АдукацыяНавука

Иммобилизованные ферменты і іх прымяненне

Упершыню паняцце аб иммобилизованных ферментах паўстала ў другой палове 20-га стагоддзя. Між тым, яшчэ ў 1916 г. было ўстаноўлена, што сорбированная на вугалі цукроза захоўвала каталітычны актыўнасць. У 1953 г. Д. Шлейт і Н. Грубхофер ажыццявілі першыя звязвання пепсін, амілаза, карбоксипептидазы і РНКазы з нерастваральнага носьбітам. Паняцце иммобилизованных ферментаў было ўзаконена ў 1971 г. Гэта здарылася на першай канферэнцыі па пытаннях інжынернай энзимологии. рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. У цяперашні ж час паняцце пра иммобилизованных ферментах разглядаецца ў больш шырокім сэнсе, чым гэта было ў канцы 20 стагоддзя. Разгледзім гэту катэгорыю падрабязней.

Агульныя звесткі

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. І ммобилизованные ферменты - злучэнні, якія штучна звязваюцца з нерастваральнага носьбітам. Пры гэтым яны захоўваюць свае каталітычныя ўласцівасці. У цяперашні час гэты працэс разглядаецца ў двух аспектах - у рамках частковай і поўнай абмежаванасці свабоды перамяшчэння бялковых малекул.

годнасці

. Навукоўцы ўсталявалі пэўныя перавагі иммобилизованных ферментаў. Выступаючы ў якасці гетэрагенных каталізатараў, яны могуць з лёгкасцю аддзяляцца ад рэакцыйнай асяроддзя. может быть многократным. У рамках даследаванняў устаноўлена, што прымяненне иммобилизованных ферментаў можа быць шматразовым. У працэсе звязвання злучэння змяняюць свае ўласцівасці. Яны набываюць субстратнай спецыфічнасць, ўстойлівасць. Пры гэтым іх актыўнасць пачынае залежаць ад умоў асяроддзя. отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. Иммобилизованные ферменты адрозніваюцца даўгавечнасцю і высокай ступенню стабільнасці. Яна больш, чым, напрыклад, у свабодных энзімаў у тысячы, дзясяткі тысяч разоў. Усё гэта забяспечвае высокую эфектыўнасць, канкурэнтаздольнасць і эканамічнасць тэхналогій, у якіх прысутнічаюць иммобилизованные ферменты.

носьбіты

Дж. Пората вызначыў ключавыя ўласцівасці ідэальных матэрыялаў, якія павінны выкарыстоўвацца пры імабілізацыі. Носьбіты павінны валодаць:

  1. Нерастваральныя.
  2. Высокай біялагічнай і хімічнай устойлівасцю.
  3. Здольнасцю да хуткай актывацыі. Носьбіты павінны лёгка пераходзіць у рэакцыйна-здольны выгляд.
  4. Значнай гідрафільнасцю.
  5. Неабходнай пранікальнасцю. Яе паказчык павінен быць аднолькава прымальны і для ферментаў, і для каферментаў, прадуктаў рэакцыі і субстратаў.

У цяперашні час не існуе матэрыялу, які б цалкам адпавядаў гэтым патрабаванням. Тым не менш на практыцы прымяняюцца носьбіты, якія прыдатныя да імабілізацыі пэўнай катэгорыі ферментаў у канкрэтных умовах.

класіфікацыя

, разделяются на неорганические и органические. У залежнасці ад сваёй прыроды матэрыялы, пры сувязі з якімі злучэння ператвараюцца ў иммобилизованные ферменты, падзяляюцца на неарганічныя і арганічныя. Звязванне многіх злучэнняў ажыццяўляецца з палімернымі носьбітамі. Гэтыя арганічныя матэрыялы падзяляюць на 2 класа: сінтэтычныя і прыродныя. У кожным з іх, у сваю чаргу, вылучаюць групы ў залежнасці ад будынка. Неарганічныя носьбіты прадстаўлены пераважна матэрыяламі са шкла, керамікі, гліны, силикагеля, графітавай сажы. Пры працы з матэрыяламі папулярныя метады сухі хіміі. Иммобилизованные ферменты атрымліваюць шляхам пакрыцця носьбітаў плёнкай аксідаў тытана, алюмінія, цырконія, гафнія або апрацоўкі арганічнымі палімерамі. Важнай добрай якасцю матэрыялаў з'яўляецца лёгкасць рэгенерацыі.

