CHEMICK… ASPEKTY IMOBILIZOVAN›CH SYST…MOV V BIOTECHNOL"GI¡CH
Mari¡n Navr¡til, Ernest Äturdõk
unpublished
Doölo dÚa 13.IX.1999 Kae˙ËovÈ slov·: imobiliz·cia, techniky imobiliz·cie, imobili-zaËnÈ metÛdy, imobilizaËnÈ materi·ly, bioaktÌvny komponent, biotechnolÛgia, ferment·cia Obsah 1. ⁄vod 2. BioaktÌvna Ëasù imobilizovan˝ch systÈmov 3. MetÛdy a nosiËe pre imobiliz·ciu 3.1. Uzavretie biokomponentu do nosiËa 3.2. Viazanie na povrch nosiËa 3.3. KovalentnÈ uchytenie 3.4. oealöie imobilizaËnÈ metÛdy 4. Aplik·cie imobilizovan˝ch systÈmov v biotechnolÛgii 4.1. Potravin·rske aplik·cie imobilizovan˝ch
more »
... v 4.2. OstatnÈ biotechnolÛgie vyuûÌvaj˙ce imobilizovanÈ systÈmy 5. Z·ver ⁄vod BiotechnolÛgie vyuûÌvaj˙ce imobilizovanÈ systÈmy zaznamenali v posledn˝ch p‰tn·stich rokoch prudk˝rozvoj. Imobiliz·cia ako proces ukotvenia bioaktÌvneho komponentu m· v porovnanÌ s klasick˝mi metÛdami vyuûÌvaj˙cimi voaenÈ enz˝my, bunky, bunkovÈ organely a tkaniv· mnoho v˝hod. Pri pouûitÌ imobilizovan˝ch buniek odpad· nutnosù separovania biomasy z fermentaËnÈho mÈdia, je moûnÈ jej opakovanÈ pouûitie v Ôalöej ferment·cii, Ëasto v omnoho vyööej koncen-tr·cii ako pri pouûitÌ voaen˝ch buniek 1 . Nasadenie imobilizo-van˝ch buniek mÙûe v znaËnej miere prispieù ku kontinuali-z·cii celÈho fermentaËnÈho procesu. Tento Ël·nok si d·va za˙lohu definovaù najzn·mejöie imobilizaËnÈ metÛdy, popÌsaù materi·ly vyuûÌvanÈ jednotliv˝mi technikami a charakterizovaù interakcie biokomponent ñ nosiË. V z·vere pon˙ka orientaËn˝prehaead aplik·ciÌ imobili-zovan˝ch systÈmov v potravin·rskych i nepotravin·rskych technolÛgi·ch. BioaktÌvna Ëasù imobilizovan˝ch systÈmov Ako prvÈ bioaktÌvne komponenty boli v imobilizovan˝ch systÈmoch pouûitÈ enz˝my. Prv· zmienka o pouûitÌ imobili-zovanÈho biokatalyz·tora poch·dza z roku 1908, keÔ Michaelis a Ehrenreich imobilizovali invert·zu a proteolytickÈ enz˝my na drevnÈ uhlie a niektorÈ anorganickÈ nosiËe 2 . Po tejto pionierskej pr·ci sa Ôalöie pr·ce objavuj˙aû v polovici p‰ùdesiatych rokov. Referencie o pouûitÌ imobilizovan˝ch biokata-lyz·torov na biotechnologickÈ produkcie s˙starÈ takmer 30 rokov 3 . Dnes s˙vöak ako biokomponenty omnoho atraktÌvnejöie celÈ bunky, kde odpadaj˙n·klady na izol·ciu a purifik·ciu enz˝mu. Ako Ôalöie moûnÈ varianty pripadaj˙ do˙vahy sub-celul·rne organely, huby, rastlinnÈ pletiv· a ûivoËÌöne tkaniv·. Veaemi˙Ëinn· je imobiliz·cia viacer˝ch biokatalyz·torov s˙-Ëasne, ktorej hovorÌme koimobiliz·cia. NasledovnÈ odstavce struËne charakterizuj˙jednotlivÈ typy biokomponentov a uv·-dzaj˙niekoaeko prÌkladov ich aplik·cie. Pouûitie enz˝mov v imobilizovan˝ch systÈmoch m· oproti in˝m bioaktÌvnym komponentom niekoaeko v˝hod, z ktor˝ch najdÙleûitejöie s˙ich öpecificita, nen·kladnÈ zÌskavanie produktu a jednoduchÈ prev·dzkovÈ vlastnosti. oealöou, nie nepodstatnou v˝hodou s˙menöie n·roky na objem reaktora (z dÙvodu, ûe na rozdiel od buniek nie je prÌtomn· nekataly-tick· biomasa) a niûöia citlivosù na kontamin·ciu reakËnÈho prostredia. Medzi dÙleûitÈ aplik·cie imobilizovan˝ch izolova-n˝ch enz˝mov patrÌ pouûitie lip·z na produkciu monoacylglycerolov 4 alebo ötruktur·lnych lipidov obsahuj˙cich esenci·lne mastnÈ kyseliny 5 , produkcia rÙznych sacharidov ako L-fruk-tÛza alebo L-manÛza za pouûitia imobilizovan˝ch enz˝mov 6 , Ëi uplatnenie imobilizovanej aminoacyl·zy na produkciu L-fe-nylalanÌnu 7 . CelÈ bunky v imobilizovan˝ch systÈmoch v poslednej dobe takmer nahradili pouûitie enz˝mov˝ch prepar·tov z dÙvodu uû spomÌnanej redukcie n·kladov na izol·ciu enz˝mu. Navyöe sa enz˝my v cel˝ch bunk·ch vyznaËuj˙vyööou stabilitou ako enz˝my imobilizovanÈ v Ëistom stave. Preto sa v‰Ëöina pr·c z tejto oblasti zaober· imobilizovan˝mi bunkami Ëi uû baktÈriÌ alebo kvasiniek. Za cel˙plej·du aplik·ciÌ imo-bilizovan˝ch buniek moûno spomen˙ù produkciu etanolu bunkami Saccharomyces cerevisiae 8 , Kluyveromyces marxianus 9 a Zymomonas mobilis 10 alebo produkciu organick˝ch kyselÌn (kyseliny glut·movej bunkami rodu Brevibacterium 11 , citrÛnovej kvasinkami Candida guilliermondii 12 , kyseliny mlieËnej mlieËnymi baktÈriami Lactobacillus casei subsp. rhamnosus 13 , propiÛnovej 14 a octovej 15 baktÈriami rodu Propionibacterium). Pouûitie mikroskopick˝ch h˙b sa sp·ja hlavne s produkciou organick˝ch kyselÌn (kyselina glukÛnov· 16 , citrÛnov· 17 , fumarov· 18 s vyuûitÌm h˙b rodu Aspergillus alebo Rhizopus) a antibiotÌk (cefalosporÌny 19 , penicilÌny 20 ). Huby s˙tieû v˝-znamn˝mi producentmi enz˝mov, napr. amyl·z 21 . Farmaceutik·, dochucovadl· a farbiv· rastlinnÈho pÙvodu s˙zn·me uû dlh˝Ëas. DÙvodom, preËo nedoölo k masovejöiemu rozöÌreniu rastlinn˝ch pletÌv v imobilizovan˝ch systÈmoch je obtiaûne zÌskavanie produktu z rastlinn˝ch buniek. Napriek tomu s˙zmienky o pouûitÌ imobilizovan˝ch pletÌv vyööÌch rastlÌn na produkciu antrachinÛnu 22 alebo skopolÌnu 23 . Vyuûitie imobilizovan˝ch ûivoËÌönych buniek prin·öa eöte viacej problÈmov spojen˝ch hlavne s potrebou komplexnej-Chem. Listy 94, 380 ñ 388 (2000) Refer·ty 380
fatcat:tro5fhmbczeynj5xgezmjpb2ke