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배우철님의 답변
2000-12-09- 0
많은 생물공학 책(생물공정공학, 생물화학공학)에서 효소 고정화에 대하여 1장에 걸쳐서 다루고 있습니다.그곳에서 많은 정보를 찾을수 있을 것입니다. 그리고 Immobilization of Enzymes and Cells ( Gordon F.저, Humana, $69.50, 월드사이언스)이라는 전문서적의 경우 여러 다양한 방법의 고정화 기술과 효과 응용 등에 대하여 매우 자세히 다루고 있고 큰 서점에서는 구입하실수 있습니다. 고정화효소 1. 고정화효소의 의의 생체촉매인 효소는 일반의 화학촉매에서 찾아 볼 수 없는 여러 이점을 가지고 있으나 한편으로 효소는 단백질로 되어 있고 그 고차구조에 활성의 특이성이 숨겨저 있으므로 일반적으로 열, 강산이나 강알칼리, 유기용매 등에 의하여 활성을 잃게 되고 효소반응을 행하는데 알맞는 환경에 두어도 비교적 빨리 활성을 잃는다. 또 종래 효소는 주로 수용성으로 하여 사용되어 왔으나 본래 유기용매에 녹기 쉬운 지용성 물질의 세포내에 있어서 변환은 균체내에서는 친유적 환경에서 영위된 것으로 알려진다. 생체내에서 존재하는 상태에 보다 가까운 조건하에서 효소의 기능을 발휘하기에는 곤란하다. 또 공업적인 이용에 있어서 반응종료 후 효소만을 변성시키지 않고 회수하여 재이용하는 것은 아주 어려운 것으로 반응액 중에 충분히 활성을 가진 효소가 잔존하여 있어서 이것을 변성 실활시켜 제거하고 생성물을 분리하는 것은 비경제적이다. 따라서 효소나 균체를 적당한 방법으로 고정화함으로써 여러 이점을 가지게 할 수 있다. 고정화된 생체촉매는 그 구조와 기능의 관계를 조사하는 점에서 생화학이나 효소학 등의 기초적 연구의 면에서도 이용가치와 실용면에서 발전은 현저하다. 효소가 물에 불용성으로 되더라도 촉매활성을 나타낸다는 것을 관찰한 것은 1916년 Nelson들이 invertase를 골탄분말에 흡착시킨 상태에서도 그 효소활성이 나타난다는 보고가 최초의 일이다. 그후 효소의 촉매활성을 유지하면서 물에 녹지 않는 담체에 물리적 또는 화학적 방법으로 부착시켜 고체촉매화한 고정화효소의 실용화에 대한 연구가 계속되었고 1969년 aminoacylase의 고정화효소의 공업적 이용이 최초로 성공하였으며 그후 glucose isomerase에 의한 이성화당의 제조, penicillin amidase에 의한 발효 penicillin으로부터의 6-aminopenicillanic acid의 제조, lactase에 의한 lactose함량이 낮은 우유의제조 등에 고정화효소가 공업적으로 이용되고 있다. 2. 고정화법의 개요 효소나 미생물 균체의 고정화에 있어서는 이용목적, 그에 합치된 촉매기능을 가진 효소나 균체의 선택, 담체의 종류, 고정화법의 조합 등을 생각하지 않으면 안된다. 사용목적이 확실하고 그에 이용가능한 효소나 미생물을 취득할 수가 있어서도 적절한 고정화법과 담체의 조합을 사용하지 않으면 얻어진 고정화물의 활성이나 안정성이 나쁘게 된다. 고정화 방법으로서는 공유결합, 이온결합, 물리적 흡착, 생화학적 특이결합 등에 의하여 불용성의 담체에 효소를 고정화하는 담체결합법, 효소분자끼리를 다관능성의 가교체로 결합시켜 불용화시키는 가교법, 저분자 화합물을 중합, 회합시키거나 혹은 고분자 화합물을 가용의 상태에서 불용의 상태로 옮기므로써 생기는 고분자 겔(격자형), microcapsule 혹은 한외여과막내에 효소나 균체를 밀폐시키는 포괄법 그리고 이것을 적당히 조합시킨 복합법 등이있다. 이들의 어떤 것은 미생물 균체나 세포 organelle의 고정화에도 사용된다. 3. 고정화효소의 성질과 특징 고정화함으로써 효소나 균체는 부분적으로 수식되기도 하고, 고분자의 gel이나 엷은 막으로 싸이기도 한다. 따라서 고정화효소나 고정화 균체는 고정화하기 전에 비하여 조금씩 다른 성질을 나타내는 경우가 있다. 효소는 고정화에 의해서 일반적으로 활성이 저하되는 경우가 많고 또 기질특이성이 변화하는 일이 있다. 이와 같은 변화가 생기는 이유는 ①고정화시에 효소활성 중심의 아미노산잔기의 일부가 파괴되거나 결합에 관여하고, ②효소단백질의 고차구조를 변화하며, ③기질 또는 반응생성물의 확산이나 막투과로 인하여 효소반응이 완만해지기도 하고, ④고정화용 담체의 입체적장해 때문에 기질이 효소에 접근하기 어렵게 된다는 점 등을 생각할수 있다. 또 효소를 고정화하면 효소단백질의 전자상태가 변화하는 동시에 담체표면의 전하의 영향을 받아서 효소반응의 pH의존성이 바뀌어 최적 pH가 변화하는 경우가 있다. 이와 같은 pH의존성의 변화에는 어느 정도 규칙성이 있으므로 고정화법을 선캑함으로써 효소 원래의 최적 pH를 효소를 이용하기에 적합한 pH로 변화시켜 사용하기 편리하도록 하는 것도 어느 정도 가능하다. 고정화에 의해서 효소는 열, pH, 유기용매, 단백질성제, protease, 효소저해제 등의 외부인자에 대해서 안정성이 증가하는 장점도 있고 또 연속효소반응시의 안정성 또는 보존성이 좋아지는 경우도 많다. 미생물 균체의 경우도 고정화에 의해서 그 효소가 안정화되는 예가 많이 알려져 있고, 연속효소반응에 이용했을 때 활성의 반감기가 화학촉매에 가까운 2년이나 되는 예도 있다. <기질 특이성> 고정화된 효소가 유리의 효소에 비하여 기질특이성에 어떤 변화가 일어나는가는 통일적으로 기술할 수는 없으나 일반적으로 고분자 기질에 대한 반응성의 저하는 현저하다. 이 반응성의 저하는 현저하다. 이 반응성의 저하는 고분자 기질이 고정화 효소의 활성중심에 가까이 하기 어렵기 때문이라고 생각되며 단백질, 핵산, 다당류 등의 가수분해효소에서 그 예가 발견된다. 또 lipoamide dehydrogenase, catalase, D-aminoacid oxidase의 경우와 같이 저분자 물질을 기질로 하는 반응에 있어서도 고정화함으로써 이들의 효소가 작용하려는 몇 개의 기질간의 상대속도가 변화하는 수도 있으며 고정화에 의하여 효소의 활성중심의 입체구조에 영향이 미치고 있다고 추측된다. 특히 D-aminoacid oxidase의 경우 효소 단백질의 amino기를 고정화에 사용할 것인가와 carboxy기를 고정화에 사용할 것인가에 따라 기질특이성에 차이가 나타나는 것은 흥미롭다. 또 고정화하여도 기질 특이성이 거의 변화하지 않은 예도 수없이 보고되어 있다. <최적 pH> 양이온성 또는 음이온성을 가진 담체를 고정화에 사용하는 경우 겉보기 최적 pH가 산성 측이나 알탈리 측으로 이동하는 것은 당연히 예상되는 일이나 담체가 이온성이 아닐 때도 최적pH의 차이가 관찰된다.이 원인으로서는 담체의 활성화를 행할 때 결합된 관능기가 고정화에 사용하기 위해서 단백질 표면의 이온성이 변화하는 것으로 생각된다. 또 효소반응의 과정에서 예로서 proton의 출입이 있을 경우에는 최적 pH의 이동이 있다. 어느 경우에나 고정화 효소의 유리 효소와 비교하여 최적 pH의 어느 예측도 할 수 없는 경우가 많다. 또 최적 pH의 차이가 일어나지 않는 예도 많다. <최적온도> 고정화 특히 담체결합법에 의하여 고정화한 효소가 유리 효소에 비교하여 높은 반응 최적온도를 나타내는 예가 많이 보고되어 있으며 그의 차가 20℃에 미치는 것이 있다. 그 유래는 고정화에 의하여 효소 단백질의 자유운동이 제약됨에 따라서 열이나 단백질 변성제에 의한 입체구조의 교환이 일어나기 어렵게 된 것으로 추정된다. 이와 같은 자유운동의 제한은 활성중심에의 기질과 보인자의 접근 또는 결합을 어느 정도 일어나기 어렵게 하는 것이 효소활성 저하의 원인의 하나로 생각되나 고정화 하여도 활성화 에너지는 거의 변화가 없는 예도 많이 알려져 있고 대개의 경우는 활성중심에 그렁게 영향을 주지 않는 부분에서 분자의 고차구조의 안정성을 높이는 효과를 주는 것으로 생각된다. 실제 고정화에 의하여 효소의 열 안정성이 높아지는 예는 많고 고정화 효소의 이용에 있어서 고온에서 활성을 장시간 유지, 반응속의 증가, 잡균오염의 방지 등의 면에서 유리하다. 그러면서도 고정화에 의해서도 최적온도의 변화가 없는 것이나 때로는 저하하는 것도 있으며 고온에 내성이 있는 효소의 탐색이나 고정화의 개량은 현재로서 중요하다. <동역학적 정수> 고정화 효소의 대부분은 유리 효소에 비하여 기질이나 보인자에 한하여 친화성의 저하와 최대반응 속도의 저하를 나타내는 수가 많다. 그 원인으로서는 효소의 활성중심의 기질이나 보인자의 접근과 또한 효소의 수식에 의한 부분적인 실활로 생각된다. 효소 단백질 자체가 고정화에 의하여 입체적으로 변화를 받아 기질 등의 결합능의 저하를 일으키는 경우도 있으나 대부분은 담체내의 물질의 확산, 특히 고분자 물질의 확산이 제한되기 때문인 것으로 생각된다. 따라서 담체 등의 종류를 바꿈으로써 동역학적 정수가 크게 변화하는 수도 있다. <안정성> 고정화에 의하여 효소의 자유운동이 알맞게 제약되는 것은 열에 대한 안정성이 증가하는 것만이 아니고 여러 단백질 변성제에 대하여 내성을 나타나게 된다. 