DE2360647A1

DE2360647A1 - Verfahren zur herstellung von immobilisierten bzw. unbeweglich gemachten enzymen

Info

Publication number: DE2360647A1
Application number: DE2360647A
Authority: DE
Inventors: Akira Kamibayashi; Hidekatsu Maeda; Hideo Suzuki; Aizo Yamauchi
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1972-12-07
Filing date: 1973-12-05
Publication date: 1974-06-12
Also published as: JPS4980285A; DE2360647C3; DE2360647B2; US3933587A; JPS5218795B2

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84

A 6391

Agency of Industrial Science & Technology 3-1, Kasumigaseki 1-chome, Chiyoda-ku, T ο k y ο / JAPAN

Verfahren zur Herstellung von immobilisierten bzw. unbeweglich gemachten Enzymen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von immobilisierten bzw. unbeweglich gemachten Enzymen mittels Gelatinierung.

Die Handhabung von Enzymen kann man bei Durchführung von Reaktionen dadurch erleichtern, wenn die Enzyme in verfestigter Form vorliegen«' Es sind bis jetzt zum Unbeweglichmachen bzw. zum Immobili-

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23C-:-^ 4

sieren von Enzymen einige Verfahren bekannt geworden. Bei einem dieser typischen Verfahren wird ein Enzym mit einem wasserimmobilisierten bzw. wasserverfestigten Träger verbunden. Ein anderes Verfahren besteht darin, daß das Enzym in einer wasserimmobilisierten bzw. wasserverfestigten hochmolekularen Substanz eingekapselt wird. Ein weiteres Verfahren besteht darin, daß zwei Enzyme miteinander verbunden und das resultierende Gemisch durch Gelatinierung immob üisiert bzw. verfestigt wird.

Die Durchführung der bekannten Verfahren ist sehr kompliziert und sie erfordert die Verwendung von kostspieligen Substanzen. Daher sind die Herstellungskosten bei den bekannten Verfahren sehr hoch, so daß die bekannten Verfahren in der Praxis nicht durchführbar sind.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von immobilisierten bzw. unbeweglich gemachten Enzymen zu zeigen, das das vollständige Unbeweglichmachen eines Enzymes auf wirtschaftliche Weise gewährleistet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man ein gegen Strahlung widerstandsfähiges Enzym einer wässrigen Lösung einer hochmolekularen Polyvinylverbindung aus Polyvinylalkohol oder Polyvinylpyrrolidon zugibt und die resultierende Mischung mit ionisierenden Strahlen bestrahlt, wobei eine Gelatinierung der Mischung stattfindet.

,Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit ein vorgegebenes Enzym einer wässrigen Lösung von Polyvinylalkohol oder Polyvinylpyrrolidon zugegeben und in einer inerten Atmosphäre oder unter vermindertem Druck wird die enzymhaltige Lösung einer

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ORIGiMAL INSPtCTED

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ionisierenden Strahlung ausgesetzt, wobei die Gelatinierung der Lösung stattfindet. Bei der Bestrahlung der wässrigen Lösung aus Polyvinylalkohol oder Polyvinylpyrrolidon mittels ionisierender Strahlung werden Wasserstoffatome, welche an den mit den Hydroxylgruppen oder Pyrrolidongruppen verbundenen Kohlenstoffatomen hängen, abgespaltet, so daß Radikale entstehen, woraus dann eine Vernetzung der hochmolekularen Verbindung stattfindet. Hierdurch wird das Enzym unbeweglich gemacht, da es im hochmolekularen Gitter eingefangen ist. Der hierbei erzielte Vernetzungsgrad ist bedeutend höher als bei Verwendung eines herkömmlichen Vernetzers, so daß wenig oder praktisch nichts von dem Enzym verlorengehen kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht noch darin, daß das gegen Strahlung beständige Enzym bzw. die gegen Strahlung beständigen Enzyme in 5 - 25 % wässrige Lösungen von hochmolekularen Polyvinylverbindungen eingebracht werden und dann werden die enzymhaltigen Lösungen mit einer hohen Dosis der ionisierenden Strahlung bestrahlt. Die Bestrahlung erfolgt hierbei in inerter Atmosphäre oder bei vermindertem Druck, wobei dann eine Gelatinierung der Lösungen stattfindet.

Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich wirtschaftlich durchführen, da Polyvinylalkohol oder Polyvinylpyrrolidon verwendet werden, was billige hochmolekulare organische Substanzen sind. Das Verfahren läßt sich auch einfach durchführen, da lediglich die enzymhaltige Lösung bestrahlt werden muß.

