Enzime imobilizați și utilizarea acestora

Conceptul de enzime imobilizate au apărut în a doua jumătate a secolului al 20-lea. Intre timp, in 1916, sa constatat că adsorbită pe sucroză carbon reținut activitatea catalitică. In 1953, D. și N. Shleyt Grubhofer efectuat pepsinei primei legare, amilaza, carboxipeptidaza și RNazei la un purtător insolubil. Conceptul de enzima imobilizată a fost legalizat în 1971. A fost prima conferința Enzyme Engineering. рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. În prezent, conceptul de enzimă imobilizată într - un sens mai larg decât era în secolul al 20 - lea. Considerăm că această categorie mai detaliat.

Prezentare generală

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. Și mmobilizovannye enzime - compuși care sunt legate în mod artificial cu purtătorul insolubil. În același timp, își păstrează proprietățile lor catalitice. În prezent, acest proces este considerat în două aspecte - în limitele libertății parțială și totală a mișcării de molecule de proteine.

demnitate

. Oamenii de știință au descoperit unele beneficii de enzime imobilizate. Acționând drept catalizatori heterogeni, acestea pot fi ușor separate din mediul de reacție. может быть многократным. Studiile au descoperit ca utilizarea de enzime imobilizate pot fi repetate. În procesul de legare a compușilor schimbă proprietățile acestora. Ei dobândesc substrat specificitatea, stabilitatea. Cu toate acestea, activitatea lor începe să depindă de condițiile de mediu. отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. Enzimele sunt imobilizați grad durabil și ridicat de stabilitate. Este mai mult decât, de exemplu, cea a enzimei libere în mii, zeci de mii de ori. Toate acestea asigură o eficiență ridicată, competitivitatea și rentabilitatea tehnologiei, în care sunt imobilizate enzime.

purtătorii

J .. Porath identificat proprietăți cheie ale materialelor ideale pentru a fi utilizate pentru imobilizare. Purtătorii trebuie să aibă:

1. Insolubilitate.
2. stabilitate biologică și chimică ridicată.
3. Capacitatea de activare rapidă. Purtătorii trebuie să se miște cu ușurință într-o specie reactivă.
4. hidrofil mare.
5. Permeabilitatea necesară. Indicatorul său trebuie să fie la fel de acceptabil pentru enzime și coenzime, produșii de reacție și substraturi.

În prezent, nu există nici un material care să respecte pe deplin aceste cerințe. Cu toate acestea, în practică, utilizat purtători adecvați pentru imobilizarea enzimelor într-o anumită categorie de circumstanțe specifice.

clasificare

, разделяются на неорганические и органические. În funcție de natura materialului său, în comunicarea cu care compușii sunt transformați în enzime imobilizate sunt împărțite în anorganice și organice. Legarea mulți compuși se realizează cu purtători polimerici. Aceste materiale organice sunt împărțite în două clase: naturale și sintetice. În fiecare dintre ele, la rândul lor, să aloce grupuri în funcție de structura. Purtătorii anorganici sunt reprezentate în principal de materiale din sticlă, ceramică, argilă, silice, negru de carbon grafit. Atunci când se lucrează cu materiale populare metode chimice uscate. enzime imobilizate sunt obținute prin acoperirea unui film purtător de oxid de titan, alumină, zirconiu, hafniu sau de prelucrare a polimerilor organici. Un avantaj important al materialelor este ușurința de regenerare.

purtători de proteine

Cele mai populare lipide, polizaharide și proteine materiale. Printre acestea din urmă este de a oferi polimeri structurali. Acestea includ în primul rând de colagen, fibrina, keratină și gelatină. Astfel de proteine sunt larg răspândite în mediul înconjurător. Acestea sunt disponibile și economice. În plus, acestea au un număr mare de grupuri funcționale pentru conectarea. Proteinele difera biodegradabilitate. . Acest lucru vă permite să se extindă utilizarea enzimelor imobilizate în medicină. În același timp, are proteine și proprietăți negative. на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. Dezavantajele utilizării enzimelor imobilizati la purtătorii de proteine este ridicat imunogenitatea trecutului, precum și posibilitatea de a pune în aplicare în doar reacția lor anumite grupuri.

