3 - 7 효소의 고정화

제 3장 효소 및 효소반응

 

7. 효소의 고정화(enzyme immobilization)

 

화학적인 방법이나 물리적인 방법을 이용해 효소의 이동성을 인위적으로 제한하는 것을 효소의 고정화라고 한다.

 

 

장점

 

1. 반응 후 생산물과의 분리가 쉽다.

 

2. 분리된 효소는 재사용이 가능하다.

 

3. 연속공정이 가능하다. 반응기의 생산성을 향상시킨다.

 

4. 효소의 고농도 집적이 가능해진다. 생산성을 향상시킨다.

 

5. 고정화를 하면 효소 단백질의 입체구조가 유지되고, 덕분에 외부 환경에 대해 활성의 안정화가 이루어진다.

 

6. 고가의 효소인 경우, 경제적으로 사용할 수 있다.

 

 

단점

 

1. 고정화로 인해 오히려 효소의 형태가 변하기도 한다.

 

2. 고정화로 인해 물질의 확산이 잘 일어나지 않는다.

 

 

 

1) 효소 고정화의 물리적 방법

 

1. 흡착법

 

Van der Waals 힘과 같은 물리적 힘을 이용해 지지체의 표면에 효소를 흡착시키는 방법이다.

 

여기서 지지체는 불용성의 고분자 물질을 사용하거나 유기물질 또는 무기물질을 사용한다.

 

가장 간단하고 효소의 형태에 영향을 주지 않는다. 하지만 흡착력이 약해 쉽게 탈착되는 경향이 있다.

 

 

2. 격자포괄법

 

고분자 물질의 격자 내에 효소가 함유된 형태로 겔상의 구조를 갖는다.

 

중합체의 격자 간격은 기질과 생성물의 출입이 자유롭고, 내부 포괄된 효소는 빠져 나오지 않을 정도로 격자 유발물질을 겔화시켜야 한다.

 

 

3. 막가두기법

 

선택적 투과막을 사이에 두고 효소를 제한시키는 방법이다.

 

-Microencapsulation법: 고분자 중합체로 된 막에 의해 효소가 둘러싸인 형태

 

-Liposome법: 친수성기와 소수성기에 의해 형성된 이중막 내부에 효소를 가두는 방법. 액체막을 형성.

 

-Membrane reactor 이용: 효소는 반응기 내부에 갖혀있고, 생성물만 반응기막 외부로 빠져 나오게 하는 방법.

 

 

 

 

 

 

2) 효소 고정화의 화학적 방법

 

1. 이온결합법

 

지지체와 효소의 반대 전하 사이에서 발생하는 정전기적 인력에 의한 고정화이다.

 

이는 비교적 간단하게 수행할 수 있지만, 공유결합에 비해 결합력이 약하다.

 

또한 공존하는 이온들의 영향을 받기 때문에 pH와 이온강도를 잘 유지시켜야 탈착을 줄일 수 있다.

 

 

2. 공유결합법

 

효소와 지지체의 원자 간 전자쌍 공유에 의해 형성되는 고정화이다.

 

효소끼지 이루어지거나 효소와 지지체 간에서 이루어진다. 결합시킬때 linker(연결자)를 이용하기도 한다.

 

결합력이 강해 때로는 효소의 구조와 형태를 변화시켜 활성을 떨어뜨리기도 한다.

 

 

3. 가교형성법

 

가교형성 물질을 이용해 효소들을 결합시키거나, 지지체를 사이에 두고 가교 결합(cross linking)을 만드는 고정화이다.

  

 

 

 

 

 

 

 

3) 물리적 방법과 화학적 방법의 결합(combined method)

 

각 장점들을 결합해 효소의 활성도와 안정성을 저하시키지 않는 것을 최대의 목표로 한다.