사실 요소, guanidine, 유기용매 등으로 처리하여도 효소활 의 저하가 나타나지 않는 예도 많고 또한 이들의 변성제의 어느 정도의 농도의 존재하에서 효소활성의 증가가 보이는 경우도 있다. 또 담체 입자의 표면이나 내부에 존재하는 효소에는 고분자 물질이 가까이 하기 어려우나 이 사실은 단백질 가수분해효소에 대한 저항성에서도 나타난다. 특히 포괄법으로 고정화한 경우에는 현저하다. 효소 고정화의 큰 목적의 하나는 생체촉매를 연속조건하에서 사용하는 것이나 고정화물의 활성의 지속성은 중요한 인자로 된다. 공업적인 견지에서 몇 개의 고정화 효소의 연속사용시에 있어서 반감기가 조사되었다. 이들의 몇 개는 단시간에 실제에서 얻은 이론치이나 반감기가 2년 가까이 이르는 고정화 균체의 예도 보고되어 있고 생화학적 입장에서 보아 생체촉매는 아주 불안정하다는 개념을 경우에 따라서는 바꿀 필요가 있다. 그러면서도 대개의 효소 고정화에 의하여 안정성이 증가하여도 불안정한 것도 사실이다. 4. 고정화 미생물균체 공업적 생산에 이용되는 효소는 미생물 유래의 것이 큰 비중을 차지하고 있다. 미생물효소에는 배양시에 세포 내에 존재하는 균체내 효소와 세포밖으로 분비되는 균체외 효소가 있으며, 균제내 효소를 이용하기 위해서는 효소를 세포 밖으로 추출, 분리하여야 하나 일반적으로 이렇게 분리한 효소는 불안정하다. 또 대개의 발효생산은 단일 효소가 관여하는 경우보다 여러 가지 효소가 관여하는 많은 단계의 반응을 거치게 되는 경우가 많다. 이 때문에 미생물호부터 효소를 추출하지 않고 때에 따라서는 미생물의 복합효소계도 이용하기 위해서, 미생물 자체를 고정화하여 그 효소를 그대로 이용하는 것이 고정화 미생물 균체이다. 이 방법은 균체로부터 효소를 분리할 칠요가 없으며, 추출조작중에 있어서의 효소활성의 저하를 막을 수 있고 복잡한 많은 단계의 반응을 한 단계로 끝낼 수 있는가 어렵게 되며 필요없는 부반응이 수반될 간능성이 있는 등의 결점도 있다. 막의 투과성을 개량하고 부반응에 관여하는 효소군을 실활시키기 위해서 균체를 계면활성제나 열로 처리하는 경우도있다. 이 고종화 미생물균체의 이용으로 aspartase활성이 높은 Escherichia coli있는 Brevibacterium ammoniagenes에 의한 fumaric acid로 부터의 L-malic acid의 제조 등이 공업적으로 이루어지고 있다. 근년에는 효소나 미생물균체의 고정화뿐만 아니라 식물세포, 동물세포 또는 세포내 소기관의고정화에 관한 연구도 진행되고 있다. 이와같은 고정화생체촉매의 연구는 복수의 효소계, ATP나 NAD(P)와 같은 조효소계를 합친 복잡한 반응계의 고정화로 발전되어가고 있다. 고정화 균체에는 고정화된 미생물의 생사에 관계 없이 특정의 효소활성을 잉요하는 경우와 산 균체의 상태로 이용하는 경우로 크게 나누어진다. 앞에서 설명한 L-aspartic acid, L-malic acid등의 제조는 한 단계 효소반응으로 전자의 예이며 이 경우 균체는 사멸하더라도 균체가 지니는 목적 효소의 높은 활성은 안정하게 유지되고 있는 데 대해서 후자는 고정화환 미생물을 고정화 담체 중에서 증식시켜 생존상태로 유지하면서 일반적인 발효와 같이 ATP, 산화환원계 또는 조효소의 재생계 등을 필요로 하는 많은 단계의 효소반응을 장기간 일정하게 유지하도록 하는 것으로 이 고정화 증식균체의 연구도 공업화의 단계에 이르고 있다. 고정화 증식효모를 이용한 알코올의 연속발효도 이러한 예이며, k-carrageenan을 사용하여 효모를 고정화하고 적당한 배지 중에서 배양하면 carrageenan gel 중에서 효모가 잘 증식하여 gel표면 근처에서 고농도의 효모균체 을 형성하고 그 결과 glucopse등의 탄소원과 잘 접촉하여 효율적으로 장시간 알코올을 연속생산할 수 잇게 된다. 5. 효소 및 균체의 고정화 효소가 촉매작용을 하기 위해서는 효소의 활성중심을 구성하고 있는 아미노산 잔기가 변화하지 않고 고유의 구조가 유지되어야 하므로 효소를 고정화할 때에는 활성중심의 아미노산잔기 및 고차구조를 변화시키는 화확반응, 고온, 고압, 강산, 강알칼리, 유기용매 등의 처리를 피하지 않으면 안 된다. 또 미생물균체, 동식물세포 또는 organelle등의 고정화에 있어서도 효소의 공정화와 같이 크게 제한된 조건이 요구된다. 효소나 균체를 고정화하기 위한 많은 방법이 연구 보고되고 있으나, 담체결합법, 가교결합법, 포괄법의 세 가지 방법으로 크게 분류된다. * 담체결합법 - 공유결합, 이온결합, 흡착법 * 가교법 * 포괄법 - 격자형, microencapsulation 1) 담체결합법 담체결합법은 불용성의 담체에 효소 또는 미생물을 결합시키는 방법이며, 그 결합양식에 따라 공유결합법, 이온 결합법, 물리적 흡착법으로 나눈다. 이중 공유결합법이 가장 많은 종류의 효소에 이용되고 있다. 담체 : 셀룰로오스, 덱스트란, agarose의 다당류 유도체 및 polyacrylamide 등. 사용담체에 따라 효소 결합량이 크게 변화 하며 효소활성에도 영향을 미침. 담체 : 효소 입자의 크기, 친수성기의 양, 표면적, 화학조성 등에 관하여 충분 히 검토 담체의 친수성 부위를 많게하여 표면적을 넗게 하면 담체에 대한 효소의 결 합량은 증대하고 활성이 높은 고정화 효소가 얻어짐. 담체결합법 - 공유결합법 - 이온결합법 - 물리적 흡착법. (1) 공유결합법 : 효소단백질에는 효소활성작용 직접 관계하지 않는 부분에 여러 가지 반응성 잔기를 가지고 있고 특히 수산기, 카르복시기, 아미노기 등의 함량이 많다. 적당한 담체 또는 그 유도체를 사용하여 이들의 반응성 아미노산 잔기와 효소를 공유결합시킬 수 있고 효소가 당단백질일 때는 당부분으로 공유결합시킬 수도 있다. 결합력이 강하고 안정된 것을 얻을 수 있으나, 제법이 복잡하고 어려우므로 효소활성 중심의 파괴나 고차구조가 변화되기 쉽고 강한 역가의것을 얻기 어렵다. 대표적인 방법으로 diazo법, peptide법, alkyl화법 등이 있다. Diazo법은 p-aminobenzyl cellulose, polyamino polystyrene등과 같은 방향족 아미노기를 갖는 담체를 diazonium화합물로 만들어 효소단백질을 diazo결합시킨다. Peptide법은 카르복시기를 갖는 여러 가지 담체를 산 azide 유도체로 만들어 효소단백의 아미노기와 peptide결합시킨다. Alkyl화법은 할로겐과 같은 반응성이 있는 관능기를 갖는 담체를 이용하여 효소단백질의 아미노기, 페놀성 수산기, SH기와 반응시켜 alkyl화하여 고정한다. diazo법, peptide법, alkyl법 등. 효소 : -, -amino기, -, -, -carboxyl, thiol기, imidazol기, indole기 등. 반응조건 설정이 어렵고 조작이 복잡, 비교적 심한 처리를 함 효소단백질의 고차 구조가 변화하거나 일부의 활성중심이 파괴되기 쉽다. 효소와 담체가 강하게 결합 - 고농도의 기질용액이나 염류용액 등에 의하여 쉽게 탈리되지 않음. ※ Alkyl화법 반응성이 강한 할로겐등의 관능기를 가진 담체, - bromoacetyl cellulose 효소단백질의 유리 amino기, phenol기, thiol기 등을 alkyl화 하여 고정화 (2) 이온결합법 : DEAE-cellulose, CM-cellulose등의 cellulose 이온교환제나 이온교환 Sephadex 또는 이온교환수지에 효소를 이온결합시켜 고체촉매화한다. 제법은 간단하고 온화한 조건하에서 만들어지므로 효소의 구조변화가 적고 역가가 높은 제품을 얻을 수 있으나 결합이 비교적 약하고 반응중에 있어서의 완충액의 종류, pH, 이온강도, 온도 등이 고정화의 효율이나 효소의 이탈에 크게 영향을 미치게 된다. 이 방법의 예로서는 세계에서 처음 공업화에 성공한 DL-아미노산의 광학분할을 목적으로 한 aminoacylase의 고정화가 유명하다. 담체 : 이온교환기를 가진 다당류 이온교환수지와 같은 합성고분자 유도체. 공유결합법에 비해 조작이 간단, 처리도 온화 고차구조나 활성중심의 변화가 적고 활성이 높은 고정화 효소가 얻어짐. 결합력이 공유결합에 비하면 약하기 때문에 완충액의 종류, pH등의 영향을 받기 쉽고 이온 강도가 높은 상태에서 반응시키면 효소 가 담체로 부터 이탈 DEAE-sephadex에 고정화한 amino acylase, DEAE-cellulose에 고정화한 glucose isomerase (3) 흡착법 : 물리적으로 흡착시켜 고정화하는 방법 담체와 효소와의 결합력이 약함 효소의 이탈이 일어나기 쉬운 결점. 담체 ; 활성탄, alumina, 실리카겔, 규조토, 전분, 글루텐 다공성 담체의 구멍의 크기-흡착에 영향 2) 가교법 담체를 가하지 않고 관능기를 두 개 가지는 시약으로 효소단백 자체를 가교하여 고체촉매화하는 방법이다. 공유결합법과 같이 안정하나 비교적 과격한 조건하에서 반응시키게 되므로 높은 역가의 것을 얻기 어렵다. 무수 maleic acid와 ethylene의 혼합중합물, glutaraldehyde, hexamethylene diisocyanate, bis-diazobenzidine 등이 사용된다. - 2개 이상의 관능기를 가진 시약을 사용 - 효소/효소를 cross linkage에 의하여 고정화. - 공유결합법과 같은 화학결합에 의한 고정화 - 수불용성 담체를 사용하지 않는다 - 비교적 강한 조건하에서 반응을 시키므로 얻어진 고정화 효소의 활성은 약함. 