Immobiliserade enzymer och deras användning

Begreppet de immobiliserade enzymerna uppstod under andra halvan av 20-talet. Under tiden tillbaka i 1916, konstaterades det att adsorberat på kol sackaros behöll katalytisk aktivitet. I 1953, D. och N. Shleyt Grubhofer genomförde den första bindande pepsin, amylas, karboxipeptidas och RNas till en olöslig bärare. Begreppet det immobiliserade enzymet legaliserade 1971. Det var den första konferensen om Enzyme Engineering. рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. För närvarande är begreppet immobiliserade enzymet i en vidare mening än den var i slutet av 20-talet. Vi anser att denna kategori mer i detalj.

översikt

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. Och mmobilizovannye enzymer - föreningar som artificiellt är kopplade till den olösliga bäraren. Samtidigt behåller sina katalytiska egenskaper. För närvarande är denna process betraktas i två aspekter - inom gränserna för partiell och full rörelsefrihet av proteinmolekyler.

värdighet

. Forskare har hittat några fördelar med immobiliserade enzymer. Egenskap heterogena katalysatorer, kan de lätt separeras från reaktionsmediet. может быть многократным. Studierna visade att kan upprepas användningen av immobiliserade enzymer. I processen att binda föreningar ändra deras egenskaper. De förvärvar substratspecificitet, stabilitet. Men börjar sin verksamhet beroende på miljöförhållanden. отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. Immobiliserade enzymer är hållbara och hög grad av stabilitet. Det är mer än till exempel att den fria enzymet i tusental, tiotusentals gånger. Allt detta ger hög effektivitet, konkurrenskraft och lönsamhet av teknik, där det är immobiliserade enzymer.

bärare

J .. Porath identifierat viktiga egenskaper hos idealiska material som skall användas för immobilisering. Bärarna måste ha:

1. Olöslighet.
2. Hög biologisk och kemisk stabilitet.
3. Kapacitet för snabb aktivering. Bärarna måste röra sig lätt till en reaktiv species.
4. Stor hydrofila.
5. Den erforderliga permeabilitet. Dess indikator bör vara lika acceptabel för enzymer och koenzymer, reaktionsprodukter och substrat.

För närvarande finns det inget material som helt skulle uppfylla dessa krav. Men i praktiken används bärare som är lämpliga för immobilisering av enzymer i en viss kategori av särskilda omständigheter.

klassificering

, разделяются на неорганические и органические. Beroende på arten av dess material, i kommunikation med vilka föreningarna omvandlas till immobiliserade enzymer är uppdelade i oorganiska och organiska. Bindning av många föreningar genomföres med polymera bärare. Dessa organiska material är uppdelade i två klasser: naturliga och syntetiska. I var och en av dem i sin tur fördela grupper beroende på strukturen. Oorganiska bärare representeras i huvudsak av glasmaterial, keramik, lera, kiseldioxid, grafit kimrök. När man arbetar med material populära torra kemiska metoder. Immobiliserade enzymer erhålles genom beläggning av en bärarfilm av titanoxid, aluminiumoxid, zirkonium, hafnium eller bearbeta organiska polymerer. En viktig fördel med materialen är enkel förnyelse.

proteinbärare

De mest populära lipid, polysackarid och proteinmaterial. Bland de senare är att tillhandahålla strukturella polymerer. Dessa inkluderar huvudsakligen kollagen, fibrin, keratin, och gelatin. Sådana proteiner är utbredd i miljön. De är tillgängliga och ekonomiskt. Dessutom har de ett stort antal funktionella grupper för länkning. Proteiner skiljer nedbrytbarhet. . Detta gör det möjligt att utvidga användningen av immobiliserade enzymer i medicin. Samtidigt har det protein och negativa egenskaper. на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. Nackdelarna med att använda immobiliserade enzymer till proteinbärare är den höga immunogeniciteten hos det förflutna, samt möjlighet att genomföra i endast deras reaktion vissa grupper.

polysackarider aminosaharidy

Dessa material används oftast kitin, dextran, cellulosa, agaros och derivat därav. Till polysackarider var mer resistenta mot reaktionerna av linjära kedjor tvärbundet epiklorhydrin tvär. Maskstrukturen hos olika joniska grupper introduceras ganska fritt. Kitin ackumuleras i stora mängder som en avfallsprodukt vid industriell bearbetning av räkor och krabbor. Detta material skiljer sig kemiskt resistent och har en väldefinierad porstruktur.

