Имобилизирани ензими и тяхната употреба

Концепцията на обездвижените ензимите стана през втората половина на 20 век. Междувременно, през 1916 г., е установено, че се адсорбира върху въглен захароза запазва каталитична активност. През 1953, D. и N. Shleyt Grubhofer извършва първото свързване пепсин, амилаза, на карбоксипептидази и RNase до неразтворим носител. Концепцията на обездвижен ензим е легализирана през 1971 година Това е първата конференция за Ензим Инженеринг. рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. В момента концепцията за обездвижен ензим в по-широк смисъл, отколкото е било в края на 20-ти век. Ние считаме, че тази категория по-подробно.

Преглед

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. И mmobilizovannye ензими - съединения, които са изкуствено свързани с неразтворим носител. В същото време те запазват своите каталитични свойства. В момента, този процес се разглежда в два аспекта - в рамките на ограниченията на частична и пълна свобода на движение на протеиновите молекули.

достойнство

. Учените са открили някои предимства на имобилизирани ензими. Действайки като хетерогенни катализатори, те лесно могат да бъдат отделени от реакционната среда. может быть многократным. намерени Проучванията, че използването на имобилизирани ензими, може да се повтори. В процеса на свързване съединения променят свойствата си. Те придобиват субстратна специфичност, стабилност. Въпреки това, тяхната дейност започва да зависи от условията на околната среда. отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. Имобилизирани ензими са трайни и висока степен на стабилност. Това е повече, отколкото, например, че на свободния ензим в хиляди, десетки хиляди пъти. Всичко това осигурява висока ефективност, конкурентноспособността и рентабилността на технология, в който са имобилизирани ензими.

превозвачи

J .. Porath идентифицира ключовите свойства на идеални материали, за да бъдат използвани за обездвижване. Превозвачите трябва да имат:

1. Разтворимост.
2. Висока биологична и химическа стабилност.
3. Капацитет за бързо активиране. Превозвачите трябва да се движат лесно в реактивни видове.
4. Голям хидрофилни.
5. Необходимата пропускливостта. индикатор му трябва да бъде еднакво приемлива за ензими и коензими, реакционни продукти и субстрати.

В момента, няма материал, който изцяло ще се съобрази с тези изисквания. Въпреки това, на практика, се използва носители, които са подходящи за имобилизация на ензими в определена категория специфични обстоятелства.

класификация

, разделяются на неорганические и органические. В зависимост от естеството на материала, във връзка с които съединенията се превръщат в имобилизирани ензими се разделя на неорганични и органични. Свързването на много съединения се извършва с полимерни носители. Тези органични материали са разделени в два класа: естествени и синтетични. Във всяка от тях, от своя страна, се разпределят групи в зависимост от конструкцията. Неорганични носители са представени главно от стъклени материали, керамика, глина, силициев диоксид, графит сажди. При работа с материали популярните методи сухи химия. Имобилизирани ензими се получават чрез покриване носител филм на титанов оксид, алуминиев оксид, цирконий, хафний или обработка на органични полимери. Важно предимство на материалите, е лекотата на регенерация.

протеинови носители

Най-популярните липиди, полизахариди и протеини материали. Сред тях е да осигури структурни полимери. Те включват предимно колаген, фибрин, кератин, и желатин. Такива протеини са широко разпространени в околната среда. Те са на разположение и икономичен. В допълнение, те имат голям брой функционални групи за свързване. Протеините се различават биоразградимост. . Това ви позволява да се разшири използването на имобилизирани ензими в медицината. В същото време, тя е протеин и отрицателни свойства. на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. Недостатъците на използване на имобилизирани ензими за протеинови носители е високо имуногенността на миналото, както и възможност за прилагане в тяхната реакция само определени групи.

