Immobiliserte enzymer og deres anvendelse

Konseptet med de immobiliserte enzymer oppsto under den annen halvdel av det 20. århundre. I mellomtiden tilbake i 1916, ble det funnet at adsorbert på karbon sukrose bibeholdt katalytisk aktivitet. I 1953, D. og N. Shleyt Grubhofer utføres den første bindings pepsin, amylase, den karboksypeptidase og RNase til en uoppløselig bærer. Konseptet av immobilisert enzym ble legalisert i 1971. Det var den første konferansen om Enzyme Engineering. рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. I dag er konseptet av immobilisert enzym i en videre forstand enn det var i slutten av det 20. århundre. Vi anser denne kategorien i mer detalj.

oversikt

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. Og mmobilizovannye enzymer - forbindelser som er kunstig forbundet med den uløselige bærer. Samtidig beholder de sine katalytiske egenskaper. For tiden er denne prosess betraktes i to deler - innenfor begrensningene av delvis og full bevegelsesfrihet av proteinmolekyler.

verdighet

. Forskere har funnet noen fordeler av immobiliserte enzymer. Opptrer som heterogene kata, kan de lett separeres fra reaksjonsmediet. может быть многократным. Studiene funnet at anvendelse av immobiliserte enzymer kan gjentas. I prosessen med å binde forbindelser forandre deres egenskaper. De skaffer substrat spesifisitet, stabilitet. Men begynner sin aktivitet til å avhenge av miljøforhold. отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. Immobiliserte enzymer er holdbare og høy grad av stabilitet. Det er mer enn, for eksempel, at av det frie enzymet i tusener og titusener av ganger. Alt dette gir høy effektivitet, konkurranseevne og lønnsomhet av teknologi, i hvilken det er immobilisert enzymer.

bærere

J .. Porath identifisert viktige egenskaper for ideelle materialer som skal brukes til immobilisering. Transportørene må ha:

1. Insolubility.
2. Høy biologisk og kjemisk stabilitet.
3. Kapasitet for hurtig aktivering. Bærerne må bevege seg inn i en reaktiv art.
4. Stor hydrofil.
5. Den nødvendige permeabilitet. Dens Indikatoren bør være like akseptable for enzymer og koenzymer, reaksjonsprodukter og substrater.

Foreløpig er det ingen vesentlige som ville fullt ut oppfyller disse kravene. Men i praksis, anvendes bærere som er egnede for immobilisering av enzymer i en viss kategori av spesielle omstendigheter.

klassifisering

, разделяются на неорганические и органические. Avhengig av arten av dets materiale, i forbindelse med hvilke forbindelsene omdannes til immobiliserte enzymer er delt inn i uorganiske og organiske. Binding av mange forbindelser utføres med polymere bærere. Disse organiske materialer er delt inn i to klasser: naturlige og syntetiske. I hver av dem, på sin side, tildele grupper avhengig av strukturen. Uorganiske bærere blir hovedsakelig representert ved glassmaterialer, keramikk, leire, silika, grafitt sot. Når du arbeider med materialer populære tørre kjemi metoder. Immobiliserte enzymer blir oppnådd ved å belegge en bærerfilm av titanoksid, alumina, zirkonium, hafnium eller behandling av organiske polymerer. En viktig fordel med de materialer som er enkel regenerering.

proteinbærere

De mest populære lipid, polysakkarid- og proteinmaterialer. Blant de sistnevnte er å tilveiebringe strukturelle polymerer. Disse er i hovedsak består av kollagen, fibrin, keratin, og gelatin. Slike proteiner er utbredt i naturen. De er tilgjengelige og økonomisk. I tillegg har de et stort antall funksjonelle grupper for binding. Proteiner er forskjellige nedbrytbarhet. . Dette gjør det mulig å utvide bruken av immobiliserte enzymer i medisin. I mellomtiden har det protein og negative egenskaper. на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. Ulempene ved anvendelse av immobiliserte enzymer til proteinbærere, er det høy immunogenisitet av det siste, så vel som muligheten til å gjennomføre i sin reaksjon bare visse grupper.

polysakkarider aminosaharidy

Disse materialer blir oftest brukt kitin, dextran, cellulose, agarose og derivater derav. For å polysakkarider var mer resistente overfor reaksjoner av lineære kjeder tverrbundet epiklorhydrin kryss. Nettkonstruksjonen av forskjellige ioniske grupper innføres helt fritt. Kitin er akkumulert i store mengder som et avfallsprodukt i industriell behandling av reker og krabber. Dette materialet er forskjellig kjemisk bestandig og har en veldefinert porestruktur.

