Nakatirik enzymes at ang kanilang paggamit

Ang konsepto ng nakatirik enzymes lumitaw sa panahon ng ikalawang kalahati ng ika-20 siglo. Samantala, pabalik sa 1916, ito ay natagpuan na adsorbed sa carbon sucrose mananatili catalytic aktibidad. Sa 1953, natupad D. at N. Shleyt Grubhofer ang unang may-bisang pepsin, amylase, ang carboxypeptidase at RNase sa isang hindi matutunaw carrier. Ang konsepto ng nakatirik na enzyme ay legalisado sa 1971. Ito ay ang unang conference on Enzyme Engineering. рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. Sa kasalukuyan, ang konsepto ng nakatirik na enzyme sa isang mas malawak na kahulugan kaysa ito ay sa huling bahagi ng ika-20 siglo. Isinasaalang-alang namin kategoryang ito nang mas detalyado.

Pangkalahatang-ideya

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. At mmobilizovannye enzymes - compounds na kung saan ay artipisyal na naka-link sa ang hindi matutunaw carrier. Kasabay mapanatili nila ang kanilang catalytic properties. Sa kasalukuyan, ang prosesong ito ay isinasaalang-alang sa dalawang aspeto - sa loob ng mga limitasyon ng bahagyang at ganap na kalayaan ng pagkilos ng mga molecule ng protina.

dignidad

. Siyentipiko ay natagpuan ang ilang mga benepisyo ng nakatirik enzymes. Kumikilos bilang magkakaiba catalysts, maaari nilang madaling ma-separated mula sa medium reaksyon. может быть многократным. Ang pag-aaral natagpuan na ang paggamit ng nakatirik enzymes ay maaaring paulit-ulit. Sa proseso ng nagbubuklod compounds baguhin ang kanilang mga ari-arian. kumuha ng mga ito ang substrate pagtitiyak, katatagan. Gayunman, ang kanilang mga aktibidad ay nagsisimula na depende sa kondisyon ng kapaligiran. отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. Nakatirik enzymes ay matibay at mataas na antas ng katatagan. Ito ay higit pa kaysa sa, halimbawa, na sa mga libreng enzyme sa libu-libo, sampu-sampung libo ng beses. Ang lahat ng ito ay nagbibigay ng mataas na kahusayan, competitiveness at kakayahang kumita ng teknolohiya, kung saan mayroong ay nakatirik enzymes.

carrier

J .. Porath kinilala susi mga katangian ng ideal na materyales na gagamitin para sa immobilization. Ang carrier ay dapat magkaroon ng:

1. Kawalan ng kayang matutunaw.
2. Mataas biological at chemical katatagan.
3. Kapasidad para sa mabilis na pag-activate. Ang carrier ay dapat ilipat madali sa isang reaktibo species.
4. Malaki hydrophilic.
5. Ang kinakailangang pagkamatagusin. indicator nito ay dapat na pantay-tanggap para sa mga enzymes at coenzyme, mga produkto na reaksyon at substrates.

Sa kasalukuyan, walang materyal na ganap na sumunod sa mga kinakailangang ito. Subalit, sa pagsasanay, ginamit carrier na angkop para sa mga immobilization ng mga enzymes sa isang tiyak na kategorya ng mga tiyak na pangyayari.

pag-uuri

, разделяются на неорганические и органические. Depende sa uri ng kanyang materyal, sa pakikipag-usap sa kung saan ang mga compounds ay convert sa nakatirik enzymes ay nahahati sa tulagay at organic. Binding ng maraming mga compounds ay isinasagawa gamit polymeric carrier. Ang mga organikong materyal ay nahahati sa dalawang klase: natural at gawa ng tao. Sa bawat isa sa kanila, siya namang, magtalaga ng mga grupo depende sa istraktura. Inorganic carrier ay pangunahing kinakatawan ng mga materyales salamin, ceramic, clay, silica, grapayt carbon itim. Kapag nagtatrabaho sa mga materyales popular na dry pamamaraan kimika. Nakatirik enzymes ay nakuha sa pamamagitan ng patong ng isang carrier film ng titan oksido, alumina, zirconium, hafnium o pagproseso ng organic polymers. Isang mahalagang bentahe ng mga materyales ay ang kadalian sa pagbabagong-buhay.