Die nachstehende Beschreibung dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

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BAD ORiGSNAL 6391 -.. -■

Es ist bekannt, immobilisierte Enzyme durch Gelatinierung einer wasserimmobüisierten bzw. wasserverfestigten hochmolekularen Verbindung herzustellen. Bei diesen Verfahren wird ein Enzym einer wässrigen Lösung von Acrylamid oder N, N'-Methylenbisacrylamid als Vernetzungsmittel zugegeben und die enzymhaltige Lösung wird in Gegenwart von Kaliumpersulfat, Dimethylaminopropionitril usw., welche als Polymerisationsbeschleuniger dienen, polymerisiert oder durch Gamma-Bestrahlung gelatiniert. Bei diesem Verfahren wird zum Einschließen des Enzyms im Gitter der hochmolekularen Verbindung ein kostspieliges Vernetzungsmittel verwendet. Es wurde auch der Versuch unternommen, Glucoamylase und Adenyldeaminase mittels dieses Verfahrens zu immobilisieren, wobei sich jedoch der Nachteil ergab, daß die Enzyme teilweise aus dem verfestigten bzw. immobilisierten Produkt ausgelaufen sind. Es wurden außerdem verschiedene Versuche unternommen, um dieses Auslaufen der Enzyme zu verhindern, was jedoch nicht vollständig gelungen ist. Weiterhin wird in Veröffentlichimgen berichtet, daß das Auslaufen des Enzyms wenn auch nur bis zu einem bestimmten Grad selbst bei Verwendung von Bestrahluig stattfindet. Es ergeben sich daher große Schwierigkeiten, Enzyme in das Gitter gelatinierter hochmolekularer Verbindungen vollkommen einzuschließen bei der Verwendung von Vernetzungsmitteln.

Vorliegende Erfindung zeigt nun ein Verfahren zur Immobilisierung bzw. zum Uribeweglichmachen von Enzymen, wobei billige organische hochmolekulare Stoffe, wie Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon verwendet werden können. Man hat festgestellt, daß bei den herkömmlichen Verfestigungsverfahren bzw. Immobilisierungen von Enzymen durch Bestrahlung wegen der Stabilität der Enzyme höchstens 40.J)OO 50. 000 Rad Bestrahlungsdosis zulässig sind. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Enzyme in einer wässrigen Lösung von Polyvihylalkohol eine höhere

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Stabilität gegenüber höheren Bestrahlungsdosierungen ionisierender Strahlen beständig sind. Aufgrund dieser Erkenntnis war es nun möglich, eine höhere Strahlungsdosis zur Anwendung zu bringen, wodurch Enzyme vollständig in das Gitter von Polyvinylalkohol eingeschlossen werden konnten, indem man wässrige Lösungen von enzymhaltigen Polyvinylalkohollösungen mit ionisierenden Strahlen hoher Dosis bestrahlt hat.

Bei der Durchführung vorliegender Erfindung eignet sich besonders ein solcher Polyvinylalkohol, der als eines, der Produkte bei der vollkommenen oder teilweisen Hydrolyse von Polyvinylacetat erhalten wird. Der Polyvinylalkohol darf auch teilweise Essigesterrückstände enthalten. Bei Verwendung von Polyvinylpyrrolidon ist es nicht notwendig, daß jede Vinylgruppe eine Pyrrolidongruppe enthält. Polyvinylalkohol darf auch andere wasserimmobilisierte Monomere, wie Acrylamid, enthalten. Eine derartige hochmolekulare Polyvinylverbindung wird in Form einer 2 - 40 %igen wässrigen Lösung verwendet. Eine Polyvinylalkoholkonzentration von weniger als 2 % ist nicht durchführbar, da das gelatinierte Produkt eine zu starke Schrumpfung aufweist, um noch die Aufgabe der Erfindung zu lösen.

Es können alle Enzyme, .welche gegenüber einer ionisierenden Bestrahlung, insbesondere radioaktiven Bestrahlung, bis zu einer Dosis von einigen M.Rad in der Anwesenheit von Polyvinylalkohol beständig sind, gemäß dem Verfahren der Erfindung immobilisiert bzw. unbeweglich gemacht werden. Beispiele von Enzymen, welche diesen Erfordernissen genügen, sind Glucoamylase, Invertase, Beta-Galactosidase, Glucose-Oxidase, Glucose-Isomerase und Catalase. Die Menge, mit der die Enzyme der wässrigen Lösung der hochmolekularen Polyvinylverbindung zugefügt werden können, bewegt sich in dem Bereich von

_{0B1G1NAL IN}spected

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O, 001 - 5 Gew. -%. Obgleich diese Menge nach Art des Enzyms, das immobilisiert bzw. unbeweglich gemacht werden soll, verändert werden kann, erhält man keine vollständige Immobilisierung, wenn die Menge die obere Grenze des angegebenen Bereiches überschreitet.

Die Enzymlösung wird dann mittels einer ionisierenden Strahlung bestrahlt, so daß sie gelatiniert. Als Ausführungsbeispiele für die Strahlung eignen sich Betastrahlen und Gammastrahlen. Daneben können auch beschleunigte Elektronen verwendet werden. Die optimale Dosis der Bestrahlung ist so bemessen, daß die absorbierte Energie in dem Bereich von 1 M.Rad bis 20 M.Rad fällt. Die Bestrahlung wird bevorzugt in einer sauerstoffreien Atmosphäre durchgeführt, beispielsweise in einer Stickstoff atmosphäre oder bei vermindertem Druck.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der E rfindung beschrieben.

