9. Heterogénfázisú enzimes reakciók. Az enzim rögzítés módszerei.

Question 1

Homogén fázisban az enzimreakciók

Answer 1

enzim globuláris, vízben oldódó –> homogén
előny: izoláláson kívül előkészítést nem igényel
hátrány: drága –> egyszer használatos, nehéz eltávolítani, így szennyezi a terméket

Question 2

Enzim rögzítés - előnyök, hátrányok

Answer 2

E: szilárd fázis
S,P: oldatban vannak

előny:

• • E eltávolítás könnyebb, újra felhasználható
• • folyamatos üzemű reaktor
• • enzim stabilitása nagyobb (T, pH)

hátrány:

• • rögzítés drága
• • Enzim aktivitás csökken és S nehezebben fér hozzá

Question 3

Rögzítés módjai

Answer 3

Kémiai:

1. Hordozóhoz kötés kémiai kötéssel
2. Önmagához kötés keresztkötéssel

Fizikai:

1. Hordozóhoz kötés:
   a. ionos kötéssel
   b. fizikai adszorpcióval
2. Bezárás:
   a. gélbe
   b. mikrokapszulába
   c. membrán mögé

Question 4

Hordozóhoz kötés kémiai kötéssel

Answer 4

Funkciós csoporttal ellátott hordozó –> ehhez kapcsolódik az enzim egy nem esszenciális aminosav-oldalláncával

lépések:

1. hordozó aktiválása (kar és reaktív csoport felvitele)
2. Kovalens kötés az enzim és a hordozó között

Question 5

Hordozó lehet

Answer 5

1. Természetes polimer: agar (tengeri algából), agaróz, kitin, cellulóz
2. Szintetikus polimer:
   nylon
3. Szervetlen hordozók: üveg, alumínium, szilikagél

zselatin, tojásfehérje

Question 6

enzimmolekulán a kovalens kötésben részt vevő csoportok

Answer 6

Glu-COOH
Asp-COOH
-aminocsoportok
-OH,-SH, fenil-, imidazol csoportok

Question 7

Példák kémiai hordozóhoz kötésre

Answer 7

Diazotálás: diazovegyületet (két kapcsolt nitrogénatommal bővített szerves vegyületet) hoz létre

pl.: p-NH2-benzil-cellulóz
p-NH2-benzoil-cellulóz
sephadex, sepharose

fenil- amino- SH (szulfhidril) csoportok alkilezése

Question 8

Keresztkötés

Answer 8

leggyakoribb: glutáraldehiddel, ez és az enzimek -NH2 csoportjai között Schiff-bázis-szerű kapcsolat

gélszerű anyagok jönnek létre
–> mechanikai tul.aik gyengék –> ezért inkább fizikailag abszorbeálják először egy hordozóra, majd ezután keresztkötik az enzimeket

–> aktív hely funkciós csoportjai is reagálhatnak –> védelem kell S analóggal

Question 9

CLEC és CLEA

Answer 9

CLEC: crosslinked enzyme chrystals –> kristályosítható enzimeket is rögzítenek keresztkötéssel
maga lehet egy oszlop töltete –> így alig van hordozó, ami befolyásolna

CLEA: crosslinked enzyme aggregates

Question 10

Fizikai módszerek

Answer 10

1. Adszorpció

2. Gélbe zárás

Question 11

Adszorpció

Answer 11

ioncserélőn –> egyszerű, de az E könnyen leválik és nem specifikus (más anyagok is megkötődnek)

Question 12

Gélbe foglalás

Answer 12

Alginátba zárás:
enzimtartalmú pufferolt oldatot Na-alginát oldattal összekeverik –> az oldatot lassan, kis cseppekben Ca2+ tartalmú pufferbe csepegtetik

Na+ és Ca2+ között ionkicserélődés

–> Ca-alginát vízben nem oldódik –> elzárja az enzimet

Ca2+ szintet fent kell tartani, hogy ne olvadjanak el a gömbök

Question 13

gélbezárás példák

Answer 13

Alginát (guluronsav és mannuronsav heteropolimerje)
Karragén
Kitozán

Poliakrilamid gélesítés

Question 14

Poliakrilamid gélesítés

Answer 14

poli-akrilamid láncokat bis-akrilamid keresztkötéssel kopolimerizálva térhálósítanak –> gél

Sűrűre kell venni – 100-400 nm pórusméret – hogy az enzim (300-2000 nm) „beszoruljon”. Két-három mm-es gyöngyök.

DE! akrilamid mérgező –> élelmiszerben nem szabad használni

Question 15

Mikrokapszulás eljárás

Answer 15

enzimeket 300 μm körüli átmérőjű kapszulákba zárják

membránon E nem jut át, de S és P igen

két féle mikrokapszula:

1. állandó polimer membrán
2. nem állandó koacervátumok

Question 16

1. állandó polimer membrán

Answer 16

egy monomer nem oldható vízben –> szerves fázisban oldják

másik kicsit oldható vízben és a szerves fázisban is

vizes oldat, puffer az enzimmel és a vízoldható monomerrel –> diszpergálják keveréssel a szerves fázisba

a monomerekre nézve potenciálkülönbség miatt diffúzió indul meg, a kétféle monomer diffundál a másik fázisba –> cseppecskék határfelületén találkoznak –> kopolimert hoznak létre –> polimer héj, így mikrokapszulák jönnek létre

Question 17

nem állandó koacervátum

Answer 17

vizes enzimoldatnak felületaktív anyag jelenlétében történő emulgeálása hozza létre a mikrokapszulát

Question 18

membrán mögé zárás

Answer 18

ultraszűrő (UF) membrán, térben elválasztva

Üreges szál: hollow fiber

Question 19

S transzportja a hordozó részecskébe

Answer 19

1. konvektív transzport: az oldatból a stagnáló folyadékfilmhez kerül az S
2. diffúzió: először a stagnáló folyadékfilmen keresztül, 3. majd a hordozó részecske belsejébe
3. 2. külső anyagátadási ellenállás
4. belső anyagátadási ellenállás

Question 20

főbb pontok

Answer 20

1. Enzimek homogén oldatot alkotnak –> miért igen és miért nem előnyös ez nekünk?
2. Hordozóhoz kötés, előny, hátrány
3. Rögzítés módjia (kémiai, fizikai)
4. kémiai hordozóhoz kötés –> hordozó lehet (természetes, szintetikus, szerves)
   - -> kapcsolódó funkciós csoportok
   - -> példák (diazotálás, p-amino-benzoil-cellulóz, Sephadex, Sepharose, acilezés (SH,fenil,amin))
5. Keresztkötés (glutáraldehid schiff-bázis) –> CLEC, CLEA
6. Fizikai módszerek, Adszorpció (incserélő, nem specifikus)
7. Gélbe foglalás példák (Alginát, kitozán, karragén, poliakrilamid gélesítés (mérgező))
8. Mikrokapszulázás –> 300 mikrom, állandó polimer membrán vagy nem állandó koacervátum (felületaktív anyaggal emulzió)
9. Membrán mögé zárás (UF, hollow fiber)
10. S transzportja hordozó részecskébe (1. konvektív transzport stagnáló folyadékfilmhez, külső, belső anyagátadási ellenállás)