protina carrier

Ang pinaka-popular na lipid, polysaccharide at protina materyales. Kabilang sa huli ay upang magbigay ng structural polymers. Ang mga pangunahing kinabibilangan ng collagen, fibrin, keratin, at gulaman. Ang ganitong mga protina ay laganap sa mga kapaligiran. Available ang mga ito at hindi magastos. Bilang karagdagan, mayroon silang isang malaking bilang ng mga grupo ng pagganap sa pag-link. Protina ay naiiba na biodegradability. . Pinapayagan ka nito na i-extend ang paggamit ng nakatirik enzymes sa gamot. Samantala, mayroon itong protina at negatibong katangian. на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. Ang disadvantages ng paggamit ng nakatirik enzymes upang protina carrier ay ang mataas na immunogenicity ng nakaraan, pati na rin ang pagkakataon upang ipatupad sa kanilang mga reaksyon lamang ng ilang mga grupo.

polysaccharides aminosaharidy

Ang mga materyales ay pinaka-madalas na ginagamit chitin, dextran, selulusa, agarose at derivatives hinggil doon. Upang polysaccharides ay mas lumalaban sa mga reaksyon ng mga linear chain crosslinked epichlorohydrin krus. Ang mesh istraktura ng iba't-ibang mga ionic grupo ay ipinakilala lubos na malaya. Chitin ay naipon sa mga malalaking dami ng bilang isang basura ng produkto sa industriya pagproseso ng hipon at alimango. Ang materyal na ito ay nagkakaiba chemically lumalaban at may isang maayos na natukoy na napakaliit na butas istraktura.

gawa ng tao polymers

Ang grupong ito ay may isang mahusay na pagkakaiba-iba ng mga materyales at availability. Kabilang dito ang polymers batay sa acrylic acid, styrene, polyvinyl alak, polyurethane at polyamide polymers. Karamihan sa kanila ay may iba't ibang mechanical lakas. Sa panahon ng conversion nagbibigay sila ng ang posibilidad ng iiba-iba ng laki napakaliit na butas sa loob ng isang malawak na hanay, ang pagpapakilala ng iba't-ibang functional group.

nagbubuklod Methods

Sa kasalukuyan, mayroong dalawang sa panimula naiiba variant immobilization. Ang una ay ang paghahanda ng mga compounds na walang covalent Bonds na may carrier. Ang pamamaraan na ito ay pisikal. Ang isa pang sagisag ay nagsasangkot ang pangyayari ng covalent bond sa mga materyales. Ito chemical pamamaraan.

adsorption

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. Gamit ito nakatirik enzymes na nakuha sa pamamagitan ng pagpapanatili ng bawal na gamot sa ibabaw carrier dahil sa pagpapakalat, hydrophobic, electrostatic pakikipag-ugnayan at hydrogen bonds. Adsorption ay ang unang paraan ng paglilimita ang kadaliang mapakilos ng mga elemento. Gayunman, sa kasalukuyan ay ang opsyon na ito ay hindi mawawala ang kaugnayan nito. Bukod dito, ang adsorption ay itinuturing na ang pinaka-karaniwang paraan ng immobilization sa industriya.

lalo na ang paraan

Ang pang-agham panitikan na naglalarawan sa higit sa 70 enzymes nagmula adsorption paraan. Tulad ng carrier ginanap advantageously, buhaghag na salamin, iba't-ibang mga clays, polysaccharides, alumina, gawa ng tao polymers, titan at iba pang mga metal. Sa kasong ito, ang huli ay ginagamit mas madalas. Ang pagiging epektibo ng adsorption ng bawal na gamot sa carrier materyal ay natutukoy sa pamamagitan ng porosity at tukoy na ibabaw.