가교 시약 : glutaraldehyde, isocyanide유도체, bis diazobenzidin. alpha-amino기, lysine의 -amino, tyrosine의 phenol기, cysteine의 sulfhydryl기 등 3) 포괄법 효소 자체는 변화시키지 않고 gel의 미세한 격자속에 효소를 고착하든가, 반투과성 중합체의 피막으로 효소 전체를 싸도록한다. 이 방법의 장점은 효소뿐만 아니라 미생물균체나 세포의 organelle도 같은 방법으로 고정화할 수 있고, 복수의 효소의 고정화도 간단하며, 효소구조가 변화하지 않고 분해효소나 잡균에 의한 활성저하가 없다는 점 등이다. 그러나 포괄조건에 따라서는 효소의 변성실활도 있으며, 고분자기질에는 잘 작용하지 못하는 결점도 있다. 격자형의 포괄법에 있어서는 polyacrylamide gel이 주로 이용되고 있다. Acrylamide monomer, 가교제N, N'-methylene bisacrylamide 및 효소를 완충액에 용해하고 이 혼합액에 중합촉진제 β-dimethylamino propionitrile 및 중합개시제 potasium peroxodisulfate를 가하여 중합시킨다. 이외에 전분을 완전히 호화시킨 후 효소가 합유되어 있는 cellulose nitrate나 polyvinyl alcohol에 용매를 첨가하여 건조한 효소의 cellulose막 또는 vinyl막도 있다. 또 cellulose, fibrin 등의 불용성 단백질 및 cellulose, cellophane, 한천, alginic acid, carrageenan 등의 다당류 등과 같은 천연고분자물질을 이용한 포괄법도 있다. Microcapsulation형에는 효소 collodion액에 butyl benzoate를 첨가하여 석출시키는 방법이라 든가 물과 혼화하지 않는 용액에 중합체를 녹여 이것에 효소수용액을 첨가하여 homogenizer로 유화하고 이것을 다시 보호 colloid액 중에 유화분산시켜서 W/OW형의 2차 유화액으로 하여 가온, 감압하에서 용매를 제거하는 액중건조법 등이 쓰인다. - 효소를 포괄하는 격자형(lattice type) polymer의 피막에 의하여 효소를 피 복하는 microcapsule형. - 효소단백질과 캡슐과는 결합반응을 일으키지 않음. (1) 격자형 : polyacrylamide gel, polyvinyl alcohol, gelatin, carragennan 등 (2) Microcapsule형 : 반투막성의 polymer에 의하여 효소를 피복하는 방법 효소 microcapsule 직경: 수μ∼수백μ의 구상. 피막 : collodion, 나일론, 셀룰로오스 유도체등이 이용. *고정화를 하는 이유* 1) 효소를 반응물과 생성물로부터 쉽게 분리. 2) 재사용이 가능 - 경제적 3) soluble analogues보다 안정. 4) 용매/온도에 대한 효소활성 감소를 최소화. 5) 적정 온도, 적정pH 범위의 확대. 6) 연속적인 효소 반응이 가능. 강경일이라는 분이 정리하여 홈페이지에 올리신 내용입니다. -
답변
박철호님의 답변
2000-12-09- 0
다음의 웹사이트에서는 enzyme immobilization에 대한 기본원리 및 방법 그리고 고정된 효소의 특성에 관한 자료를 찾아보실 수 있습니다. http://www.rensselaer.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/IMMOB/goel2nd.htm 그리고 다음의 자료 중 하나 이상을 선택하여 읽어보시면 리뷰하시는데 큰 도움이 될 것입니다. 1. Adv Biochem Eng Biotechnol 1999;64:203-26 Bioaffinity based immobilization of enzymes. Saleemuddin M Department of Biochemistry, Faculty of Life Sciences, Aligarh Muslim University, India. btisamu@x400.nicgw.nic.in Procedures that utilize the affinities of biomolecules and ligands for the immobilization of enzymes are gaining increasing acceptance in the construction of sensitive enzyme-based analytical devices as well as for other applications. The strong affinity of polyclonal/monoclonal antibodies for specific enzymes and those of lectins for glycoenzymes bearing appropriate oligosaccharides have been generally employed for the purpose. Potential of affinity pairs like cellulose-cellulose binding domain bearing enzymes and immobilized metal ionsurface histidine bearing enzymes has also been recognised. The bioaffinity based immobilization procedures usually yield preparations exhibiting high catalytic activity and improved stability against denaturation. Bioaffinity based immobilizations are usually reversible facilitating the reuse of support matrix, orient the enzymes favourably and offer the possibility of enzyme immobilization directly from partially pure enzyme preparations or even cell lysates. Enzyme lacking innate ability to bind to various affinity supports can be made to bind to them by chemically or genetically linking the enzymes with appropriate polypeptides/domains like the cellulose binding domain, protein A, histidine-rich peptides, single chain antibodies, etc. 2. Biosystems 1995;35(2-3):179-82 Immobilization of enzymes/coenzymes for molecular electronics applications. Phadke RS Chemical Physics Group, Tata Institute of Fundamental Research, Bombay, India. A brief survey of immobilization strategies and methods has been presented. Relative merits and demerits are discussed with reference to their end use. 3. Trends Biotechnol 1994 Nov;12(11):439-43 Can immobilization be exploited to modify enzyme activity? Clark DS Department of Chemical Engineering, University of California, Berkeley 94720. Immobilization has long been recognized as a useful tool for retaining enzymes in bioreactors and enabling the continuous operation of enzymic processes. However, the potential of immobilization for modifying enzyme activity in an advantageous, if not predictable, manner is less-well appreciated. This review summarizes selected studies that have used immobilization to tailor the catalytic properties of enzymes, and highlights the application of immobilization to the rational design of biocatalysts. 4. Adv Enzymol Relat Areas Mol Biol 1985;57:179-249 Immobilization of enzymes: an approach to fundamental studies in biochemistry. Martinek K, Mozhaev VV >리뷰를 하고싶은데 > >자료가 모자라서요... > >아시는분 계시면 부탁드릴께요.^^ -
