Immobiliserede enzymer og deres anvendelse

Begrebet de immobiliserede enzymer opstod under den anden halvdel af det 20. århundrede. I mellemtiden, tilbage i 1916, blev det konstateret, at adsorberet på carbon saccharose bibeholdt katalytisk aktivitet. I 1953, D. og N. Shleyt Grubhofer gennemført den første bindende pepsin, amylase, carboxypeptidase og RNase til en uopløselig bærer. Begrebet det immobiliserede enzym blev legaliseret i 1971. Det var den første konference om Enzyme Engineering. рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. På nuværende begrebet det immobiliserede enzym i en bredere forstand end det var i slutningen af det 20. århundrede. Vi anser denne kategori i flere detaljer.

oversigt

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. Og mmobilizovannye enzymer - forbindelser, der kunstigt er forbundet med den uopløselige bærer. Samtidig de bevarer deres katalytiske egenskaber. I øjeblikket er denne proces betragtes i to aspekter - inden for de i delvis og fuld bevægelsesfrihed af proteinmolekyler.

værdighed

. Forskere har fundet nogle af fordelene ved immobiliserede enzymer. Virker som heterogene katalysatorer, kan de let separeres fra reaktionsmediet. может быть многократным. De undersøgelser vist, at kan gentages anvendelsen af immobiliserede enzymer. I processen med bindende forbindelser ændre deres egenskaber. De får substratspecificiteten, stabilitet. deres aktivitet begynder imidlertid at afhænge af miljøforhold. отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. Immobiliserede enzymer er holdbare og høj grad af stabilitet. Det er mere end for eksempel den af det frie enzym i tusindvis, titusindvis af gange. Alt dette giver høj effektivitet, konkurrenceevne og rentabilitet af teknologi, hvor der er immobiliseret enzymer.

luftfartsselskaber

J .. Porath identificerede centrale egenskaber af ideelle materialer skal anvendes til immobilisering. Bærerne skal have:

1. Uopløselighed.
2. Høj biologisk og kemisk stabilitet.
3. Kapacitet til hurtig aktivering. Bærerne skal bevæge sig let til en reaktiv art.
4. Stor hydrofilt.
5. Den nødvendige permeabilitet. Dens indikator bør være lige acceptabelt for enzymer og coenzymer, reaktionsprodukter og substrater.

I øjeblikket er der ikke noget materiale, der fuldt ud vil opfylde disse krav. Men i praksis kan de anvendte bærere, der er egnede til immobilisering af enzymer i en bestemt kategori af særlige omstændigheder.

klassifikation

, разделяются на неорганические и органические. Afhængigt af arten af dens materiale, i forbindelse med hvilke forbindelserne omdannes til immobiliserede enzymer er opdelt i uorganisk og organisk. Binding af mange forbindelser udføres med polymere bærere. Disse organiske materialer er opdelt i to klasser: naturlig og syntetisk. I hver af dem, til gengæld tildele grupper afhængigt af strukturen. Uorganiske bærere er hovedsageligt repræsenteret af glasmaterialer, keramik, ler, silica, grafit kønrøg. Når man arbejder med materialer populære tørre kemi metoder. Immobiliserede enzymer opnås ved at overtrække en bærefilm af titanoxid, aluminiumoxid, zirkonium, hafnium eller forarbejdning organiske polymerer. En vigtig fordel af materialerne er letheden ved regenerering.

proteinbærere

De mest populære lipid, polysaccharid og protein materialer. Blandt de sidstnævnte er at give strukturelle polymerer. Disse omfatter primært kollagen, fibrin, keratin, og gelatine. Sådanne proteiner er vidt udbredt i miljøet. De er tilgængelige og økonomisk. Derudover har de et stort antal funktionelle grupper til binding. Proteiner er forskellige bionedbrydelighed. . Dette giver dig mulighed for at udvide brugen af immobiliserede enzymer i medicin. I mellemtiden har det protein og negative egenskaber. на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. Ulemperne ved anvendelse af immobiliserede enzymer til proteinbærere er den høje immunogenicitet af fortiden, samt mulighed for at gennemføre i deres reaktion kun visse grupper.

polysaccharider aminosaharidy

Disse materialer anvendes oftest chitin, dextran, cellulose, agarose og derivater deraf. Til polysaccharider var mere resistente til reaktionerne fra lineære kæder tværbundet epichlorhydrin cross. Maskestrukturen af forskellige ioniske grupper indføres helt frit. Chitin akkumuleres i store mængder som et affaldsprodukt i industriel forarbejdning af rejer og krabber. Dette materiale afviger kemisk resistente og har en veldefineret porestruktur.