бялковыя носьбіты

Найбольшай папулярнасцю карыстаюцца ліпідны, полісахарідных і бялковыя матэрыялы. Сярод апошніх варта вылучыць структурныя палімеры. Да іх у першую чаргу адносяць калаген, фібрына, кератин, а таксама жэлацін. Такія вавёркі досыць шырока распаўсюджаныя ў прыродным асяроддзі. Яны даступныя і эканамічныя. Акрамя гэтага, яны валодаюць вялікай колькасцю функцыянальных груп для звязвання. Вавёркі адрозніваюцца здольнасцю да биодеградации. . Гэта дазваляе пашырыць прымяненне иммобилизованных ферментаў у медыцыне. Між тым, ёсць у бялкоў і адмоўныя ўласцівасці. на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. Недахопы выкарыстання иммобилизованных ферментаў на пратэінавых носьбітах складаюцца ў высокай імунагеннасці апошніх, а таксама магчымасць укараняць у рэакцыі толькі пэўныя іх групы.

Поліцукрыды, аминосахариды

З гэтых матэрыялаў часцей за ўсё ўжываюцца хітын, декстран, цэлюлоза, агарозы і іх вытворныя. Каб поліцукрыды былі больш устойлівыя да рэакцыяў, іх лінейныя ланцугу сшываюць папярочна эпихлоргидрином. У сеткаватыя структуры дастаткова свабодна ўводзяцца розныя ионогенные групоўкі. Хітын ў вялікіх колькасцях запасіцца ў выглядзе адходаў пры прамысловай перапрацоўцы крэветак і крабаў. Гэта рэчыва адрозніваецца хімічнай устойлівасцю і валодае добра выяўленай кіпрай структурай.

сінтэтычныя палімеры

Гэтая група матэрыялаў адрозніваецца вялікай разнастайнасцю і даступнасцю. У яе ўключаны палімеры на аснове акрылавай кіслаты, стыролу, полівінілавага спірту, поліўрэтанавыя і поліамідныя палімеры. Большасць з іх адрозніваюцца механічнай трываласцю. У працэсе пераўтварэння яны забяспечваюць магчымасць вар'іравання памеру часу ў досыць шырокіх межах, ўвядзення разнастайных функцыянальных груп.

спосабы звязвання

У цяперашні час існуе два прынцыпова выдатных адзін ад аднаго варыянту імабілізацыі. Першым з'яўляецца атрыманне злучэнняў без кавалентных сувязяў з носьбітам. Гэты спосаб з'яўляецца фізічным. Іншы варыянт прадугледжвае ўзнікненне кавалентнай сувязі з матэрыялам. Гэта хімічны метад.

адсорбцыя

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. З дапамогай яе иммобилизованные ферменты атрымліваюць шляхам ўтрымлівання прэпарата на паверхні носьбіта дзякуючы дысперсійных, гідрафобным, электрастатычным узаемадзеянням і вадародным сувязях. Адсорбцыя стала першым спосабам абмежаванні рухомасці элементаў. Аднак і ў цяперашні час гэты варыянт не страціў сваёй актуальнасці. Больш за тое, адсорбцыя лічыцца найбольш распаўсюджаным спосабам імабілізацыі ў прамысловасці.

асаблівасці спосабу

У навуковых выданнях апісана больш за 70 ферментаў, атрыманых адсарбцыйным метадам. У якасці носьбітаў выступалі, пераважна, порыстае шкло, разнастайныя гліны, поліцукрыды, аксіды алюмінію, сінтэтычныя палімеры, тытан і іншыя металы. Пры гэтым апошнія выкарыстоўваюцца часцей за ўсё. Выніковасць адсорбцыі прэпарата на носьбіце вызначаецца па сітаватасці матэрыялу і ўдзельнай паверхні.