답변
성창모님의 답변
2000-12-10- 0
>리뷰를 하고싶은데 > >자료가 모자라서요... > >아시는분 계시면 부탁드릴께요.^^ ------------------------------------------------------------------- 1. Immobilized nucleases Reddy, L.G. (Natl Chemical Lab) Shankar, V. Source: Critical Reviews in Biotechnology v 13 n 3 1993 p 255-273 0738-8551 Abstract: Nucleases are important analytical enzymes and are used widely for the determination of nucleic acid structure. Their application depends on the specificity and mode of action of the particular enzyme. Nucleases have also found application in the production of flavor enhancers like 5 prime IMP and 5 prime GMP, removal of nucleic acids in single cell protein preparations, and as therapeutic agents. Immobilization of nucleases and the use of immobilized nucleases for various biotechnological applications have been reviewed. In English 87 Refs. EI94031245090 Ei tagged | Document availability and cost 2. Safety aspects of microbial enzyme technology, exemplified by the safety assessment of an immobilized lipase preparation, Lipozume Jensen, B.F. (Novo-Nordisk a/s) Eigtved, P. Source: Food Biotechnology (New York) v 4 n 2 1990 p 699-725 0890-5436 Abstract: The historical use of enzymes for food processing is briefly reviewed. The manufacturing process of microbial food enzymes is described including the fundamental purity criteria recommended by Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives and Food Chemicals Codex. Principles for safety evaluation focus on the possible presence of toxic contaminants in the commercial enzyme preparation. Possible sources of any undesirable contaminants include the raw materials used, the properties of the production strain, contamination with foreign microorganisms, use of additives and processing aids in recovery of the enzyme. Systems for design of toxicology programs are reviewed. A case study is given summarizing the safety evaluation of an immobilized lipase used for the interesterification of fats and oils. Based upon a no-effect level derived from in vitro and animal feeding studies it is concluded that the enzyme is safe for the intended use. In English 21 Refs Ei tagged | Document availability and cost 3. Food bioconversions and metabolite production using immobilized cell technology Norton, Sylvain (Labatt Breweries of Canada) Vuillemard, Jean-Christophe Source: Critical Reviews in Biotechnology v 14 n 2 1994 CRC Press Inc p 193-224 1040-8551 Abstract: This review explores recent advances in the use of immobilized cells for the production of metabolites used in the food industry, such as enzymes, amino acids, organic acids, alcohols, aroma compounds, polysaccharides, and pigments. Some food bioconversions such as fermentation of soy sauce and various hydrolysis are also considered. Special emphasis was placed on existing or potential industrial processes. This article also reports the effects of the reactor (configuration and working conditions), the immobilized cell physiological status (growing, nongrowing, or permeabilized), and of the carrier type, configuration, and size on the performance of immobilized cell systems. Compared with free cell fermentation, the main advantage of using immobilized cells is an increase in productivity, particularly in the case of continuous fermentation. For monoenzymatic reactions, nongrowing immobilized cells are often reported to exhibit a higher stability than free or immobilized enzymes. In English 240 Refs. EI94112443722 Ei tagged | Document availability and cost 4. Human prolactin receptor antagonist, (hPRL-G129R), induces apoptosis in multiple human breast cancer Ramamoorthy, Preveen (Clemson Univ) Wagner, Thomas E. | Chen, Wen Y. Source: Critical Reviews in Biomedical Engineering v 26 n 5 1998 Begell House Inc p 354 0278-940X Abstract: At present, there is increasing evidence linking human prolactin (hPRL) to the genesis of breast cancer. This report demonstrates that the hPRL antagonist (hPRL-G129R) inhibits the proliferation of T-47D and MCF-7 human breast cancer cells. It is shown that the T-47D cells are synergistically inhibited by a combination of hPRL-G129R and 4-OH-Tamoxifen. In English EI99074725572 Ei tagged | Document availability and cost 5. Lipophilic compounds in biotechnology - interactions with cells and technological problems Angelova, Blaga (Bulgarian Acad of Sciences) Schmauder, Hans-Peter Source: Journal of Biotechnology v 67 n 1 Jan 8 1999 Elsevier Sci B.V. p 13-32 0168-1656 Abstract: Lipophilic compounds are of significant importance in modern biotechnology. Center of interest are the biodegradation as well as the biotransformation of such lipophilic and often water-immiscible substances. Both whole cells and/or enzymes are used for these processes. It is obvious that a wide range of problems arise in an application of such complex systems consisting of biocatalysts substrate(s), product(s), water, (in some cases water-immiscible organic solvents): (i) interactions between lipophilic compounds and the membranes resulting in the change of some physiological characteristics of the living system; (ii) problems in the transport of these compounds (substrates and/or products) within the complex structured reaction systems; (iii) the problem of increasing the solubility of the lipophilic and mostly water-immiscible compounds with a minimum of inhibition effects on the processes; (iv) the presence of lipophilic components may also cause changes of the transport processes within the system (e.g. immobilized cells) resulting in changed yield or activity of the biological system. These problems are critically discussed in this review in relation to the known modes of interaction of lipophilic compounds with membranes, the bioavailability of the substrates, and the cases of steroid biotransformations. An outlook of future aspects in research, development and application of such processes is given. In English 178 Refs. EI99054674171 Ei tagged | Document availability and cost 6. Effect of processing parameters on the feasibility and operational stability of immobilized viable microbial cells Freeman, Amihay (Tel Aviv Univ) Lilly, Malcolm D. Source: Enzyme and Microbial Technology v 23 n 5 Oct 1998 Elsevier Science Inc p 335-345 0141-0229 Abstract: The use of aerated immobilized viable microorganisms despite their potential has so far been limited on the large scale except in waste treatment. This review assesses the information available on the effect of processing parameters on the behavior and operational stability of aerated immobilized viable cells being used for synthesis. It highlights the problems of adequate oxygen supply and a need to develop new reactors via a rational approach to process design and operation. In English 117 Refs. EI98094371711 Ei tagged | Document availability and cost 7. Reductions of 3-oxo esters by baker's yeast: Current status Sybesma, W.F.H. (Delft Univ of Technology) Straathof, A.J.J. | Jongejan, J.A. | Pronk, J.T. | Heijnen, J.J. Source: Biocatalysis and Biotransformation v 16 n 2 1998 Gordon & Breach Science Publ Inc p 95-134 1024-2422 Abstract: The objective of the current review is to present a mechanism and process engineering approach of stereospecific reductions of 3-oxo esters by baker's yeast. The stereospecific outcome of a reduction by baker's yeast depends on the kind of 3-oxo ester reductases involved and their specific activity. Various competing 3-oxo ester reductases are present in a yeast cell. An important aspect for efficient biotransformations with whole cells is the regeneration of NADH and NADPH cofactors. Use of different electron donors leads to the involvement of different metabolic routes influencing the reduction process. Optimization of the process conditions such as aeration, immobilization of cells, use of additives, or use of two phases, will enhance re-use of baker's yeast, yield, stereospecific outcome and scale up. Since the genome of baker's yeast is known, genetic engineering will soon increase the possibilities of stereo-selective reductions. In English 129 Refs. EI98084347518 Ei tagged | Document availability and cost 8. Bacterial cyclodextrin glucanotransferase Tonkova, A. (Inst of Microbiology of Bulgarian Acad of Sciences) Source: Enzyme and Microbial Technology v 22 n 8 June 1998 Elsevier Science Inc p 678-686 0141-0229 Abstract: Cyclodextrin glucanotransferase (CGTase, EC 2.4.1.19) is an enzyme which catalyzes intramolecular (cyclizing) and intermolecular (coupling, disproportionation) transglycosylation as well as having a hydrolytic action on starch and cyclodextrins. By a cyclizing reaction, the enzyme converts starch and related α-1, 4-glucans to cyclodextrins which are widely utilized in food, pharmaceutical, and chemical industries. The present review