DE1792773C3 - Rohrförmiger Formkörper aus einem unlöslichen Träger, der durchlässig oder undurchlässig ist, mit einem an den Träger über einen überbrückenden Rest chemisch gebundenem Enzym - Google Patents
Rohrförmiger Formkörper aus einem unlöslichen Träger, der durchlässig oder undurchlässig ist, mit einem an den Träger über einen überbrückenden Rest chemisch gebundenem EnzymInfo
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- DE1792773C3 DE1792773C3 DE1792773A DE1792773A DE1792773C3 DE 1792773 C3 DE1792773 C3 DE 1792773C3 DE 1792773 A DE1792773 A DE 1792773A DE 1792773 A DE1792773 A DE 1792773A DE 1792773 C3 DE1792773 C3 DE 1792773C3
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Description
Träger
3°
enthält, wobei X einen reaktiven Rest und Y ein Halogenatom oder einen nukleophilen Substituenten
bedeuten, mit dem Enzym umsetzt.
45
Die vorliegende Erfindung betrifft die in den so
Ansprüchen definierten Gegenstände.
Wasserunlösliche Enzymderivate, wobei das Enzym an ein wasserunlösliches Polymer absorbiert oder darin
mechanisch eingeschlossen ist, sind bekannt. So werden in der deutschen Auslegeschrift 12 27 855 Enzymkörper
beschrieben, die durch Einverleiben von Enzym oder enzymhaltigen Mikroorganismen in gelöstes semipermeables
Material, wie Polyamid, Polyvinylazetat, Cellulosenitrat, Celluloseazetat, Äthylcellulose, Kautschukchlorid
oder Lipoid und anschließende Formung ho unter Trocknung erhalten wurden. Da das Enzym
innerhalb des semipermeablen Materials eingeschlossen ist, muß das umzusetzende Substrat dieses Material oder
darin enthaltende Lücken durchdringen, bevor die enzymatische Reaktion erfolgen kann; dies bedingt (,_,
relativ lange Umsetzungszeiten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, enzymhaltige
Formkörper bereitzustellen, mit welchen enzymatische Reaktionen beschleunigt und über einen langen
Zeitraum durchgeführt werden können.
Das erfindungsgemäße über einen überbrückenden Rest an den Träger gebundene Enzym steht bei
Umsetzungen in direktem Kontakt mit der vorbeiströmenden, subslrathaltigen Lösung. Der unlösliche,
rohrförmige Formkörper ist formbeständig, und das über einen überbrückenden Rest damit verknüpfte
Enzym wird auch bei längerem Gebrauch nicht abgelöst oder in seiner Aktivität beeinträchtigt
Geeignete Trägermaterialien für die erfindungsgemäßen Formkörper dürfen sich in dem für die enzymatische
Reaktion vorgesehenen Medium, beispielsweise Wasser, nicht lösen. Außerdem muß brauchbares
Trägermaterial, gegebenenfalls nach einer Vorbehandlung, mit dem überbrückenden Rest chemisch reagieren,
so daß der überbrückende Rest mittels einer chemischen Bindung an den Träger gebunden wird. Natüri;;he oder
synthetische Polymere sind brauchbare Trägermaterialien, wobei hydrophile Polymere mit freien Hydroxylgruppen
bevorzugt werden; geeignete Materialien sind beispielsweise Cellulose, modifizierte Cellulose, Stärke,
Wolle, Nylon und synthetische Polyester. Der rohrförmige Träger aus solchen Materialien kann aus
durchlässigem, filzartigem Gewebe oder einer undurchlässigen Schicht bestehen. Bei undurchlässigen Trägern
kann das Enzym auf der Innenseite oder der Außenseite des Rohres vorgesehen sein. Bei durchlässigen Trägern
können die Poren im Trägermaterial Durchmesser zwischen 10~5 bis 10-2cm aufweisen, was zu einer
solchen Durchlässigkeit führt daß durch eine Fläche von 1 cm2 pro Minute 0,01 bis 10 cm3 umzusetzende,
substrathaltige Lösung hindurchströmt In der Praxis hat sich eine solche Durchlässigkeit als besonders
wirksam erwiesen, da die umzusetzenden Substratmoleküle ohne sterische Hinderung durch solche Poren
hindurchtreten können.
