Els enzims immobilitzades i el seu ús

El concepte dels enzims immobilitzades va sorgir durant la segona meitat del segle 20. Mentrestant, el 1916, es va trobar que adsorbit en sacarosa carboni retingut l'activitat catalítica. En 1953, D. i N. Shleyt Grubhofer van dur a terme la pepsina primera unió, l'amilasa, la carboxipeptidasa i RNasa a un suport insoluble. El concepte de l'enzim immobilitzada va ser legalitzat el 1971. Va ser la primera conferència sobre l'enzim Enginyeria. рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. En l'actualitat, el concepte de l'enzim immobilitzat en un sentit més ampli del que era al segle 20. Considerem aquesta categoria amb més detall.

visió de conjunt

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. I mmobilizovannye enzims - compostos que estan vinculats artificialment amb el portador insoluble. Al mateix temps que conserven les seves propietats catalítiques. Actualment, aquest procés es considera en dos aspectes - dins de les limitacions de la llibertat parcial i complet de moviment de les molècules de proteïnes.

dignitat

. Els científics han trobat alguns dels beneficis dels enzims immobilitzades. Actuant com a catalitzadors heterogenis, que poden ser fàcilment separades del medi de reacció. может быть многократным. Els estudis van trobar que l'ús d'enzims immobilitzades es pot repetir. En el procés d'unió de compostos canvien les seves propietats. Adquireixen l'especificitat pel substrat, estabilitat. No obstant això, la seva activitat comença a dependre de les condicions ambientals. отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. Els enzims immobilitzades són duradors i alt grau d'estabilitat. És més que, per exemple, la de l'enzim lliure a les milers, desenes de milers de vegades. Tot això proporciona una alta eficiència, la competitivitat i la rendibilitat de la tecnologia, en la qual no es immobilitzen enzims.

portadors

J .. Porath va identificar propietats clau de materials ideals per a ser utilitzats per a la immobilització. Els portadors han de tenir:

1. Insolubilitat.
2. l'estabilitat biològica i química alta.
3. Capacitat per a l'activació ràpida. Els portadors s'han de moure fàcilment en una mena reactiva.
4. hidròfila gran.
5. La permeabilitat requerida. El seu indicador ha de ser igualment acceptables per els enzims i coenzims, productes de reacció i els substrats.

Actualment, no hi ha cap material que pogués complir plenament amb aquests requisits. No obstant això, en la pràctica, s'usa vehicles que són adequats per a la immobilització d'enzims en una determinada categoria de circumstàncies específiques.

classificació

, разделяются на неорганические и органические. Depenent de la naturalesa del seu material, en comunicació amb els que els compostos es converteixen en enzims immobilitzades estan dividits en inorgànics i orgànics. La unió de molts compostos es porta a terme amb vehicles polimèrics. Aquests materials orgànics es divideixen en dues classes: natural i sintètic. En cada un d'ells, al seu torn, assignar els grups en funció de l'estructura. suports inorgànics estan representats principalment per materials de vidre, ceràmica, argila, sílice, negre de carbó grafit. Quan es treballa amb materials de mètodes populars de química seca. Els enzims immobilitzades s'obtenen mitjançant recobriment d'una pel·lícula de suport d'òxid de titani, alúmina, zirconi, hafni o el processament de polímers orgànics. Un avantatge important dels materials és la facilitat de regeneració.

portadors de proteïnes

Els lípids, polisacàrids i proteïnes materials més populars. Entre aquests últims és proporcionar polímers estructurals. Aquests inclouen principalment de col·lagen, fibrina, queratina, i gelatina. Tals proteïnes estan molt estesos en el medi ambient. Estan disponibles i econòmica. A més, tenen un gran nombre de grups funcionals per lligar-se. Les proteïnes difereixen biodegradabilitat. . Això li permet estendre l'ús d'enzims immobilitzades en la medicina. Mentrestant, té proteïnes i propietats negatives. на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. Els desavantatges de l'ús d'enzims immobilitzades per a portadors de proteïna és l'alta immunogenicitat del passat, així com l'oportunitat d'implementar en la seva reacció només certs grups.

