DE2834539A1 - Makroporoese polymere als traegermaterial zur kovalenten bindung von proteinen - Google Patents

Makroporoese polymere als traegermaterial zur kovalenten bindung von proteinen

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DE2834539A1 DE19782834539 DE2834539A DE2834539A1 DE 2834539 A1 DE2834539 A1 DE 2834539A1 DE 19782834539 DE19782834539 DE 19782834539 DE 2834539 A DE2834539 A DE 2834539A DE 2834539 A1 DE2834539 A1 DE 2834539A1
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
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    • C12N11/08—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer
    • C12N11/082—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds

Description

BASF Aktiengesellschaft - β - O. Z. 0050/0333^7
ΓMakroporöse Polymere als Trägermaterial zur kovalenten Bindung von Proteinen
Die Erfindung betrifft die Bindung von aktiven Proteinen an poröse Polymerisate„
Proteine im Sinne der Erfindung sind biologisch aktive Substanzen vorzugsweise Enzyme« Solche Substanzen finden u.a. Anwendung in der medizinischen Analytik,, bei der Herstellung pharmazeutischer Produkte, der Herstellung optisch aktiver Substanzen sowie bei der Herstellung von Nahrungsmitteln,, wie beispielsweise die Isoglucose. Die Vorteile der Verwendung von aktiven Proteinen ergeben sich aus ihrer Wiederverwendbarkeit,, ihrer einfachen Ab= trennung vom Substrat bzwo dessen Lösungs ihrer oftmals erhöhten Stabilität im Vergleich zur löslichen Form,, aus der Vermeidung einer Verunreinigung der Reaktionsprodukte sowie aus der Möglichkeit9 kontinuierliche Reaktionen in Säulen oder ähnlichen Reaktoren durchführen zu können.
Es sind eine Reihe von Möglichkeiten der Immobilisierung biologisch aktiver Substanzen bekannt. Es wurde jedoch noch kein Verfahren zur Bindung oder Immobilisierung von biologisch aktiven Substanzen gefunden, welches weitestgehend frei von erheblichen Fängein ist. Die adsorptive und die ionische Bindung befriedigen beispielsweise im allgemeinen nicht alle Ansprüche bezüglich der Festigkeit und
L. -ι
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""Dauerhaftigkeit. Auch die Einbettung einer biologisch ""·
aktiven Substanz in einen polymeren Träger hat gewisse Nachteile. Die Polymerisation des Trägers wird dabei in Gegenwart der biologisch aktiven Substanz vorgenommen, wobei in der Regel ein Teil der biologischen Wirksamkeit verlorengeht.
Bei den gebräuchlichsten Verfahren zur Bindung einer biologisch aktiven Substanz erfolgt die Herstellung einer kovalenten Bindung zum Träger. Auch hierfür werden zahlreiche Verfahren beschrieben. Eine ausführliche Übersicht hierüber befindet sich z.B. in Methods in Enzymology, Vol. XLIV: Imobilized Enzymes, Academic Press, 1976. Auch dabei ist bekannt, daß die bisher verwendeten Träger
15 zahlreiche Mängel aufweisen.
Träger auf der Basis von Polysacchariden, wie Cellulose, Stärke, Dextran, Agarose sowie von deren Derivaten, sind gegen bakteriellen oder enzymatischen Abbau nicht resistent, besitzen größtenteils unbefriedigende hydrodynamische Eigenschaften und sind teilweise außerordentlich teuer. Anorganische Träger, wie Aluminiumoxid, Silicagel, diverses keramisches Material oder poröses Glas, bereiten dagegen bei der Einstellung der Porendurchmesser und der Porenvolumen erhebliche Schwierigkeiten. Außerdem ist bei den anorganischen Trägern das Anbringen von reaktiven, d.h. biologisch aktive Substanzen kovalent bindende Gruppen zum Teil sehr schwierig und aufwendig. Bislang verwendete polymere Träger kommen überwiegend in Form von Gelen (z.B.
DE-OS 22 60 185, DE-OS 22 63 289) und Schäumen (z.B. DE-AS 1 642 596, DE-OS 23 65 854, DE-OS 26 12 138, DE-OS 26 25 471, DE-OS 26 25 544, US-PS 3 939 574) zur Anwendung und weisen ein unbefriedigendes hydrodynamisches Verhalten auf, d.h. daß die Durchflußgeschwindigkeiten begrenzt sind und sich aufgrund der unbefriedigenden
«-mechanischen Eigenschaften nicht steigern lassen. j
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""Polymere Träger mit Isocyanat= oder Aldehydgruppen als "■
bindende Gruppen werden beispielsweise in der DE-OS 26 21 974 und DE=OS 19 15 970 beschrieben, wobei für die verwendeten polymeren Trägermaterialien auch die oben angegebenen Nachteile gelten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, poröse organische polymere Träger zu schaffen, die die bekannten Nachteile vermeiden und die biologisch aktive Substanzen unter weitgehender Erhaltung ihrer Aktivität kovalent zu binden Vermögens so daß die bei der Umsetzung entstehenden biologisch aktiven Präparate unter den üblichen Bedingungen der Anwendung stabil sind. Die Präparate sollen eine hohe Aktivität besitzen und aufgrund ihrer hydrodynamisehen Eigenschaften zum Betrieb in einer Säule geeignet sein.