syntetiske polymerer

Denne gruppen har et stort mangfold av materialer og tilgjengelighet. Det inkluderer polymerer basert på akrylsyre, styren, polyvinylalkohol, polyuretan og polyamid-polymerer. De fleste av dem har forskjellig mekanisk styrke. Under omdanning de gir mulighet for varierende porestørrelse over et stort område, innføring av forskjellige funksjonelle grupper.

bindings Methods

For tiden er det to fundamentalt forskjellige varianter immobilisering. Den første er fremstillingen av forbindelser uten kovalente bindinger med bæreren. Denne metoden er fysisk. En annen utførelse involverer forekomsten av kovalent binding med materialet. Denne kjemiske metode.

adsorpsjon

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. Med det immobiliserte enzymer oppnådd ved retensjon av medikamentet på bæreroverflaten på grunn av spredning, hydrofobe, elektrostatiske interaksjoner og hydrogenbindinger. Adsorpsjon er den første måte å begrense mobiliteten av elementer. Men for tiden dette alternativet har ikke mistet sin relevans. Videre er adsorpsjon anses å være den mest vanlige metode for immobilisering i industrien.

spesielt måten

Den vitenskapelige litteratur beskriver i løpet av 70 enzymer som stammer adsorpsjonsmetode. Som bærere kan utføres med fordel, porøst glass, forskjellige leirer, polysakkarider, alumina, syntetiske polymerer, titan og andre metaller. I dette tilfelle blir den sistnevnte brukes oftere. Effektiviteten av adsorpsjon av stoffet på bærermaterialet bestemmes av porøsitet og spesifikke overflate.

virkningsmekanisme

Adsorpsjon av enzymet til det uløselige materiale er enkel. Det oppnås ved kontakt med en vandig oppløsning av medikamentet bæreren. Det kan ta en statisk eller dynamisk måte. Enzymløsningen blandes med den friske slam, for eksempel, titanhydroksyd. Deretter, under milde betingelser, blir forbindelsen tørket. Enzymaktiviteten opprettholdes når en slik immobilisering er nesten 100%. Når dette har nådd en bestemt konsentrasjon på 64 mg per gram bærer.

negative aspekter

Ulempene innbefatter lav adsorpsjon styrken på binding av enzymet og bæreren. I endringsprosessen reaksjonsbetingelsene kan være merkede tatelementer, forurensning av produkter, desorpsjon av proteinet. For å øke styrken av bindings bærerne er blitt endret. Spesielt kan materialer som behandles med metallioner, polymerer og andre hydrofobe forbindelser med polyfunksjonelle midler. I noen tilfeller er selve medikamentet utsatt for modifikasjon. Men ofte nok, fører dette til en reduksjon i sin aktivitet.

Inkludering i gelen

Dette alternativet er ganske vanlig på grunn av sin unikhet og enkelhet. Denne metoden egner seg ikke bare for de enkelte elementer, men også for multiehnzimnyh komplekser. Inkludering i gelen kan utføres ved to metoder. I det første tilfelle er medikamentet i kombinasjon med en vandig monomer løsning, og deretter utføre polymeriseringen. Dette resulterer i den romlige strukturen av gelen som inneholder de enzymmolekyler i cellene. I det andre tilfelle blir medikamentet innføres i den ferdige polymer. Den ble deretter omdannet til en gel-tilstand.

Innføringen av de gjennomskinnelige strukturer

Det vesentlige ved denne metode består i å immobilisere den separerte vandige enzymoppløsning fra substratet. Den bruker en semipermeabel membran. Den passerer lavmolekylære komponenter av kofaktorer og substrater og har store enzymmolekyler.

microencapsulation

Det finnes flere alternativer for innføring i gjennomskinnelig struktur. Den mest interessante av disse er protein microencapsulation og inkludering i liposomer. Det første alternativet ble foreslått i 1964 av T. Chang. Den består i at den enzymoppløsningen innføres i en lukket kapsel hvis vegger er fremstilt av en semipermeabel polymer. Utseendet av membranoverflaten som følge av omsetning av forbindelsene med grenseflate-polykondensasjon. En av dem er oppløst i den organiske og den andre - i den vandige fase. Som et eksempel kan nevnes dannelsen av en mikrokapsel fremstilt ved polykondensasjon av sebacinsyre halogenidet til-dere (organisk fase) og 1,6-heksametylendiamin (henholdsvis den vandige fase). Tykkelsen av membranen er beregnet i hundredeler av et mikrometer. Verdien av kapsler - hundrevis eller titalls mikrometer.