syntetiska polymerer

Denna grupp har en stor mångfald av material och tillgänglighet. Den innefattar polymerer baserade på akrylsyra, styren, polyvinylalkohol, polyuretan och polyamidpolymerer. De flesta av dem har olika mekanisk hållfasthet. Under konverteringen de tillhandahåller möjligheten att variera porstorleken över ett brett område, införande av olika funktionella grupper.

bindande Metoder

För närvarande finns det två fundamentalt skilda varianter immobilisering. Det första är framställningen av föreningar utan kovalenta bindningar med bäraren. Denna metod är fysisk. Annan utföringsform involverar uppträdandet av kovalent bindning med materialet. Denna kemiska metoden.

adsorption

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. Med det immobiliserade enzymer erhållna genom kvarhållning av läkemedlet på bärarytan på grund av dispersion, hydrofoba, elektrostatiska interaktioner och vätebindningar. Adsorption är det första sättet att begränsa rörligheten hos elementen. Men för närvarande det här alternativet inte har förlorat sin relevans. Dessutom är adsorptionen anses vara den vanligaste metoden för immobilisering i branschen.

speciellt hur

Den vetenskapliga litteraturen beskriver över 70 enzymer härledda adsorptionsmetoden. Som bärare utförda med fördel, poröst glas, olika leror, polysackarider, aluminiumoxid, syntetiska polymerer, titan och andra metaller. I detta fall är det senare används oftare. Effektiviteten i adsorption av läkemedlet på bärarmaterialet bestäms av porositet och specifik yta.

verkningsmekanism

Adsorption av enzym till de olösliga materialen är enkel. Den uppnås genom kontakt med en vattenlösning av läkemedelsbäraren. Det kan ta ett statiskt eller dynamiskt sätt. Enzymlösningen blandas med den färska slammet, t ex titan-hydroxid. Då, under milda betingelser, är den förening som torkades. Enzymaktiviteten bibehålls när sådan immobilisering är nästan 100%. När detta når en specifik koncentration av 64 mg per gram bärare.

negativa aspekter

Nackdelarna inkluderar låg adsorption styrkan i bindning av enzym och bärare. I förändringsarbetet reaktionsbetingelser kan vara markerade förlustelement, kontaminering av produkter, desorption av proteinet. För att öka styrkan i de bindande stöden har ändrats. Särskilt och material som behandlats med metalljoner, polymerer och andra hydrofoba föreningar med polyfunktionella medel. I vissa fall är läkemedlet själv utsätts för modifiering. Men ofta nog leder detta till en minskning av dess aktivitet.

Införande i gelén

Detta alternativ är ganska vanligt på grund av dess unika och enkelhet. Denna metod är lämplig inte bara för de enskilda elementen, men även för multiehnzimnyh komplex. Införande i gelén kan utföras med två metoder. I det första fallet, är läkemedlet kombineras med en vattenhaltig monomerlösning, och sedan utföra polymerisationen. Detta resulterar i den rumsliga strukturen av gelet som innehöll enzymmolekylerna i cellerna. I det andra fallet, är läkemedlet införs i den färdiga polymeren. Det var då omvandlas till ett geltillstånd.

Införandet av de genomskinliga strukturer

Det väsentliga i denna metod består i att immobilisera den separerade vattenenzymlösning från substratet. Den använder ett semipermeabelt membran. Det passerar lågmolekylära komponenter av kofaktorer och substrat och innehar stora enzymmolekyler.

mikroinkapsling

Det finns flera alternativ för införandet i den genomskinliga struktur. Den mest intressanta av dessa är protein mikroinkapsling och integration i liposomer. Det första alternativet föreslogs 1964 av T. Chang. Den består av att enzymlösningen införes i en sluten kapsel vars väggar är gjorda av en semipermeabel polymer. Utseendet hos membranytan som orsakas genom reaktion av föreningarna enligt interfacial polykondensation. En av dem är upplöst i den organiska och den andra - i den vattenhaltiga fasen. Som ett exempel kan nämnas bildningen av en mikrokapsel erhållen genom polykondensation av sebacinsyra halid till-dig (organisk fas) och 1,6-hexametylendiamin (respektive, den vattenhaltiga fasen). Tjockleken hos membranet beräknas i hundradelar av en mikrometer. Värdet av kapslar - hundratals eller tiotals mikrometer.