Gegenstand der Erfindung ist ein makroporöses vernetztes Styrolharz als Trägermaterial zur kovalenten Bindung von Proteinen, das Isocyanat, Thioisocyanat oder Aldehydgruppen als proteinbindende Gruppen und gegebenenfalls als hydrophile Gruppen Sulfonsäuregruppen, gegebenenfalls in Form des Natriumsalzes, oder als Sulfonsäureamidgruppen enthält.
Das erfindungsgemäße Trägermaterial wird hergestellt aus einem sulfochlorierten makroporösen vernetzten Styrolharzs das 1 bis 4,5, bevorzugt 2 bis 4, Milliäquivalent (mÄ)/g SulfonsäureChloridgruppen enthält und eine Porengröße von
2.1O"5 bis 15.10"5 mm, bevorzugt 5.1O"5 bis 13.10"5 mm3 aufweist.
Die Herstellung derartiger Styrolharze ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und wird beispielsweise in der Literatur beschrieben von Brutskus et al in Coll. J. USSR u34, 438-442 (1972). j
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Für die Herstellung des erfindungsgemäß zu verwendenden Styrolharzes werden 97 bis 70, bevorzugt 93 bis 75, Gew.% Styrol und 3 bis 30, bevorzugt 7 bis 25, Gew.3 Divinylbenzol verwendet, wobei gegebenenfalls, bezogen auf das Gesamtgewicht, zusätzlich 1 bis 10 Gew.? eines Comonomeren aus der Gruppe 2- oder 4-Vinylpyridin, N-Vinylimidazol, N-Vinylpyrrolidon, Hydroxypropylacrylat oder tert.-Butylacrylat einpolymerisiert werden können, und die Polymerisation wird in an sich üblicher Weise durchgeführt.
10 ■·
Dabei wird das Suspensionspolymerisationsverfahren bevor= zugt und in der Regel werden Perlen mit einem Durchmesser von 0,2 bis 1,5 mm erhalten. Neben den oben angegebenen Comonomeren kommt auch das Äthylvinylbenzol als Comonomer in Betracht, da technisches Divinylbenzol, falls dieses beispielsweise verwendet wird, 1 bis zu 50 Gew.% Äthylvinylbenzol enthält, d.h. daß im erfindungsgemäßen Trägermaterial bis zu 15 % Äthylvinylbenzol als Comonomer enthalten sein können.
Bei der Polymerisation dienen als Porenbildner zweckmäßigerweise Alkane mit 7 bis 12 C-Atomen, bevorzugt n-0ctan. Die Menge des verwendeten Porenbildners beträgt 50 bis 1^0, bevorzugt 80 bis 120 Gew.?, bezogen auf das Gesamtgewicht der eingesetzten Monomeren.
Auch wenn Comonomere einpolymerisiert werden, werden Polymere mit den oben angegebenen Porengrößen erhalten. Entsprechend der angegebenen Porengrößen sind die Porenvolumina 0,5 bis 2 cnr/g, bevorzugt 0,7 bis 1,5 cnr/g, quecksilberporosimetrisch gemessen.
Das erfindungsgemäß zu verwendende makroporöse vernetzte Styrolharz wird anschließend sulfochloriert. Die SuIfo-Chlorierung erfolgt in an sich üblicher Weise analog der
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""Umsetzung von monomeren Aromaten^ wie sie beispielsweise Ί in Houben=Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band 9S Seiten 572 bis 578 beschrieben werden. Entsprechend den angewandten Bedingungen beträgt der Gehalt an Sulfonsäuren Chloridgruppen 1 bis 4S5 mÄ/gs bevorzugt 2 bis 4 mX/g.
Ausgehend von den Sulfonsäurechloridgruppen werden anschließend die bindenden und gegebenenfalls hydrophilen Gruppen aufgebaut. Die bindenden Gruppen übernehmen die kovalente Bindung der Proteines die hydrophilen Gruppen bewirken hydrophile Eigenschaften des Trägers und haben die Aufgabe j dem Träger entsprechend den verwendeten Proteinen sauren' bis basischen Charakter zu verleihen.