mekanismo ng pagkilos

Adsorption ng enzyme sa hindi matutunaw materyal ay simple. Ito ay nakamit sa pamamagitan ng contact na may isang may tubig solusyon ng bawal na gamot carrier. Maaari itong tumagal ng isang static o dynamic na paraan. Ang enzyme solusyon ay halo-halong may mga sariwang putik, halimbawa, titanium hydroxide. Pagkatapos, sa ilalim ng banayad na mga kondisyon, ang tambalang ay tuyo. Ang enzyme aktibidad ay mananatili kapag ang nasabing immobilization ay halos 100%. Kapag ito ay umabot sa isang tiyak na konsentrasyon ng 64 mg bawat gramo ng carrier.

negatibong aspeto

Ang disadvantages isama ang mababang adsorption lakas ng umiiral na ng enzyme at carrier. Sa proseso ng pagbabago reaksyon kondisyon ay maaaring maging markadong mga elemento pagkawala, contamination ng mga produkto, desorption ng protina. Upang dagdagan ang lakas ng nagbubuklod suporta ay nabago. Sa partikular, mga materyales na itinuturing na may metal ions, polymers, at iba pang mga hydrophobic compounds na may polyfunctional ahente. Sa ilang mga kaso, ang mga bawal na gamot mismo ay sumailalim sa pagbabago. Ngunit madalas sapat, ito ay humahantong sa isang pagbawas sa mga aktibidad nito.

Pagkakasama sa gel

Ang pagpipiliang ito ay medyo pangkaraniwan dahil sa pagiging natatangi nito at pagiging simple. Ang pamamaraan na ito ay angkop hindi lamang para sa mga indibidwal na mga elemento, ngunit din para sa multiehnzimnyh complexes. Pagkakasama sa gel ay maaaring gumanap sa pamamagitan ng dalawang mga pamamaraan. Sa unang kaso, ang gamot ay pinagsama kasama isang may tubig monomer solusyon, at pagkatapos ay gawin ang polimerisiyesyon. Nagreresulta ito sa spatial istraktura ng gel na naglalaman ng enzyme molecules sa cell. Sa pangalawang kaso, ang gamot ay ipinakilala sa mga natapos na polimer. Ito ay pagkatapos ay convert sa isang gel estado.

Ang pagpapakilala ng mga translucent kaayusan

Ang kakanyahan ng ang paraan na ito ay binubuo sa immobilizing ang separated aqueous enzyme solusyon mula sa substrate. Ito ay gumagamit ng isang semi-natatagusan lamad. Ito ay ipinapasa mababang molekular timbang mga bahagi ng cofactors at substrates at hold malaking enzyme molecules.

microencapsulation

Mayroong ilang mga pagpipilian para sa pagpapakilala sa translucent kaayusan. Ang pinaka-kagiliw-giliw na sa mga ito ay protina microencapsulation at pagsama sa liposomes. Ang unang pagpipilian ay iminungkahi noong 1964 sa pamamagitan ng T. Chang. Binubuo ito sa na ang enzyme solusyon ay ipinakilala sa isang closed capsule na ang mga pader ay gawa sa isang semi-natatagusan polimer. Ang hitsura ng ibabaw lamad sanhi ng reaksyon ng mga compounds ng interfacial polycondensation. Ang isa sa kanila ay dissolved sa organic at ang iba pang mga - sa may tubig phase. Bilang isang halimbawa ay maaaring nabanggit sa pagbuo ng isang microcapsule nakuha sa pamamagitan ng paghalay ng sebacic acid halide sa-iyo (organic phase) at 1,6-hexamethylenediamine (ayon sa pagkakabanggit, ang may tubig phase). Ang kapal ng lamad ay kinakalkula sa hundredths ng isang mikron. Ang halaga ng mga capsules - daan-daan o libu-micrometers.

