Die konsep van geïmmobiliseerde ensieme het die eerste keer in die tweede helfte van die 20ste eeu verskyn. Intussen, terug in 1916, is gevind dat sukrose wat op koolstof gesorbeer is, sy katalitiese aktiwiteit behou het. In 1953 het D. Schleit en N. Grubhofer die eerste binding van pepsien, amilase, karboksipeptidase en RNase met 'n onoplosbare draer uitgevoer. Die konsep van geïmmobiliseerde ensieme is in 1971 gewettig. Dit het gebeur by die eerste konferensie oor ingenieursensieme. Tans word die konsep van geïmmobiliseerde ensieme in 'n breër sin beskou as wat dit aan die einde van die 20ste eeu was. Kom ons kyk na hierdie kategorie van nader.
Algemene inligting
Geïmmobiliseerde ensieme is verbindings wat kunsmatig aan 'n onoplosbare draer gebind is. Hulle behou egter hul katalitiese eienskappe. Tans word hierdie proses in twee aspekte beskou - binne die raamwerk van gedeeltelike en volledige beperking van die bewegingsvryheid van proteïenmolekules.
Dignity
Wetenskaplikes het sekere voordele van geïmmobiliseerde ensieme vasgestel. Dien as heterogene katalisators en kan maklik van die reaksiemedium geskei word. As deel van die navorsing is gevind dat die gebruik van geïmmobiliseerde ensieme herhaal kan word. Tydens die bindingsproses verander verbindings hul eienskappe. Hulle verkry substraat spesifisiteit en stabiliteit. Terselfdertyd begin hul aktiwiteit afhang van omgewingstoestande. Geïmmobiliseerde ensieme is duursaam en het 'n hoë mate van stabiliteit. Dit is duisende, tienduisende kere groter as dié van byvoorbeeld vrye ensieme. Dit alles verseker hoë doeltreffendheid, mededingendheid en ekonomie van tegnologieë waarin geïmmobiliseerde ensieme teenwoordig is.
Media
J. Poratu het die sleuteleienskappe van ideale materiale wat in immobilisasie gebruik moet word, geïdentifiseer. Draers moet hê:
- Onoplosbaarheid.
- Hoë biologiese en chemiese weerstand.
- Die vermoë om vinnig te aktiveer. Die draers behoort maklik reaktief te word.
- Beduidende hidrofilisiteit.
- Nodige deurlaatbaarheid. Die aanwyser daarvan moet ewe aanvaarbaar wees vir beide ensieme en koënsieme, reaksieprodukte en substrate.
Daar is tans geen materiaal wat ten volle aan hierdie vereistes voldoen nie. Nietemin word in die praktyk draers gebruik wat geskik is vir immobilisering.sekere kategorie van ensieme onder spesifieke toestande.
Klassifikasie
Afhangende van hul aard, word die materiale, in verband waarmee verbindings in geïmmobiliseerde ensieme omgeskakel word, in anorganies en organies verdeel. Die binding van baie verbindings word uitgevoer met polimeriese draers. Hierdie organiese materiale word in 2 klasse verdeel: sinteties en natuurlik. In elk van hulle word op hul beurt groepe onderskei, afhangende van die struktuur. Anorganiese draers word hoofsaaklik verteenwoordig deur materiale gemaak van glas, keramiek, klei, silikagel en grafietswart. Wanneer met materiale gewerk word, is droëchemiemetodes gewild. Geïmmobiliseerde ensieme word verkry deur draers te bedek met 'n film van titaan, aluminium, sirkonium, hafniumoksiede of deur verwerking met organiese polimere. 'n Belangrike voordeel van materiale is die gemak van wedergeboorte.
Proteïendraers
Die gewildste is lipied-, polisakkaried- en proteïenmateriaal. Onder laasgenoemde is dit die moeite werd om strukturele polimere uit te lig. Dit sluit hoofsaaklik kollageen, fibrien, keratien en gelatien in. Sulke proteïene is wydverspreid in die natuurlike omgewing. Hulle is bekostigbaar en ekonomies. Daarbenewens het hulle 'n groot aantal funksionele groepe vir binding. Proteïene is bioafbreekbaar. Dit laat toe om die gebruik van geïmmobiliseerde ensieme in medisyne uit te brei. Intussen het proteïene ook negatiewe eienskappe. Die nadele van die gebruik van geïmmobiliseerde ensieme op proteïendraers is die hoë immunogenisiteit van laasgenoemde, asookdie vermoë om slegs sekere groepe van hulle in reaksies in te voer.
Polisakkariede, aminosakkariede
Van hierdie materiale word chitien, dekstraan, sellulose, agarose en hul afgeleides die meeste gebruik. Om polisakkariede meer weerstand teen reaksies te maak, word hul lineêre kettings met epichloorhidrien gekruis. Verskeie ionogene groepe word vrylik in die netwerkstrukture ingevoer. Chitien versamel in groot hoeveelhede as afval tydens die industriële verwerking van garnale en krappe. Hierdie stof is chemies bestand en het 'n goed gedefinieerde poreuse struktuur.