In der Regel sollen die bindenden Gruppen ein Protein
. fixieren könnens indem sie bei Temperaturen von O bis 500C in wäßriger Lösung mit primären Aminogruppen und/oder Hydroxylgruppen der Proteine reagieren und dabei eine kovalente Bindung zu den Sauerstoff oder Stickstoffatomen der Hydroxyl= oder Aminogruppen der Proteine herstellen=
Zum Aufbau der bindenden Gruppen werden im ersten Schritt 10 bis 100j bevorzugt 20 bis 80 %3 der Sulfonsäurechloridgruppen des Trägermaterials mit einer U9 £u=Diaminoverbin~ dung der Formel
in der η die Zahlen 2 bis 129 bevorzugt 2 bis 8S bedeutete, Hydrazin oder mit einem od, oJ"~Diamino diät her der Formel
H2N-(CH2J3=O=X=O=(CH2)3-NH2s
in der
X -(CH2) -, wobei η die Zahlen 2 bis 6S bevorzugt 2 bis 4 u darstellts
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oder den Rest ?H3
-CH0-C-CH0-
CH3
oder -(CHp)p-CH-(CH2)2- bedeutet, umgesetzt. CH
Diese Umsetzung erfolgt in an sich üblicher Weise. Der Träger wird in wasserfreiem Dioxan mit einer #.,£»J--Diaminoverbindung oder Hydrazin 0,5 bis 5 Stunden auf Temperaturen von 500C bis zur Siedetemperatur des Dioxans erhitzt. Dabei reagieren die Diaminoverbindungen überwiegend monofunktionell, so daß Seitengruppen mit endständigen Aminogruppen entstehen, die gleichzeitig den freiwerdenden Chlorwasserstoff binden. Die Menge der eingesetzten Diaminoverbindung ergibt sich aus dem gewünschten Umsetzungsgrad.
Anschließend werden gegebenenfalls noch vorhandene SuIfonsäureChloridgruppen in an sich üblicher Weise verseift zur freien Sulfonsäure oder bevorzugt zu deren Natriumsalz oder durch Umsetzung mit einem primären oder sekundären Amin in eine Sulfonamidgruppe überführt.
Die Verseifung zur Sulfonsäure oder deren Natriumsalz erfolgt zweckmäßig durch Kochen in Wasser oder stark verdünnter, etwa 1 bis 4 gewichtsprozentiger Natronlauge oder Natriumcarbonat lösung. Die Umsetzung zur Sulfonamidgruppe wird zweckmäßigerweise in wasserfreiem Dioxan oder Tetrahydrofuran vorgenommen, wobei zur Bindung des freiwerdenden Chlorwasserstoffs das Amin im Überschuß verwendet wird.
Die Verseifung noch vorhandener Chlorsulfonsäuregruppen zur Sulfonsäure oder ihre Umsetzung zum Sulfonamid verleiht dem Trägermaterial in besonders vorteilhafter Weise
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""saure, anionneutrale oder basische Eigenschaften. Zweck- Ί mäßige primäre oder sekundäre Amine für die überführung in ein Sulfonamid sind beispielsweise n-Butylamin, Di-n-propylamin, Diisopropylamin, Diisobutylamin, 1,2-Dimethylpropylamin, Monoäthanolamin, Diäthanolamin oder Dimethylaminopropylamin, wovon n-Butylamin, Di-n-propylamin und Dimethylaminopropylamin bevorzugt sind.
Im nächsten Schritt wird die Synthese der bindenden Gruppen fortgeführt, indem man die endständigen primären Aminogruppen mit Phosgen oder Thiophosgen zu Isocyanat oder Thioisocyanatgruppen oder mit einem aliphatischen, aromatischen oder cycloaliphatischen Diisocyanat, zweckmäßigerweise mit Hexan-1,6-diisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Toluylendiisocyanat, Cyclohexan-l^-diisoeyanat, Dicyclohexylmethan-diisocyanat oder Methylcyclohexan-diisocyanat oder gegebenenfalls Mischungen hiervon, oder mit einem aliphatischen Dialdehyd der Formel
20 OHC-(CH0) -CHO ,
d. η '
in der η die Zahlen 1 bis 8 bedeutet, bevorzugt Glutardialdehyd, ums et ζt.
Die Umsetzung mit Phosgen oder Thiophosgen wird zweckmäßigerweise in einem inerten Lösungsmittel, insbesondere in Toluol, in der Siedehitze durchgeführt. Die Umsetzung mit einem Diisocyanat wird zweckmäßigerweise in wasserfreiem Dioxan oder Tetrahydrofuran bei Temperaturen von ca. 50°C zweckmäßig in Gegenwart einer katalytischen Menge l,4-Diaza-bicyclo(2,2,2)octan (DABCO) durchgeführt.
