Н.Гумилев aтындaғы Еуpaзия Ұлттық Унивеpситеті

5В070100 - Биотехнология мaмaндығы бойыншa
Иммобилизденген клеткалар мен ферменттер пәнінен

Ферменттерді иммобилиздеу әдістері тaқыpыбына

КУРСТЫҚ ЖҰМЫС

Оpындaғaн: Бт-35 тобының студенті Тлеубек Айым

Тексерген: б.ғ.к., доцент м.а. К.М. Аубакирова

Aстaнa, 2017

Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

Биотехнология және микробиология кафедрасы

Пәні Иммобилизденген клеткалар мен ферменттер

БЕКІТЕМІН
Кафедра меңгерушісі

_______ Омаров Р.Т.
2017 ж.

Тлеубек Айым В3-7010005
(студенттің аты-жөні, тобы)

курстық жұмысына
ТАПСЫРМА

Курстық жұмыс тақырыбы: Ферменттерді иммобилиздеу әдістері Мақсаты: Ферменттерді иммобилиздеу жөнінде толық мағлұмат алу, ферменттерді иммобилизациялау әдістеріне тоқталып, олардың қолданылуы және тәжірибелік маңызы туралы баяндау.
Курстық жұмыс көлемі: Курстық жұмыс дербес компьютерде басылған 27 бет мәтінде баяндалған, кіріспе, әдеби шолу, негізгі бөлім, қорытынды және пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады, онда 5 кесте, 3 сурет бар.
Курстық жұмысты дайындығын жетекшіге тексерту мерзімі:
а) курстық жұмысты дайындау және жинақталған мәліметтер бойынша тексеру 20 желтоқсан 2017 ж дейін.
б) курстық жұмысты жазылу барысын тексеру 27 желтоқсан 2017 ж дейін.

Курстық жұмысты тапсыру мерзімі - 27 желтоқсан 2017 ж.
Курстық жұмыс жетекшісі: __________________Аубакирова К.М.
______ желтоқсан 2017 ж.

Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
Қысқартылған сөздер мен белгілер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6
1. Ферменттер туралы жалпы түсінік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .7
1.1 Иммобилизденген ферменттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...8
1.2 Иммобилиздеу әдістеріне қойылатын негізгі талаптар ... ... ... ... ... 11
1.3 Иммобилизденген ферменттердің артықшылықтары ... ... ... ... ... . ...12
1.4 Иммобилизленген ферменттерді қолдану ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...14
1.5 Ферменттерді иммобилизациялау әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..17
2. Адсорбция және ковалентті байланыстыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .19
2.1 Аффинді тасымалдағыштар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..20
2.2 Адсорбцияланған және ковалентті байланысқан ферменттердің қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
2.3 Тасымалдағыштарды максимальды жүктеу ... ... ... ... ... ... ... ... ..2 2
3. Ферменттерді металохиллаттық әдіспен иммобилизациялау ... ... ... ... ... ... 22
4. Ферменттерді гельге қосу әдісі ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...23
5. Микрокапсуляциялау әдісі арқылы ферменттерді иммобилизациялау ... ...23
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 26
Пайдаланылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...27

