Imobilizované enzýmy a ich používanie

Koncept imobilizovaných enzýmov vznikli v priebehu druhej polovice 20. storočia. Medzitým, v roku 1916, sa zistilo, že adsorbuje na oxide sacharózy zachovaná katalytickú aktivitu. V roku 1953, D. N. Shleyt Grubhofer vykonáva prvý väzobný pepsín, amylázu, karboxypeptidasový a RNázy na nerozpustnom nosiči. Pojem imobilizovaného enzýmu bola legalizovaná v roku 1971. Bolo to prvá konferencia o Enzyme Engineering. рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. V súčasnej dobe je pojem imobilizovaného enzýmu v širšom slova zmysle, ako tomu bolo v druhej polovici 20. storočia. Považujeme túto kategóriu podrobnejšie.

Prehľad

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. A mmobilizovannye enzýmy, - zlúčeniny, ktoré sú umelo spojené s nerozpustnom nosiči. Zároveň si zachovávajú svoje katalytické vlastnosti. V súčasnej dobe je tento proces je považovaný v dvoch aspektoch - v rámci obmedzení čiastočného a úplného voľného pohybu proteínových molekúl.

dôstojnosť

. Vedci našli nejaké výhody imobilizovaných enzýmov. Pôsobí ako heterogénnych katalyzátorov, ktoré môžu byť ľahko oddelené z reakčného prostredia. может быть многократным. Tieto štúdie zistili, že použitie imobilizovaných enzýmov sa môže opakovať. V procese väzby zlúčeniny zmeniť ich vlastnosti. Získajú sa substrátovú špecificitu, stabilitu. Avšak ich činnosť sa začína závisí od podmienok prostredia. отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. Imobilizované enzýmy sú trvanlivé a vysoký stupeň stability. To je viac než, napríklad, že z voľného enzýmu na tisíce, desiatky tisíc krát. To všetko zaisťuje vysokú efektivitu, konkurencieschopnosť a ziskovosť technológie, v ktorom sú imobilizované enzýmy.

nosiče

J .. Porath identifikovať kľúčové vlastnosti ideálnych materiálov, ktoré majú byť použité pre imobilizáciu. Nosiče musia mať:

1. Nerozpustnosť.
2. Vysoká biologická a chemická stabilita.
3. Kapacita pre rýchle aktivácie. Nosiče musia byť ľahko presunúť do reaktívne formy.
4. Veľký hydrofilné.
5. Požadovaná priepustnosť. Jeho ukazovateľ by mal byť rovnako prijateľné pre enzýmov a koenzýmov, reakčných produktov a substrátov.

V súčasnej dobe neexistuje žiadny materiál, ktorý by plne v súlade s týmito požiadavkami. Avšak, v praxi, ktorý sa používa nosiče, ktoré sú vhodné pre imobilizáciu enzýmov v určitej kategórii zvláštnych okolností.

klasifikácia

, разделяются на неорганические и органические. V závislosti od povahy svojho materiálu, v komunikácii, s ktorými sa zlúčeniny prevedie imobilizovanými enzýmy sú rozdelené do anorganické aj organické. Väzba mnoho zlúčenín, sa vykonáva pomocou polymérnych nosičov. Tieto organické látky sú rozdelené do dvoch skupín: prírodné a syntetické. V každom z nich, podľa poradia, prideliť skupín v závislosti od štruktúry. Anorganické nosiče sú reprezentované predovšetkým sklenených materiálov, keramiky, íl, oxid kremičitý, grafit sadze. Pri práci s materiálmi populárnych suchých metód chémie. Imobilizované enzýmy sú získané potiahnutím nosné fólie z oxidu titaničitého, oxidu hlinitého, zirkónium, hafnium alebo spracovanie organické polyméry. Dôležitou výhodou týchto materiálov je ľahká regenerácia.

proteínové nosiče

Najobľúbenejšie lipidov, polysacharidov a bielkovín. Z nich je poskytnúť konštrukčné polyméry. Ide najmä o kolagén, fibrín, keratín, a želatínu. Takéto proteíny sú veľmi rozšírené v životnom prostredí. Sú k dispozícii aj úsporné. Okrem toho, že majú veľký počet funkčných skupín pre prepojenie. Proteíny sa líšia biodegradovateľnosti. . To vám umožní rozšíriť použitie imobilizovaných enzýmov v medicíne. Medzitým má bielkovín a negatívne vlastnosti. на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. Nevýhody použitia imobilizovaných enzýmov pre nosičov bielkovín je vysoká imunogenita minulosti, ako aj možnosť realizovať iba v ich reakcii určitých skupín.