Införande i liposomer

Denna metod för immobilisering ligger nära mikroinkapslingen. Liposomer presenteras i lamellära eller sfäriska lipiddubbelskikt system. Denna metod användes första gången 1970 F. För separation av liposomerna från lipidlösningen genomföres indunstning av det organiska lösningsmedlet. Den återstående tunna filmen dispergeras i en vattenlösning, varvid enzymet är närvarande. Under denna process självorganisering av lipiddubbelskikt strukturer. . Ganska populär i dessa immobiliserade enzymer i medicin. Detta beror på det faktum att de flesta av molekylerna är lokaliserad i lipidmatrisen i biologiska membran. являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. Ingår i liposomer immobiliserade enzymer är viktiga inom medicin forskningsmaterial, vilket gör att studera och beskriva mönster av livsprocesser.

Bildandet av nya förbindelser

Immobilisering genom att bilda nya kovalenta kedjorna och mellan de nativa enzymerna anses av de flesta massproducera biokatalysatorer för industriellt bruk. Till skillnad från fysiska sätt, ger detta alternativ en irreversibel och stark bindning av molekylen och materialet. Hennes utbildning är ofta åtföljs av en stabilisering av läkemedlet. Emellertid placeringen av enzymet vid 1 minuter kovalent bindning i förhållande till bäraren skapar vissa svårigheter i att utföra den katalytiska processen. Molekylen separeras från materialet genom insatsen. Eftersom det ofta agerar fleromättade och bifunktionella medel. De, i synnerhet, är hydrazin, cyanogenbromid, glutaraldehyd dialgedrid, sulfurylklorid och så vidare. Till exempel, för att härleda galaktosyltransferas-enzymet från media och följande sekvens infogas -CH _2-NH- (CH _{2) 5-CO-.} I en sådan situation är närvarande i strukturen av insatsen, och bärarmolekylen. Alla av dem är anslutna med kovalenta bindningar. Av grundläggande betydelse är behovet av att införa funktionella grupper i reaktionen, är inte väsentligt för den katalytiska funktionen hos elementet. Så, vanligtvis, är glykoproteiner fästas till bärarproteinet är inte över, och genom kolhydratdelen. Resultatet är en mer stabil och aktiv immobiliserade enzymer.

celler

De metoder som beskrivs ovan anses vara universell för alla typer av biokatalysatorer. Hit hör bland annat inkluderar celler, subcellulära strukturer, immobilisering som blir nyligen utbredd. Detta beror på följande. När immobilisering av celler är inte nödvändigt att isolera och rena enzymberedningarna att genomföra kofaktorer i reaktionen. Som ett resultat blir det möjligt att erhålla system som utför flerstegsprocesser kontinuerligt förekommande.

Användningen av immobiliserade enzymer

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. I veterinärmedicin, industri och andra industrier är ganska populära hushållspreparat som erhållits genom ovanstående metoder. Utarmat öva inflygning ger en lösning på problemen med genomförandet av den riktade leverans av läkemedel i kroppen. Immobiliserade enzymer är tillåtet att få ett långtidsverkande läkemedel med minimal toxicitet och allergiframkallande. Nu har forskare lösa problemen i samband med biologisk omvandling av massa och energi, med hjälp av mikrobiologiska metoder. Samtidigt ett betydande bidrag till arbetet med att göra teknik och immobiliserade enzymer. utvecklingsmöjligheter finns tillräckligt breda forskare. Så i framtiden en av de viktigaste rollerna i processen av kontroll över miljön ska tillhöra de nya typer av analyser. I synnerhet frågan om bioluminescent, och enzymimmunanalys. Av särskild betydelse är de avancerade metoder i behandlingen av lignocellulosa råvaror. Immobiliserade enzymer kan användas som förstärkare av svaga signaler. Aktiva stället kan vara under inverkan av media, som är under sonikering, mekanisk påkänning eller exponerade för fytokemikalier transformationer.