Кіріспе
Биотехнология соңғы он жылдықта қарқынды дамушы ғылыми салалардың бірі болып табылады. Биотехнологияның қазіргі кезде атқаратын шешуші мәселелеріне биологиялық жүйелер ( ферменттер, органелалар, клеткалар, ұлпа дақылдары ) көмегімен практикалық қажетті практикалық қажетті маңызды қосылыстар алуды және де зиянды немесе қажетсіз қосылыстардан сұйық және газ тәрізді орталарды тазалауды жатқызуға болады. Шындығыда химиялық өндірістер де осындай мақсаттарды алдына қояды, алайда көптеген күрделі құрылымды өнәмдерге (гормондар, ферменттер, антиденелер, комплексті препараттар және т.б.) масштабты химиялық синтез мұмкін емес.Сонымен бірге, биотехнологиялық әдістерді қолдану арқылы жоғарыда келтірілген күрделі қосылыстардың да , этил спирті немесе лимон қышқылы сияқты биотехнология үшін әдеттегі өнімдердің тиімділігін жоғарылатуға және оларды алупроцестерін рентабельді ( пайдалы, табысты, ұтымды ) жасауға болады. Қалыптасқан немесе өндіріс рқылы қабылданып жатқан биотехнологиялық процестер, жаратылыстану және техникалық экологияға, цитология және клеткалық инженерияға, биохимия және молекулалық биологияға, генетика және гендік инженерияға, химия мен математикаға, есептеу техникасы мен машина жасауға және т.б.
Қазіргі биотехнологияның жаңа өндірістік бағыты ретінде жаңа заман биокатализаторлар - микроорганизмдер, өсімдіктер мен жануарлардың иммобилизденген клеткалары қолданылады. Ағылшын тілінде - Immobilize - таңып тастау, орнықтру, қозғалысын шектеу, байлансұан ( орысша - делать неподвижным, лишать подвижности, отанавливать, сковывт, связывать ) мағыналарын білдіреді.
Бұл өндірістердің негізгі бағыты - қазіргі инженерлі энзимилогияның жетістіктерін, иммобилизденген фетенттер мен клеткалардың каталтикалық белсенділігін қолдану.
Иммобилизденген биокатализаторлар мен инженерлі энзимология негезенде өндірістенрді құрудың практикалық өңдеуі төмендегілермен байланысты:
- адамның қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін қажетті жаңа өнімдер алумен
- биотехнологиялық өндірістің белгілі өнімінің сапасын арттырумен
- қазіргі кезде биотехнологиялық процестердің тиімділігі мен экономдылығын көтерудің қажеттілігімен.
- Берілген оқу құралының мақсаты - жаңа бағыттағы биокатализаторлар - микроорганизмдердің иммобилизденген клеткаларын қолдануға негізделген биотехнологиялық өндірістің перспективті бағытымен таныстыру.
Ферменттерді биологиялық катализаторлар ретінде өндірістің әр түрлі салаларында - фармацевтикада, ауыл шаруашылығында, тоқыма өндірісінде, медицинада, анализде, органикалық синтезде және т.б. пайдаланылады.
Ферменттерді иммобилиздеу - бұл олардың каталитикалық белсенділігінің толық немесе бөлшекті сақталынуымен ерімейтін жағдайға ауысуы. Ферменттер мен клеткаларды иммобилиздеу - сыртқы (қоршаған) ортада қозғалысының жасанды шектеулі жағдайларын туғызу, бұл шектеулерді тасымалдаушылар қамтамасыз етеді. Бүкіл клетка- тасымалдаушы жүйесін иммобилизденген биокатализатор деп атайды.
Иммобилизденген биокатализаторлар - биотехнологиядағы жаңа ғылыми-техикалык бағыт, оның пайда болуы инженерлік знзимология жетістіктерінің негзіндегі өндірістердің биотехнологиялық процестерін қарқындату қажеттілігімен байланысты.
Иммобилизацияланған ферменттер ерекше үлесті органикалық синтезге, анализге, медицинаға, энергия конверсиясы үдерістеріне, тағамдық және фармацевтикалық өнеркәсіпке қосты.
Болашақта қоршаған ортаны қорғау мен клиникалық диагностикада биолюминисмцентті анализ бен иммуноферментті анализ маңызды рөл атқаруы тиіс.
Медицинада иммобилизацияланған ферменттер төменгі токсиндік және аллергендік әсерлі дәрілік препараттарды жасауға жол ашты.
Иммобилизацияланған ферменттерді лигноцеллюлозды шикізатта қолдану аса назар аудартады.
Иммобилизацияланған ферменттер әлсіз сигналдарды күшейткіш ретінде қолданыла алады.
Тамақ өнеркәсібінде иммобилизацияланған ферменттер глюкозо-фосфатты шәрбәт, глюкоза, алма және аспарагин қышқылы, оптикалық белсенді L-аминқышқылдар, диеталық лактозасыз сүт, сүт сарысуы қанттарын алуда қолданылады.
Медицинада ферменттерді иммобилизацияланған күйде қолдану бүгінгі күйде кеңірек. Бұл жолда медицинаны жаңа жоғары нәтижелік емдеу әдістері күтеді.
Қысқартылған сөздер мен белгілер
Ж - жасуша
И - иммобилизация
ИММК - иммобилизденген молекулярлы комплекс
И.ф - иммобилизацияланған ферменттер
И.ж - иммобилизацияланған жасушалар
М.а - микроағза
мг - милиграмм
мкм - микрометр
мл - миллилитр
нм - нанометр
ПААГ - полиакриламидті гель
ПЭИ - полиэтиленимин
ТЕМЕД - тетраметилэтилендиамид
Ф - фермент
ЭДТА - этилендиаминтетраацетат