polysacharidy aminosaharidy

Tieto materiály sú najčastejšie používané chitín, dextrán, celulóza, agaróza a ich deriváty. Polysacharidy boli odolnejšie voči reakciou lineárnych reťazcov zosieťovaný epichlórhydrínu priečnych. Sieťová štruktúra rôznych iónové skupiny sú zavedené celkom voľne. Chitín sa akumuluje vo veľkom množstve ako odpadový produkt v priemyselné spracovanie garnátov a krabov. Tento materiál sa líši chemicky odolný a má dobre definovanú štruktúru pórov.

syntetické polyméry

Táto skupina má veľkú rôznorodosť materiálov a dostupnosti. To zahŕňa polyméry na báze kyseliny akrylovej, styrénu, polyvinylalkoholu, polyuretánu a polyamidových polymérov. Väčšina z nich má inú mechanickú pevnosť. Počas konverzie poskytujú možnosť rôznej veľkosti pórov v širokom rozmedzí, zavedenie rôznych funkčných skupín.

väzbové metódy

V súčasnosti existujú dve zásadne odlišné varianty imobilizácia. Prvým z nich je príprava zlúčenín, bez kovalentnej väzby s nosičom. Táto metóda je fyzikálny. Ďalšie vyhotovenia zahŕňa výskyt kovalentnej väzby s materiálom. Táto chemická metóda.

adsorpcia

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. S tým imobilizovanými enzýmy získané retencie liečiva na povrchu nosiča v dôsledku rozptylu, hydrofóbna, elektrostatických interakcií a vodíkových väzieb. Adsorpcia je prvý spôsob obmedzuje pohyblivosť prvkov. V súčasnej dobe však táto možnosť nestratil svoj význam. Okrem toho adsorpcia je považovaná za najbežnejší spôsob imobilizácie v priemysle.

najmä spôsob, akým

V odbornej literatúre sú popísané viac ako 70 enzýmov získaných metódou adsorpcie. Ako nosiče vykonaných s výhodou, porézne sklo, rôzne hlinky, polysacharidy, oxid hlinitý, syntetické polyméry, titánu a iných kovov. V tomto prípade sa tieto používajú častejšie. Účinnosť adsorpcie lieku na nosnom materiáli sa riadi nasiakavosťou a špecifický povrch.

mechanizmus účinku

Adsorpcia enzýmu na nerozpustné materiály, je jednoduchá. To je dosiahnuté kontaktu s vodným roztokom nosiča liečiv. To môže trvať statickú alebo dynamickú cestu. Enzým roztok sa zmieša s čerstvým kalom, napríklad, hydroxidu titánu. Potom, za miernych podmienok, je zlúčenina sa usuší. Enzýmová aktivita je zachovaná, ak toto imobilizácia je takmer 100%. Keď sa to dosiahne určitú koncentráciu 64 mg na gram nosiča.

negatívne aspekty

K nevýhodám patrí nízka adsorpčné pevnosť väzby enzýmu a nosiča. V procese zmeny reakčnej podmienky môžu byť označené strata prvky, kontaminácia produktov, desorpcia proteínu. Pre zvýšenie pevnosti väzobných nosičov bol zmenený. Konkrétne materiál spracuje s iónmi kovov, polyméry a ďalšie hydrofóbne zlúčeniny s polyfunkčnom činidiel. V niektorých prípadoch samotnej liečivo sa podrobí modifikácii. Ale dosť často, čo vedie k zníženiu jeho aktivity.

Zaradenie do gélu

Táto možnosť je pomerne časté kvôli jeho jedinečnosti a jednoduchosť. Táto metóda je vhodná nielen pre jednotlivé prvky, ale aj pre multiehnzimnyh komplexy. Zaradenie do gélu môže byť vykonaná dvoma spôsobmi. V prvom prípade je liečivo v kombinácii s vodným roztokom monoméru a potom vykonávať polymerizáciu. To má za následok priestorovej štruktúry gélu, ktorý obsahuje množstvo enzýmu v bunkách. V druhom prípade, je liečivo zavedené do hotového polyméru. To sa potom prevedie do stavu gélu.

Zavedenie priesvitných konštrukcií

Podstata tohto spôsobu spočíva v imobilizáciu oddeleného vodného roztoku enzýmu zo substrátu. Používa semipermeabilnou membránu. Prechádza nízkomolekulárne zložky kofaktorov a substrátov a obsahuje veľké množstvo enzýmu.

mikroenkapsulácia

Existuje niekoľko možností pre zavedenie v priesvitnej štruktúre. Najzaujímavejšie z nich je proteín mikroobaľovanie a začlenenie do lipozómov. Prvý variant bola navrhnutá v roku 1964 T. Chang. To spočíva v tom, že sa roztok enzýmu sa zavádza do uzatvorenej kapsule, ktorej steny sú vyrobené z polopriepustné polyméru. Vzhľad povrchu membrány spôsobené reakciou zlúčenín medzifázové polykondenzácie. Jeden z nich sa rozpustí v organickej a druhá - vo vodnej fáze. Ako príklad je možné uviesť tvorbu mikrokapsúl získaných polykondenzáciou halogenid kyseliny sebakovej k-vy (organická fáza) a 1,6-hexamethylendiaminu (v tomto poradí, sa vodná fáza). Hrúbka membrány je vypočítaná v stotinách mikrometra. Hodnota kapsúl - stovky či desiatky mikrometrov.