Bei der Umsetzung mit einem Dialdehyd wird der Träger in der wäßrigen Lösung des Dialdehyds auf Temperaturen von 40 bis 1000C erhitzt. Vorteilhafterweise werden die 2- bis
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molare Menge an Dialdehyd, bezogen auf die umzu- n setzenden Äquivalente an Aminogruppen, verwendet.
Bei der Herstellung der bindenden Isocyanat-, Thioisocyanat- oder Aldehydgruppen muß selbstverständlich dafür Sorge getragen werden, daß unerwünschte Nebenreaktionen ausgeschlossen sind. So ist beispielsweise von der Vervfendung eines Diisocyanats für die Synthese der bindenden Gruppen abzusehen, wenn beispielsweise die hydrophile Gruppe durch Umsetzung mit einem Äthanolamin hergestellt worden ist, es sei denn, Nebenreaktionen werden billigend in Kauf genommen. Dagegen ist beispielsweise die Verwendung eines primären Amins in der hydrophilen Gruppe unbedenklich, wenn anschließend eine Thiophosgenierung oder eine Umsetzung mit Diisocyanaten vorgenommen wird (vgl. J. Am. Chenu Soc. 68, 2506 (1946) oder Amn. Chem. 562, 214 (1949)).
Die Beladung des erfindungsgemäßen Trägers mit einem Protein erfolgt, indem der Träger in die wäßrige, einen Puffer enthaltende Lösung des zu bindenden Proteins bei Temperaturen von 0 bis 500C eingebracht wird und man 30 Minuten bis 24 Stunden lang rührt. Die Beladung kann auch in der Weise erfolgen, daß man den Träger in einer Säule mit der pufferhaltigen Enzymlösung, gegebenenfalls im
25 Kreislauf, durchströmen läßt.
Der beladene Träger wird in an sich üblicher Weise von der Lösung abgetrennt und kann beispielsweise in Form einer Säule einer Substratlösung ausgesetzt werden. Die bevorzugten Bedingungen zur Herstellung einer kovalenten Bindung mit einem Protein sind Temperaturen von 0 bis 8°C, pH-Werte von 2 bis 10 und Verweilzeiten der wäßrigen Lösung von 1,5 bis 5 Stunden.
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'"Als geeignete Puffer werden beispielsweise verwendet Phosphatpuffer, Acetatpuffer, Trishydroxymethylaminomethanpuffer, Äthanolaminpuffer, Triäthanolaminpuffer, Citratpuffer, Boratpuffer, Glycinpuffer, Glycylglycinpuffer, Alaninpuffer, Glycin-Hydrazin-Puffer, Natriumphosphat-Semicarbacid-Puffer.
Zur Beladung bzw. Immobilisierung auf dem Träger geeignete Enzyme sind vorzugsweise ß-Fructosidase oder Aminosäureacylase.
Weiterhin können beispielsweise folgende biologisch aktive
Proteine gebunden werden:
Trypsin, Chymotrypsin, Pankreatin,06- und ß-Amylase,
Ribosenucleasen, Desoxyribonucleasen, Cellulase, Maltase, Pectinase, Chitinase, Pepsin, Bromelain, Keratinase, Amyloglucosidase, Lipase, Cholinesterase, Lecithinase, Phosphatase, Alginase, Asparaginase, Glutaminase, Urease, Lactase, Penicillinamidase, Penicillinase, Glucoseinomerase, Glucoseoxidase, Katalase, Peroxidase, Lipoxidase, Xanthinoxidase, Cytochromreductase, Milchsäuredehydrogenase, Kollagenase, L-Aminosäureoxidase,·D-Aminosäureoxidase, Rennin, Picin, Subtilisin, Tannase, Phenyloxidase, Pullulanase, Pankreatin, Isoamylase, Hexokinase, Galactoseoxidase, Diaphorase, Aldolase, Glykolsäureoxidase, Luciferase, Aldehydoxidase, Narringinase, Uricase, Glutathionreductase, Nitritoreductase, Nitratreductase, Bernsteinsäure dehydrogenase, Catecholoxidase.
