Unieruchomione enzymy i ich zastosowanie

Koncepcja unieruchomionych enzymów powstały w drugiej połowie 20 wieku. Tymczasem w roku 1916 stwierdzono, że adsorbuje na sacharozie węgla zachowały aktywność katalityczną. W 1953 roku, D. N. Shleyt Grubhofer przeprowadzono pepsynę pierwszym łączącym, amylazę, karboksypeptydazy i RNazę do nierozpuszczalnego nośnika. Koncepcja unieruchomionego enzymu została zalegalizowana w 1971 roku była pierwsza konferencja na temat enzymu Engineering. рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. Obecnie pojęcie unieruchomionego enzymu w szerszym znaczeniu niż to było pod koniec 20 wieku. Uważamy tę kategorię w sposób bardziej szczegółowy.

Przegląd

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. I mmobilizovannye enzymów – związki, które są sztucznie związane z nierozpuszczalnym nośnikiem. Jednocześnie zachowują swoje właściwości katalitycznych. Obecnie proces ten rozpatrywać w dwóch aspektach – w granicach częściowej i pełnej swobody ruchu cząsteczek białkowych.

godność

. Naukowcy odkryli pewne korzyści unieruchomionych enzymów. Działając jako katalizatorów heterogenicznych, można je łatwo oddzielić od mieszaniny reakcyjnej. может быть многократным. Okazało się, że badania wykazały, że zastosowanie unieruchomionych enzymów można powtórzyć. W procesie wiązania związków zmieniają swoje właściwości. nabywają specyficzność substratowa, stabilność. Jednak ich aktywność zaczyna zależeć od warunków środowiskowych. отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. Unieruchomione enzymy są trwałe i wysoki stopień stabilności. To jest więcej niż, na przykład, że wolnego enzymu w tysiące, dziesiątki tysięcy razy. Wszystko to zapewnia wysoką wydajność, konkurencyjność i rentowność technologii, w których nie są unieruchomione enzymy.

przewoźnicy

J .. Porath określić zasadnicze właściwości materiałów idealne do zastosowania dla unieruchomienia. Przewoźnicy muszą posiadać:

1. Nierozpuszczalność.
2. Wysoka stabilność biologiczną i chemiczne.
3. Zdolność do szybkiego aktywacji. Nośniki powinny łatwo przenieść do reaktywnych.
4. Duży hydrofilowe.
5. Wymagana przepuszczalność. Jego wskaźnik ten powinien być w równym stopniu dopuszczalna enzymy i koenzymy, produkty i substraty reakcji.

Obecnie nie ma materiałów, które są w pełni zgodne z tymi wymaganiami. Jednak w praktyce, stosowane nośniki, które są odpowiednie do immobilizacji enzymów w pewnej kategorii określonych okolicznościach.

klasyfikacja

, разделяются на неорганические и органические. W zależności od charakteru tego materiału, w połączeniu z którymi związki przekształcane są unieruchomione enzymy są podzielone na nieorganicznych i organicznych. Wiązanie wielu związków prowadzi się za pomocą nośników polimerowych. Te materiały organiczne są podzielone na dwie klasy: naturalny i syntetyczny. W każdym z nich z kolei przeznaczyć grupy w zależności od konstrukcji. Nieorganiczne nośniki są reprezentowane przede wszystkim przez materiały szklane, ceramiczne, glina, krzemionka, sadza grafit węgla. Podczas pracy z materiałami popularnych metod suchych chemii. Unieruchomione enzymy są uzyskane przez powlekanie folii nośnika z tlenku tytanu, tlenku glinu, cyrkonu, hafnu lub przetwarzania polimerów organicznych. Ważną zaletą materiału jest łatwość regeneracji.

nośniki białkowe

Najbardziej popularne lipidów, polisacharydów i białek materiałów. Wśród nich jest zapewnienie polimerów konstrukcyjnych. Należą do nich głównie kolagen, fibrynę, keratyna, oraz żelatynę. Takie białka są szeroko rozpowszechnione w środowisku. Są one dostępne i ekonomiczne. Ponadto, mają dużą liczbę grup funkcyjnych na łączenie. Białka różnią biodegradacji. . To pozwala na rozszerzenie wykorzystania unieruchomionych enzymów w medycynie. Tymczasem ma ona właściwości białka i negatywnych. на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. Wadą zastosowania immobilizowanych enzymów do nośników białkowych o wysokiej immunogenności przeszłości, jak również możliwość realizacji tylko ich reakcji pewnych grup.

