Immobilizacja polega na chemicznej lub fizycznej obróbce biokatalizatora, która sprawia, że staje się on nierozpuszczalny. Umożliwia to jego wielokrotne użytkowanie, łatwą separacje produktu z mieszaniny czy zwiększoną stabilność fizykochemiczną. Niemniej jednak ma ona swoje wady – koszta związane z nośnikami oraz samą immobilizacją nie są małe, ponadto immobilizacja może wpłynąć na selektywność czy aktywność samego biokatalizatora.

Metod immobilizacji jest wiele. Niektóre polegają na łączeniu białek z nośnikami bazując na oddziaływaniach chemicznych bądź fizycznych, inne natomiast na zamykaniu enzymów w kapsułach lub immobilizacji w martwych komórkach. Generalnie, immobilizację można podzielić na dwie grupy: polegającą na wiązaniu (do nośnika lub innej cząsteczki) oraz na zamykaniu (w kapsułach, matrycach, membranach).

Immobilizacja polegająca na wiązaniu bazuje na łączeniu cząsteczek biokatalizatora (szczególnie enzymów) do nośnika na bazie oddziaływań fizycznych lub kowalencyjnych oraz na sieciowaniu. Mówiąc o oddziaływaniach fizycznych mamy na myśli takie zjawiska jak adsorpcja czy adhezja. Sprawiają one, że białka przylegają do nośnika, dzięki czemu można je później łatwo odzyskać, podobnie zresztą jak biokatalizatory związane z nośnikiem kowalencyjnie lub na bazie oddziaływań jonowych.

Sieciowanie (tzw. crosslinking) natomiast polega na łączeniu ze sobą cząsteczek białek poprzez czynniki sieciujące bezpośrednio enzym-enzym lub pośrednio poprzez obojętne białko. Uzyskuje się w ten sposób nierozpuszczalne, łatwe do odzyskania agregaty, oparte o nośniki nieorganiczne (silikonowe, mineralne) czy organiczne (polisacharydy takie jak dekstran i agaroza oraz polistyren)

Zamykanie enzymów polega na umieszczeniu enzymu w ograniczonej przestrzeni izolującej je od środowiska reakcji. Przykładem takiej metody jest immobilizacja w żelu i cząsteczkach organicznych takich jak algininan oraz w membranach. Dwie pierwsze bazują na uwięzieniu w matrycy przepuszczającej cząsteczki reagentów, w warunkach umożliwiających nie tylko więzienie białek, ale też całych multienzymatycznych preparatów czy komórek. Kompleks taki może mieć formę kulek, włókien itp. Zamykanie w membranach polega na immobilizacji w micelach lub liposomach, zależnie od środowiska reakcji, imitujących prawdziwe membrany występujące w komórkach

Do biotransformacji nie używa się jedynie preparatów enzymatycznych. Czasem używa się preparatów multienzymatycznych lub komórek. O ile praca z preparatami multienzymatycznymi nie różni się zbytnio od pracy z pojedynczym białkiem, o tyle w wypadku komórek bardzo wiele się zmienia – nie tylko nie trzeba oczyszczać i izolować enzymu, ale też jego kofaktor jest samoistnie regenerowany. Problemami natomiast są produkty uboczne reakcji, słaba stabilność oraz ograniczony transfer masy. Komórki takie są immobilizowane później za pomocą wymienionych już metod, np. w alginianie czy innych polimerach.

Immobilizacja to bez wątpienia bardzo ważna technika, znacznie zmniejszająca zużycie biokatalizatorów, przy jednocześnie ułatwionym oczyszczaniu produktów. Nie dziwi więc, że jest to jedna z podstawowych technik używanych w pracy z enzymami w biotechnologii.

Rafał Madaj