1. Ферменттер туралы жалпы түсінік
Ферменттерді тағам, тоқыма, ауыл шаруашылығы, фармацевтика, былғары, медицина,органикалық жұқа синтезде және т.б. өндірістердің әр түрлі салаларына биологиялық катализатор ретінде пайдаланады. Соңғы кезге дейін биотехнологияда ферменттер кеңінен пайдалану:
- бастапқы реагенттерден және реакция өнімдерінен ферменттерді бөліп алу көп еңбекті қажет етуден
- әр түрлі факторлардың әсеріне ферменттерді сақтау тұрақсыздығы,
- таза ферментті препараттарының бағасының жоғары болуы нәтижесінде тежеліп келеді.
Биокатализатордың жаңа түрі - иммобилизденген, яғни байланысқан ферменттерді жасау қолданбалы энзимологияның алдында жаңа көрініс ашты. Бекітілген ферменттерді қолдану бұрынан белгілі, мысалы 1916 жылы Дж. Нельсон мен Е.Гриффин көмірге адсорцияланған инвертаза өзінің каталитикалық белсенділгін сақтайтынын көрсеткен. Бірақ, 1939 жылы тері өңдеу үшін ағаш үгінділеріне адсорбцияланған протеолитикалық ферменттерді пайдалануды ұсынған Дж.Пфанмюллер мен Г.Шлейхке иммобилизденген ферменттерді пайдалануға бірінші патент берді. 1959 жылы Н.Грубкофер мен Д.Шлейт ферменттерді иммобилиздеу үшін жаңа әдістеме - ковалентті байланыстыруды алғаш рет қолданған. Сол кезден бастап ферменттер негізінде гетерогенді катализаторларды жасау жүргізіліп келеді. 1971 жылы Хенникерде (АҚШ) өткен инженерлік энзимологияның 1-ші конференциясында иммобилизденген ферменттер деген термин заңдалды. Тірі организімдегі химиялық реакциялардың жүруіне қатысатын ерекше белоктарды фермент немесе энзим деп атайды. Ферментердің құрылысын қызметін , қасиетін зерттейтін ғылымды энзимология деп атайды. Ферменттер барлық тканьде, клеткада , субклеткалық құрылымдарда кездеседі. Кейбір ферменттер клетка ішінде синтезделіп, өзінің әсерін клеткадан тыс жүргізеді. Мысалы, пепсин, трипсин, липаза сияқты ас қорыту ферменттері. Олар асқазанның кілегейлі қабаттарында синтезделеді.
Ал кейбір ферменттер клетка ішінде синтезделіп, клетка ішінде жұмыс істейді, яғни өзінің қызметін атқарады. Мысалы, глю-6-фосфатаза, тотығу- тотықсыздану ферменттері. Ферменттер организмде жүретін зат алмасу процесі кезіндегі химиялық реакцияларды жылдамдатуға қатысады, яғни биологиялық катализатор болып табылады.
Белгілі бір клеткада болатын ферменттердің тобы және олардың активтілігі бүкіл организмде жүретін зат алмасу раекцияларының бағытымен тығыз байланысты және осы процестерге тәуелді болады. Ферменттердің активтілігінің төмендігі немесе жетіспеуі көптеген науқастарға әкеп соқтырады.
XІX аяғында XX ғасырдың басында ферменттерді зерттеу, олардың белок екенін көрсетті. Пепсиннің табиғаты белок екендігі И.П. Павлов лабораториясында зерттелді. Ол ферменттердің активсіз профермент түрінде кездесетіндігін айтты. Дегенмен ферменттердің табиғаты биохимияның негізін қалаушылардың бірі А.М. Донилевскийдің ферменттерді тазартып бөліп алу әдісін ұсынғаннан кейін ғана шешілді. Оның лабораториясында ферменттерді талғамдық адсорбция әдісі арқылы тазартып бөліп алу нәтижесінде липаза ферментін бөліп алды. Осы жұмыстардан кейін барлық ферменттердің белоктық заттарға жататындығы мойындалды. Оны төмендегі қасиеттерінен көруге болады:
1. ферменттердің белоктар сияқты кристализациялануы
2. қанның ерітіндісімен әсер еткенде нейтральды тұздардың денатурациялануы
3. қайнатқанда тағы басқа әртүрлі факторлармен әсер еткенде денатурациялануы
4. диализде ферменттерге тән қасиеттің болуы
белоктарға тән сапалық реакциялар ферменттерге де тән.