Полизахариди aminosaharidy

Тези материали са най-често използвани хитин, декстран, целулоза, агароза и техни производни. За полизахариди са по-устойчиви на реакциите на линейни вериги омрежен епихлорохидрин крос. Мрежеста структура на различни йонни групи са въведени съвсем свободно. Хитин се натрупва в големи количества като отпадъчен продукт в промишлена обработка на скариди и раци. Този материал се различава химически устойчива и има добре дефинирана структура на порите.

синтетични полимери

Тази група има голямо разнообразие от материали и наличността. Тя включва полимери на базата на акрилова киселина, стирен, поливинилов алкохол, полиуретан и полиамид полимери. Повечето от тях са с различна механична якост. По време на преобразуване те осигуряват възможността за различна големина на порите в широк диапазон, въвеждането на различни функционални групи.

свързващи методи

В момента има две коренно различни варианти обездвижване. Първият е получаването на съединения без ковалентни връзки с носителя. Този метод е физически. Друго изпълнение включва появата на ковалентна връзка с материал. Този химичен метод.

адсорбция

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. С него имобилизирани ензими, получени чрез задържане на лекарството върху повърхността на носител поради дисперсия, хидрофобни, електростатични взаимодействия и водородни връзки. Адсорбция е най-добрият начин за ограничаване на мобилността на елементи. Въпреки това, в момента тази опция не е загубила своето значение. Освен това, адсорбцията се счита за най-разпространеният метод за имобилизиране в индустрията.

особено начина, по който

В научната литература се описват над 70 ензими, получени метод адсорбция. Като носители извършват преимуществено, порест стъкло, различни глини, полизахариди, алуминиев оксид, синтетични полимери, титан и други метали. В този случай, последните се използват по-често. Ефективността на адсорбция на лекарството върху носещия материал се определя от порьозността и специфичната повърхност.

механизъм на действие

Адсорбция на ензима да неразтворимите вещества е проста. Това се постига чрез контакт с воден разтвор на носителя на лекарството. Това може да отнеме по-статичен или динамичен начин. Ензимният разтвор се смесва с прясно утайка, например, титанов хидроксид. След това, при меки условия, съединението се суши. Ензимната активност се запазва, когато такова обездвижване са почти 100%. Когато това се достигне определена концентрация от 64 мг на грам носител.

отрицателни аспекти

Недостатъците включват ниско адсорбционната сила на свързване на ензим и носител. В процеса на промяна реакционни условия, могат да бъдат маркирани елементи загуба, замърсяване на продукти, десорбция на протеина. За да се увеличи силата на задължителни опори е променен. Конкретно, материали, третирани с метални йони, полимери и други хидрофобни съединения с полифункционални агенти. В някои случаи, самото лекарство се подлага на модификация. Но достатъчно често, това води до намаляване на неговата дейност.

Включване в гела

Тази опция е често срещано явление, поради своята уникалност и простота. Този метод е подходящ не само за отделните елементи, но също така и за multiehnzimnyh комплекси. Включване в гела може да се извърши по два метода. В първия случай, лекарството се смесва с воден разтвор на мономер, и след това извършване на полимеризацията. Това води в пространствената структура на гела, съдържащ ензимните молекули в клетките. Във втория случай, лекарството се въвежда в крайния полимер. След това се превръща в състояние на гел.

Въвеждането на прозрачните структури

Същността на този метод се състои в имобилизиране отделеният воден ензимен разтвор от субстрата. Той използва полу-пропусклива мембрана. Тя преминава компоненти с ниско молекулно тегло на кофактори и субстрати и притежава големи ензимни молекули.

микроинкапсулирания

Има няколко възможности за въвеждането на прозрачна структура. Най-интересните от тях са протеин микроинкапсулирания и включване в липозоми. Първият вариант е предложен през 1964 г. от Т. Чанг. Състои се с това, че ензимният разтвор се въвежда в затворена капсула, чиито стени са направени от полупропусклив полимер. Външният вид на повърхността на мембраната, причинени от реакция на съединенията с повърхностна поликондензация. Един от тях се разтваря в органичната а другият - във водната фаза. Като пример могат да се споменат образуване на микрокапсули получени чрез поликондензация на халид себацинова киселина,-ви (органична фаза) и 1,6-хексаметилендиамин (съответно, водната фаза). Дебелината на мембраната се изчислява в стотни от микрометър. Стойността на капсули - стотици или десетки микрометра.