Herstellung des Trägermaterials in der Sulfochlorid-Form Beispiel 1
Eine Suspension, bestehend aus 165 g Styrol, 135 g technischem Divinylbenzol (etwa 50 % Äthylvinylbenzol enthal-
u . j
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"tend), 300 g n-Octan, 1,7 g Laurylperoxid, 1,3 g Polyvinyl-"1 pyrrolidon als Suspensionshilfsmittel und 1,1 1 Wasser, wird unter Stickstoff 7 Stunden bei 700C und dann 2 Stunden bei 90°C gerührt. Das entstandene makroporöse perlförmige Polymerisat mit einem Perldurchmesser von 0,2 bis 1,5 mm wird in Methanol gewaschen und bei 700C im Vakuum ( < 30 n getrocknet. Ausbeute: 290,5 g = 96,8 % d.Th.
Zur überführung in die Sulfochlorid-Form werden 113 g des erhaltenen Polymerisats in 450 ml Chloroform vorgelegt.
Dann werden unter Rühren und Eiskühlung 300 ml Chlorsulfonsäure zugetropft. Anschließend wird 2 Stunden bei Raumtemperatur, danach 6 Stunden in der Siedehitze gerührt. Das Produkt wird zuerst mit Chloroform und dann mit Dioxan gewaschen und bei 700C im Vakuum getrocknet. Ausbeute: 230 g. Der Gehalt an Sulfonsäurechloridgruppen (durch Titration mit n/10 NaOH ermittelt) beträgt 3,8 mÄ/g.
Beispiel 2
20 '
4-Vinylpyridin enthaltendes Trägermaterial
Die Herstellung dieses Trägermaterials erfolgt analog Beispiel 1: Es werden 65 g Styrol, 30 g technisches Divinylbenzol, 5 g Vinylpyridin, 100 g n-0ctan, 3 g Laurylperoxid, 1,3 g Polyvinylpyrrolidon und 500 ml Wasser eingesetzt. Die Polymerisation wird während 7 Stunden bei 70°C durchgeführt. Ausbeute: 93,5 g = 93,5 % d.Th. Es werden Perlen mit einem Durchmesser von 0,2 bis 1,5 mm erhalten.
Zur überführung in die SuIfοchlorid-Porm werden analog Beispiel 1 40 g des erhaltenen Polymerisats mit 120 ml Chlorsulfonsäure in 313 g Chloroform umgesetzt. Ausbeute: 75 g. Der Gehalt an Sulfosäurechlorxdgruppen (durch Titration mit n/10 NaOH ermittelt) beträgt 4,11 mÄ/g.
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rBeispiel 3 Ί
Hydroxypropylacrylat enthaltendes Trägermaterial
Die Herstellung dieses Trägermaterials erfolgt analog zu Beispiel 1. Es werden 65 g Styrol, 30 g technisches Divinylbenzol, 5 g Hydroxypropylacrylat (Gemisch der■2-Hydroxy- und 3-Hydroxy-Isomeren), 100 g n-0ctan, 3,5 g Laurylperoxid, 1,7 g Polyvinylpyrrolidon und 500 ml Wasser eingesetzt. Die Polymerisation wird während 7 Stunden bei 8O0C durchgeführt. Ausbeute: 80,7 g = 80,7 % d.Th. Es werden Perlen mit einem Durchmesser von 0,2 bis 1,5 mm erhalten.
Zur überführung in die Sulfochlorid-Form werden 40 g des erhaltenen Polymerisats mit 120 ml Chlorsulfonsäure in 213 g Chloroform umgesetzt. Ausbeute: 67 g. Der Gehalt an Sulfonsäurechloridgruppen (durch Titration mit n/10 NaOH ermittelt) beträgt 4,0 mÄ/g.
Umsetzungen der Chlorsulfonsäuregruppen mit bindenden und hydrophilen Gruppen.
Beispiel 4
30 g Träger in der Sulfochlorid-Form (3,8 mÄ/g) entsprechend Beispiel 1 werden in 300 ml Dioxan mit 6,6 g Hexan-l,6-diamin unter Rühren 4 Stunden unter Rückfluß gekocht. Dabei werden 50 % der Sulfonsäurechloridgruppen umgesetzt. Zum Verseifen der restlichen Sulfonsäurechloridgruppen wird das Polymer in Wasser übergeführt, mit Natriumbiicarbonat neutralisiert und dann getrocknet.
Ausbeute: 26 g, wobei die freien Sulfonsäuren als Natriumsalz vorliegen.
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25 g des erhaltenen Trägers werden 5 Stunden lang in 200 ml 25 #iger wäßriger Glutardialdehyd-Lösung unter Rückfluß gekocht. Dann wird 2 mal 1 Stunde lang bei Raumtemperatur in Wasser gerührt und anschließend getrocknet, ·
Ausbeute :30g.