polizaharidele aminosaharidy

Aceste materiale sunt cel mai des utilizate chitină, dextran, celuloză, agaroză și derivați ai acestora. Pentru polizaharide au fost mai rezistente la reacțiile lanțuri lineare epiclorhidrină reticulată transversale. Structura ochiurilor diferitelor grupe ionice sunt introduse destul de liber. Chitina se acumulează în cantități mari ca un produs rezidual în prelucrarea industrială de crevete și crabi. Acest material difera rezistent chimic si are o structura porilor bine definita.

polimeri sintetici

Acest grup are o mare diversitate de materiale și disponibilitate. Acesta include polimeri pe bază de acid acrilic, stiren, polivinil alcool, poliuretan și polimeri de poliamidă. Cele mai multe dintre ele au diferite rezistență mecanică. În timpul conversiei acestea oferă posibilitatea de a varia mărimea porilor într-o gamă largă, introducerea diferitelor grupări funcționale.

Metodele de legare

În prezent, există două variante distincte fundamental de imobilizare. Primul este prepararea compușilor fără legături covalente cu purtătorul. Această metodă este fizică. O altă realizare implică apariția legăturii covalente cu materialul. Această metodă chimică.

adsorbție

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. Cu ea imobilizat enzimele obținute prin retenția medicamentului pe suprafața purtătoare datorită dispersiei, interacțiuni hidrofobe, electrostatice și legături de hidrogen. Adsorbția este prima cale de limitare a mobilității elementelor. Cu toate acestea, în prezent, această opțiune nu și-a pierdut relevanța. Mai mult decât atât, adsorbția este considerată a fi cea mai comună metodă de imobilizare în industrie.

în special modul în care

Literatura științifică descrie peste 70 de enzime derivate metoda de adsorbție. Ca purtători efectuate în mod avantajos, sticlă poroasă, diferite argile, polizaharide, alumină, polimeri sintetici, titan și alte metale. În acest caz, acestea din urmă sunt folosite mai des. Eficacitatea adsorbției medicamentului pe materialul purtător este determinat de porozitatea și suprafața specifică.

Mecanismul de acțiune

Adsorbția enzimei la materialele insolubile este simplu. Aceasta se realizează prin contactul cu o soluție apoasă a purtătorului de droguri. Se poate lua un mod static sau dinamic. Soluția de enzimă se amestecă cu nămolul proaspăt, de exemplu, hidroxid de titan. Apoi, în condiții blânde, compusul este uscat. Activitatea enzimei este reținută atunci când o astfel de imobilizare sunt aproape 100%. Cand aceasta ajunge la o concentrație specifică de 64 mg per gram de purtător.

aspecte negative

Dezavantajele includ rezistența adsorbție scăzută a legării de enzimă și purtător. În procesul de schimbare condițiile de reacție pot fi elemente de pierdere marcate, contaminarea produselor, desorbția proteinei. Pentru a crește rezistența suporturilor de legare a fost modificat. In mod specific, materialele tratate cu ioni metalici, polimeri și alți compuși hidrofobi cu agenți polifuncționali. In unele cazuri, medicamentul în sine este supus modificării. Dar, destul de des, acest lucru duce la o scădere a activității sale.

Includerea în gel

Această opțiune este destul de comună, datorită unicității și simplitatea sa. Această metodă este adecvată nu numai pentru elementele individuale, ci și pentru complexele multiehnzimnyh. Includerea în gel poate fi realizată prin două metode. În primul caz, medicamentul este combinat cu o soluție apoasă de monomer, apoi efectuați polimerizarea. Aceasta are ca rezultat în structura spațială a gelului care conține moleculele de enzimă din celule. În al doilea caz, medicamentul este introdus în polimerul finit. Acesta a fost apoi transformată într-o stare de gel.

Introducerea structurilor translucide

Esența acestei metode constă în imobilizând soluția separată apoasă de enzimă de substrat. Acesta utilizează o membrană semipermeabilă. Se trece componentele cu greutate moleculară mică de cofactori și substraturi și deține molecule de enzime mari.

microencapsulare

Există mai multe opțiuni pentru introducerea în structura translucide. Cele mai interesante dintre acestea sunt microencapsulare proteine și includerea în lipozomi. Prima opțiune a fost propusă în 1964 de T. Chang. Acesta constă în aceea că soluția de enzimă este introdusă într-o capsulă închisă, ai cărei pereți sunt realizate dintr-un polimer semipermeabil. Aspectul suprafeței membranei cauzată de reacția compușilor cu policondensare interfacială. Una dintre ele este dizolvat în organic, iar celălalt - în faza apoasă. Ca exemplu poate fi menționată formarea unui microcapsule obținută prin policondensarea halogenuri acide sebacic la tine (faza organică) și 1,6-hexametilendiamină (respectiv, faza apoasă). Grosimea membranei este calculată în sutimi de micrometri. Valoarea capsulelor - sute sau zeci de micrometri.