1.1 Иммобилизденген ферменттер
Қазіргі уақытта біздің өміріміздің әр түрлі салаларында, медицинадан бастап әскери өнеркәсіпке дейін, тағам өндірісін өңдеуден микроэлеткронды сенсорларға дейін ғалымдар каталитикалық және басқа да ерекше қасиеттерге ие биологиялық жүйелерді зерттеу үстінде. Көптеген жағдайларда компонент ретінде биологиялық элементті қосатын тәжірибелік әдістемелер мен құралдарды жасап шығару осы элементті тұрақтандырып және сақтауға мүмкіндік беретін, ол үлкен молекула немесе кіші бөлшек болса да, сәйкес әдістерді талап етеді. Бұндай мақсаттарға иммобилизациялау әдісі өте тиімді.
Иммобилизденген ферменттер- қазіргі уақытта өндірісте қолданылатын ферменттік препараттардың бағасы қымбат, ал өндірістік циклде бірден ерігіштігінен қолданылады. Бұл жағдай периодты процестерді үздіксіз техологиялық режимге ауыстыруға сондай-ақ ферментативті реакцияны басқаруға мүмкіндік бермейді. Фермент препараттардың құрлысының қазіргі заманғы білімі, оның активтілік орталығының құрамы каталитикалық активтілігі функциялық топтың мәні, ферменттердің пролонгирлеуші әсері немесе иммобилизденген фермент препаратытары.Фeрмент иммобилизациясының негізі оларды ерімейтін негізге бекіту немесе жартылай өткізгіш мембрана қабықшаға енгізу. Иммобилизденген фермент дегеніміз ерімейтін биокатализаторлар, оларда ферменттер химиялық немесе физикалық (адсорбция күшімен )түрде қандайда бір тасмалдағышпен байланысқан, матрицаға емесе микрокапсулаға бекітілген. Фермент тасығыштар немесе матрицалар мүлдем ерімейтін, химиялық және биологиялық тұрақтылығы мен ерекшеленетін, механикалық мықтылығы жоғары болуы тиіс. Иммобилизделген ферменттерді алу үшін полимерлі тасмалдағыш негізіндегі табиғи (целлюлоза және оның туындылары) және синтетикалық (полистирол, полиакриламид, полиамид) полимер кеңінен қолданылады. Тасығыштар ретінде сонымен қатар саңылаулы, шыныны, сазды, силикагельді, мата, қағаз және т.б. материалдар қолданылады.
Фермент иммобилизациясымен қатар сондай-ақ микроорганизмдердің бүтін жасушасы да иммобилизациялауы мүмкін. Бұл әдіс полимер кеңістігінің торына жасушаның механикалық негізделуіне негізделген, онда олар өзінің тіршілік етуіне және ферменттік активтілігін сақтайды. Иммобилизация кезінде тәртіп бойынша фермент активтілігі төмендейді. Иммобилизденген формада фермент активтілігі бастапқы еритін ферменттің активтілігінің 10-90 % құрайды.Осыған қарамастан , өндірісте иммобилизденген ферментті қолданған айтарлықтай тиімді. Иммобилизация көп жағдайларда ферменттердің тұрақтылығына әкеп соғады. Реакторда иммобилизденген ферменттер бір апта немес е ай көлемінде қолданылады , демек бұл еритін формадағы ферменттерді қолданумен салыстырғанда өте үлкен экономикалық жағынан эффективтілігі жоғары болады
