Geïmmobiliseerde enzymen en hun gebruik

Het concept van de geïmmobiliseerde enzymen ontstaan tijdens de tweede helft van de 20e eeuw. Ondertussen, terug in 1916, bleek dat geadsorbeerd op koolstof sucrose behouden katalytische activiteit. In 1953, D. en N. Shleyt Grubhofer weer de eerste bindende pepsine, amylase, het carboxypeptidase en RNase aan een onoplosbare drager. Het concept van het geïmmobiliseerde enzym werd gelegaliseerd in 1971. Het was de eerste conferentie over Enzyme Engineering. рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. Op dit moment is het concept van het geïmmobiliseerde enzym in bredere zin dan het was in de late 20e eeuw. We beschouwen deze categorie in meer detail.

Overzicht

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. En mmobilizovannye enzymen - verbindingen die kunstmatig zijn verbonden met de onoplosbare drager. Tegelijkertijd behouden zij hun katalytische eigenschappen. Momenteel wordt deze werkwijze geacht op twee aspecten - binnen de beperkingen van gedeeltelijke en volledige bewegingsvrijheid van eiwitmoleculen.

waardigheid

. Wetenschappers hebben een aantal voordelen van geïmmobiliseerde enzymen gevonden. Handelend als heterogene katalysatoren, kunnen ze gemakkelijk worden gescheiden van het reactiemedium. может быть многократным. De studies gevonden dat de toepassing van geïmmobiliseerde enzymen kan worden herhaald. In het proces van bindende verbindingen veranderen hun eigenschappen. Ze verwerven van de substraat specificiteit, stabiliteit. Echter, hun activiteit begint af te hangen van de omgevingsomstandigheden. отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. Geïmmobiliseerde enzymen zijn duurzaam en een hoge mate van stabiliteit. Het is dan bijvoorbeeld die van het vrije enzym in de duizenden, tienduizenden malen. Dit alles geeft een hoge efficiëntie, concurrentievermogen en winstgevendheid van de technologie, waarin enzymen worden geïmmobiliseerd.

carriers

J .. Porath geïdentificeerd belangrijkste eigenschappen van de ideale materialen die worden gebruikt voor immobilisatie. De dragers moeten beschikken over:

1. Onoplosbaarheid.
2. Hoge biologische en chemische stabiliteit.
3. Vermogen tot snelle activering. De dragers moeten gemakkelijk in een reactieve species bewegen.
4. Grote hydrofiel.
5. De vereiste permeabiliteit. De indicator dient eveneens worden gebruikt voor enzymen en co-enzymen, reactieproducten en substraten.

Momenteel is er geen materiële die volledig zou voldoen aan deze eisen. Echter, in de praktijk gebruikte dragers die geschikt zijn voor de immobilisatie van enzymen in een bepaalde categorie specifieke omstandigheden.

classificatie

, разделяются на неорганические и органические. Afhankelijk van de aard van het materiaal, in verbinding waarmee de verbindingen worden omgezet in geïmmobiliseerde enzymen worden verdeeld in anorganische en organische. Binding van vele verbindingen met polymere dragers uitgevoerd. Deze organische materialen worden onderverdeeld in twee klassen: natuurlijke en synthetische. In elk daarvan op zijn beurt wijzen groepen afhankelijk van de structuur. Anorganische dragers worden voornamelijk vertegenwoordigd door glasmaterialen, keramiek, klei, silica, grafiet roet. Bij het werken met materialen populaire droge chemische methoden. Geïmmobiliseerde enzymen worden verkregen door het bekleden van een dragerfilm titaanoxide, alumina, zirkoon, hafnium of verwerking van organische polymeren. Een belangrijk voordeel van de materialen is het gemak van regeneratie.

eiwitdragers

De meest populaire lipide, polysaccharide en eiwit materialen. Onder deze laatste structurele polymeren. Deze omvatten voornamelijk collageen, fibrine, keratine, en gelatine. Dergelijke eiwitten zijn wijdverspreid in het milieu. Ze zijn beschikbaar en zuinig. Bovendien hebben ze een groot aantal functionele groepen voor het koppelen. Eiwitten verschillen bioafbreekbaarheid. . Hiermee kunt u het gebruik van geïmmobiliseerde enzymen in de geneeskunde uit te breiden. Ondertussen, heeft het eiwit en negatieve eigenschappen. на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. De nadelen van het gebruik van geïmmobiliseerde enzymen om eiwitdragers is de hoge immunogeniciteit van het verleden, en de mogelijkheid om die in het reactiemengsel alleen bepaalde groepen.