Es wird zunächst eine hochmolekulare Polyvinylverbindung, beispielsweise Polyvinylalkohol oder Polyvinylpyrrolidon, in Wasser aufgelöst und in einer inerten Atmosphäre erhitzt, so daß eine 2-40 %ige wässrige Lösung entsteht. Nach Abkühlen der Lösung wird eine Enzymlösung zur wässrigen Lösung zugeführt, und zwar in einer solchen Menge, daß ein Enzymgehalt von 0,001 - 5 Gew. -%, bezogen auf das Gewicht der wässrigen Lösung der hochmolekularen Polyvinylverhüidung entsteht. Die Mischung wird dann gründlich gerührt und in eine Ampulle abgefüllt, die bei vermindertem Druck oder bei inerter Atmosphäre hermetisch abgedichtet wird. Vorteilhaft ist es, vor dem Abdichten der Mischung eine hochverdünnte Pufferlösung zuzugeben, so daß eine mögliche Veränderung der Wasserstoffionenkonzentration (pH) verhindert wird. Dann wird die abgedichtete Ampulle mit der ionisierenden

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Strahlung bestrahlt, wobei beispielsweise Gammastrahlen oder beschleunigte Elektronen als Strahlen zur Anwendung kommen können. Nach Beendigung der Bestrahlung wird der gelatinierte Inhalt aus der Ampulle entnommen und fein verteilt. Das feinverteilte Gel kann nun auf einer Unterlage oder in einer Säule beispielsweise untergebracht und verwendet werden. Die Ergebnisse, welche bei der soeben beschriebenen Immobilisierung erhalten werden, sind mit denen vergleichbar, welche man bei der Verwendung von Acrylamid erzielt. Das Gelprodukt ist als immobilisiertes bzw. unbeweglich gemachtes Enzym ausreichend verwendbar. Während nun bei der Verwendung von Acrylamid bei der Herstellung von immobilisierten Enzymen ein geringer Auslauf des Enzyms beobachtet worden ist^ bleiben bei dem Verfahren gemäß der Erfindung alle Enzyme in dem Gelprodukt zurück. Die vollständige Verhinderung de§ Auslaufens des Enzyms kann dadurch erklärt werden, daß man die wässrige Lösung der hochmolekularen Polyvinylverbindung mit einer äußerst hohen Dosis bestrahlen kann. Hieraus ergibt sich ein höherer Grad an Vernetzung als dies bei dem bekannten Verfahren beim Einschluß von Enzymen in hochmolekularen Verbindungen der Fall ist.

Die mittels des Polyvinylalkoholgels bzw. Polyvinylpyrrolidongels unbeweglich gemachten Enzyme haben im Gegensatz zu dem Produkt, bei dem Acrylamidgel verwendet wird, nur eine geringe Möglichkeit, Fremdkörperreaktionen auf lebenden Zellen zu induzieren und können daher für pharmazeutische Zwecke ohne weiteres verwendet werden.

Wie im vorstehenden schon beschrieben worden ist, ermöglicht das Verfahren der Erfindung ein vollständiges Unbeweglichmachen der Enzyme, wobei als Medium derart billige organische hochmolekulare Stoffe, wie Polyvinylalkohol, verwendet werden können. Da man zudem

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die Verwendung von radioaktiven Strahlen ohne weiteres beherrscht, ermöglicht die Erfindung ein einfaches Herstellungsverfahren, das auch wirtschaftlich durchgeführt werden kann, so daß man auch in großem Stil, beispielsweise in der industriellen Fertigung, nunmehr Enzyme verwenden kann.

Die folgenden bevorzugten Beispiele sollen zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen.

Beispiel 1

In einer Stickstoff atmosphäre werden 10 g Polyvinylalkohol unter Erhitzen in 90 ml mit Stickstoff gesättigtem Wasser gelöst. Die Lösung wird gekühlt und gründlich gerührt, wobei 10 ml einer Enzymlösung, die 3061 Einheiten Glucoamylase enthält (internationale Standardeinheiten, pH 4, 5; 40 C; mit Maltose als Substrat), zugegeben wird. Teile der hierdurch gewonnenen Lösung, von denen jeder 5 ml Volumen aufweist und 139 Enzymeinheiten enthält, werden in Ampullen eingebracht, die dann hermetisch in einem Stickstoff gasstrom abgeschlossen werden. Die abgedichteten bzw. verschlossenen Ampullen werden mehreren M.Rad einer Gammastrahlung mit einer Dosis von 6, 54 χ 10 Rad/h ausgesetzt, so daß der Inhalt der Ampullen geliert. Nach der Bestrahlung wird das gelierte Produkt aus den Ampullen entnommen und dreimal mit Wasser gewaschen, entwässert und dann gewogen und hinsichtlich der Aktivität geprüft. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.