syntetiske polymerer

Denne gruppe har en stor mangfoldighed af materialer og tilgængelighed. Det omfatter polymerer baseret på acrylsyre, styren, polyvinylalkohol, polyurethan og polyamidpolymerer. De fleste af dem har forskellig mekanisk styrke. Under konvertering de giver mulighed for differentiering porestørrelse over et bredt område, indførelse af forskellige funktionelle grupper.

bindende Metoder

I øjeblikket er der to fundamentalt forskellige varianter immobilisering. Det første er fremstillingen af forbindelser uden covalente bindinger med bæreren. Denne metode er fysisk. En anden udførelsesform involverer forekomsten af kovalent binding med materialet. Denne kemiske metode.

adsorption

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. Med det immobiliserede enzymer opnået ved retention af lægemidlet på underlagets overflade på grund af dispersion, hydrofobe, elektrostatiske interaktioner og hydrogenbindinger. Adsorption er den første måde at begrænse mobiliteten for elementerne. Men i øjeblikket denne mulighed har ikke mistet sin relevans. Endvidere anses adsorptionen for at være den mest almindelige metode til immobilisering i branchen.

især den måde

Den videnskabelige litteratur beskriver over 70 enzymer afledt adsorptionsmetode. Som bærere udføres fordelagtigt, porøst glas, forskellige lerarter, polysaccharider, aluminiumoxid, syntetiske polymerer, titanium og andre metaller. I dette tilfælde er det sidstnævnte bruges oftere. Effektiviteten af adsorptionen af lægemidlet på bærermaterialet bestemmes af porøsitet og specifik overflade.

virkningsmekanisme

Adsorption af enzym til de uopløselige materialer er enkel. Opnås det ved kontakt med en vandig opløsning af lægemidlet bærer. Det kan tage en statisk eller dynamisk måde. Enzymopløsningen blandes med frisk slam, fx titanhydroxid. Derefter, under milde betingelser, er forbindelsen tørres. Enzymaktiviteten bevares, når en sådan immobilisering er næsten 100%. Når dette når en specifik koncentration på 64 mg per gram bærer.

negative aspekter

Ulemperne omfatter lav adsorption styrken af binding af enzym og bærer. I forandringsprocessen reaktionsbetingelser kan være markant tab elementer, kontaminering af produkter, desorption af proteinet. At forøge styrken af de bindende understøtninger er blevet ændret. Specifikt materialer behandlet med metalioner, polymerer og andre hydrofobe forbindelser med polyfunktionelle midler. I nogle tilfælde er selve lægemidlet udsættes for modifikation. Men ofte nok, dette fører til et fald i dens aktivitet.

Optagelse i gelen

Denne mulighed er helt almindeligt på grund af sin unikke og enkelhed. Denne metode egner sig ikke kun til de enkelte elementer, men også for multiehnzimnyh komplekser. Optagelse i gelen kan udføres ved to fremgangsmåder. I det første tilfælde er lægemidlet kombineres med en vandig monomeropløsning, og derefter udføre polymerisationen. Dette resulterer i den rumlige struktur af gel indeholdende enzymmolekylerne i cellerne. I det andet tilfælde er lægemidlet indføres i den færdige polymer. Det blev derefter omdannet til en gel tilstand.

Indførelsen af de gennemskinnelige strukturer

Essensen af denne fremgangsmåde består i immobilisering den fraseparerede vandige enzymopløsning fra substratet. Det bruger en semipermeabel membran. Den passerer lavmolekylære bestanddele af cofaktorer og substrater og holder store enzymmolekyler.

mikroindkapsling

Der er flere muligheder for at indføre i den gennemskinnelige struktur. De mest interessante af disse er protein mikroindkapsling og inklusion i liposomer. Den første mulighed blev foreslået i 1964 af T. Chang. Den består i, at enzymet opløsning indføres i en lukket kapsel, hvis vægge er fremstillet af en semipermeabel polymer. Udseendet af membranoverfladen forårsaget ved omsætning af forbindelserne med grænsefladepolymerisation polykondensation. En af dem opløses i den organiske og den anden - i den vandige fase. Som et eksempel kan nævnes dannelsen af en mikrokapsel fremstillet ved polykondensation af sebacinsyre syrehalogenid til-dig (organisk fase) og 1,6-hexamethylendiamin (henholdsvis den vandige fase). Tykkelsen af membranen er beregnet hundrededele af en mikrometer. Værdien af de kapsler - hundreder eller tiere af mikrometer.