Erfindungsgemäß ist das Enzym über einen überbrükkenden Rest an den unlöslichen, rohrförmigen Träger
gebunden. Geeignete Enzyme werden aus Pflanzen, Tieren oder Mikroorganismen isoliert und bestehen aus
gereinigten oder rohen Enzymen, Enzymgemischen oder Enzymsystemen. Brauchbare Enzyme sind beispielsweise
proteolytische Enzyme wie Trypsin, Chymotrypsin oder Papain; Hydrolasen wie /7-Galactosidase,
Ribonuclease, Alkali-Phosphatase, Amyloglucosidase oder Dextranase; Dehydrogenasen wie Milchsäure-Dehydrogenase;
Kinasen wie Creatin-Phosphokinase oder Pyruvat-Kinase; Oxidasen wie Glucose-Oxidase; und
Amidasen wie Amidase und Penicillin-An.idase.
Erfindungsgemäß sind derartige Enzyme über einen überbrückenden Rest an einen unlöslichen, rohrförmigen
Träger gebunden, wobei der überbrückende Rest die chemische Bindung zwischen Träger und Enzym
vermittelt. Sowohl die Bindung zwischen überbrückendem Rest und Träger wie die Bindung zwischen Enzym
und überbrückendem Rest müssen auch in Gegenwart der substrathaltigen Lösung beständig sein, damit auch
bei längerem Gebrauch der erfindungsgemäßen Formkörper das Enzym nicht von dem Träger abgelöst wird.
Ein beispielhafter überbrückender Rest wird dadurch erzeugt, daß an einem unlöslichen Polymer wie
Cellulose Carboxymethylgruppen gebildet, diese verestert und mit hydrazinsalpetriger Säure umgesetzt
werden, um Azidogruppen zu bilden. Bei der anschließenden Umsetzung zwischen azidogruppenhaltigem
Träger und Enzym wird das Enzym chemisch an den Träger gebunden, wobei die Azidogruppen als über-
brückender Rest wirken. Ein anderer, überbrückender Rest besteht aus Triazinylverbindungen der allgemeinen
Formel
Trieer
"5
wobei X einen reaktiven Rest, etwa ein Halogenatom, und Y ein Halogenatom, einen nukleophilen Substituen·
ten wie insbesondere die Aminogruppe, einen aliphatischen Rest oder eint ^ aromatischen Rest bedeuten.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formkörper
gerichtet Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Formkörper mit einem Enzym ist dadurch
gekennzeichnet, daß das Enzym mittels eines überbrükkenden
Restes an den Träger gebunden wird, und anschließend der Formkörper gewonnen wird. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein freie Hydroxylgruppen enthaltender
Träger zunächst mit einer Triazinylverbindung umgesetzt, und daraufhin das hierbei erhaltene Produkt,
das Reste der allgemeinen Formel
Träger
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enthält, wobei X einen reaktiven Rest und Y ein Halogenatom oder einen nukleophilen Substituenten
bedeuten, mit dem Enzym umgesetzt. Die Umsetzung von überbrückende Reste enthaltendem Träger mit dem
Enzym wird unter solch milden Bedingungen durchgeführt, welche wohl eine chemische Bindung des Enzyms
an den Träger gewährleisten, unter denen jedoch so wenig chemische Reaktionen wie möglich am Enzym
selbst auftreten. Da die Einwirkung von Wärme die Aktivität von Enzymsystemen stark vermindern oder
ganz aufheben kann, erfolgt die Trocknung der erfindungsgemäß hergestellten Formkörper zweckmäßig
nach dem Gefriertrocknungsverfahren.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
Ein 65 cm langes Nylonrohr (Durchmesser 1,0 mm) wurde mit trockenem pulverförmigem Ammoniumchlo- fts
rid gefüllt und I Std. lang auf 500C erwärmt.
Anschließend wurde das Rohr gespült, indem 5 ml Boratpufferlösung (pH 8,5) hindurchgepumpt wurden.
Anschließend wurde das Rohr mit einer Lösung aus 5% Glutardialdehyd in Boratpuffer (pH 8,5) gefüllt und 30
Minuten bei 1°C gehalten. Nach der Entfernung der Glutardialdehydlösung wurde das Rohr mit einer
Lösung von Chymotrypsin (10 mg/ml) in Boratpuffer (pH 84) gefüllt und über Nacht bei 4° C gehalten.
Anschließend wurde überschüssiges Enzym entfernt indem das Rohr mit Boratpufferlösung (pH 8,5) gespült
wurde.
