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효소enzyme 효소의고정화와 촉매에 관하여
2013-08-22 16:13:56
이엠생명과학연구원

1. 효소촉매의 문제점

?단백질로 구성, 열, 강산, 강알칼리, 유기용매 등에 의해 활성소실

?단기간의 활성소실, 반응 종료 후 재사용이 불가

 

2. 고정화

?효소촉매의 문제점을 해결하는 방법중의 하나

?Nelson, Graffin이 탄소분말에 invertase를 최초로 고정화

?Carboxypeptidase, diastase, pepsin, ribonuclease등이 polystyrene 에 고정화됨(1953)

?DEAE에 catalase가 이온결합법으로 고정화(1956)

?최근에는 불용성 폴리머를 사용한 미생물의 고정화도 사용

 

 

3. 고정화방법

1) 담체결합법

- 공유결합, 이온결합, 물리적 흡착, 생화학적결합을 이용한 불용성 담체에 효소를 고정 화하는 방법.

2) 가교법

- 효소분자끼리 가교체로 결합시켜 불용화시키는 법

3) 포괄법

- 저분자 화합물을 중합시켜 고분자 겔을 형성시키는 격자법

- Microcapsule 혹은 한외여과막에 효소나 균체를 밀폐시키는 Microcapsule 법

4) 복합법

- 가교법과 포괄법의 조합

- 결합법과 포괄법의 조합

- 공유결합법의 포괄법의 조합

 

 

4. 담체결합법

1) 공유결합법

- 효소의 활성발현에 직접관계하지 않는 아미노산의 잔기이용

- 담체의 작용기와 공유결합

2) 이온결합법

a) 장점

- 조작이 간단(이온결합)

- 담체의 재생이 가능

- 효소의 변화가 없음

- 가격이 쌈

b) 단점

- 담체와 효소단백질간의 결합력이 약함

- 반응이나 재생 중 효소의 이탈이 가능

- 완충액의 종류, pH, 이온강도, 온도 등이 영향을 줌

c) 이온결합담체

- CM-cellulose, DEAE cellulose, 등 여러 이온교환수지 사용가능

3) 물리적 흡착법

a) 장점

- 효소의 변형이 없음

- 고정화가 쉬움

- 다공질의 담체를 사용시 상당히 안정한 고정화 효소가 얻어짐

b) 단점

- 결합이 일반적으로 약함

- 효소의 이탈이 쉽게 일어남

- 단백질의 결합량이 많음(다량의 효소가 필요)

c) 고정화 방법

- Allumina, molecular seive, titaniun 등의 다공성 산화물 사용

- 흡착 후에 glutaraldehyde를 사용하여 효소의 가교화를 유도하여 효소의 불리 방지

 

5. 가교법

1) 장점 : 결합력이 강함, 비용이 저렴

2) 단점 : 고정화 방법이 복잡, 효소의 변형가능성 존재

 

 

6. 포괄법

1) 격자법 : 격자구조의 고분자겔에 효소를 포괄하는 법

a)장점

- 성형이 용이, 고정화법이 간단, 효소의 변형가능성이 작음, 효소의 포괄력이 강함

고정화 대상 효소의 범위가 넓음

b) 단점

- 담체의 재생이 불가능함

2) Microcapsule 형 : 자연계의 효소는 막에 둘러싸인 기관에 주로 존재

a) 상분리법

- 유화제를 함유하는 유기용매에 효소용액을 유화시키고 불용성의 고분자를 가하여 capsule 제조하여 고정화

b) 계면중합법

- 친수성의 1.6 hexylmethylene diamine과 효소를 유화제가 함유된 chloroform-cycloh

exane 혼합액 중에 유화시킴

- 여기에 소수성의 sebacoyl dichloride를 가하여 물과 유기용매의 계면에서 중합된 나일론에 의하여 효소를 포괄

c) 수중건조법 또는 액중건조법

- 유기용매의 화학적 반응에 의한 효소의 실활 방지

3) 한외여과막 사용법 : 효소의 변형없이 연속적인 사용 가능

a) 한외여과막안에 효소와 고분자 기질을 넣고 생성된 저분자 물질은 한외여과막을 통 하여 밖으로 배출시킴

b) Hollow fiber중에 효소나 균체를 넣어 연속적으로 반응시키는 방법




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