Bei einer Dosierung von 5 M.Rad erhält man ca. 6, 5 g Gel, das 26, 2 Aktivitätseinheiten aufweist. Das bedeutet, daß durch die Gelierung die Aktivität des ursprünglichen Wertes von 139 Einheiten auf 26, 2 Einheiten vermindert worden ist. Der Prozentsatz der verbliebenen

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Aktivität beträgt somit 19 %. Bei diesem Verfahren zur Einschließung von Enzymen wurde im wesentlichen die gesamte Glücoamylase, welche zugefügt worden ist, eingeschlossen und unbeweglich gemacht, und es wurde praktisch kein Auslauf des Enzyms festgestellt.

	Gewicht des gebildeten Gels	Tabelle	1	Aktivität des gelierten Enzyms (B)	Verhältnis von (B) / (A)
	8,4 g			26, 5 Einheit	19 %
Dosis	10^1	Aktivität des hinzugefügten Enzyms (A)	22,5	16
3 M. rad	6,5	139 Einheit	26,2	19
4 M. rad	6,1	139	22, 3	16
5 M. rad	6,2	139	21,7	16
6 M. rad	139
7 M. rad	139

Die Aktivität der Glücoamylase wurde wie folgt festgestellt: 10 ml einer Substratlösung, die 1 % Maltose enthielt und einen pH-Wert von 4, 5 aufwies, wurde bei 40° C 30 Minuten lang geschüttelt, so daß eine Enzymreaktion induziert worden ist. Nach Ablauf dieser Zeit wurde das Reaktionssystem thermisch inaktiviert und auf den freigesetzten Glucosegehalt untersucht.

Der Grad des Auslaufens des Enzyms aus dem gelierten Produkt wurde wie folgt festgestellt: Eine 1 g - 2 g-Gelprobe wurde einer Lösung zugesetzt, die aus 20 ml einer 2 %igen Maltoselösung und 20 ml einer Oj, 01 M Essigsäurepufferlösung (pH 4, 5) bestand,, Die resultierende Mischung wurde bei 40° C 60 Minuten lang geschüttelt, um eine Reaktion einzuleiten. Nach Ablauf dieser Zeit wurde die ReaJdiOßsmisehung

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gefiltert. Über Nacht wurde das Filtrat einer Dialyse unterworfen, wonach das Dialysat auf zurückbleibende enzymatische Aktivität untersucht wurde.

Das oben beschriebene Verfahren wurde wiederholt, wobei die Ampulle anstatt in einem Stickstoff strom, bei einem verminderten Druck von weniger als 1 mm Hg verschlossen wurde. Hierbei wurden grundsätzlich die gleichen Resultate wie zuvor erzielt.

Beispiel 2

10 ml einer Lösung, die 285.000 Einheiten Invertase enthielt (internationale Standardeinheiten, pH 5,2; 40° C), wurden einer 10 %igen wässrigen Lösung von Polyvinylalkohol zugesetzt, die wie in Beispiel 1 zubereitet wurde. Teile der resultierenden Lösung mit je 5 ml Volumen und 12.955 Enzymeinheiten wurden in Ampullen eingebracht, die danach in einem Stickstoffstrom hermetisch abgeschlossen wurden. Die abgedichteten Ampullen wurden wie in Beispiel 1 behandelt. Die so gewonnenen Gelprodukte wurden gewogen und auf ihre Aktivität hin untersucht. Tabelle 2 zeigt die Resultate.

Bei einer Dosis von 5 M. rad wurden 3, 9 g Gel gewonnen, dessen Gesamtaktivität 1.084 Einheiten betrug. Dies bedeutet, daß durch die Gelatinierung die Aktivität von einem ursprünglichen Wert von 12.955 auf 1.084 erniedrigt wurde; von der Aktivität sind somit noch 8 % verblieben. Bei diesem Verfahren wurde im wesentlichen die gesamte zugegebene Invertase eingeschlossen und immobilisiert, wobei überhaupt kein Auslauf des Invertases festgestellt werden konnte.

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11-Tabelle 2

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Dosis	Gewicht des gebildeten Gels	Aktivität des hinzugefügten Enzyms (A)	Aktivität des gelierten Enzyms (B)	Verhältnis von (B)/(A)
4 M. rad	5,4 g	12.955 Einheit	1.466 Einheit	11 %
5 M. rad	3,9	12.955	1.084	8
6 M. rad	4,9	12.955^	828	6
7 M. rad	3,8:	12.955	783	6
8 M. rad	3,8	12.955	646	5

Die Untersuchung der Invertaseaktivität wurde wie im Beispiel 1 durchgeführt, außer daß Saccharose als Substrat verwendet wurde und die Reaktion bei einem pH-Wert von 5,2 durchgeführt wurde.