Beispiel 5
70 g Polymer in der Sulfochlorid-Form (3,7 mÄ/g) entsprechend Beispiel 1 werden in 200 ml Dioxan mit 13 g Hydrazinmonohydrat 4 Stunden bei 70 C gerührt. Dabei werden 50 % der Sulfonsäurechloridgruppen umgesetzt. Zur Verseifung wird der Träger 2 Stunden lang in Wasser unter Rückfluß gekocht, mit Natriumbicarbonat neutralisiert, mit Wasser gewaschen und getrocknet.
Ausbeute: 65 g.
30 g des erhaltenen Trägers werden in 200 ml Dioxan mit 15,1 g Hexan-l,6-diisocyanat 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Dann werden 0,5 g DABCO zugesetzt und 6 Stunden bei 50°C gerührt. Anschließend wird dreimal mit Dioxan gewaschen. Der Träger wird durch Absaugen grob
25 vom Lösungsmittel befreit und dann lyophilisiert.
Ausbeute: 32 g.
Beispiel 6
25 g Polymer in der Sulfochlorid-Form (3,7 mÄ/g) entsprechend Beispiel 1 werden in 250 ml Dioxan mit 5,4 g Hexan-J,6-diamin unter Rühren 5 Stunden unter Rückfluß gekocht. Dabei werden 50 % der SuIfοChloridgruppen umgesetzt« Dann werden 10,1 g Di-n-propylamin zur Umsetzung
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""der restlichen Sulfonsäurechloridgruppen (der Amin-überschuß dient der Aufnahme des entstehenden Chlorwasserstoffs) zugesetzt und 5 Stunden bei 600C gerührt. Anschließend wird mit Methanol und Wasser gewaschen und getrocknet. 5
Ausbeute: 27 g.
25 g des erhaltenen Trägers werden mit 140 ml 25 #iger wäßriger Glutardialdehyd-Lösung und 130 ml Wasser 5 Stunden unter Rückfluß gekocht. Dann wird der Träger dreimal jeweils 1 Stunde bei Raumtemperatur in Wasser gerührt und danach getrocknet.
Ausbeute: 26 g. 15
Beispiel 7
70 g Polymer in der Sulfochlorid-Form (3,^ mÄ/g) gemäß Beispiel 1 werden in 300 ml Dioxan mit 27,8 g Hexan-1,6-diamin zur vollständigen Umsetzung der Sulfonsäurechloridgruppen 4 Stunden unter Rückfluß gekocht. Dann wird der Träger in Wasser 2 Stunden lang unter Rückfluß gekocht und anschließend getrocknet.
25 Ausbeute: 67 g.
30 g des Trägers werden 10 Stunden in einer Lösung von 9,6 g Thiophosgen in 200 ml Toluol unter Rückfluß gekocht. Anschließend wird 3 Stunden mit 200 ml Toluol und 9,6 g Pyridin unter Rückfluß gekocht. Danach wird nochmals mit Toluol und Dioxan gewaschen und lyophilisiert.
Ausbeute 30,9 g. 35
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BASF Aktiengesellschaft - 17 - O-z- Beispiel 8
30 g Polymer in der Sulfochlorid-Form (4,11 mÄ/g) gemäß Beispiel. 2 werden in 250 ml Dioxan mit 3,6 g Äthylendiamin unter Rühren 4 Stunden unter Rückfluß gekocht. Dabei werden 50 % der Sulfochloridgruppen umgesetzt. Dann werden 15*2 g Di-n-propylamin zugesetzt, wobei der Amin-Überschuß zur Aufnahme des entstehenden Chlorwasserstoffs dient, und 4 Stunden unter Rückfluß gekocht. Anschließend wird mit Methanol und Wasser gewaschen un getrocknet.
Ausbeute: 29 g.
Der erhaltene Träger wird mit 250 ml Dioxan und 21,5 g Toluylendiisocyanat (Gemisch der 2,4- und 2,6-Isomeren) 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Dann werden 0,5 g DABCO zugesetzt und 6 Stunden bei 500C gerührt. Anschließend wird dreimal mit Dioxan gewaschen. Der Träger wird durch Absaugen grob vom Lösungsmittel befreit und dann lyophilisiert.
Ausbeute: 29 g.
Beispiel 9
30 g Polymer in der Sulfochlorid-Form (4,0 mÄ/g) gemäß Beispiel 3 werden in 250 ml Dioxan mit 14,7· g 4,9-Dioxadodecan-l,12-diamin unter Rühren 4 Stunden unter Rückfluß gekocht. Dabei werden 60 % der Sulfochloridgruppen umgesetzt. Dann werden 11 g n-Butylamin zugesetzt, wobei der Amin-überschuß der Aufnahme des entstehenden Chlorwasserstoffs dient, und 4 Stunden bei 60°C gerührt. Anschließend wird mit Wasser gewaschen und getrocknet.
