1 Технологическая часть

2.2 Fermentlarning fizik immobilizatsiyasi
Fermentlarning jismoniy immobilizatsiyasi - bu fermentning umumiy hajmning faqat cheklangan qismi mavjud bo'lgan muhitga qo'shilishi. Jismoniy immobilizatsiya paytida ferment tashuvchi bilan kovalent bog'lar bilan bog'lanmaydi. Fermentlarni bog'lashning to'rt turi mavjud:
- erimaydigan tashuvchilarda adsorbsiya;
- gelning teshiklariga kiritilishi;
- yarim o'tkazuvchan bo'linma (membrana) yordamida fermentni reaktsiya tizimining qolgan qismidan fazoviy ajratish;
- ikki fazali muhitga qo'shilish, bu erda ferment eriydi va faqat fazalardan birida bo'lishi mumkin.
Adsorbsion immobilizatsiya fermentlarni immobilizatsiya qilishning mavjud usullaridan eng qadimiysi bo'lib, u 1916 yilda boshlangan.Bu usul juda oddiy va fermentning suvdagi eritmasini tashuvchi bilan aloqa qilish orqali erishiladi. Adsorbsiyalanmagan oqsilni yuvgandan so'ng, immobilizatsiyalangan ferment foydalanishga tayyor. Adsorbsiyalangan ferment molekulasining tashuvchi yuzasida saqlanishi nospesifik van-der-Vaals o'zaro ta'siri, vodorod aloqalari, tashuvchi va oqsil sirt guruhlari o'rtasidagi elektrostatik va hidrofobik o'zaro ta'sirlar bilan ta'minlanishi mumkin. Har bir bog'lanish turining hissasi tashuvchining kimyoviy tabiatiga va ferment molekulasi yuzasidagi funktsional guruhlarga bog'liq.
Ro'yxatga olingan yondashuvlar 2-rasmda ko'rsatilgan:
2-rasm Fermentlarni immobilizatsiya qilish usullari: a - erimaydigan tashuvchilarda adsorbsiya, b - gel g'ovaklariga kiritish, c - yarim o'tkazuvchan membrana yordamida fermentni ajratish, d - ikki fazali reaksiya muhitidan foydalanish.
Qo'llab-quvvatlash bilan o'zaro ta'sirlar shunchalik kuchli bo'lishi mumkinki, biokatalizatorning sorbsiyasi uning tuzilishini yo'q qilish bilan birga bo'lishi mumkin. Masalan, ba'zi o'simlik hujayralarining sitodeks granulalariga adsorbsiyasi jarayonida hujayra devori deformatsiyalanib, tashuvchi zarrachalar yuzasining relyefini takrorlaydi. Adsorbsion immobilizatsiya usulining afzalligi tashuvchi vazifasini bajaradigan sorbentlarning mavjudligi va arzonligidir.
Ularga har qanday konfiguratsiya ham berilishi va kerakli porozlikni ta'minlashi mumkin. Muhim omil - qo'llaniladigan usullarning soddaligi. Adsorbsion bog'lanish fermentlarni tozalash muammosini ham hal qilishi mumkin, chunki oqsilning tashuvchi bilan bog'lanishi ko'p hollarda o'ziga xosdir. Afsuski, fermentning tashuvchiga bog'lanish kuchi har doim ham etarli darajada yuqori emas, bu usulni qo'llashni cheklaydi. Adsorbtiv immobilizatsiyaning kamchiliklari orasida tashuvchini to'g'ri tanlash va ma'lum bir fermentni immobilizatsiya qilish uchun optimal sharoitlarni tanlash bo'yicha umumiy tavsiyalarning yo'qligi kiradi.
Ushbu qiyinchiliklarning ba'zilarini fermentlarni gellarga kiritish orqali immobilizatsiya qilish orqali oldini olish mumkin. Ushbu immobilizatsiya usulining mohiyati shundan iboratki, ferment molekulalari gel hosil qiluvchi bir-biriga chambarchas bog'langan polimer zanjirlarining uch o'lchovli tarmog'iga kiradi. Geldagi qo'shni zanjirlar orasidagi o'rtacha masofa kiritilgan ferment molekulasining o'lchamidan kichikdir, shuning uchun u polimer matritsasini tark eta olmaydi va atrofdagi eritmaga kira olmaydi; harakatsiz holatda. Fermentning gel tarmog'ida saqlanishiga qo'shimcha hissa ferment molekulasi va uning atrofidagi polimer zanjirlari o'rtasidagi ion va vodorod aloqalari orqali ham qo'shilishi mumkin. Geldagi polimer zanjirlari orasidagi bo'shliq suv bilan to'ldiriladi, bu odatda gelning umumiy hajmining muhim qismini tashkil qiladi. Masalan, keng qo'llaniladigan akril kislotali polimer gellari, polimerning konsentratsiyasiga va uning tabiatiga qarab, 50 dan 90% gacha suvni o'z ichiga oladi.
