Immobilizacja biokatalizatorów

Prezentacja na temat: "Immobilizacja biokatalizatorów"— Zapis prezentacji:

1 Immobilizacja biokatalizatorów

2 Metody unieruchamiania (Kourkoutas i in
Metody unieruchamiania (Kourkoutas i in. Food Microbiology 24, 2004, )

3 Immobilizacja enzymów

4 Właściwości fizyczne nośników ceramicznych
Średnica porów (średnia) [nm] Średnica porów (minimalna) [nm] Średnica porów (maksymalna) [nm] Powierzchnia właściwa [m2/g] SiO2 51 35 68 50 Al2O3 17,5 14 22 100 44%TiO2 + 56% Al2O3 30 75 TiO2 40 48

5 Immobilizacja -amylazy na szkle porowatym - optimum aktywności
symbole pełne – enzym immobilizowany symbole puste – enzym wolny Wykresy dotyczą alfa-amylazy

6 Immobilizacja -amylazy na szkle porowatym - optimum stabilności
symbole pełne – enzym immobilizowany symbole puste – enzym wolny Enzym przetrzymywano w danej temperaturze w czasie 1 godziny

7 Immobilizacja -amylazy na szkle porowatym - optimum aktywności
symbole pełne – enzym immobilizowany symbole puste – enzym wolny

8 Immobilizacja -amylazy na szkle porowatym - optimum stabilności
symbole pełne – enzym immobilizowany symbole puste – enzym wolny Enzym przetrzymywano w danym pH w czasie 1 godziny

9 Metody aktywacji powierzchni nośników nieorganicznych
silanizacja

10 Silanizacja c.d.

11 Aktywacja powierzchni nośników nieorganicznych c.d.

12 Eupergit® C– nowy aktywny nośnik do immobilizacji enzymów (Katchalsky-Katzir i Kraemer, 2000, Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 10, )

13 Kowalencyjne wiązanie enzymów z nośnikiem – trwałość enzymu
N – enzym (acylaza penicylinowa) natywny; Z – enzym związany, R - enzym stabilizowany PEI Enzym przechowywano w buforze w pH 6,8, nośnik akrylowy, związanie aldehydem glutarowym

14 Kowalencyjne wiązanie enzymów z nośnikiem – termostabilność enzymu
N – enzym (acylaza penicylinowa) natywny; Z – enzym związany, R - enzym stabilizowany PEI Enzym inkubowano w danej temperaturze przez 1 godzinę

15 Kowalencyjne wiązanie enzymów z nośnikiem – optimum temperaturowe enzymu
N – enzym (acylaza penicylonowa) natywny; Z – enzym związany, R - enzym stabilizowany PEI

16 Kowalencyjne wiązanie enzymów z nośnikiem – odporność na skrajne warunki pH
N – enzym (acylaza penicylonowa) natywny; Z – enzym związany, R - enzym stabilizowany PEI

17 Kowalencyjne wiązanie enzymów z nośnikiem – optimum pH
N – enzym (acylaza penicylonowa) natywny; Z – enzym związany, R - enzym stabilizowany PEI

18 Kowalencyjne wiązanie enzymów z nośnikiem – kinetyka reakcji
N – enzym (acylaza penicylonowa) natywny; Z – enzym związany, R - enzym stabilizowany PEI Kinetyka taka sama, zatem brak oporów dyfuzyjnych

19 Kowalencyjne wiązanie enzymów z nośnikiem – optymalizacja immobilizacji
Nośniki: I – żel krzemionkowy aktywowany grupami epoksydowymi; IV Kopolimer akrylowy aktywowany etylenodiaminą Właściwa immobilizacja enzymu polega stworzeniu warunków zbliżonych do naturalnych. Istotna rolę odgrywa obecność jonów Aktywność peroksydazy kapusty I - Enzym unieruchamiano na żelu krzemionkowym z grupami epoksydowymi - nośnik hydrofobowy – nieaktywny lub dezaktywujacy IV - Enzym unieruchamiano na kopolimerze akrylowym z grupami aminowymi z etylenodwuaminy – nośnik hydrofilowy aktywujący