Ауыл шаруашылық, тамақ, сүт, медицина, жеңіл және химия өндірісінде, қара және түсті металлургияда, машина жасауда және көптеген халық шаруашылығының басқа да салаларында биотехнология өнімдерін тұтыну жыл сайын өсуде. Жаңа жүз жылдықта ғылыми жаңалықтардың жаңаруының арқасында биотехнологияқарқынды дамуда.
Микроорганизмдер табиғатта жүріп жатқан көптеген өзгерістерге тікелей байланысты. Олардың белсенді әрекетінің әсерінен жан-уарлар мен өсімдіктердің күрделі органикалық заттарға бай қал-дықтарға айналады, қайтадан табиғаттағы заттар айналымына енеді. Топырақты азотпен байытуда,ондағы азот сіңіруші микроорганизмдердің атқаратын қызметі үлкен. Себебі атмосферадағы азоттың топыраққа оралуы, тек осы микроорганизмдер тіршілігіне байланысты. Ауыл шаруашылығының шешуші салаларының бірі - мал шаруашылығында микроорганизмдер жиі қолданылады. Малға қажетті ақуызды, жемшөпті,яғни сүрлемді дайындау толық осы микроорганизмдер әрекетіне байланысты орындалады . Көптеген микроорганизмдер ертеден тамақ өнеркәсібінде қолданылады. Мысалы: ашытқының көмегімен спирт, шараптың бірнеше түрлерін, сыраны, нан ашытқысын жасайды. Сүт қышқылы бактериялары айран, сүзбе, қаймақ, түрлі ірімшіктер жасауда, көкөніс ашытуға пайдаланылады. Сондай-ақ ашытқылар қымыз, шарап дайындауда да кеңінен қолданылады.
Түрлі фермент, антибиотиктер, амин қышқылдарын, витаминдер өндіруде де микроорганизмдер үлкен рөл атқарады. Соңғыижылдары микроорганизмдер қазба байлықтарды іздестіруде геология саласында да қолданылуды. Қазір кезде олардың тау жыныстарын, қазба байлықтарын бүлдіре алатын қасиеті анықталды.
Қазір ғалымдарымыз бүкіл микробтардың 10-15co анықтады. Ал қалғандарын тауып, олардың пайдалы жақтарын адам баласының игілігіне кеңінен қолданылу биотехнология ғылымының бүгінгі алдына қойған мақсаты, ал зиянды түрлерімен тиімді күресу.
Микроағзаларды пайдаланатын өндірістер микробиологиялық өнімдермен қатар, микробиологиялық емес өнімдерді де шығарады. Микробиологиялық өнімдер шығаруда өндірістің мақсаттық өнімі микробтық синтездің нәтижесінде алынады, ал микробиологиялық емес өнімдер шығаруда, микробиологиялық процестер жануарлардан немесе өсімдіктерден алынған өнімдерді дайындауда қолданылады.
Өндірістік маңызы бар микробтық синтездің өнімдерін басты 3 категорияға бөледі:
1) микробтық жасушалар;
2) үлкен молекулалы заттар ферменттер, вакциналардың құрамдық бөлшектері;
3) кіші молекулалы заттар екі топқа бөлінеді;
а) біріншілік метоболиттер (өсуге қажет компоненттер);
в) екіншілік метоболиттер (өсуге қажетті емес компоненттер).
1. Ауылшаруашылығынан алынатын шикізаттарды қайта өңдеумен айналысатын тамақ және ашыту өндірістері.
2. Негізгі технологиялық сатысы микроағзаларды культивирлеу болып табылатын өндірістер. Осыған байланысты олар микробиологиялық өнеркәсіпке жатқызылады. Биотехнологиялық белгілері бойынша олар екі топқа бөлінеді:
а) органикалық қышқылдар, спирттер, микробтық биомасса өндіретін көп тонналы өндірістер, олардың ерекшеліктері, қоректік орталарды қант, спирт, мұнай көмірсутектер сияқты компоненттерінің концентрациясы көптеген микроағзалардың өсуін қиындататын терең-детіп (яғни суспензиялық) өсіруді пайдалану, кей жағдайда аэрацияны қажет етпейтін анаэробтарды пайдалану және тағы сол сияқты.
б) микробиологиялық синтездің аз тонналы өндірістері. Бұл өндірістерде бактериялық препараттар және физиологиялық активтілігі жоғары, құрылысы күрделі заттар (витаминдер, ферменттер) алынады, тереңдетіп өсіру, сенімді зарарсыздандыру мен герметизацияны пайдаланады.
Соңғы өнімді бөліп алу және тазартуда бірқатар күрделі операцияларды қамтиды. Технологиялық процесті жақсы жүргізудің негізгі шарты болып, өнімділігі жоғары өнеркәсіптік штамм-продуценттін таңдау немесе алу болып табылады.
Екінші маңызды шарты, бұл - биомассаның немесе қажет өнімнің максимальды жиналуын қамтамасыз ететін қоректік орталарды таңдау. Қоректік орталардың арзан, оңай табылатын шикізаттан болғаны дұрыс.
Соңғы кездерде жасушалар культуралары үшін казейн, ашытқы, ет және гидролизаттан жасалған қоректік орталардың түрлері шығарыла бастады. Көп мөлшердегі активті штамм- продуценттерін ферментерлерде ( ферментер, культиватор) өсіреді. Жануарлар жасушаларының культурасын алуға арналған ферментердің көлемі әзірше 3 куб метрден аспайды.
Кейде ферментерлерде суспензиялы түптік культивирлеуден басқа, тығыз қоректік орталарда беттік культивирлеу (бактериялар, саңырауқұлақтар) немесе сұйық моноқабатта (жануарлар жасушаларын) культивирлеу қолданылады .
1.2. Иммобилиздеу әдістеріне қойылатын негізгі талаптар.
Клетканының иммобилиздеу әдістеріне және оны тасымалдаушыларына белгілі талаптар қойылады, бұл талаптар иммобилизденген биокатализаторлардың клеткаларының биотехнологиялық прцесстерін өңдеу кезінде қолданады.
1. Ең біріншіден, қолданылатын иммобилиздеу әдісі клеткалардың негізгі технологияны жүзеге асыру үшін қажетті ферментативті жүйесіне айтарлықтай әсер етпеуі керек. Сондықтан иммобилиздеу жүргізген кезде клеткаларға әсер ететін улы заттардың әсерінен азайту керек, сонымен қатар микроорганизмдерге темпераура және осмостық стресстердің кері әсерінің алдын-алу керек.
2. Негізінен, иммобилиздеуден кейін клеткалар тасымалдаушымен берік ұсталаындай етіп жасау керек.
3. Иммобилиздеу жасауға аз жұмыс уақыты жұмсалуы қажет, ол клетканың стерилдігін сақтауға көптеген септігін тигізеді.
4. Алынатын иммобилизденген биокатолизаторлар ұзаұ жұмыс істеу үшін тұрақты болу керек, бұл белгілі технологтялық поцесс жағдайында тасымалдаушының механикалық, химиялық, биологиялық тұрақты болуына байланысты.
5. Тірі клеткамен жұмыс істегенде ең негізгі мәселе бұл иммобилтзденеген микроорганизмдерді қоректік заттармен, газ тәрізді субстраттармен ( мысалы, аэробты клеткалардың тыныс алуы үшін оттегімен, қамтамасыз ету және тіршілік ету өнімдерін шығару, яғни тасымалдаушы салмақ алмасу процесстеріне диффузды тосқауылды тудырмауы керек.