polysacchariden aminosaharidy

Deze materialen worden meestal gebruikt chitine, dextraan, cellulose, agarose en derivaten daarvan. Polysachariden waren bestand tegen de reacties uit lineaire ketens verknoopte epichloorhydrine kruis. De maasstructuur van verschillende ionogene groepen zijn vrij vrij ingevoerd. Chitine wordt geaccumuleerd in grote hoeveelheden als afvalprodukt bij industriële verwerking van garnalen en krabben. Dit materiaal onderscheidt chemisch bestendige heeft een goed gedefinieerde poriestructuur.

synthetische polymeren

Deze groep heeft een grote verscheidenheid aan materialen en mogelijkheden. Het omvat polymeren op basis van acrylzuur, styreen, polyvinylalcohol, polyurethaan en polyamide polymeren. De meeste van hen hebben verschillende mechanische sterkte. Tijdens omzetting bieden zij de mogelijkheid variërende poriëngrootte binnen een ruim gebied, het inbrengen van verschillende functionele groepen.

Werkwijzen binding

Momenteel zijn er twee fundamenteel verschillende varianten immobilisatie. De eerste is de bereiding van verbindingen zonder covalente bindingen met de drager. Deze methode is fysiek. Een andere uitvoeringsvorm omvat het voorkomen van covalente binding met het materiaal. Deze chemische methode.

adsorptie

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. Daarmee geïmmobiliseerde enzymen verkregen door retentie van het geneesmiddel op het drageroppervlak gevolg van dispersie hydrofobe, elektrostatische interacties en waterstofbindingen. Adsorptie is de eerste manier van beperking van de mobiliteit van de elementen. Echter, op dit moment deze optie niet verloren zijn relevantie. Bovendien wordt de adsorptie beschouwd als de meest gebruikte methode immobilisatie in de industrie.

vooral de manier waarop

De wetenschappelijke literatuur beschrijft dan 70 enzymen die adsorptiewerkwijze. Als dragers met voordeel poreus glas, verscheidene kleisoorten, polysachariden, aluminiumoxide, synthetische polymeren, titanium en andere metalen. In dit geval worden de laatste vaker gebruikt. De effectiviteit van adsorptie van het geneesmiddel op het dragermateriaal wordt bepaald door de porositeit en specifiek oppervlak.

werkingsmechanisme

Adsorptie van enzymen aan de onoplosbare materialen eenvoudig. Wordt bereikt door contact met een waterige oplossing van de geneesmiddeldrager. Het kan een statische of dynamische manier te nemen. De enzymoplossing wordt gemengd met het verse slib, bijvoorbeeld titaan bevat. Vervolgens, onder milde omstandigheden, de verbinding wordt gedroogd. De enzymactiviteit blijft behouden wanneer dergelijke immobilisatie bijna 100%. Wanneer dit een bepaalde concentratie van 64 mg per gram drager heeft bereikt.

negatieve aspecten

De nadelen zijn lage adsorptiesterkte van de binding van het enzym en de drager. Bij het veranderingsproces kunnen reactieomstandigheden duidelijk verlies elementen, verontreiniging van producten, desorptie van het eiwit. Om de sterkte van de binding dragers te verhogen is gewijzigd. Specifiek materialen behandeld met metaalionen, polymeren en andere hydrofobe verbindingen met polyfunctionele middelen. In sommige gevallen wordt het geneesmiddel zelf onderworpen aan modificatie. Maar vaak genoeg, leidt dit tot een daling van de activiteit.

Opname in de gel

Deze optie is heel gebruikelijk vanwege de uniciteit en eenvoud. Deze methode is niet alleen geschikt voor de afzonderlijke elementen, maar ook voor multiehnzimnyh complexen. Opname in de gel kan worden uitgevoerd op twee manieren. In het eerste geval wordt het geneesmiddel gecombineerd met een waterige monomeeroplossing, en vervolgens de polymerisatie. Dit resulteert in de ruimtelijke structuur van de gel dat de enzymmoleculen in de cellen. In het tweede geval wordt het geneesmiddel opgenomen in het eindpolymeer. Dit werd vervolgens omgezet in een geltoestand.

De invoering van de doorschijnende structuren

De essentie van deze werkwijze bestaat uit het immobiliseren van de afgescheiden waterige enzymoplossing van het substraat. Het gebruikt een semi-permeabel membraan. Loopt laagmoleculaire componenten van co-factoren en substraten moleculaire en houdt grote enzymmoleculen.

micro-encapsulatie

Er zijn verschillende opties voor de invoering in de doorschijnende structuur. De meest interessante van deze eiwitten micro-encapsulatie en opname in liposomen. De eerste optie werd in 1964 voorgesteld door T. Chang. Bestaat, dat de enzymoplossing wordt in een gesloten capsule, waarvan de wanden zijn vervaardigd van een semi-permeabel polymeer. Het uiterlijk van het membraanoppervlak wordt veroorzaakt door reactie van de verbindingen met grensvlakpolycondensatie. Een ervan is opgelost in de organische en de andere - in de waterfase. Bij wijze van voorbeeld kunnen de vorming van een microcapsule verkregen door polycondensatie van sebacinezuur halogenide-u (organische fase) en 1,6-hexamethyleendiamine (respectievelijk de waterfase). De dikte van het membraan wordt berekend honderdsten micrometer. De waarde van de capsules - honderden of tientallen micrometers.