polisacharydy aminosaharidy

Materiały te są najczęściej stosowane chityny, dekstran, agaroza, celuloza i jej pochodne. Polisacharydów są bardziej odporne na reakcje łańcuchów liniowych sieciowany epichlorohydryną poprzeczny. Struktura siatki różnych grup jonowych wprowadzono zupełnie swobodnie. Chityna jest gromadzona w dużych ilościach jako produkt odpadowy w przemyśle przetwórstwa krabów i krewetek. Materiał ten różni się odporny chemicznie i ma dobrze zdefiniowaną strukturę porów.

polimery syntetyczne

Grupa ta ma wielką różnorodność materiałów i dostępności. Obejmuje to polimery na bazie kwasu akrylowego, styrenu, alkohol winylu, poliuretanu i polimerów poliamidowych. Większość z nich ma inną wytrzymałość mechaniczną. Podczas konwersji zapewniają możliwość różnej wielkości porów w szerokim zakresie, wprowadzenie różnych grup funkcyjnych.

Sposoby wiązania

Obecnie istnieją dwa zasadniczo różne warianty unieruchomienie. Pierwszym z nich jest wytwarzanie związków nie kowalencyjnie z nośnikiem. Metoda ta jest fizyczne. Inna postać wykonania polega na występowaniu wiązanie kowalencyjne z materiału. Ta metoda chemicznego.

adsorpcja

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. Z nim unieruchomione enzymy uzyskane przez zatrzymywanie leku na powierzchni nośnika na skutek rozproszenia, hydrofobowe, oddziaływania elektrostatyczne i wiązań wodorowych. Adsorpcja jest pierwszym sposobem ograniczania mobilności pierwiastków. Jednak obecnie ta opcja nie traci swoje znaczenie. Ponadto adsorpcja jest uważana za najbardziej rozpowszechnioną metodą unieruchamiania w branży.

szczególnie droga

W literaturze naukowej opisano ponad 70 enzymów otrzymanych metodą adsorpcji. Jako nośniki wykonywane korzystnie, porowate szkło, różne glinki, tlenek glinu, polisacharydy, polimery syntetyczne, tytanu i innych metali. W tym przypadku, są one częściej stosowane. Skuteczność leku adsorpcji na materiale nośnika zależy od porowatości i powierzchni właściwej.

Mechanizm działania

Adsorpcja enzymu nierozpuszczalnych materiałów jest prosty. Osiąga się to przez kontaktowanie z wodnym roztworem nośnika leku. To może trwać statyczny lub dynamiczny sposób. Roztwór enzymu zmieszano z świeżego szlamu, na przykład, wodorotlenek tytanu. Następnie, w łagodnych warunkach, związek poddaje się suszeniu. Aktywność enzymu jest zatrzymywane, gdy takie unieruchomienie prawie 100%. Gdy ten osiąga się określone stężenie 64 mg na gram nośnika.

negatywne aspekty?

Do wad należy niska wytrzymałość adsorpcji wiązania enzymu i nośnika. W procesie zmiany warunków reakcji mogą być elementami utrata oznaczony, zanieczyszczenie produktów, desorpcja białka. Aby zwiększyć wytrzymałość podpór wiążących został zmodyfikowany. W szczególności, materiały poddane jony metali, polimery, oraz innymi związkami hydrofobowymi środkami wielofunkcyjnych. W niektórych przypadkach, sam lek poddaje się modyfikacji. Ale dość często, co prowadzi do zmniejszenia jego aktywności.

Włączenie żelu

Ta opcja jest dość powszechne ze względu na jego wyjątkowość i prostoty. Sposób ten nadaje się nie tylko do pojedynczych elementów, ale również multiehnzimnyh kompleksy. Włączenie w żelu można przeprowadzić dwoma sposobami. W pierwszym przypadku, lek łączony jest z wodnego roztworu monomerów, a następnie przeprowadzenia polimeryzacji. Prowadzi to do struktury przestrzennej żelu zawierającego cząsteczki enzymu w komórkach. W drugim przypadku, lek wprowadza się do gotowego polimeru. został następnie przekształcony w stan żelu.

Wprowadzenie przezroczystych struktur

Istota tego sposobu polega na unieruchomieniu Wydzielony wodny roztwór enzymu z substratem. Wykorzystuje się półprzepuszczalną membranę. przekazuje go składników o małej masie cząsteczkowej, kofaktorów i podłoży, posiada duże cząsteczki enzymu.

mikrokapsułkowanie

Istnieje kilka opcji do wprowadzenia w półprzezroczystej strukturze. Najciekawszym z nich jest mikrokapsułkowanie białko i włączenie do liposomów. Pierwsza opcja została zaproponowana w 1964 roku przez T. Chang. polega na tym, że roztwór enzymu wprowadza się do zamkniętej kapsułki, którego ściany są wykonane z półprzepuszczalnej polimeru. Wygląd powierzchni membrany spowodowaną przez reakcję związków o międzyfazowej polikondensacji. Jednym z nich rozpuszcza się w organicznym, a drugi – w fazie wodnej. Jako przykłady można wymienić powstawanie mikrokapsułek otrzymanych przez polikondensację kwasu sebacynowego z halogenkiem-ty (faza organiczna) i 1,6-heksametylenodiaminy (odpowiednio do fazy wodnej). Grubość membrany jest obliczana w setnych mikrometra. Wartość Capsules – setki lub kilkudziesięciu mikrometrów.