Inkludering i liposomer

Denne metoden for immobilisering er nær mikroinnkapsling. Liposomer er presentert i lamellære eller sfæriske lipid-dobbeltlag-systemer. Denne metode ble først anvendt i 1970 F. For separasjon av liposomer fra lipidoppløsningen bæres fordampning av det organiske løsningsmiddel. Det gjenværende tynne film er dispergert i en vandig oppløsning, karakterisert ved at enzymet er til stede. Under denne prosessen selvsammensetningen av strukturene til lipidbilaget. . Ganske populær i disse immobiliserte enzymer i medisin. Dette skyldes det faktum at de fleste av molekylene er lokalisert i lipidmatrisen av biologiske membraner. являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. Inkludert i liposomer immobilisert enzymer er viktig i medisin forskningsmateriale, slik studie og beskrive mønstre av livsprosesser.

Dannelsen av nye tilkoblinger

Immobilisering ved dannelse av nye kovalente kjedene og mellom de naturlige enzymer er ansett av de fleste masseprodusere biokatalysatorer for industriell bruk. I motsetning til fysikalske metoder, gir dette alternativet en irreversibel og sterk binding av molekylet og materiale. Hennes utdanning er ofte ledsaget av en stabilisering av stoffet. Imidlertid plasseringen av enzymet 1 minutt kovalent binding i forhold til bæreren skaper visse vanskeligheter i å utføre den katalytiske prosess. Molekyl er atskilt fra materialet ved hjelp av innsatsen. Som det ofte opptre poly- og difunksjonelle midler. De, i særdeleshet, er hydrazin, cyanogenbromid, glutaraldehyd dialgedrid, sulfurylklorid og så videre. For eksempel, for å utlede galactosyltransferase enzym fra mediet og den følgende sekvens innsatt _{-CH2-NH- (CH2) 5-CO-.} I en slik situasjon er til stede i strukturen av innsatsen, og bærermolekylet. Alle av dem er forbundet ved hjelp av kovalente bindinger. Av grunnleggende betydning er det nødvendig å innføre funksjonelle grupper i reaksjonen, er ikke avgjørende for den katalytiske funksjon av elementet. Så, som regel, er glykoproteiner bundet til bærerproteinet ikke er over, og gjennom karbohydratresten. Resultatet er en mer stabil og aktiv immobiliserte enzymer.

celler

Metodene som er beskrevet ovenfor er ansett for å være universelt for alle typer av biokatalysatorer. Disse inkluderer blant annet inkluderer celler, subcellulære strukturer, immobilisering som blir nylig utbredt. Dette skyldes følgende. Når immobilisering av celler er ikke nødvendig å isolere og rense enzympreparatene til å gjennomføre kofaktorer i reaksjonen. Som et resultat blir det mulig å skaffe systemer som utfører fler-trinns prosesser som skjer kontinuerlig.

Anvendelse av immobiliserte enzymer

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. I veterinærmedisin, industri og annen industri er ganske populære husholdnings preparater oppnådd ved de ovennevnte metoder. Utarmet praksis tilnærminger gi en løsning på problemene med gjennomføringen av målrettet levering av legemidler i kroppen. Immobiliserte enzymer får lov til å få en lang-virkende medikamenter med minimal toksisitet og allergenisitet. Nå forskere løse problemene knyttet til biokonversjon av masse og energi, ved hjelp av mikrobiologiske metoder. I mellomtiden, et betydelig bidrag til arbeidet med å lage teknologi og immobilisert enzymer. Utviklingsmulighetene er bred nok forskere. Så, i fremtiden en av de viktigste rollene i ferd med kontroll over miljøet bør tilhøre den nye typer analyser. Spesielt spørsmålet om bioluminescent, og enzym-immunoassay. Av særlig betydning er de avanserte tilnærminger i behandlingen av lignocellulose råmaterialer. Immobiliserte enzymer kan anvendes som forsterkere for svake signaler. Aktive setet kan være under påvirkning av mediet, som er under sonikering, mekanisk belastning eller utsettes for fytokjemikalier transformasjoner.