БІОТЕХНОЛОГІЯ - В. Г. Герасименко - 2006

Частина ІІ. Спеціальні біотехнології

Розділ 7. БІОТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА І ЗАСТОСУВАННЯ ІММОБІЛІЗОВАНИХ ПРЕПАРАТІВ

7.1.ІНЖЕНЕРНА ЕНЗИМОЛОГІЯ. ЗАВДАННЯ ІНЖЕНЕРНОЇ ЕНЗИМОЛОГІЇ

Інженерна ензимологія поряд з генетичною і клітинною інженерією складає фундамент нової біотехнології.

Інженерна ензимологія — це галузь біотехнології, яка базується на використанні каталітичних функцій ферментів (або ферментних систем) у ізольованому стані або в складі певних клітин для одержання відповідних цільових продуктів.

Слово «інженерна» свідчить про створення конструкції (від франц. engin — машина), в даному випадку — конструювання біокаталізаторів з заданими властивостями з подальшим використанням у біотехнологічному процесі.

Це новий науково-технічний напрям, який базується на хімічній ензимології, біохімії, хімічній технології та інженерно-економічних дисциплінах. Основне завдання інженерної ензимології — розробка біотехнологічних процесів, у яких використовується каталітична дія ферментів, виділених зі складу біологічних систем або ферментів, які знаходяться в клітинах, штучно позбавлених здатності до росту. Існує й і інше визначення завдання інженерної ензимології: це конструювання біоорганічних каталізаторів з передбаченими властивостями на основі ферментів або поліферментних комплексів, виділених з біологічних систем, які розвиваються. З огляду на практичні потреби одержання певних продуктів передбачені властивості — це визначений термін служби каталізатора за певних умов (температури, рН, іонної сили розчину), його селективність (специфічність) дії, продуктивність (активність), імуногенність, токсичність і т.д.

Однак завдання інженерної ензимології набагато ширші, ніж створення каталізаторів нового типу. Найголовніша мета цієї дисципліни — розробити наукові основи використання ферментних каталізаторів для створення нових біотехнологічних процесів у промисловості, нових методів у терапії і діагностиці, аналізі, органічному синтезі й інших галузях практичної діяльності.

Завдяки високій активності і специфічності деякі ферменти і ферментні системи знайшли застосування як біокаталізатори в різних галузях практичної діяльності: в харчовій, фармацевтичній, текстильній, шкіряній та інших галузях промисловості, в гуманній і ветеринарній медицині, в сільському господарстві, органічному синтезі, хімічному аналізі тощо. У промисловості, наприклад, використовуються в основному препарати для гідролізу природних полімерів білків, крохмалю, пектинів (табл. 7.1).

Але більш широке технологічне використання розчинних або нативних ферментів затримувалось через низку причин, які залежать від природи самих ферментів. Перш за все ферменти можуть функціонувати лише при незначних коливаннях рН середовища, температури, іонної сили розчину і відсутності інгібіторів; вони нестійкі при зберіганні і впливові різних факторів, особливо теплових; багаторазове використання ферментів утруднене через складність їх відокремлення від продуктів реакції, в результаті чого вони використовуються, як правило, один раз; трудомісткість очищення ферментів і одержання їх у достатньо активному стані і, як наслідок, висока вартість нативних

ферментів. Подолати ці труднощі вдалося шляхом іммобілізації ферментів, тобто переведення їх із розчинної в нерозчинну форму.

Таблиця 7.1. Ферменти, які використовуються у промисловості

(І.В. Березін і ін., 1987 р.)

В основу сучасної інженерної ензимології покладено використання іммобілізованих ферментів і ферментних систем.