Opname in liposomen

Deze wijze van immobilisatie dicht bij micro-inkapseling. Liposomen worden gepresenteerd in lamellaire of sferische lipidendubbellagen systemen. Deze werkwijze werd voor het eerst in 1970 F. Voor afscheiding van de liposomen van de lipide oplossing uitgevoerde verdamping van het organische oplosmiddel. De resterende dunne film wordt gedispergeerd in een waterige oplossing, waarbij het enzym aanwezig is. Tijdens dit proces worden de zelfassemblage van lipide bilaag structuren. . Heel populair deze geïmmobiliseerde enzymen in de geneeskunde. Dit komt door het feit dat de meeste moleculen gelokaliseerd in de lipidematrix van biologische membranen. являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. Inbegrepen in liposomen geïmmobiliseerde enzymen zijn belangrijk in de geneeskunde onderzoeksmateriaal, waardoor studie en beschrijven patronen van het leven processen.

De vorming van nieuwe verbindingen

Immobilisatie van de vorming van nieuwe covalente ketens en tussen de oorspronkelijke enzymen wordt door de meeste massa produceren biokatalysatoren voor industrieel gebruik. In tegenstelling tot fysieke manieren, biedt deze optie een onomkeerbaar en sterke band van het molecuul en materiaal. Haar opleiding gaat vaak gepaard met een stabilisatie van de drug. De locatie van het enzym bij 1 minuut covalente binding opzichte van de drager leidt tot een aantal problemen bij het uitvoeren van de katalytische werkwijze. Molecuul gescheiden van het materiaal van het inzetstuk. Aangezien het handelen vaak poly- en bifunctionele middelen. Zij met name, zijn hydrazine, cyanogeenbromide, glutaraldehyde dialgedrid, sulfurylchloride, enz. Bijvoorbeeld, voor het afleiden galactosyltransferase enzym uit het medium en de volgende sequentie ingevoegd _{-CH2-NH- (CH2) 5-CO-.} In een dergelijke situatie aanwezig is in de structuur van het inzetstuk en het dragermolecuul. Allen zijn verbonden door covalente bindingen. Van fundamenteel belang is de noodzaak om functionele groepen te introduceren in de reactie, is niet essentieel voor de katalytische functie van het element. Dus gewoonlijk glycoproteïnen zijn aan het dragereiwit niet voorbij, en door de koolhydraatgroep. Het resultaat is een stabieler en actieve geïmmobiliseerde enzymen.

cellen

De hierboven beschreven methoden worden beschouwd als universeel voor alle types van biokatalysatoren te zijn. Hiertoe behoren onder meer omvatten cellen, subcellulaire structuren, immobilisatie recentelijk wijdverspreid wordt. Dit is te wijten aan de volgende. Wanneer immobilisatie van de cellen niet nodig te isoleren en te zuiveren enzympreparaten cofactoren bij de reactie uit te voeren. Hierdoor wordt het mogelijk om systemen die meerstaps processen die continu uitvoeren verkrijgen.

Het gebruik van geïmmobiliseerde enzymen

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. In de diergeneeskunde, de industrie en andere industrieën zijn heel populair huishoudelijke bereidingen verkregen door de bovengenoemde methoden. Verarmd oefennaderingen een oplossing bieden voor de problemen van de uitvoering van de doelgerichte aflevering van geneesmiddelen in het lichaam. Geïmmobiliseerde enzymen mogen een langwerkende medicijnen krijgen met minimale toxiciteit en allergeniciteit. Nu hebben wetenschappers het oplossen van de problemen in verband met biologische omzetting van massa en energie, met behulp van microbiologische methoden. Ondertussen, een belangrijke bijdrage aan het werk van het maken van technologie en geïmmobiliseerde enzymen. ontwikkelingsperspectieven zijn breed genoeg wetenschappers. Dus, in de toekomst een van de belangrijkste rollen in het proces van de controle over de omgeving moet behoren tot de nieuwe soorten analyses. In het bijzonder de kwestie van bioluminescentie en enzym-immunoassay. Van bijzonder belang zijn de geavanceerde benaderingen in de verwerking van lignocellulose grondstoffen. Geïmmobiliseerde enzymen kunnen worden gebruikt als versterkers van zwakke signalen. Actieve site kan onder invloed van de media, die onder sonicatie, mechanische belasting of worden blootgesteld aan fytochemicaliën transformaties.