Włączenie do liposomów

Ta metoda unieruchomienia jest blisko mikrokapsułkowanie. Liposomy są przedstawiane w płytkowych lub sferycznych lipidowych układach podwójnych warstw. Metoda ta została po raz pierwszy w 1970 F. W celu oddzielenia liposomów z roztworu lipidu przeprowadzonej odparowanie rozpuszczalnika organicznego. Pozostała cienka warstwa jest zdyspergowany w wodnym roztworze, w którym enzym jest obecny. Podczas tego procesu, Samoorganizacja lipidowych struktur dwuwarstwowych. . Dość popularne tych unieruchomione enzymy w medycynie. Wynika to z faktu, że większość cząstek jest zlokalizowany w matrycy lipidowej błon biologicznych. являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. Zawarte w liposomach unieruchomione enzymy są ważne w medycynie materiału badawczego, umożliwiając opracowanie i opisanie wzorców procesów życiowych.

Powstawanie nowych połączeń

Unieruchomienie przez tworzenie nowych sieci kowalencyjnych między tymi natywnych enzymów uważane jest przez większość masy biokatalizatorów wytwarzających na przemysłową. W przeciwieństwie do metod fizycznych, opcja ta zapewnia nieodwracalne i silną więź cząsteczki i materiału. Jej edukacja często towarzyszy stabilizacja leku. Jednakże położenie tego enzymu w 1 minuty kowalencyjne wiązania w stosunku do nośnika stwarza pewne trudności w realizacji procesu katalitycznego. Cząsteczka jest oddzielony od materiału przez wkładkę. Jak to często działać jako agenci poli- i dwufunkcyjne. Są one, w szczególności, są hydrazyny, bromek cyjanu, glutaraldehyd dialgedrid, chlorek sulfurylu, itd. Na przykład, dla wyznaczania enzymu galaktozylotransferazy z nośnika i następującą sekwencję dodaje -CH _{2-NH- (CH2) 5-CO-.} W takiej sytuacji, występuje w konstrukcji wkładki, a cząsteczką nośnika. Wszystkie z nich są połączone za pomocą wiązań kowalencyjnych. Fundamentalne znaczenie ma konieczność wprowadzenia grup funkcyjnych w reakcji nie jest istotna dla funkcji katalitycznej elementu. Zwykle, glikoproteiny są połączone z białkiem nośnika jest na i przez cząstki węglowodanów. W rezultacie jest bardziej stabilne i aktywne enzymy immobilizowane.

komórki

Metody opisane powyżej są uważane za uniwersalne dla wszystkich typów biokatalizatorów. Obejmują one, między innymi, komórki, struktury subkomórkowe unieruchomieniem, która staje się ostatnio szeroko rozpowszechnione. Wynika to z następujących czynności. Przy unieruchomieniu komórek nie ma potrzeby wyodrębniania i oczyszczania preparatów enzymatycznych w celu realizacji kofaktorów w reakcji. W rezultacie, możliwe staje się uzyskanie systemów, przeprowadzające procesy, wieloetapowych występujących w sposób ciągły.

Zastosowanie unieruchomionych enzymów

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. W medycynie weterynaryjnej, przemysł i inne gałęzie przemysłu są dość popularne preparaty domowego otrzymane powyższymi metodami. Wyczerpane podejść zapewnienie rozwiązania problemów związanych z realizacją ukierunkowanego dostarczania leków w organizmie. Unieruchomione enzymy mogą dostać długo działających leków o minimalnej toksyczności i alergenności. Teraz naukowcy rozwiązać problemy związane z biokonwersji masy i energii, przy użyciu metod mikrobiologicznych. Tymczasem znaczący wkład w pracę dokonywania technologii i unieruchomione enzymy. Perspektywy rozwoju są wystarczająco szerokie, naukowcy. Tak więc, w przyszłości jedną z kluczowych ról w procesie kontroli nad środowiskiem powinny należeć do nowych rodzajów analiz. W szczególności, kwestia bioluminescencyjne i immunologicznym. Szczególnie ważne są zaawansowane podejścia w przetwarzaniu surowców lignocelulozowych. Unieruchomione enzymy mogą być stosowane jako wzmacniacze słabych sygnałów. Aktywna strona może znajdować się pod wpływem mediów, który jest pod ultradźwiękami, stres mechaniczny lub narażonych na Fitochemicznych przemian.