Sintetiese polimere
Hierdie groep materiaal is baie uiteenlopend en toeganklik. Dit sluit polimere in wat gebaseer is op akrielsuur, stireen, polivinielalkohol, poliuretaan en poliamied polimere. Die meeste van hulle is meganies sterk. In die proses van transformasie bied hulle die moontlikheid om die poriegrootte binne 'n redelike wye reeks te verander, wat verskeie funksionele groepe bekendstel.
Bindmetodes
Daar is tans twee fundamenteel verskillende opsies vir immobilisering. Die eerste is om verbindings sonder kovalente bindings met die draer te verkry. Hierdie metode is fisies. Nog 'n opsie behels die ontstaan van 'n kovalente binding met die materiaal. Dit is 'n chemiese metode.
Adsorpsie
Met die hulp daarvan word geïmmobiliseerde ensieme verkry deur die middel op die oppervlak van die draer te hou a.g.v.dispersie, hidrofobiese, elektrostatiese interaksies en waterstofbindings. Adsorpsie was die eerste manier om die mobiliteit van elemente te beperk. Selfs nou het hierdie opsie egter nie sy relevansie verloor nie. Boonop word adsorpsie as die mees algemene immobilisasiemetode in die bedryf beskou.
Kenmerke van die metode
Wetenskaplike publikasies beskryf meer as 70 ensieme wat deur die adsorpsiemetode verkry word. Die draers was hoofsaaklik poreuse glas, verskeie kleisoorte, polisakkariede, aluminiumoksiede, sintetiese polimere, titaan en ander metale. Laasgenoemde is die algemeenste. Die doeltreffendheid van adsorpsie van die geneesmiddel op die draer word bepaal deur die porositeit van die materiaal en die spesifieke oppervlakarea.
Mechanisme van aksie
Ensiemadsorpsie op onoplosbare materiale is eenvoudig. Dit word bereik deur kontak van 'n waterige oplossing van die geneesmiddel met die draer. Dit kan op 'n statiese of dinamiese manier verbygaan. Die ensiemoplossing word gemeng met vars sediment, byvoorbeeld titaanhidroksied. Die verbinding word dan onder sagte toestande gedroog. Ensiemaktiwiteit tydens sulke immobilisasie word met byna 100% behou. Terselfdertyd bereik die spesifieke konsentrasie 64 mg per gram draer.
Negatiewe oomblikke
Die nadele van adsorpsie sluit in lae sterkte wanneer die ensiem en draer bind. In die proses om die reaksietoestande te verander, kan verlies van elemente, kontaminasie van produkte en proteïendesorpsie opgemerk word. Om krag te verbeterbindende draers is vooraf gewysig. In die besonder word materiale behandel met metaalione, polimere, hidrofobiese verbindings en ander polifunksionele middels. In sommige gevalle word die dwelm self aangepas. Maar dit lei dikwels tot 'n afname in sy aktiwiteit.
Insluiting in die gel
Hierdie opsie is redelik algemeen as gevolg van sy uniekheid en eenvoud. Hierdie metode is nie net geskik vir individuele elemente nie, maar ook vir multi-ensiem komplekse. Inkorporering in die jel kan op twee maniere gedoen word. In die eerste geval word die geneesmiddel gekombineer met 'n waterige oplossing van die monomeer, waarna polimerisasie uitgevoer word. As gevolg hiervan verskyn 'n ruimtelike jelstruktuur wat ensiemmolekules in die selle bevat. In die tweede geval word die geneesmiddel in die oplossing van die voltooide polimeer ingevoer. Dit word dan in 'n gel-toestand geplaas.
Indringing in deurskynende strukture
Die kern van hierdie metode van immobilisering is die skeiding van 'n waterige ensiemoplossing van die substraat. Hiervoor word 'n semi-deurlaatbare membraan gebruik. Dit laat lae molekulêre gewig elemente van kofaktore en substrate deurgaan en behou groot molekules ensieme.
Mikro-inkapseling
Daar is verskeie opsies vir inbedding in deurskynende strukture. Hiervan is mikro-inkapsulasie en inkorporering van proteïene in liposome van die grootste belang. Die eerste opsie is in 1964 deur T. Chang voorgestel. Dit bestaan uit die feit dat die ensiemoplossing in 'n geslote kapsule ingebring word, waarvan die wande van semi-deurlaatbaar gemaak is.polimeer. Die voorkoms van 'n membraan op die oppervlak word veroorsaak deur die reaksie van intervlak-polikondensasie van verbindings. Een van hulle word opgelos in die organiese, en die ander - in die waterige fase. 'n Voorbeeld is die vorming van 'n mikrokapsule wat verkry word deur polikondensasie van sebaciensuurhalied (organiese fase) en heksametileendiamien-1, 6 (onderskeidelik, waterfase). Die dikte van die membraan word in honderdstes van 'n mikrometer bereken. Die grootte van die kapsules is honderde of tiene mikrometers.