35 Ausbeute: 34 g.
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BASF Aktiengesellschaft -18- O. Z. 0050/033W
^30 g des erhaltenen Trägers werden mit 250 ml 16 %iger wäßriger Glutardialdehyd-Lösung 5 Stunden, unter Rückfluß gekocht. Dann wird der Träger dreimal jeweils 1 Stunde bei Raumtemperatur in Wasser gerührt und danach getrocknet. 5
Ausbeute: 37 g.
Beladung der Träger mit ß-Pructosidase und Aminoacylase und Prüfung der gebundenen Enzymaktivität. 10
Beispiel 10
Zu einer Lösung von 450 mg S-Fructosidase oder Aminoacylase in 90 ml 0,02 molarem Kaliumphosphat-Puffer (pH 8 bzw. 7,6) werden jeweils 3 g Träger entsprechend den Beispielen 4 bis 9 gegeben. Dann wird 2 Stunden unter Eiskühlung gerührt. Nach 1 Stunde und nach 2 Stunden werden die auf dem Träger gebundene Aktivität und die Restaktivität in der Lösung bestimmt.
Zur Prüfung der gebundenen ß-Fructosidase-Aktivität in einer Säule (Durchmesser 1,5 bis 2 cm) wurde so vorgegangen, daß zunächst ein Nylon-Netz in die Säule- eingebracht wurde. Darauf kam eine Schicht Kieselgel von 1 bis 2 cm Höhe und darauf der beladene Träger in einer Schichthöhe von 4 bis 5 cm. Die Durchflußrate der Substratlösung (Säulenvolumina/h = SV/h) wurde so eingestellt, daß die verfolgte Reaktion (Hydrolyse von Saccharose) zu weniger als 100 % ablief. Als Substrat lösung wurde eine 40 üge (Gew.?) Saccharose-Lösung in 0,05 molarem Natriumacetatpuffer (pH 4,65) verwendet. Der Umfang der Hydrolyse wurde polarimetrisch ermittelt.
Zur Prüfung der gebundenen Aminoacylase-Aktivität wurden 100 mg des beladenen Trägers 2 Minuten bei Raumtemperatur u
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BASF Aktiengesellschaft - 19 - O. Z. 0050/033347
""in 3 ml 0,1 molarer Phosphat-Puffer-Lösung (pH 7,6), die 10 mg/ml N-Acetyl-D,L-Methionin und 0,36 mg Kobaltchlorid (CoCIp.6 HpO) enthielt, vorsichtig geschüttelt. Dann wurde die Menge des entstandenen L-Methionins nach dem Umsatz mit L-Aminosäureoxidase und Bestimmung des entstehenden Wasserstoffperoxids mit Peroxidase über eine UV-spektralphotometrische Messung von o-Dianisidin (in der oxidierten, also chinoiden Form) ermittelt (Methods in Enzymology, Vol. II).
10
Die gebundenen Enzym-Aktivitäten sind der folgenden Tabelle zu entnehmen.
030008/0235
Ca)
fs» cn
ro
CJI
un
O O O OO
O N) Ca>
Trägergebundene Enzym-Aktivitäten
Träger Aufbau der bindenden Hydrophile
Beisp.Nr. Gruppe Gruppe
Enzym Gebundene Aktivi- SV/h Testdauer
Enzymmen- tat [d]
ge (mg/gj ' Tage
Hexan-l,6-diamin/ -SO,Na (H)
Glutardialdehyd J
Hydrazin/Hexan-1,6- -SO Na (II) dlisocyanat ■*
Hexan-l,6-diamin/ -SO_N (Prop)„
Glutardialdehyd d
Hexan-1,6-diamln/ -SO NII (CIL· )«-NH3
Thiophosgen
Äthylendiamin/Toluy- -SO N (Prop)„ lendiiaocyanat
I.g-Dioxadodecan- -SO NH But.
1,12-diamin/aiutar- d
dialdehyd
s.o.
s.o.
s.o.
s.o.
ß-Pructo-
sidase		 112 90 **> 3,1 8
Il 16,5 90 **> 1.1 7
Il 63 80 *·> 2.1 6
Il - 80 ,.) 1,3 1
Il 31,9 62 **> 1.2 6
11 12,2 58 mgb> 0,9 6
Aminoacy-
lase		 118,6 1,1 - -
136,6 1,2 mg1
.b)
a): Hydrolyse in %, bezogen auf die eingesetzte Saccharose-Konzentration, wie im Text beschrieben, b): Durch Hydrolyse gebildetes L-Methionin, wie im Text beschrieben. SV/h: Siiulenvolumina/Stunde.