Der Grad des Auslaufens der Invertase aus dem Invertasegel wurde wie im Beispiel 1 festgestellt, außer daß Saccharose als Substrat und eine 0, 005 M Phosphorsäurepufferlösung anstelle der Essigsäurepufferlösung verwendet wurden.

Beispiel 3

10 ml einer Lösung, die 2.242 Einheiten Beta-Galactosidase enthielt (internationale Standardeinheiten, pH 4, 5; 40° C, mit Laktose als Substrat), wurde einer 10 %igen wässrigen Lösung von Polyvinylalkohol zugesetzt. Die Polyvinylalkohollösung wurde wie im Beispiel 1 hergestellt. Teile der resultierenden Lösung mit je 5 ml Volumen und 111 Enzymeinheiten wurden in Ampullen eingebracht, die danach in einem Stickstoffstrom hermetisch abgeschlossen wurden. Die abgeschlossenen Ampullen wurden wie im Beispiel 1 behandelt. Die Gelprodukte wurden gewogen und auf ihre Aktivität hin untersucht. Tabelle 3 zeigt die Resultate.

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Bei einer Dosis von 4 M. rad wurden 5, 8 g Gelprodukt gewonnen, dessen Gesamtaktivität 21 Einheiten betrug. Dieses bedeutet, daß bei der Gelatinierung die Aktivität von einem ursprünglichen Wert von 112 Einheiten sich auf 21 Einheiten erniedrigt hat; die Aktivität, welche erhalten blieb, betrug 19 %. Es wurde im wesentlichen die gesamte zugegebene Beta-Galactosidase eingeschlossen und immobilisiert, wobei überhaupt kein Auslaufen des Beta-Galactosidase festgestellt werden konnte.

Tabelle 3

Dosis	Gewicht des gebildeten Gels	Aktivität des hinzugefügten Enzyms (A)	Aktivität, des gelierten Enzyms (B)	Verhältnis von (B) / (A)
4 M. rad 5 M. rad 6 M. rad 7 M. rad	5,8 g 5,1 4,6 4,3	111 Einheit 111 111 111	20, 9 Einheit 11,8 7,5 5,9	19% 11 7 5

Wie im Beispiel 1 wurde die Beta-Galactosidase-Aktivität festgestellt, außer daß Laktose als Substrat verwendet wurde.

Wie im Beispiel 1 wurde der Grad des Auslaufens von Beta-Galactosidase festgestellt, außer daß Laktose als Substrat verwendet wurde.

Beispiel 4

10 ml einer Lösung, die 230 Einheiten Glucose-Isomerase enthielt (internationale Standardeinheiten, 50° C, pH 7,--0), wurden einer 10 %igen wässrigen Lösung von Polyvinylalkohol zugesetzt, die wie im Beispiel 1 vorbereitet war. Teile der resultierenden Lösung mit je 5-nil Volumen

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und ΙΟ, 5 Enzymeinheiteh wurden in Ampullin eingebracht, die danach in einem Stiekstäffström hermetisch abgeschlossen wurden. Die abgeschlossenen Ampullen wurden wie im Beispiel X behandelt. Die GejL-prodükte wurden gewogen und auf ihre Aktivität hin untersucht.

Bei einer Dosis von 5 M. rad wurden 4, 6 g Gelprodukt gewonnen, dessen Gesämtaktivität 2, Γ Einheiten betrug. Dies bedeutet, daß bei der Gelatinierung die Enzymaktivität von einem ursprünglichen Wert von 10, 5 Einheiten sich auf einen Wert von 2,1 Einheiten erniedrigt hat. Die Aktivität, welche erhalten blieb, betrug 2% %. Es wurde im we-, sentlichen die gesamte zugesetzte Gluköse-isomerase eingeschlossen und immobilisiert. - V-" "

Die Glukose-Jsomerase-Aktivitat wurde^ nach dem folgenden Verfahren festgestellt; 1 ml einer Enzymlösung oder 1 ml eines Gels und destilliertes Wasser wurden einer Reaktionslösung zugegeben, die aus 3 ml einer 0,1 M. Phosphorsäurepufferlösung, 0, 5 ml einer 0,1 M B/TgSÖ^- Lösung und 0, 5 ml einer Ö, 13VI Glukose-Lösung bestand, wonach die resultierende Mischung bei einer Temperatur von, 50° Q eine Stunde

eine

eine
lang stehengelassen wurde, uin/enzymatische Reaktion Nach einer Stunde wurden 5 ml einer 0, 5 M Perchlorsäurelösung dem Reaktionssystem zuge.gebe% um die Reaktion abzubrechen ι de das System auf seinen^ f ruktosegehalt mittels •d^s. Verfahrens untersucht.

10 ml 43fei§3P Lösung^ die B^pQOipiifÜiii qiu^os^^i| (di§ enzpn^ch^Aktj^itäl,. wejqhe |4 M |p§rg bei ^p⁰ 0 !