Включване в липозоми

Този метод на имобилизация е в близост до микроинкапсулирания. Липозомите са представени в ламеларни липидни двойни слоеве или сферични системи. Този метод се използва за първи път през 1970 F. За разделяне на липозомите от липидния разтвор се провежда изпаряване на органичния разтворител. Останалите тънък филм се диспергира във воден разтвор, при което ензимът е налице. По време на този процес, самостоятелно сглобяване на липидните двуслойни структури. . Доста популярен тези имобилизирани ензими в медицината. Това се дължи на факта, че повечето от молекулите е локализиран в липидна матрица на биологични мембрани. являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. Включено в липозоми имобилизирани ензими са важни в медицината изследователски материал, което позволява на проучване и описват модели на жизнените процеси.

Формирането на нови връзки

Обездвижването чрез формиране на нови ковалентни вериги и между местните ензимите се счита от повечето масови биокатализатори произвеждат за промишлена употреба. За разлика от физическите начини, тази опция дава необратим и силна връзка на молекулата и материала. образованието й често е придружено от стабилизиране на лекарството. Въпреки това, местоположението на ензима при 1 минута ковалентно свързване спрямо носача създава известни трудности при извършване на каталитичен процес. Молекула се отделя от материала на вложката. Както често се действа поли и би функционални средства. Те, по-специално, са хидразин, цианоген бромид, глутаралдехид dialgedrid, сулфурил хлорид и така нататък. Например, за получаване галактозилтрансфераза ензим от медиите и следващата последователност добавя _{-СН2-NH- (СН2) 5} -СО-. В такава ситуация е в структурата на вложката, и молекулата носител. Всички от тях са свързани с ковалентни връзки. От основно значение е необходимостта от въвеждане на функционални групи в реакцията, не е от съществено значение за каталитична функция на елемента. Така че, обикновено, гликопротеини са прикрепени към протеиновия носител не е приключила, и чрез въглехидратната част. Резултатът е по-стабилни и активни имобилизирани ензими.

клетки

Методите, описани по-горе, се считат за универсално за всички видове биокатализатори. Те включват, наред с другото, включват клетки, субклетъчни структури, обездвижване, която става напоследък широко разпространена. Това се дължи на следното. Когато имобилизиране на клетки, които не е необходимо да се изолира и пречисти ензимни препарати за прилагане на кофактори в реакцията. В резултат на това става възможно да се получи системи, които изпълняват многоетапни процеси, протичащи непрекъснато.

Използването на имобилизирани ензими

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. В ветеринарната медицина, промишленост и други отрасли са доста популярни, домакински препарати, получени чрез горните методи. Изтощените практика подходи да се намери решение на проблемите на прилагането на целенасочена доставката на лекарства в организма. Имобилизирани ензими право да получите дългодействащ лекарства с минимална токсичност и алергенност. Сега учените решават проблемите, свързани с био преобразуване на масата и енергията, с помощта на микробиологичните подходи. В същото време, има значителен принос за работата на вземане на технологии и обездвижени ензими. Перспективи за развитие са достатъчно широко учени. Така че, в бъдеще една от ключовите роли в процеса на контрол върху околната среда трябва да принадлежат към новите видове анализ. По-специално, въпросът за биолуминесцентно и имуноензимен. От особено значение са напреднали подходи при обработката на лигноцелулозни суровини. Имобилизирани ензими могат да бъдат използвани като усилватели на слаби сигнали. Активен сайт може да бъде под влиянието на медиите, която е под ултразвук, механично напрежение или изложени на фитохимикали трансформации.