Inkorporering in liposome
Hierdie immobilisasiemetode is naby aan mikro-inkapsulasie. Liposome word aangebied in lamellêre of sferiese stelsels van lipied-dubbellae. Hierdie metode is die eerste keer in 1970 gebruik. Om liposome uit 'n lipiedoplossing te isoleer, word die organiese oplosmiddel verdamp. Die oorblywende dun film word versprei in 'n waterige oplossing waarin die ensiem teenwoordig is. Tydens hierdie proses vind selfsamestelling van lipied-dubbellaagstrukture plaas. Sulke geïmmobiliseerde ensieme is baie gewild in medisyne. Dit is te wyte aan die feit dat die meeste van die molekules in die lipiedmatriks van biologiese membrane gelokaliseer is. Die geïmmobiliseerde ensieme wat in liposome ingesluit is, is die belangrikste navorsingsmateriaal in medisyne, wat dit moontlik maak om die patrone van lewensbelangrike prosesse te bestudeer en te beskryf.
Vorming van nuwe verbande
Immobilisering deur die vorming van nuwe kovalente kettings tussen ensieme en draers word beskou as die mees wydverspreide metode vir die verkryging van industriële biokatalisators.bestemming. Anders as fisiese metodes, bied hierdie opsie 'n onomkeerbare en sterk band tussen die molekule en die materiaal. Die vorming daarvan gaan dikwels gepaard met dwelmstabilisering. Terselfdertyd skep die ligging van die ensiem op 'n afstand van die 1ste kovalente binding relatief tot die draer sekere probleme in die implementering van die katalitiese proses. Die molekule word deur middel van 'n insetsel van die materiaal geskei. Dit word dikwels as poli- en bifunksionele middels gebruik. Dit is veral hidrasien, sianogeenbromied, glutaardialhedried, sulfurielchloried, ens. Om byvoorbeeld galaktosieltransferase te verwyder, word die volgende volgorde tussen die draer en die ensiem ingevoeg -CH2- NH-(CH 2)5-CO-. In so 'n situasie is 'n insetsel, 'n molekule en 'n draer in die struktuur teenwoordig. Almal van hulle is verbind deur kovalente bindings. Van fundamentele belang is die behoefte om funksionele groepe in die reaksie in te voer wat nie noodsaaklik is vir die katalitiese funksie van die element nie. So, as 'n reël, word glikoproteïene nie deur die proteïen aan die draer geheg nie, maar deur die koolhidraatdeel. As gevolg hiervan word meer stabiele en aktiewe geïmmobiliseerde ensieme verkry.
Selle
Die metodes wat hierbo beskryf word, word as universeel vir alle soorte biokatalisators beskou. Dit sluit onder meer selle, subsellulêre strukture in, waarvan die immobilisering onlangs wydverspreid geraak het. Dit is as gevolg van die volgende. Wanneer selle geïmmobiliseer word, is dit nie nodig om ensiempreparate te isoleer en te suiwer of kofaktore in reaksies in te voer nie. As gevolg hiervan word dit moontlik omstelsels wat multi-stadium deurlopende prosesse uitvoer.
Gebruik van geïmmobiliseerde ensieme
In veeartsenykundige medisyne, nywerheid en ander ekonomiese sektore is medisyne wat deur bogenoemde metodes verkry word, baie gewild. Benaderings wat in die praktyk ontwikkel is, bied 'n oplossing vir die probleme van geteikende geneesmiddellewering in die liggaam. Geïmmobiliseerde ensieme het dit moontlik gemaak om middels van langdurige werking met minimale allergenisiteit en toksisiteit te verkry. Tans los wetenskaplikes die probleme op wat verband hou met die bioomskakeling van massa en energie deur mikrobiologiese benaderings te gebruik. Intussen lewer die tegnologie van geïmmobiliseerde ensieme ook 'n beduidende bydrae tot die werk. Vooruitsigte vir ontwikkeling blyk redelik wyd te wees. Dus, in die toekoms, behoort een van die sleutelrolle in die proses van monitering van die toestand van die omgewing aan nuwe tipes analise te behoort. In die besonder, ons praat oor bioluminescent en ensiem immunoassay metodes. Gevorderde benaderings is van besondere belang in die verwerking van lignosellulose grondstowwe. Geïmmobiliseerde ensieme kan as swak seinversterkers gebruik word. Die aktiewe sentrum kan onder die invloed wees van 'n draer wat onder ultraklank, meganiese spanning of onderhewig is aan fitochemiese transformasies.