polisacàrids aminosaharidy

Aquests materials són els més utilitzats quitina, dextrà, cel·lulosa, agarosa i els seus derivats. Per als polisacàrids eren més resistents a les reaccions de cadenes lineals transversals epiclorhidrina reticulat. L'estructura de malla de diversos grups iònics s'introdueixen amb força llibertat. La quitina s'acumula en grans quantitats com un producte de rebuig en el processament industrial de gambes i crancs. Aquest material difereix químicament resistent i té una estructura de porus ben definit.

polímers sintètics

Aquest grup té una gran diversitat de materials i disponibilitat. Inclou polímers a força d'àcid acrílic, estirè, alcohol de polivinil, poliuretà i polímers de poliamida. La majoria d'ells tenen diferent resistència mecànica. Durant la conversió que proporcionen la possibilitat de variar de mida de porus en un ampli interval, la introducció de diversos grups funcionals.

Mètodes d'unió

Actualment, hi ha dues variants fonamentalment diferents immobilització. La primera és la preparació de compostos sense enllaços covalents amb el suport. Aquest mètode és físic. Una altra realització implica l'aparició d'enllaç covalent amb el material. Aquest mètode químic.

adsorció

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. Amb ell immobilitzat enzims obtinguts per la retenció del fàrmac sobre la superfície del suport a causa de la dispersió, interaccions electrostàtiques, hidròfobes i enllaços d'hidrogen. L'adsorció és la primera manera de limitar la mobilitat dels elements. Actualment, però, aquesta opció no ha perdut la seva rellevància. D'altra banda, l'adsorció es considera que és el mètode més comú d'immobilització en la indústria.

especialment la forma

La literatura científica descriu més de 70 enzims mètode d'adsorció de derivats. Com vehicles realitzats avantatjosament, vidre porós, diverses argiles, polisacàrids, alúmina, polímers sintètics, titani i altres metalls. En aquest cas, aquest últim s'utilitzen amb més freqüència. L'eficàcia de l'adsorció del fàrmac sobre el material de suport està determinat per la porositat i superfície específica.

mecanisme d'acció

L'adsorció de l'enzim als materials insolubles és simple. Això s'aconsegueix per contacte amb una solució aquosa del portador de fàrmacs. Es pot prendre una forma estàtica o dinàmica. La solució d'enzim es barreja amb el fang fresc, per exemple, hidròxid de titani. Llavors, sota condicions suaus, s'asseca el compost. L'activitat enzimàtica es reté quan tal immobilització són gairebé 100%. Quan aquest arriba a una concentració específica de 64 mg per gram de suport.

aspectes negatius

Els desavantatges inclouen la baixa força d'adsorció de la unió de l'enzim i el portador. En el procés de canvi condicions de reacció poden ser elements de pèrdua marcats, contaminació dels productes, la desorció de la proteïna. Per augmentar la resistència dels suports d'unió ha estat modificat. Específicament, els materials tractats amb ions de metalls, polímers i altres compostos hidròfobs amb agents polifuncionals. En alguns casos, el mateix fàrmac se sotmet a modificació. Però amb la suficient freqüència, això condueix a una disminució en la seva activitat.

La inclusió en el gel

Aquesta opció és bastant comú a causa de la seva singularitat i senzillesa. Aquest mètode és adequat no només per als elements individuals, sinó també per als complexos de multiehnzimnyh. La inclusió en el gel pot ser realitzat per dos mètodes. En el primer cas, el fàrmac es combina amb una solució aquosa de monòmer, i després realitzar la polimerització. Això resulta en l'estructura espacial del gel que conté les molècules de l'enzim en les cèl·lules. En el segon cas, el fàrmac s'introdueix en el polímer acabat. A continuació, es converteix en un estat de gel.

La introducció de les estructures translúcides

L'essència d'aquest mètode consisteix en la immobilització de la solució d'enzim aquosa separada del substrat. S'utilitza una membrana semi-permeable. Es passa components de pes molecular baix de cofactors i substrats i sosté molècules enzimàtiques de grans dimensions.

microencapsulació

Hi ha diverses opcions per a la introducció en l'estructura translúcida. El més interessant d'aquests són microencapsulació de proteïnes i la inclusió en liposomes. La primera opció va ser proposada en 1964 per T. Chang. Consisteix en que la solució d'enzim s'introdueix en una càpsula tancada les parets estan fetes d'un polímer semipermeable. L'aparença de la superfície de la membrana causat per la reacció dels compostos de policondensació interficial. Un d'ells es dissol en l'orgànica i l'altra - en la fase aquosa. Com un exemple es poden esmentar la formació d'una microcàpsula obtinguda per policondensació d'halur d'àcid sebácico a-et (fase orgànica) i 1,6-hexametilendiamina (respectivament, la fase aquosa). El gruix de la membrana es calcula en centèsimes d'un micròmetre. El valor de les càpsules - centenars o desenes de micròmetres.

La inclusió en liposomes

Aquest mètode d'immobilització està prop de la microencapsulació. Els liposomes es presenten en els sistemes de bicapes de lípids lamel·lars o esfèriques. Aquest mètode va ser utilitzat per primera vegada el 1970 F. Per a la separació dels liposomes a partir de la solució de lípids es porta a l'evaporació del dissolvent orgànic. La pel·lícula prima restant es dispersa en una solució aquosa, en què l'enzim està present. Durant aquest procés, el autoensamblatge de les estructures de bicapa lipídica. . Molt popular en aquests enzims immobilitzades en la medicina. Això és a causa del fet que la majoria de les molècules es localitza a la matriu lipídica de les membranes biològiques. являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. Inclòs en liposomes enzims immobilitzades són importants en material d'investigació de la medicina, el que permet l'estudi i descriuen patrons de processos de la vida.

La formació de noves connexions

La immobilització mitjançant la formació de noves cadenes covalents i entre els enzims natives és considerat per la majoria dels biocatalitzadors a produir en massa per a ús industrial. A diferència de formes físiques, aquesta opció proporciona un enllaç irreversible i fort de la molècula i material. La seva educació és sovint acompanyat per una estabilització de la droga. No obstant això, la localització de l'enzim en la unió 1 minut covalent amb relació al portador crea certes dificultats en la realització del procés catalític. Molècula se separa del material pel inserit. Ja que sovint actuen com a agents policials i bifuncionals. Ells, en particular, són hidrazina, bromur de cianogen, dialgedrid glutaraldehid, clorur de sulfuril i així successivament. Per exemple, per derivar enzim galactosiltransferasa dels mitjans i la següent seqüència inserida _{-CH2-NH (CH2) 5} -CO-. En aquesta situació està present en l'estructura de la inserció, i la molècula portadora. Tots ells estan connectats per enllaços covalents. D'importància fonamental és la necessitat d'introduir grups funcionals en la reacció, no és essencial per a la funció catalítica de l'element. Així, en general, les glicoproteïnes estan units a la proteïna portadora no ha acabat, i a través de la resta de carbohidrat. El resultat és un enzims immobilitzades més estables i actives.

cèl·lules

Els mètodes descrits anteriorment es consideren ser universal per a tots els tipus de biocatalitzadors. Aquests inclouen, entre d'altres, inclouen cèl·lules, estructures subcel·lulars, immobilització que es converteix en la recent generalització. Això es deu al següent. Quan la immobilització de les cèl·lules no és necessari per aïllar i purificar les preparacions enzimàtiques per implementar cofactors en la reacció. Com a resultat, es fa possible obtenir sistemes que duen a terme els processos de passos múltiples que es produeixen de forma contínua.

L'ús d'enzims immobilitzats

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. En la medicina veterinària, indústria i altres indústries són la preparació domèstica molt popular obtinguts pels mètodes anteriors. enfocaments de la pràctica empobrit proporcionen una solució als problemes de l'aplicació de l'administració dirigida de fàrmacs en el cos. Els enzims immobilitzades se'ls permet obtenir una droga d'acció prolongada amb toxicitat i lergenicitat mínima. Ara els científics a resoldre els problemes associats amb la bioconversió de massa i energia, utilitzant mètodes microbiològics. Mentrestant, una contribució significativa a la tasca de fer que la tecnologia i els enzims immobilitzades. àmplies perspectives de desenvolupament són suficients científics. Per tant, en el futur un dels papers principals en el procés de control sobre el medi ambient han de pertànyer als nous tipus d'anàlisi. En particular, la qüestió de bioluminescent, i immunoassaig enzimàtic. De particular importància són els enfocaments avançats en el processament de matèries primeres lignocel·lulòsiques. Els enzims immobilitzades poden ser utilitzats com a amplificadors de senyals febles. lloc actiu pot estar sota la influència dels mitjans de comunicació, que està sota tractament amb ultrasons, l'estrès mecànic o exposat a fitoquímics transformacions.