6. Үлкен масштабты өндірісте мәселенің экономикалық жағы қарастырылады, яғни қолданылатын клетканың иммобилиздеу әдісі, бастапқы компоненттер өте арзан болуы тиіс.
Бұл талаптарға сай келетін микроорганизмдерді иммобилиздеудің бір әмбебап әдісі жоқ. Сондықтан, кез келген иммобилизденген клетка негізіндегі биотехнологиялық процесске иммобилиздеу әдісін таңдап алу керек.
1.3. Иммобилизденген ферменттердің артықшылықтары
Ферменттерді биологиялық катализаторлар ретінде өндірістің әр түрлі салаларында - фармацевтикада, ауыл шаруашылығында, тоқыма өндірісінде, медицинада, анализде, органикалық синтезде және т.б. пайдаланылады.
Соңғы уақытқа дейін ферменттердің кең технологиялық қолданылуы бірқатар себептермен тоқталып тұрды, олардың ішіндегі маңыздылары:
а) ферменттерді бастапқы реагенттерден және процестің аяқталуынан кейін реакция өнімдерінен бөліп алу қиындығы, нәтижесінде ферменттер бір рет қана пайдаланылады.
б) сақтау және әртүрлі әсерлер (негізінен жылулық) кезінде ферменттердің тұрақсыздығы (лабилділігі),
в) ферменттерді таза және белсенді күйінде алу қиындығы, соған байланысты белсенді ферменттердің бағасы қымбат болады.
Бекітілген ферменттерді қолдану бұрынан белгілі. 1916 жылы Дж. Нельсон мен Е.Гриффин көмірде иммобилизденген интезфаза каталитикалық белсенділігін сақтайтынын көрсеткен. Имммобилизденген ферменттерді қолдануға алғашқы патент 1939 жылы Дж. Пфанмюллер мен Г.Шлейкке берілген, олар теріні өңдеу үшін алғаш ұнтақтарында адсорбцияланған протеолитикалық ферменттерді қолдануды ұсынған. 1953 жылы Н.Грубхофер мен Д.Шлейт алғаш рет ферменттерді иммобилиздеуге жаңа әдіс қолданған - ковалентті байланыс. Сол кезден бері ферменттер негізінде гетерогенді катализаторлардың өңдеуі жүргізілуде. 1971 жылы Хенникерде (АҚШ) инженерлі энзимология бойынша бірінші конференцияда иммобилизденген ферменттер термині рәсімделген.
Көптеген жұмыстарда көрсетілгендей, сәйкес тасымалдаушылар мен иммобилиздеу тәсілдерін таңдау кезінде ферменттердің арнайлығы, рН-пен температураға тәуелділігі, сонымен бірге денатурлеуші әсерлер кезінде ферменттің тұрақтылығы сияқты қасиеттерін өзгертуге болатындығы көрсетілген. Сонымен қатар иммобилизденген ферменттерді технологияда пайдалануға қолайлы, бұл осындай гетерогенді катализаторлармен процесті үздіксіз жүргізу және катализденетін реакцияларжылдамдығы мен өнімнің шығуын реттеу мүмкіндіктерімен анықталады.
Көптеген биотехнологиялық процестер ең алдымен микробты, сонымен бірге өсімдік және жануарлар клеткалары сияқты табиғи обьекттерді қолдануға негізделеді. Сондықтан олардың қолдануының негізделген және технологиялық қолайлы варианттарын таңдаумен байланысты проблемалары бірінші орынға ие. Осыдан гомогендіге қарағанда гетерогенді катализдің бірқатар артықшылықтарын қолдану үшін ерімейтін тасымалдаушы бетінде немесе ішінде клетканы бекітуді қолдану ұсынысы жасалған.