механізм дзеяння

Адсорбцыя ферментаў на нерастваральных матэрыялах адрозніваецца прастатой. Яна дасягаецца пры кантакце воднага раствора прэпарата з носьбітам. Ён можа праходзіць статычным або дынамічным спосабам. Раствор фермента змешваецца са свежым асадкам, да прыкладу, гідраксіду тытана. Затым у мяккіх умовах злучэнне высушваецца. Актыўнасць фермента пры такой імабілізацыі захоўваецца амаль на ўсе 100%. Пры гэтым удзельная канцэнтрацыя дасягае 64 мг на грам носьбіта.

негатыўныя моманты

Да недахопаў адсорбцыі адносяць невысокую трываласць пры злучэнні фермента і носьбіта. У працэсе змяненняў умоў рэакцыі могуць адзначацца страта элементаў, забруджванне прадуктаў, десорбция бялку. Для павышэння трываласці звязвання носьбіты папярэдне мадыфікуюць. У прыватнасці, матэрыялы апрацоўваюць іёнамі металаў, палімерамі, гідрафобнымі злучэннямі і іншымі полифункциональными агентамі. У шэрагу выпадкаў мадыфікацыі падвяргаюць сам прэпарат. Але досыць часта гэта прыводзіць да памяншэння яго актыўнасці.

Ўключэнне ў гель

Гэты варыянт досыць распаўсюджаны дзякуючы сваёй унікальнасці і прастаце. Гэты спосаб падыходзіць не толькі для індывідуальных элементаў, але і для мультиэнзимных комплексаў. Ўключэнне ў гель можа выконвацца двума метадамі. У першым выпадку прэпарат злучаюць з водным растворам мономера, пасля чаго выконваюць полімерызацыі. У выніку ўзнікае прасторавая структура геля, якая змяшчае ў вочках малекулы фермента. У другім выпадку прэпарат уносіцца ў раствор гатовага палімера. Затым яго пераводзяць у стан геля.

Ўкараненне ў напаўпразрыстыя структуры

Сутнасць дадзенага метаду імабілізацыі складаецца ў аддзяленні воднага ферментнага раствора ад субстрата. Для гэтага выкарыстоўваецца полупроницаемая мембрана. Яна прапускае нізкамалекулярныя элементы кофакторы і субстратаў і затрымлівае вялікія малекулы ферментаў.

Микрокапсулирование

Існуе некалькі варыянтаў ўкаранення ў напаўпразрыстыя структуры. Найбольшую цікавасць з іх прадстаўляюць микрокапсулирование і ўключэнне бялкоў у липосомы. Першы варыянт быў прапанаваны ў 1964 г. Т. Чангам. Ён заключаецца ў тым, што ферментны раствор ўкараняецца ў замкнёную капсулу, сценкі якой выкананы з полупроницаемого палімера. Узнікненне мембраны на паверхні абумоўліваецца рэакцыяй межфазной полікандэнсацыі злучэнняў. Адно з іх растворана ў арганічнай, а іншае - у воднай фазе. У якасці прыкладу можна назваць адукацыю мікракапсул, якую атрымліваюць полікандэнсацыі галогенангидрида себациновой да-ты (арганічная фаза) і гексаметилендиамина-1,6 (адпаведна, водная фаза). Таўшчыня мембраны вылічаецца ў сотых долях мікраметра. Пры гэтым велічыня капсул - сотні ці дзясяткі мікраметраў.

Ўключэнне ў липосомы

Гэты метад імабілізацыі блізкі да микрокапсулированию. Липосомы прадстаўленыя ў ламеллярных або сферычных сістэмах ліпідных бислоев. Гэты спосаб ўпершыню быў ужыты ў 1970 г. Для вылучэння липосом з ліпіднага раствора праводзяць выпарванне арганічнага растваральніка. Астатняя тонкая плёнка диспергируется ў водным растворы, у якім прысутнічае фермент. У ходзе гэтага працэсу адбываецца Самазбор ліпідных бислойных структур. . Досыць папулярныя такія иммобилизованные ферменты ў медыцыне. Гэта абумоўліваецца тым, што вялікая частка малекул лакалізуецца ў ліпідных матрікса біялагічных мембран. являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. Уключаныя ў липосомы иммобилизованные ферменты ў медыцыне з'яўляюцца найважнейшым даследчым матэрыялам, якія дазваляюць вывучаць і апісваць заканамернасці працэсаў жыццядзейнасці.

