1. Същност на имобилизираните ензими

Еднократно използване на ензимите в разтвор заедно със субстрата и продукта има много недостатъци:
- висока стойност на ензима;
- необходимост да се отдели ензима от продукта ;
- необходимостта от големи реактори със съпътстващи ги големи капиталовложения и т.н.
Ако ензимите се закрепят по някакъв начин към водонеразтворим носител, запазвайки част от ензимната си активност, те могат да се използват многократно. Това рязко повишава ефективността от тяхното приложение. За ограничаване на подвижността т.е за свързване на ензимите със носителя се използва термина имобилизация.
Имобилизацията се определя като включване на молекулата на ензима в някаква изолираща фаза, отделена от фазата на свободния разтвор, но способна да взаимодейства с намиращите се в нея молекула на субстрат, ефектор или инхибитор. Фазата на ензима е обикновено неразтворима във вода и често е високомолекулен хидрофилен полимер.

2. Подбор на носители.

За да се осъществи ефективна имобилизация, трябва да се подбере подходящ носител, върху който се закрепил ензима. Идеалният носител трябва да притежава следните условия:
- Висока химична и биологична устойчивост
- Неразтворима във вода и други разтворители
- Висока механична здравина
- Висока хидрофилност
- Проницаем за молекулата на субстрата
- Да е евтин и да се получава в гранулирана форма
Почти всички носители са на основата на органичните полимери производни на целулозата, декстрана, агарозата, полиакриламиден гел, но има и нерганични носители, като активният въглен, макропорести стъкла, каолин и др.

3. Методи на имобилизация

Приложение на имобилизираните ензимите в аналитичната практика

1. Биосензори. - Биосензорите се дефинира като аналитични инструменти или аналитични системи, изградени от имобилизиран биологичен материал (напр. ензими, цели клетки, органели др., както и комбинация от тях), намиращ се е тесен контакт с подходящ преобразовател или датчик, който превръща биохимичния сигнал в електрически сигнал, поддаващ се на количествена оценка.

б. Лабораторен анализатор. Служи за количествено определяне на глюкоза, етанол, урея и други метаболити. В него са вградени имобилизирани върху мембрани ензими. Приборът се използува в медицината за диагностични цели.
в. Проточен анализатор. Вградените в такъв тип апарати биосензори контролират извършващите се непрекъснати процеси в големи обеми. Проточните анализатори се използуват широко в ХВП, ферментационната промишленост, за контролиране замърсяванията на околната среда и т. н. Например в специално конструиран портативен прибор за изследване замърсяванията на околната среда е вграден биосензор, представляващ имобилизирана холинестераза. Когато в изследваната проба се съдържат органофосфорни съединения (напр. пестициди, бойни отровни вещества ), ензимът се инхибира, което се регистрира от анализатора.
г. Имплантиращ се прибор за контрол. С него се контролират освобождаващи се количества от лекарствени или други вещества. Такъв е например случаят с инсулина при пациенти, болни от диабет.
Причината за широкото разпространение на имобилизираните ензими в различните конструирани аналитични системи се дължи на това, че те отговарят на изискванията за съвременен анализ, тъй като приложението им е свързано с редица предимства, като чувствителност, точност, специфичност, възпроизводимост, възможности за автоматизиране и ниски разходи.
2. Ензимни електроди. - Принципът на тяхното действие се основава на дифузията на субстратите в тънкия слой от биокатализатора. Продуктите на ензимната реакция се определят с електрохимичен датчик. Ензимните електроди могат да служат на аналитичната практика само в случай, че притежават достатъчна селективност, т. е. електродът трябва да дава отклик (отговор) само на едно вещество или на определен клас съединения в присъствието на други такива. Селективността на ензимните електроди може да се понижи, ако присъствуват съединения, пречещи на електрохимичния датчик или инхибиращи ензими. Стабилността на ензимните електроди зависи от стабилността на ензимната мембрана и на електрохимичния датчик. Чувствителността на ензимните електроди зависи от активността на ензимната мембрана. Един от първите ензимни електроди бе създаден за количествено определяне на глюкоза. Този ензимен електрод е изграден от тънка мембрана, в която ензимът глюкозаоксидаза е имобилизиран чрез влючване в ПАА-гел ( а ) прикрепена около електрода с целулозно-ацетатна ципа ( б), синтетична полимерна мембрана от тефлон, пропускаща кислород ( в), и платинов електрод (г). Глюкозата от разтвора, в който е потопен ензимният електрод, дифундира в мембраната на ПАА-гел и ензима. Тук протича ензимната реакция, при която се консумира кислород. С това обаче се понижава кислородното захранване на електрода. Чрез измерване концентрацията на кислорода с електрода може да се определи количествено намиращата се в разтвора глюкоза. Основание за това е съществуването на линейна зависимост между концентрацията на глюкозата в разтвора и понижаването на кислородното ниво около електрода. Описаният електрод може да работи стабилно повече от 4 месеца, чувствителността му варира в интервала 10-1 до 10-5 mol/l, времето за получаването на отклика е около 60 s и направата му е сравнително проста. Сега в аналитичната практика са разработени голям брой различни типове ензимни електроди със селективно действие спрямо различни вещества.

Сега в аналитичната практика са разработени голям брой различни типове ензимни електроди със селективно действие спрямо различни вещества.

Въпроси и задачи

1. При посещение в клинична лаборатория проучете с какви прибори, израдени на основата на действието на имобилизираните ензими работят.

2. Опишете приложението им и принципа им на действие.

3. Защо е целесъобразно приложението на имобилизирани ензими в аналитичната практика?

4. Проучете в интернет материали за иновации в областта на имобилизираните ензими.

За любознателните:

Информация за иновации в областта на имобилизираните ензими на английски език ще намерите на тези линкове:

http://www.easybiologyclass.com/enzyme-cell-immobilization-techniques/

http://nanotechweb.org/cws/article/tech/20312/1/garrido