O O Ul
cn co co

Claims (12)

^Patentansprüche Ί
1. Verfahren zur Herstellung eines makroporösen polymeren Trägermaterials zur kovalenten Bindung von aktiven Proteinen über Isocyanat-, Thioisocyanat- oder Aldehydgruppen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Sulfonsäurechloridgruppen eines sulfochlorierten makroporösen vernetzten Stryrolharzes, enthaltend 1 bis 4,5 mÄ/g Sulfonsäurechloridgruppen und bestehend aus 70 bis 97 Gew. % Styrol und 3 bis 30 Gew. % Divinylbenzol und gegebenenfalls 1 bis 15 Gew.? Äthylvinylbenzol,
mit einer qC» W-Diaminoverbindung der Formel
15 H2N-(CH2)n-NH2,
in der η eine Zahl von 2 bis 12 bedeutet, Hydrazin oder einem oC» OT-Diaminodiäther der Formel
20 H0N-(CH0)^-O-X-O-(CH0K-NH0,
in der X -(CH2) -, wobei η eine Zahl von 2 bis 6 darstellt," oder den 2,2-Dimethyl-propylen-l,3- oder den 3-Methyl-pentylen-l,5-Rest bedeutet, umsetzt und gegebenenfalls noch vorhandene Sulfonsäurechloridgruppen zur freien Sulfonsäure oder ihrem Natriumsalz verseift oder mit einem primären oder sekundären Amin zum Sulfonamid umsetzt und
anschließend die endständigen Aminogruppen aus dem ersten Verfahrensschritt mit Phosgen, Thiophosgen, einem aliphatischen, aromatischen oder cycloaliphatischen Diisocyanat oder mit einem aliphatischen Dialdehyd der Formel
35 OCH-(CH2Jn-CHO,
"-139/78 D/Kl 04.08.78
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BASF Aktiengesellschaft - 2 - O.Z. 0050/033247
in der η die Zahlen 1 bis 8 bedeutet, zur Herstellung Ί der bindenden Gruppen umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das sulfochlorierte makroporöse Styrolharz 1 bis 10 Gew.i, bezogen auf das Gesamtgewicht, 2- oder ^-Vinylpyridin, N-Vinylimidazol, N-Vinylpyrrolidon, Hydroxypropylacrylat oder tert.-Butylacrylat als Comonomeres enthält.
10
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Sulfonsäurechloridgruppen des Styrolharzes mit einer o6> lü—Diaminoverbindung der Formel
H2N-(CH2Jn-NH2,
in der η eine Zahl von 2 bis 8 bedeutet, umsetzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Sulfonsäurechloridgruppen mit Xthylendiamin, Hexan-l,6-diamin oder 4,9-Dioxadodecan- -1,12-diamin umsetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die noch vorhandenen Sulfonsäurechloridgruppen mit Di-n-propylamin oder n-Butylamin umsetzt oder zum Natriumsalz verseift.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Diisocyanat Hexan-l,6-diisocyanat, 4,4l-Diphenylmethan-diisocyanat, Toluylendiisocyanat, Cyclohexan-1,4-dlisccyanat, Dicyclohexylmethan-diisocyanat, Methylcyclohexan-diisocyanat oder Mischungen
35 hiervon verwendet.
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BASF Aktiengesellschaft - 3 - O. Z. 0050/0353^7
r
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich-Ί net, daß man die endständigen Aminogruppen mit Thiophosgen, Hexan-l,6-diisoeyanat, Toluylendxisocyanat oder Glutardialdehyd umsetzt.
.
8. Makroporöses venetztes Styrol als Trägermaterial zur kovalenten Bindung von aktiven Proteinen, das Isocyanat, Thioisocyanat oder Aldehydgruppen als proteinbindende Gruppen und gegebenenfalls SuIfonsäuregruppen, gegebenenfalls in Form ihres Natriumsalzes oder Sulfonamidgruppen enthält, hergestellt gemäß Anspruch 1.
9. Makroporöses vernetztes Styrol als Trägermaterial gegemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ein biologisch aktives Protein in kovalenter Bindung enthält.
10. Verwendung eines makroporösen vernetzten Styrols gemäß Anspruch 8 zur Fixierung von aktiven Proteinen
20 über kovalente Bindungen.
11. Verfahren zur Fixierung von Proteinen, indem man ein Trägermaterial gemäß Anspruch 8 mit dem zu bindenden Protein in einer wäßrigen, einen Puffer enthaltenden Lösung bei Temperaturen von 0 bis 5O0C 1/2 bis 24 Stunden lang rührt.
12. Verfahren zur Fixierung von ß-Fructosidase oder Aminosäureacylase gemäß Anspruch 11.
030008/0235 GRiGfaAL iNortüjEO
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