20 Kowalencyjne wiązanie enzymów z nośnikiem – optymalizacja immobilizacji
Nośniki: I – żel krzemionkowy aktywowany grupami epoksydowymi; IV Kopolimer akrylowy aktywowany etylenodiaminą

21 Kowalencyjne wiązanie enzymów z nośnikiem – optymalizacja immobilizacji
Wpływ serynowej proteinazy kapusty na aktywność peroksydazy kapusty a - enzym natywny b – enzym immoblizowany Inne obecne enzymy wpływają na enzym główny. Kompleks enzymów to naturalny układ W krótkich czasach inkubacji do 60 min serynowa proteinaza kapusty uaktywnia peroksydazę, potem to zanika. Pod wpływem serynowej proteinazy kapusty zmienia się optimum pH peroksydazy. Natywna z 6-7 na 9-10, a dla immobilizowanej są dwa optima pH=4 i pH=10-11

22 Kowalencyjne związanie komórek z nośnikiem - Wydajność immobilizacji Sacchcaromyces carlbergensis
symbole pełne – krzemionka nieaktywowana symbole puste – krzemionka aktywowana Kowalencyjne wiązanie z nośnikiem stosuje się głównie dla enzymów Dla nieaktywowanej krzemionki wydajność immobilizacji spada ze wzrostem powierzchni właściwej Po aktywacji aldehydem glutarowym tendencja się odwraca

23 Usieciowanie – mechanizm reakcji z aldehydem glutarowym
Świeżo destylowany aldehyd glutarowy jest gorzej reaktywny. Dlatego sugerowany mechanizm reakcji z obecnymi w technicznym aldehydzie glutarowym α,β-nienasyconych oligomerów

24 Alginian liniowe kopolimery blokowe lub naprzemienne kwasu glukuronowego i malunurowego

25 Struktura alginianu

26 Struktura komplesku alginianowo-wapniowego

27 Karagenian produkty izolowane przez alkaliczną ekstrakcję z morskich wodorostów (Rhodophycae) liniowe polimery galaktozy o różnym stopniu podstawienia grupami siarczanowymi

28 Agar izolowane podobnie jak karagenian przez ekstrakcję z morskich wodorostów (Rhodophycae) Mieszanina agarozy i agaropektyny, polimerów galaktozy – nie zawiera ugrupowań siarczanowych

29 Chitozan

30 Mikrokapsułki alginianowo-chitozanowe (Taqieddin i Amiji, 2004, Biomaterials 25, 1937-1945)

31 Hydroliza kazeiny c.d. chitosan alginian karagenian
Alginian najlepszy nośnik bo najwięcej mieszaniny tyrozyny i tryptofanu się uwalnia 0,5, 1,0 1,5 i 2,0 % to stężenia kazeiny

32 Immobilizacja mikroorganizmów

33 Adhezja mikroorganizmów – tworzenie biofilmu
Biofilm Escherichia coli

34 Tworzenie biofilmu

35 Teoria DLVO c.d.

36 Kolonizacja powierzchni przez mikroorganizmy

37 Kolonizacja powierzchni przez mikroorganizmy c.d.

38 Adhezja mikroorganizmów

39 Ściany komórkowe

40 Adhezja mikroorganizmów

41 Biofilm

42 Usuwanie biofilmów

43 Usuwanie biofilmów c.d.

44 Złoża biologiczne

45 Złoża biologiczne

46 Flokulacja mikroorganizmów – tworzenie kłaczków osadu czynnego

47 Usieciowanie mikroorganizmów– wykorzystuje się budowę ścian komórkowych

48 Usieciowanie aldehydem glutarowym

49 Biokonwersja D-sorbitolu do L-sorbozy

50 Biokonwersja D-sorbitolu do L-sorbozy
wielokrotna biokonwersja przy użyciu komórek immobilizowanych w alginianie

51 Otrzymywanie kwasu propionowego
Jasne słupki – Propionibacterium freudenreichi; Ciemne słupki – Propionibacterium shermanii; 1 1 – komórki wolne 2-9 – rosnące stężenia żelu alginianowego