attempts to summarize the reported data concerning the bacterial producers of CGTase, growth cultural conditions providing optimal enzyme biosynthesis in batches, repeated batch and continuous cultivation of free and immobilized cells, as well as some physicochemical and biochemical characteristics of the enzyme, CGTase immobilization, and enzyme structure. In English 42 Refs. EI98074290850 Ei tagged | Document availability and cost 9. Recent applications of biotechnology in wine production Colagrande, O. (Universita Cattolica Sacro Cuore) Silva, A. | Fumi, M.D. Source: Biotechnology Progress v 10 n 1 Jan-Feb 1994 Publ by AIChE p 2-18 8756-7938 Abstract: Over the last 20 years wine-making technology has seen remarkable developments, which have improved the quality of the wines produced and have also made it possible to prepare wines with a range of characteristics. In this field, some biotechnological techniques have been of fundamental importance. Among these technological innovations, enzymic treatments, selected yeasts, improvement of microbial starters, and microorganism immobilization are reviewed here. A concise report is presented on the possibilities offered by enzymes that catalyze the transformation of polysaccharides, proteins, and polyphenols. We illustrate the importance of the characteristics of wine yeast and of a genetic improvement program for the wine industry, as well as the complexity of the genetic modifications of commercial wine yeast strains. We summarize the research on the optimization of new processes such as the use of immobilized microorganisms and cell-recycle batch fermentation in the preparation of wines and sparkling wines. In English Refs. EI94051274398 Ei tagged | Document availability and cost 10. Biotransformations of rifamycins: process possibilities Banerjee, U.C. (Inst of Microbial Technology) Saxena, B. | Chisti, Y. Source: Biotechnology Advances v 10 n 4 1992 p 577-595 0734-9750 Abstract: Rifampicin, an important antibiotic, is manufactured by chemical conversion of rifamycin S, which is obtained by the chemical modification of rifamycin B. Rifamycin B is a product of Nocardia mediterranei fermentations. The chemical conversion of rifamycin B to rifamycin S has many disadvantages: strong acidic conditions are required, heavy foam formation accompanies transformation and the yields are low. This review highlights the developments in alternative, biochemical transformations using enzymes and cells; the main focus is on transformations carried out by rifamycin oxidase. In English 35 Refs EI93020711554 Ei tagged | Document availability and cost 11. On the merits of viable-cell immobilisation Dervakos, George A. (Univ of Manchester Inst of Science and Technology) Webb, Colin Source: Biotechnology Advances v 9 n 4 1991 p 559-612 0734-9750 Abstract: Many advantages have been claimed over the years for the use of immobilised cells, both as enzyme systems and as whole viable cell systems for complete fermentation reactions. However, few of the claims have been fully substantiated, and may not even be entirely justified. Most research is involved with single applications and the best that can be hoped for is some evidence that immobilised cells in each of these individual cases display some advantage over the equivalent free cell system. The purpose of this review is to assess the merits of viable cell immobilisation in the light of published literature and to elucidate the underlying mechanisms. Particular attention is paid to the generally unanticipated, but widely observed enhanced stability of immobilised cell fermentation processes. In English 450 Refs EI92030450504 Ei tagged | Document availability and cost 12. Polyethyleneimine in immobilization of biocatalysts Bahulekar, Raman (Natl Chemical Lab) Ayyangar, N.R. | Ponrathnam, Surendra Source: Enzyme and Microbial Technology v 13 n 11 Nov 1991 p 858-868 0141-0229 Abstract: A variety of polymers with amino pendant groups have been accepted as suitable enzyme carriers. A number of synthesis strategies and techniques are adopted to anchor enzymes. The polymers are activated through derivatization either prior to or during adsorption to facilitate the covalent binding of enzyme. Polyethyleneimine (PEI), with the highest concentration of amino groups, has found acceptance as a carrier in a number of industrial immobilized biosystems. The two forms of PEI known are the linear crystalline type and the more