Адукацыя новых сувязяў

Імабілізацыі шляхам фарміравання новых кавалентных ланцугоў паміж ферментамі і носьбітамі лічыцца найбольш масавым метадам атрымання биокатализаторов прамысловага прызначэння. У адрозненне ад фізічных спосабаў гэты варыянт забяспечвае незваротную і трывалую сувязь малекулы і матэрыялу. Яе адукацыю часцяком суправаджаецца стабілізацыяй прэпарата. Разам з тым размяшчэнне фермента на адлегласці 1-й кавалентнай сувязі адносна носьбіта стварае пэўныя складанасці ў выкананні каталітычнага працэсу. Малекулу аддзяляюць ад матэрыялу пры дапамозе ўстаўкі. У якасці яе часта выступаюць полі- і бифункциональные агенты. Імі, у прыватнасці, з'яўляюцца гідразін, бромциан, глутаровый диальгедрид, сульфурилхлорид і пр. Да прыкладу, для выводзін галактозилтрансферазы паміж носьбітам і ферментам ўстаўляюць наступную паслядоўнасць -СН 2 -NH- (СН 2) 5 -СО-. У такой сітуацыі ў структуры прысутнічае ўстаўка, малекула і носьбіт. Усе яны злучаюцца кавалентная сувязь. Прынцыповае значэнне мае неабходнасць ўкаранення ў рэакцыі функцыянальных груп, ня істотных для каталітычнай функцыі элемента. Так, як правіла, глікапратэіны далучаюцца да носьбіта ня праз бялковую, а праз вугляводную частка. У выніку атрымліваюць больш ўстойлівыя і актыўныя иммобилизованные ферменты.

клеткі

Апісаныя вышэй спосабы лічацца універсальнымі для ўсіх тыпаў биокатализаторов. Да іх, у тым ліку, адносяць клеткі, субклеточные структуры, імабілізацыі якіх набывае ў апошні час шырокае распаўсюджанне. Гэта абумоўліваецца наступным. Пры імабілізацыі клетак адпадае неабходнасць вылучаць і чысціць ферментныя прэпараты, ўкараняць у рэакцыі кофакторы. У выніку з'яўляецца магчымасць атрымліваць сістэмы, якія ажыццяўляюць многастадыйныя бесперапынна якія праходзяць працэсы.

Прымяненне иммобилизованных ферментаў

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. У ветэрынарыі, прамысловасці, іншых гаспадарчых галінах дастаткова папулярныя прэпараты, атрыманыя названымі вышэй спосабамі. Выпрацаваныя на практыцы падыходы забяспечваюць рашэнне праблем па ажыццяўленні накіраванай дастаўкі лекаў у арганізме. Иммобилизованные ферменты дазволілі атрымаць медыкаменты пралангаванага дзеянні з мінімальнай алергенам і таксічнасцю. У цяперашні час навукоўцы вырашаюць праблемы, звязаныя з биоконверсией масы і энергіі, выкарыстоўваючы мікрабіялагічныя падыходы. Між тым, істотны ўклад у работу уносіць і тэхналогія иммобилизованных ферментаў. Перспектывы развіцця ўяўляюцца навукоўцамі досыць шырокімі. Так, у будучым адзiн з ключавых роляў у працэсе кантролю над станам навакольнага асяроддзя павінна належаць новых відах аналізу. У прыватнасці, гаворка пра биолюминесцентном і імунаферментных метадах. Асаблівае значэнне перадавыя падыходы маюць у перапрацоўцы лигноцеллюлозного сыравіны. Можна выкарыстоўваць иммобилизованные ферменты ў якасці узмацняльнікаў слабых сігналаў. Актыўны цэнтр можа знаходзіцца пад уздзеяннем носьбіта, які знаходзіцца пад ультрагукам, механічнымі нагрузкамі або схільнага фитохимическим перамяніцца.

Similar articles

 

 

 

 

Trending Now

 

 

 

 

Newest

Copyright © 2018 be.delachieve.com. Theme powered by WordPress.