ORIGINAL iMSP£Gf£D

als Einheit genommen),, wurden einer 10 . %igen wässrigen. Lösung; yon ^ Polyvinylalkohol zugesetzt, die wie im Beispiel 1 vorbereitet wurde- _a Teile der resultierenden Lösung mit. je 5 ml Volumen und 2528Enzymeinheiten wurden,in Ampullen, eingebracht, die danach in einem Stickstoffstrom hermetisch abgeschlossen wurden. Die abgeschlossenen ., Ampullen wurden wie im. Beispiel 1 behandelt. Die auf diese Weise ^gf~, wonnenen Gelprodukte wurden gewogen und auf ihre Aktivität unter-- _{; ;} sucht.

Bei einer Dosis.von 5 M_:.rad wurden.5, 3 g GeJ^odukte gewpimen, deren Gesamtaktivität 63 Einheiten betrug. Dies,bedeute^ßaß bei der Gelatinierung die Enzym^ktiyität von einem ursprünglichen Wert: von 228 Einheitenauf 63 Einheiten gesunl^en^st. Die Aktivität^ welche^, übrigblieb, war 28 %. Es wurde im wesentlichen die gesamte Glukose- _r Oxydase eingeschlossen und immobilisiert.

Die Bestimmung der Glukoseooqrdase-Aktiy^ wurde nach dem Warburg-· Verfahren durchgeführt. .In eine.HaupikamrcLer wurden 1 ml einer Q^ IM _r Acetatpufferlösung (pH %$)> QA ml destilliertes Wasser; und ,dap % ml. _ einer Enzymlösung oder. 1 ml einer Mischung aus,einem QeI und, fertilliertem Wasser eingebracht. - In eine 3eitenkammer w^rden_; 0,5 ml einer 4 %igen Glukos e|ösung eingebracht. Die Tejnperatur wurde vorläufig auf 30° C gebrach^ Das Substrat in der Settenkumme?: wurde dann dem Inhalt der Hauptkammer zugegeben, um enzyjmatische Reaktion leiten, währenddessen die Sauerstoffaufnahme gemessen wurde,

Beispiel 6

10 mi einer I^sung^ die m. QOO E inheiten JKatala§e enihielt (als

®ß Enzymaktivjtä^ dieJjei 20° Q und ejnem pH^WtPt von 4, f: 10. ml s pro Minute erzeugt), wurden einer 10 %igen

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Lösung von Polyvinylalkohol zugegeben, die wie im Beispiel 1 vorbereitet war. Teile der resultierenden Lösung mit je 5 ml Volumen und 910 Enzymeinheiten wurden in Ampullen eingebracht, die danach in einem Stickstoff strom hermetisch abgeschlossen wurden. Die abgeschlossenen Ampullen wurden wie im Beispiel 1 behandelt. Die Gelprodukte wurden den Ampullen'entnommen, gewogen und auf ihre Aktivität hin untersucht.

Bei einer Dosis von 5 M. rad wurden 5,1 g Gelprodukt gewonnen, dessen Gesamtaktivität 320 Einheiten betrug. Das bedeutet, daß bei der Gelatinierung die ursprüngliche Aktivität von 910 Einheiten auf 320 Einheiten gesunken ist. Die verbliebene Aktivität betrüg 35 %. Es wurde im wesentlichen die gesamte zugegebene Kätaläse eingeschlossen und" immobilisiert.

Die Kataläse-Aktivität wurde mittels des Warburg-Verfahrens festgestellt. In eine Hauptkammer wurden 1 ml einer 0, 02 M Phosphorsätirepufferlösung (pH "7, 0) und ImI einer KätalaSeiösung oder 1 ml einer Mischung eines Kataläse-Gels mit destilliertem Wässer eingebracht. ' ''-' In eine Seitenkammer würde! ml einer 5 % igen Wasserstoffperöxydlösung "eingebracht/Die Temperatur wurde vorlauf ig auf 20 C gebracht. Danach wurde das Siibstrat aus der Seitenkanimer dem Inhalt de!r Haupt-* kammer zügegebeii, um ertzymätische Reaktiöri'emzuleiten, wahrend der die ääuer stoff aufnahme gemessen wurde. ' ·' ^- ^: "^; ^>;;-

Beispiel 7

5 is

In einer Stickstoff atmosphäre wurden IO g Polyvinylalkohol unter Erwärmung in 90 ml mit Stickstoff' gesättigtem Wasser gelöst: Nachdem die resultierende "Lösung kühl geworden war, wurden 10 ml^ einer Lo--

sung zugegeben, die 1.354 Einheiten Glukoamylase enthielt (internationale Standardeinheiten, pH 4, 5; 40° C, mit Maltose als Substrat). Teile dieser Lösung mit je 5 ml Volumen und ca. 68 Enzymeinheiten wurden in flache Ampullen (18 χ 220 mm) eingebracht, welche anschließend in einem Stickstoff strom hermetisch abgeschlossen wurden. Die abgeschlossenen Ampullen wurden zunächst einer Elektrobestrahlung von einigen Megaröntgen unterworfen, um die Gelatinierung zu bewirken. Es wurde weiterhin ein linearer Elektronenbeschleuniger verwendet, um eine Elektronstrahlung von 7, 5 Millionen eV und 49, 5 Mikroampere mit einer Bestrahlung von 1, 2 Megaröntgen pro Minute zu erzeugen. Nach dieser Bestrahlung wurden die Gelprodukte den Ampullen entnommen, mit Wasser dreimal gewaschen, entwässert, gewogen und auf ihre Aktivität hin untersucht. Die Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse.