important amorphous branched structure with a distribution of primary, secondary, and tertiary amino groups in the ratio 1:2:1. The primary and secondary amino groups are conveniently modified to generate facile enzyme carriers. A number of patents have been filed on the use of PEI to bind a rich variety of enzymes and whole cells. This review is primarily a compilation of these reports and purports to highlight the potential of PEI. In English 179 Refs EI91110355318 Ei tagged | Document availability and cost 13. Defined coimmobilization of mixed microorganism cultures O'Reilly, A.M. (Univ of Bath) Scott, J.A. Source: Enzyme and Microbial Technology 17 7 Jul 1995 Elsevier Science Publ Co Inc p 636-646 0141-0229 Abstract: Specifically selected organisms bound in close proximity can be an effective means of optimizing biotransformations that exploit complementary metabolic activity. A review of the literature gives the advantages as, primarily, controlled sequential conversions (e.g., in steroid, alcoholic beverage, or hydrogen production) or simultaneous metabolism of a multicomponent medium (e.g., in waste degradation and remediation). The local oxygen environment can also be manipulated by incorporating photosynthetic organisms for in situ generation, or conversely to provide a gradient, by binding aerobes externally to anaerobes to generate internal oxygen limitation. Of the two broad categories for physical immobilization, adsorption and encapsulation, the latter dominates reported work. The commonest immobilizing medium is calcium alginate. Mechanisms influencing the association of two or more different organisms are, however, rarely researched in comparison to single-cell or enzyme immobilization. In English 79 Refs. EI95072792427 Ei tagged | Document availability and cost 14. Immobilized enzymes and cells Kennedy, J.F. (Univ of Birmingham) Melo, E.H.M. | Jumel, K. Source: Chemical Engineering Progress v 86 n 7 Jul 1990 p 81-89 0360-7275 Abstract: The purpose of this review is to highlight the major features of the subject and present the criteria involved in the selection of the appropriate methods that will form a starting point from which to develop a system for a specific application. Guidelines are given that enable positive action in the utilization of immobilized biocatalysts. Immobilization methods for enzymes are outlined and discussed. Advantages of using immobilized cells as opposed to immobilized enzymes are described. In English 13 Refs EI90090005364 Ei tagged | Document availability and cost 15. Immobilized enzymes Zhuo, Renxi (Wuhan Univ) Lo, Yi | Tao, Guoliang Source: Lizi Jiaohuan Yu Xifu/Ion Exchange and Adsorption v 10 n 5 Oct 20 1994 Tianjin Nankai Daxue p 447-452 1001-5493 Abstract: This paper deals with the recent development of immobilized enzymes. New carrier materials, immobilized methods, coimmobilized multiple enzymes systems and the applications of immobilized enzyme to catalytic reactions are discussed. Immobilized cells are also reviewed. In Chinese 61 Refs. EI95032639390 Ei tagged | Document availability and cost 16. Cell growth patterns in immobilization matrices Walsh, P.K. (Dublin City Univ) Malone, D.M. Source: Biotechnology Advances 13 1 1995 Pergamon Press Ltd p 13-43 0734-9750 Abstract: Within an immobilized cell matrix, mass transfer limitations on substrate delivery or product removal can often lead to a wide range of local chemical environments. As immobilized living cell populations actively grow and adapt to their surroundings, these mass transfer effects often lead to strong, time-dependent spatial variations in substrate concentration and biomass densities and growth rates. This review focuses on the methods that have been devised, both experimentally and theoretically, to study the non-uniform growth patterns that arise in the mass transfer limited environment of an immobilization matrix, with particular attention being paid to cell growth in polysaccharide gels. In English 74 Refs. EI95022584035 Ei tagged | Document availability and cost 17. Immobilized cell technology in beer production Masschelein, Charles A. (Vrije Universiteit Brussel) Ryder, David S. | Simon, Jean-Paul Source: Critical Reviews in Biotechnology v 14 n 2 1994 CRC Press Inc p 155-177 1040-8551 Abstract: This article describes recent advances in immobilized yeast cell technology and the current commercial options practically applicable to the brewing process for rapid