Inclusion în lipozomi

Această metodă de imobilizare este aproape de microcapsulare. Lipozomii sunt prezentate în sisteme lamelare sau sferice lipidice bistraturi. Această metodă a fost utilizată pentru prima dată în 1970 F. Pentru separarea lipozomilor din soluția lipidică se realizează evaporarea solventului organic. Pelicula subțire rămasă este dispersată într-o soluție apoasă, în care enzimă este prezentă. In timpul acestui proces, auto-asamblarea structurilor lipidice bistrat. . Destul de popular aceste enzime imobilizate în medicină. Acest lucru se datorează faptului că majoritatea moleculelor este localizată în matricea lipidelor din membranele biologice. являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. Inclus în lipozomi enzime imobilizate sunt importante într -un material de cercetare medicina, care permite studiul și să descrie modele de procese de viață.

Formarea de noi conexiuni

Imobilizarea prin formarea de noi lanțuri covalente și între enzimele native este considerat de cele mai multe biocatalizatori producție de masă pentru uz industrial. Spre deosebire de moduri fizice, această opțiune oferă o legătură ireversibilă și puternică a moleculei și materialul. educația ei este adesea însoțită de o stabilizare a medicamentului. Cu toate acestea, localizarea enzimei la bonding 1 minute covalente în raport cu purtătorul creează anumite dificultăți în efectuarea procesului catalitic. Molecule este separat de materialul de inserție. După cum acționează adesea agenți poli- și difuncționale. Acestea, în special, sunt hidrazină, bromură de cianogen, dialgedrid glutaraldehidă, clorură de sulfuril și așa mai departe. De exemplu, pentru obținerea de enzime galactoziltransferază din mass - media și secvența următoare inserată _-CH2 - NH- _{(CH2) 5} - CO-. Într-o astfel de situație este prezentă în structura inserției, și molecula purtător. Toate acestea sunt conectate prin legături covalente. De o importanță fundamentală este necesitatea de a introduce grupări funcționale în reacție, nu este esențială pentru funcția catalitică a elementului. Deci, de obicei, glicoproteine sunt atașate la proteina purtătoare nu este terminat, și prin fragmentul carbohidrat. Rezultatul este o enzime mai stabile și activi imobilizați.

celulele

Metodele descrise mai sus sunt considerate a fi universal pentru toate tipurile de biocatalizatori. Acestea includ, printre altele, includ celule, structuri subcelulara, imobilizare care devine recent răspândită. Acest lucru se datorează următoarele. Când imobilizarea celulelor nu este necesară pentru a izola și purifica preparatele enzimatice pentru implementarea cofactori în reacție. Ca urmare, devine posibil să se obțină sisteme care realizează procese mai multe etape care apar în mod continuu.

Utilizarea enzimelor imobilizate

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. În medicina veterinară, industria și alte industrii sunt preparate de uz casnic destul de populare obținute prin metodele de mai sus. abordări practica saracit oferă o soluție la problemele de punere în aplicare a livrarea vizate de droguri în organism. enzimele imobilizați sunt permise pentru a obține o medicamente cu acțiune prelungită cu toxicitate minimă și alergenicitate. Acum, oamenii de stiinta rezolva problemele asociate cu bioconversia de masă și de energie, folosind metode microbiologice. În același timp, o contribuție semnificativă la activitatea de luare de tehnologie și enzime imobilizate. perspectivele de dezvoltare sunt oameni de știință destul de largi. Deci, în viitor, unul dintre rolurile-cheie în procesul de control asupra mediului ar trebui să aparțină noilor tipuri de analize. În special, problema bioluminescente și imunoenzimatică. De o importanță deosebită sunt avansate abordări în prelucrarea materiilor prime lignocelulozice. enzime imobilizați pot fi folosite ca amplificatoare de semnal slab. Site activ poate fi sub influența mass-media, care este sub sonicare, stres mecanic sau expuse la fitochimicale transformări.