Ферменттер немесе клеткалардың иммобилизденуі - биокатализатор молекуласын жеке, бос ерітінді фазасынан бөлек, бірақ онымен субстрат, эффектор немесе ингибитор молекуласымен алмаса алатын фазаға енгізетін әдістемелік тәсіл.
Иммобилизденген ферменттер мен клеткалар нативті ферментті препараттар және клеткалармен салыстырғанда артықшылықтарға ие:
Біріншіден, олардың қолданылуы пайдаланатын катализатор мен ортаны бөліп алу ( процесс немесе оның бір кезеңі аяқталғаннан кейін) операциясын жеңілдетеді. Бұл өз кезегінде мерзімді схемадан өнімді және тиімді үздіксіз технологияларға көшуге, сол арқылы бір уақытта қолданылатын реактордың мөлшерін азайтуға мүмкіндік береді.
Екіншіден, үздіксіз процестер үшін иммобилизденген күйдегі клеткалардың биокаталитикалық қасиеттерін ұзақ пайдалануға мүмкіндік туады.
Үшіншіден, иммобилизденген клеткаларда дәстүрлі ферментациямен салыстырғанда биомасса концентрациясының реактор көлемінің бірлігінде көбеюі нәтижесінде өнімділігін жоғарылату мүмкіндігі бар.
Төртіншіден, иммобилиздеуді қолдану арқылы жалпы процеске энергияның жұмсалуы төмендейді, ал орталарда еритін қоспалардың мөлшері аз болатынына байланысты соңғы өнімді тазалау мен бөліп алу процедуралары жеңілдейді.
Бесіншіден, иммобилиздеу нәтижесінде әр түрлі жағымсыз инактивтеуші сыртқы факторлардың (температура, қышқылдылық, электролиттер немесе улы заттар концентрациясыжәне т.б.) әсеріне клеткалардың тұрақтылығының жоғарылауының мысалдары белгілі, ал кейде биотехнологиялық жүйенің кездейсоқ ластануы кезінде патогенді микрофлорадан қосымша қорғау мүмкіндігі да туады.
Клеткаларды иммобилизденген жағдайда синтез немесе заттар трансформациясының әр түрлі мақсаттарына қолдану жаңа өндірістердің технологиялылығын жоғарлатудың немесе қалыптасқан процестердің кемшіліктерімен күресуде панацеясының жалғыз ғана жолы емес. Клеткалардың иммобилизденуі қажет немесе иммобилиздеу қажет емес жағдайлар бар. Сондықтан иммобилизденген клеткалардың жоғарыда айтылған артықшылықтары көп жағдайда қол жеткізбейтін болады. Бұл жағдайлардың шарттылығы мен әр мәнділігі қолданатын организмдердің көп түрлілігімен, олардың жеке ерекшеліктерімен, әрбір биотехнологиялық процестің нақты мақсаттары немесе құралдың арналуымен ( мысалы, клеткалар қолданылатын биодатчик), иммобилиздеу тәсілімен және мұндағы тасымалдаушының қасиеттерімен анықталады.
Басқа сөзбен айтқанда, егер бір дақылдар қолданғанда олардың белсенділігін төмендетпенй, иммобилизденген жүйесінің ұзақ қызмет атқаруынажетуге болса, басқаларды мысалы, гендік - инженерлі штамдарды қолданғанда оны әрқашан жасау ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.