Bei einer Dosis von z.B. 6, 0 Megaröntgen wurden 5, 75 g Gelprodukt gewonnen, dessen Gesamtaktivität 26, 2 Einheiten betrug. Das bedeutet, daß bei der Gelatinierung die ursprüngliche Enzymaktivität von 68 Einheiten auf 26, 2 Einheiten gesunken ist. Die Aktivität, welche prozentual verblieb, betrug 39 %. Es wurde im wesentlichen die gesamte Glukoamylase eingeschlossen und es konnte kein Enzymauslaufen festgestellt werden.

Tabelle 4

Dosis	Gewicht des gewonnenen Gels	Aktivität des zugesetzten Enzyms (A)	Aktivität des gelierten Enzyms (B)	Verhältnis (A) / (B)
(Röntgen) 6, OxIO⁶ 12, OxIO⁶	5,75 g 3,74	68 Einheit 68	26, 2 Einheit 19,1	39% 28

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Die Bestimmung der Enzymaktivität und des Enzymauslaufens wurde wie im Beispiel 1 durchgeführt.

Beispiel 8

10 ml einer Lösung, die 21.200 Einheiten Invertase enthielt (internationale Standardeinheiten, 40° C, pH 5,2 mit Saccharose als Substrat), wurden einer 10 %igen wässrigen Lösung von Polyvinylalkohol zugegeben, die wie im Beispiel 1 vorbereitet war. Die resultierende Lösung wurde gründlich umgerührt. Teile dieser Lösung mit je 5 ml Volumen raid ca. 1.060 Enzymemheiten wurden in flache Ampullen eingebracht, die danach in einem Stickstoffstrom hermetisch abgeschlossen wurden. Die Bestrahlung wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 durchgeführt. Nach der Bestrahlung wurden die Gelprodukte den Ampullen entnommen, -mit Wasser dreimal gewaschen, ausreichend entwässert, gewogen und auf ihre Aktivität hin untersucht. Die Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse.

Bei einer Dosis von 6 Megaröntgen wurden 5, 35 g Gelprodukt gewonnen, dessen Gesamtaktivität-'342 Einheiten betrug. Das bedeutet, daß bei der

Gelatinierung die Enzymaktivität von einem ursprünglichen Wert von 1.060 Einheiten auf 342 Einheiten gesunken, ist. Die Aktivität, welche prozentual verblieb, betrug 32 %. Es wurde im wesentlichen die gesamte zugegebene Invertase eingeschlossen. Es konnte überhaupt kein Enzymauslaufen festgestellt werden.

Tabelle 5

Dosis	Gewicht des erhaltenen Gels	Aktivität des zugesetzten Enzyms (A)	Aktivität des gelierten Enzyms (B)	Verhältnis (A) / (B)
(Röntgen) 6, 0x10 ρ 12, OxI0^b	5,35 g 3,14 .	1.060 Einheit 1.060	342 Einheit 179	32% 18

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Die Bestimmung der Enzymaktivität und des Enzymauslaufens wurden wie im Beispiel 2 durchgeführt.

Beispiel 9

In einer Stickstoffatmosphäre wurden 20 g Polyvinylpyrrolidon unter Erwärmung in 80 ml mit Stickstoff gas gesättigtem Wasser gelöst. Die Lösung wurde gekühlt. 10 ml einer Lösung, die 2.026 Einheiten Glukoamylase feenormt wie im Beispiel 1) enthielt, wurden der gekühlten Lösung zugegeben. Danach wurde diese Lösung auf ein Gesamtsolumen von 110 ml verdünnt. Teile der resultierenden Lösung mit je 5 ml Volumen und 92,1 Enzymeinheiten wurden in Ampullen eingebracht^ die danach in einem Stickstoffstrom hermetisch abgeschlossen wurden. Die abgeschlossenen Ampullen wurden einer Gamma-Bestrahlung von einigen Megarad unterworfen. Die so gewonnenen Gelprodukte wurden den Ampullen entommen, mit Wasser dreimal gewaschen, ausreichend entwässert, gewogen und auf ihre Aktivität hin untersucht. Die Tabella zeigt die Ergebnisse.