Die proteolytische Aktivität des an der Innenseite des Nylonrohrs gebundenen Chymotrypsin wurde mit der
Casein-Bestimmung nach Hammersten (Methods in Enzymatic Analysis, Academic Press 1963, Seite 800)
geprüft Die durch das Nylonrohr hindurchgeströmte Lösung wurde mit dem 2,5fachen Volumenanteil an
5%iger Trichloressigsäure versetzt und das Gemisch nach 30 Minuten filtriert Bei einer Durchflußgeschwindigkeit
von 1 ml/Std. lag die Extinktion des Filtrate bei 280 nm um 0,22 über der Extinktion einer Casein-Vergleichslösung,
welche nicht durch das Nylonrohr geleitet worden war, sondern direkt mit Trichloressigsäure
behandelt worden war. Die höhere Extinktion entspricht einem Umsatz, der etwa 5μg freiem
Chymotrypsin äquivalent ist
Eine zylindrische Pepierhülse aus durchlässigem
Filterpapier wurde 5 Minuten lang in 1 n-Natriumhydroxid-Lösung eingeweicht anschließend das überschüssige
Hydroxid entfernt, und die Hülse dann in ein Dioxanbad eingetaucht und 5 Minuten lang darin
bewegt Daraufhin wurde die Hülse in ein Bad, das eine konzentrierte Lösung von Cyanurchlorid in Dioxan
(25 g auf 100 ml) enthielt, eingetaucht nach 5 Sekunden Wasser und nach weiteren 5 Sekunden Essigsäure
zugesetzt Die Papierhülse wurde aus diesem Gemisch herausgenommen und anschließend einige Minuten lang
in reinem Dioxan bewegt dem anschließend gleiche Volumina Wasser und Essigsäure zug^etzt wurden.
Nach 5 Minuten wurde die Hülse aus diesem Lösungsmittelgemisch herausgenommen, so lange mit einem
Gemisch aus Aceton und Wasser gewaschen, bis der Cyanurchlorid-Geruch verschwunden war, und anschließend
in einem Exsiccator getrocknet
Eine Lösung von 7,65 mg Penicillin-Amidase in 9 ml 0,01 molarer Phosphatpuffer-Lösung (pH 7,2) wurde in
ein rohrförmiges Glasgefäß eingebracht und die trockene Papierhülse vollständig in diese Lösung
eingetaucht und 10 Minuten lang bei 20-250C darin gehalten. Anschließend wurde die überschüssige enzymhaltige
Lösung abgegossen, eine 1 η-Lösung von N-(3-Aminopropyl)-di-äthanolamin in 0,9 n-Salzsäure
zugesetzt, und die Hülse mehrere Tage lang bei Raumtemperatur in dieser Lösung gehalten. Anschließend
wurde die Hülse sorgfältig mit 1 n-Natriumchlorid-Lösung in Phosphatpuffer gewaschen. Die Bestimmung
der Menge an gebundenem Enzym und dessen Aktivität ergab, daß an die durchlässige Hülse etwa
4 mg Enzym gebunden waren, und daß das gebundene Enzym etwa 30% seiner ursprünglichen Aktivität
aufwies.
Die erfindungsgemäßen Formkörper können bei einer Vielzahl von enzym-katalysierten Reaktionen
eingesetzt werden, insbesondere bei solchen Reaktionen, bei denen bislang lösliche Enzyme verwendet
wurden. Geeignete Anwendungsgebiete sind etwa die Herstellung von Penicillin, das Klären von Bier, die
Herstellung von Glucose unter Verwendung von
Amyloglucosidase, die Herstellung optisch aktiver Aminosäuren, die unter Transaminierung erfolgende
Bildung von L-Alanin, die enzymatische Hydrolyse von
Kohlehydraten und Proteinen, die alkoholische Fermentierung, die stufenweise erfolgende enzymatische
Analyse von Proteinen, beispielsweise von RNS und DNS oder die Verwendung in biochemischen Brennstoffzellen.
In all diesen Fällen lassen sich mit den erfindungsgemäßen Formkörpern die jeweiligen enzymatischen
Reaktionen beschleunigt durchführen, wobei die Aktivität des Enzyms über einen langen Zeitraum
erhalten bleibt.
Claims (5)
1. Formkörper aus einem unlöslichen Träger, der durchlässig oder undurchlässig ist, mit einem Enzym,
dadurch gekennzeichnet, daß der Träger rohrförmig und das Enzym über einen überbrückenden
Rest chemisch an den Trägergebunden ist
2. Formkörper aus einem durchlässigen Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Formkörper Poren mit Durchmessern von 10~5 bis 10-2cm aufweist
3. Formkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß er eine solche Durchlässigkeit besitzt, daß eine Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von
0,01 bis lOcmVMia durch lern2 seiner Fläche
hindurchströmen kann.
4. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Enzym mittels eines überbrückenden Restes an den Träger chemisch bindet und den
Formkörper gewinnt
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man einen freie Hydroxylgruppen
enthaltenden Träger zunächst mit einer Triazinverbindung umsetzt und danach das hierbei erhaltene
Produkt, das Reste der allgemeinen Formel
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| GB1732268A GB1183259A (en) | 1967-07-14 | 1967-07-14 | Novel Polymeric Materials Carrying Substituted Triazinyl Groups |
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