fermentation and/or maturation in the production of malt beverages with defined organoleptic/analytical spectra. Research conclusions to date consider adsorption or attachment to preformed and regenerable supports as the most suitable means of immobilizing yeast for large-scale industrial applications. A broader knowledge of yeast physiology is needed to understand multistep biosyntheses and regeneration of co-factors and enzymes under growth-limited conditions. Reactor design is dictated by the type of application, the support chosen, and the desired mass-transfer requirements. The technology of cell immobilization has the advantage of providing a very cost-effective framework for the production of beer and diverse malt beverages. Expect to see an increasingly important impact of this technology on the development of a new process area in the brewing industry. In English 97 Refs. EI94112443720 Ei tagged | Document availability and cost 18. Effect of perfluorochemicals on liver detoxification enzymes Obraztsov, V.V. (Russian Acad of Sciences) Shekhtman, D.G. Source: Artificial Cells, Blood Substitutes, and Immobilization Biotechnology v 22 n 4 Mar 17-20 1993 1994 Marcel Dekker Inc p 1259-1266 1073-1199 Abstract: The paper reviews the report made by Russian scientists on the induction of liver microsomal enzymes P-450 by perfluorochemicals (PFCs). It evaluates the side effects of fluorocarbon emulsions for use as drugs for the activation of liver detoxic function as well as for use as blood substitutes. In English 31 Refs. EI94112439798 Ei tagged | Document availability and cost 19. Chemical and physical properties of algal polysaccharides used for cell immobilization Guiseley, Kenneth B. (FMC BioProducts) Source: Enzyme and Microbial Technology v 11 n 11 Nov 1989 p 706-716 0141-0229 Abstract: The algal (seaweed) polysaccharides possess unique gelling properties that have led to their use in a variety of applications involving immobilization of cells and enzymes. They offer diversity in their mode of gel formation and liquefaction, in their thermal and chemical stability, and in their ability to be crosslinked. Numerous articles and books have been written on various aspects of the subject - most on immobilization of specific organisms, a few on the properties of the polysaccharides, and very few, indeed, comparing the polysaccharides or relating their characteristics to the immobilization process. It is the purpose of this review to tie these factors together. In English 52 Refs Ei tagged | Document availability and cost 20. Genetic immobilization of proteins on the yeast cell surface Ueda, Mitsuyoshi (Kyoto Univ) Tanaka, Atsuo Source: Biotechnology Advances 18 2 2000 Elsevier Science Ltd p 121-140 0734-9750 Abstract: A genetic system has been exploited to immobilize proteins in their active and functional forms on the cell surface of yeast, Saccharomyces cerevisiae. DNAs encoding proteins with a secretion signal peptide were fused with the genes encoding yeast agglutinins, a- and α-type proteins involved in mating. The fusion gene was introduced into S. cerevisiae and expressed under the control of several promoters. Appearance of the fused proteins expressed on the cell surface was demonstrated biochemically and by immunofluorescence and immunoelectron microscopy techniques. α-Galactosidase from Cyamopsis tetragonoloba seeds, peptide libraries including scFv and variable regions of the T cell receptor from mammalian cells have been successfully immobilized on the yeast cell wall in the active form. Recently, surface-engineered yeasts have been constructed by immobilizing the enzymes and a functional protein, for example, green fluorescent protein (GFP) from Aequorea victoria. The yeasts were termed 'arming yeasts' with biocatalysts or functional proteins. Such arming cells displaying glucoamylase from Rhizopus oryzae and α-amylase from Bacillus stearothermophilus, or carboxymethylcellulase and β-glucosidase from Aspergillus acleatus, could assimilate starch or cellooligosaccharides as the sole carbon source, although S. cerevisiae cannot intrinsically assimilate these substrates. GFP-arming cells can emit green fluorescence from the cell surface in response to the environmental conditions. The approach described in this review will enable us to endow living cells, including yeast cells, with novel additional abilities and to open new dimensions in the field of biotechnology. In English 81 Refs.