Bei einer Dosis von 3, 8 M. rad ζ.B, wurden 13, 3 g Gelprodukt gewonnen, dessen Gesamtaktivität 34, 0 Einheiten betrug. Das bedeutet, daß bei der Gelatinierung die ursprüngliche Enzymaktivität von einem Wert von 92,1 Einheiten auf 34, 0 Einheiten gesunken ist. Die Aktivität, welche prozentual verblieb, betrug 37 %. Es wurde im wesentlichen die gesamte zugegebene Glukoamylase eingeschlossen und immobilisiert, und es wurde überhaupt kein Glukoamylase-Auslaufen festgestellt.

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ORIGINAL INSPECTED

Tabelle 6

Dosis	Gewicht des erhaltenen Gels	Aktivität des zugesetzten Enzyms (A)	Aktivität des gelierten Enzyms (B)	Verhältnis (A) / (B)
3, 0 M. rad	15,4 g	92,1 Einheit	40, 5 Einheit
3, 8 M. rad	13,3	92,1	34, 0	37
5,0 M. rad	9,9	92,1	22,3	24
6,1 M. rad	8,3	92,1	14,6	16

Die Bestimmung der Glukoamylase-Aktivität und des Enzymauslaufens wurden wie im Beispiel 1 durchgeführt.

Beispiel 10

Ih einer Stickstoffatmosphäre wurden 20 g Polyvinylpyrrolidon unter Erwärmung in 80 ml mit Stickstoff gas gesättigtem Wasser gelöst. Die Lösung wurde gekühlt. 10 ml einer Lösung, die 3.747 Einheiten Beta-Galaktosidase enthielt (genormt wie im Beispiel 3), wurden der gekühlten Lösung zugegeben. Danach wurde die Lösung auf ein Gesamtvolumen von 110 ml verdünnt. Teile der resultierenden Lösung mit je 5 ml Volumen und 170, 3 Enzymeinheiten wurden in Ampullen eingebracht, die danach unter einem Stickstoff strom hermetisch verschlossen wurden. Die abgeschlossenen Ampullen wurden einer Gammabestrahlung von einigen M. rad unterworfen, um eine Gelatinierung einzuleiten. Nach der Bestrahlung wurden die Gelprodukte den Ampullen entnommen, mit Wasser dreimal gewaschen, ausreichend entwässert, gewogen und auf ihre Aktivität hin untersucht. Tabelle 7 zeigt die Resultate. Bei einer Dosis von 3, 8 M. rad wurden 14, 5 g Gelprodukt gewonnen, dessen Gesamtaktivität 31, 4 Einheiten betrug. Das bedeutet, daß bei der

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Gelatinierung die Enzyniaktivität von einem ursprünglichen Wert von 170, 3 Einheiten auf einen Wert von 31,4 Einheiten gesunken ist. Die
Aktivität, welche prozentual verblieb, betrug 18 %. Es wurde im wesentlichen die gesamte zugegebene Beta-Galaktosidase eingeschlossen und immobilisiert. Es konnte überhaupt kein Beta-Galaktosidase-Auslaufen festgestellt werden.

Tabelle 7

Dosis	Gewicht des erhaltenen Gels	Aktivität des zugesetzten Enzyms (A)	Aktivität des gelatinierten Enzyms (B)	Verhältnis (A) / (B)
3, 0 M. rad	18, 3 g	170, 3 Einheit	38,2 Einheit	22%
3, 8 M. rad	14,5	170,3	31,4	18
5, OM. rad	11,4	170, 3	21,3	13
6,1 M. rad	9,4	170,3	14,5	⁹ I

Die Bestimmung der Beta-Galaktosidase-Aktivität und des Enzymauslaufens wurden wie im Beispiel 3 durchgeführt.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

236 \".Λ7 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von immobilisierten bzw. unbeweglich gemachten Enzymen mittels Gelatinierung, dadurch gekennzeichnet, daß man ein gegen Strahlung widerstandsfähiges Enzym einer wässrigen Lösung einer hochmolekularen Polyvinylverbiiidung aus Polyvinylalkohol oder Polyvinylpyrrolidon zugibt und die resultierende Mischung mit ionisierender Strahlung bestrahlt, wobei eine Gelatinierung der Mischung stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Enzym eines der folgenden Enzyme verwendet wird: Gluko-Amylase, Invertase, Beta-Galaktosidase, Glukose-Oxydase, Glukose-Isomerase und Katalase.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Enzyms, das der wässrigen Lösung der hochmolekularen PoIyvinylverbindung zugegeben wird, im Bereich von O, 001 - 5 Gew. -% liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als ionisierende Strahlung eine oder mehrere der folgenden Strahlungsarten verwendet werden: Gammastrahlen, Betastrahlen, beschleunigte Elektronen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungsdosis im Bereich von 1 Megarad - 20 Megarad liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Enzym in eine 5-25 %ige wässrige Lösung der hochmolekularen

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ORIGINAL INSPECTCD

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Polyvinylverbindung bringt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung in inerter Atmosphäre oder bei vermindertem Druck durchgeführt wird.

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