Začlenenie do lipozómov

Tento spôsob imobilizácie sa blíži mikroenkapsulácia. Lipozómy sú uvedené v lamelárnej alebo sférických lipidovej dvojvrstvy systémov. Tento spôsob bol prvýkrát použitý v roku 1970 F. Pre separáciu lipozómov z lipidového roztoku sa uskutoční odparenie organického rozpúšťadla. Zostávajúce tenký film sa disperguje vo vodnom roztoku, vyznačujúci sa tým, že enzým je prítomný. Počas tohto procesu, self-montáž lipidovej dvojvrstvy štruktúr. . Docela populárne v týchto imobilizovaných enzýmov v medicíne. To je spôsobené skutočnosťou, že väčšina molekúl je lokalizovaný v lipidovej matrici biologických membrán. являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. Zahrnuté do lipozómov imobilizované enzýmy hrajú dôležitú úlohu v medicíne výskumného materiálu, ktorý umožňuje študovať a popísať vzory životných procesov.

Tvorba nových spojov

Imobilizácia formovanie nových kovalentné reťaze a medzi prírodných enzýmov považuje väčšina produkujúce biokatalyzátorov hmotnosť pre priemyselné využitie. Na rozdiel od fyzickej spôsoby, táto možnosť poskytuje nevratné a silné puto molekuly a materiálu. Jej vzdelanie je často sprevádzaný stabilizáciu liečiva. Avšak umiestnenie enzýmu na 1 minút kovalentnej väzby vzhľadom k nosiču vytvára určité ťažkosti pri vykonávaní katalytického procesu ,. Molekula je oddelená od materiálu vložky. Ako to často pôsobí polynenasýtené a difunkčných činidiel. Sú najmä sú hydrazín, Brómkyán, glutaraldehyd dialgedrid, Sulfurylchlorid a tak ďalej. Napríklad, pre odvodenie galaktosyltransferáza enzýmu z média a nasledujúce sekvencie vložená -CH _2-NH- (CH _{2) 5-CO-.} V takejto situácii, je prítomná v štruktúre vložky, a nosičové molekuly. Všetky z nich sú spojené kovalentními väzbami. Zásadný význam, je potrebné zaviesť funkčné skupiny pri reakcii, nie je nevyhnutný pre katalytické funkcie prvku. Takže, zvyčajne, glykoproteíny sú pripojené na nosný proteín nie je u konca, a prostredníctvom sacharidového zvyšku. Výsledkom je viac stabilný a aktívny imobilizovaných enzýmov.

bunky

Vyššie opísané metódy sú považované za univerzálne pre všetky typy biokatalyzátorov. Medzi ne patrí, okrem iných, patria bunky, subcelulárnu štruktúry, imobilizácia, ktorá sa stáva v poslednej dobe veľmi rozšírené. To je vzhľadom k nasledujúcemu. Keď imobilizácie buniek nie je nutné izolovať a čistiť enzýmových prípravkov vykonávať kofaktory v reakcii. V dôsledku toho, je možné získať systémy, ktoré slúži na vykonávanie viacstupňových procesov priebežne dochádza.

Použitie imobilizovaných enzýmov

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. Vo veterinárnej medicíne, priemysle a ďalších odvetviach sú veľmi populárne domáce prípravky získané z vyššie uvedených metód. Vyčerpané prax prístupy poskytujú riešenia problémov pri realizácii cielené dodávanie liečiv v tele. Imobilizovaných enzýmov sa môžu dostať dlhodobo pôsobiace lieky s minimálnou toxicitou a alergie. Teraz vedci rieši problémy spojené s biologickou premenu hmoty a energie, používanie mikrobiologických prístupov. Medzitým významným príspevkom k práci výroby technológie a imobilizovaných enzýmov. Vývojové vyhliadky budú mať dostatočne široký vedci. Takže v budúcnosti jedným z kľúčových rolí v procese kontroly nad životného prostredia by malo patriť do novej typy analýz. Najmä otázka bioluminiscenční a enzýmovej imunoanalýzy. Osobitný význam majú pokročilé prístupy pri spracovaní lignocelulózových surovín. Imobilizovaných enzýmov môžu byť použité ako zosilňovače slabých signálov. Aktívne miesto môže byť pod vplyvom média, ktoré je pod pôsobením ultrazvuku, mechanickému namáhaniu alebo vystavené fytochemikálie transformáciou.