Geldagi fermentlarni immobilizatsiya qilishning ikkita asosiy usuli mavjud. Ulardan birida ferment monomerning suvli eritmasiga joylashtiriladi, so'ngra polimerizatsiya amalga oshiriladi, natijada tarkibiga ferment molekulalari kiritilgan polimer geli hosil bo'ladi. Ikki funktsiyali (molekulada ikkita qo'sh bog'ni o'z ichiga olgan) o'zaro bog'lovchi moddalar ham tez-tez reaktsiya aralashmasiga qo'shiladi, bu esa hosil bo'lgan polimerga uch o'lchovli tarmoq tuzilishini beradi. Boshqa holatda, ferment tayyor polimerning eritmasiga kiritiladi, keyinchalik u qandaydir tarzda gel holatiga o'tkaziladi. Polimer gelga kiritish orqali fermentlarni immobilizatsiya qilish usuli biokatalizatorning tashuvchi hajmida bir xil taqsimlanishini ta'minlagan holda har qanday geometrik konfiguratsiyadagi preparatlarni yaratishga imkon beradi. Usul universal bo'lib, deyarli har qanday fermentlar, polifermental tizimlar, hujayra bo'laklari va hujayralarni immobilizatsiya qilish uchun qo'llaniladi.
Gelga kiritilgan ferment barqaror va bakterial infektsiya tufayli inaktivatsiyadan ishonchli himoyalangan, chunki yirik bakterial hujayralar nozik gözenekli polimer matritsasiga kira olmaydi. Shu bilan birga, ushbu matritsa substratning fermentga tarqalishi uchun sezilarli to'siqlarni keltirib chiqarishi mumkin, bu immobilizatsiyalangan preparatning katalitik samaradorligini pasaytiradi, shuning uchun bu immobilizatsiya usuli yuqori molekulyar og'irlikdagi substratlarga umuman taalluqli emas.
Membranalar yordamida fermentlarni immobilizatsiya qilishning umumiy printsipi shundan iboratki, fermentning suvli eritmasi substratning suvli eritmasidan yarim o'tkazuvchan septum bilan ajratiladi. Yarim o'tkazuvchan membrana kichik substrat molekulalaridan osongina o'tadi, lekin katta ferment molekulalari uchun engib bo'lmaydi. Ushbu usulning mavjud modifikatsiyalari faqat yarim o'tkazuvchan membranani olish usullari va uning tabiati bilan farqlanadi. Fermentning suvli eritmasi yupqa polimer devorli (mikrokapsula) yopiq sharsimon pufakchalar bo'lgan mikrokapsulalar ichiga kiritilishi mumkin. Ikki marta emulsifikatsiya qilishda suvli emulsiya, o'z navbatida, fermentning suvli eritmasining undan ham kichikroq tomchilarini o'z ichiga olgan organik polimer eritmasi tomchilaridan olinadi. Bir muncha vaqt o'tgach, erituvchi qotib qoladi va ularda immobilizatsiyalangan ferment bilan sferik polimer zarralarini hosil qiladi.
Agar suvda erimaydigan qattiqlashtiruvchi polimer o'rniga yuqori molekulyar og'irlikdagi suyuq uglevodorodlar ishlatilsa, bu usul suyuqlik membranalariga qo'shilish orqali immobilizatsiya deb ataladi. Yarim o'tkazuvchan qobiqlardan foydalangan holda fermentlarni immobilizatsiya qilish usulining modifikatsiyalari, shuningdek, tolalarga qo'shilish (bu holda, fermentlarni o'z ichiga olgan tomchilar o'rniga filamentlar olinadi) va lipozomalarga qo'shilish. Membran tipidagi tizimlardan foydalanish fermentning yuqori miqdori bo'lgan immobilizatsiyalangan preparatlarni olish imkonini beradi. Usul, avvalgi kabi, juda universaldir, ya'ni. fermentlarga ham, hujayralarga ham, ularning qismlariga ham tegishli. Yuqori sirt va hajm nisbati va membrananing kichik qalinligi tufayli fermentativ reaktsiyalar tezligida sezilarli diffuziya cheklovlaridan qochish mumkin. Membran tizimlarining asosiy kamchiligi yuqori molekulyar og'irlikdagi substratlarning fermentativ konversiyasining mumkin emasligidir.
Ikki fazali turdagi tizimlar yordamida fermentlar immobilizatsiya qilinganda, tizim hajmida fermentning harakat erkinligini cheklash uning fazalarning faqat bittasida erishi qobiliyati tufayli erishiladi. Substrat va fermentativ transformatsiya mahsuloti ikkala faza o'rtasida ularning bu fazalardagi eruvchanligiga muvofiq taqsimlanadi. Fazalarning tabiati shunday tanlanadiki, mahsulot ulardan birida ferment bo'lmagan joyda to'planadi. Reaksiya tugagandan so'ng, bu faza ajratiladi va undan mahsulot chiqariladi va fermentni o'z ichiga olgan faza keyingi jarayon uchun qayta ishlatiladi. Ikki fazali turdagi tizimlarning eng muhim afzalliklaridan biri shundaki, ular makromolekulyar substratlarning fermentativ o'zgarishiga imkon beradi, bu esa cheklangan g'ovak o'lchamiga ega bo'lgan qattiq tayanchlardan foydalanish bilan mumkin emas.