Inklusion i liposomer

Denne metode til immobilisering er tæt på mikroindkapsling. Liposomer er præsenteret i lamellare eller sfæriske lipiddobbeltlag systemer. Denne fremgangsmåde blev første gang brugt i 1970 F. For adskillelse af liposomerne fra lipidopløsningen bæres afdampning af det organiske opløsningsmiddel. Den resterende tynde film dispergeres i en vandig opløsning, hvor enzymet er til stede. Under denne proces, selvsamling af lipiddobbeltlag strukturer. . Ganske populære i disse immobiliserede enzymer i medicin. Dette skyldes, at de fleste af molekylerne er lokaliseret i lipidmatrixen i biologiske membraner. являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. Inkluderet i liposomer immobiliserede enzymer er vigtige i medicin, forskning materiale, hvilket tillader undersøgelse og beskrive mønstre af livsprocesser.

Dannelsen af nye forbindelser

Immobilisering ved dannelse nye kovalente kæder og mellem de native enzymer betragtes af de fleste masseproduktion biokatalysatorer til industriel anvendelse. Modsætning fysiske måder er denne mulighed giver en irreversibel og stærk binding af molekylet og materiale. Hendes uddannelse er ofte ledsaget af en stabilisering af lægemidlet. Men placeringen af enzymet på 1 minutter kovalent binding i forhold til bæreren skaber visse vanskeligheder med at udføre den katalytiske proces. Molekyle skilles fra materialet ved indsatsen. Som det ofte handle poly- og difunktionelle agenter. De, i særdeleshed er hydrazin, cyanogenbromid, glutaraldehyd dialgedrid, sulfurylchlorid og så videre. For eksempel til at udlede galactosyltransferase enzym fra medierne og den følgende sekvens indsat _{-CH2-NH- (CH2) 5-CO-.} I en sådan situation er til stede i strukturen af indsatsen, og bærermolekylet. Alle af dem er forbundet med kovalente bindinger. Af grundlæggende betydning er behovet for at indføre funktionelle grupper i reaktionen, er ikke væsentlig for den katalytiske funktion af elementet. Så sædvanligvis er glycoproteiner knyttet til bærerproteinet er ikke forbi, og gennem carbohydratdelen. Resultatet er en mere stabil og aktiv immobiliserede enzymer.

celler

De ovenfor beskrevne metoder anses for at være universel for alle typer af biokatalysatorer. Disse omfatter blandt andet omfatter celler, subcellulære strukturer, immobilisering som bliver nylig udbredt. Dette skyldes følgende. Når immobilisering af celler er ikke nødvendigt at isolere og oprense enzympræparaterne til at gennemføre cofaktorer i reaktionen. Som et resultat bliver det muligt at opnå systemer, der udfører flertrinsprocesser forekommende kontinuerligt.

Anvendelsen af immobiliserede enzymer

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. I veterinærmedicin, industri og andre industrier er ganske populære husholdningstilberedninger opnået ved de ovennævnte metoder. Udtømte praksis tilgange tilvejebringe en løsning på problemerne i forbindelse med gennemførelsen af det målrettede levering af lægemidler i legemet. Immobiliserede enzymer får lov til at få et langtidsvirkende medicin med minimal toksicitet og allergenicitet. Nu forskerne løse problemerne i forbindelse med bio-omdannelse af masse og energi, ved hjælp af mikrobiologiske fremgangsmåder. I mellemtiden, et væsentligt bidrag til arbejdet med at gøre teknologi og immobiliserede enzymer. Udviklingsmuligheder er brede nok videnskabsfolk. Så i fremtiden et af de centrale roller i processen med kontrol over miljøet bør tilhøre de nye typer af analyser. Især spørgsmålet om bioluminescerende, og enzymimmunoassay. Af særlig betydning er de avancerede metoder i behandlingen af lignocelluloseholdige råmaterialer. Immobiliserede enzymer kan anvendes som forstærkere af svage signaler. Aktive sted kan være under indflydelse af medierne, som er under sonikering, mekanisk stress eller udsættes for fytokemikalier transformationer.