Pagsasama sa liposomes

Ito paraan ng immobilization ay malapit sa microencapsulation. Liposomes ay itinanghal sa lamellar o spherical lipid bilayers sistema. Ang pamamaraan na ito ay unang ginamit sa 1970 F. Para paghihiwalay ng liposomes mula sa lipid solusyon ay isinasagawa evaporating sa organic pantunaw. Ang natitirang manipis na film ay dispersed sa isang may tubig solusyon, kung saan ang mga enzyme ay naroroon. Sa prosesong ito, ang self-assembly ng lipid bilayer istruktura. . Medyo popular na mga nakatirik enzymes sa gamot. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang karamihan ng mga molecule ay naisalokal sa lipid matrix ng biological membranes. являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. Kasama sa liposomes nakatirik enzymes ay mahalaga sa gamot pananaliksik materyal, na nagpapahintulot sa pag-aaral at ilarawan ang pattern ng mga proseso ng buhay.

Ang pormasyon ng mga bagong koneksyon

Immobilization pamamagitan ng bumubuo ng mga bagong covalent chain at sa pagitan ng mga katutubong enzymes ay itinuturing ng karamihan mass paggawa biocatalysts para sa pang-industriya na paggamit. Hindi tulad ng pisikal na paraan, ang pagpipiliang ito ay nagbibigay ng isang hindi maibabalik at malakas na bono ng Molekyul at materyal. Ang kanyang pag-aaral ay madalas na sinamahan ng isang pagpapapanatag ng gamot. Gayunman, ang mga lokasyon ng mga enzyme sa 1 minuto covalent bonding kaugnayan sa carrier ay lumilikha ng ilang mga problema sa pagganap sa catalytic proseso. Molekyul ay pinaghihiwalay mula sa materyal sa pamamagitan ng insert. Bilang madalas na kumilos poly- at difunctional ahente. Sila, sa partikular, ay hydrazine, cyanogen bromuro, glutaraldehyde dialgedrid, sulfuryl chloride at iba pa. Halimbawa, para sa panggagaling galactosyltransferase enzyme mula sa media at ang mga sumusunod na pagkakasunod-sunod ipinasok -CH ₂ -NH- (CH _{2) 5} -CO-. Sa ganitong sitwasyon ay naroroon sa istraktura ng insert, at ang carrier Molekyul. Lahat ng mga ito ay konektado sa pamamagitan covalent Bonds. Ng pangunahing kahalagahan ay ang kailangan upang ipakilala ang functional group sa reaksyon, ay hindi mahalaga para sa mga catalytic pag-andar ng mga elemento. Kaya, karaniwan, mga glycoprotein ay nakalakip sa ang carrier protina ay hindi higit sa, at sa pamamagitan ng karbohidrat moiety. Ang resulta ay isang mas matatag at aktibo nakatirik enzymes.

cells

Ang pamamaraan na inilarawan sa itaas ay itinuturing na unibersal na para sa lahat ng mga uri ng biocatalysts. Kabilang dito ang, ilibing alia, ay kinabibilangan ng mga cell, subcellular istruktura, immobilization na kung saan ay nagiging kamakailan laganap. Ito ay dahil sa mga sumusunod. Kapag immobilization ng mga cell ay hindi kinakailangan upang ihiwalay at linisin ang enzyme paghahanda upang ipatupad cofactors sa reaksyon. Bilang isang resulta, ito ay nagiging posible na makuha ang mga system na magsagawa ng multi-hakbang na proseso na nagaganap patuloy.

Ang paggamit ng nakatirik enzymes

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. Sa beterinaryo gamot, industriya at iba pang mga industriya ay lubos na popular sa bahay paghahanda nakuha sa pamamagitan ng mga pamamaraan sa itaas. Ubos na pagsasanay na paglalapit ay nagbibigay ng isang solusyon sa mga problema ng ang pagpapatupad ng naka-target na paghahatid ng bawal na gamot sa katawan. Nakatirik enzymes ay pinahihintulutan upang makakuha ng isang pang-kumikilos gamot na may minimal toxicity at allergenicity. Ngayon siyentipiko na malutas ang problema na kaugnay sa bioconversion ng masa at enerhiya, ang paggamit ng microbiological approach. Samantala, ang isang makabuluhang kontribusyon sa gawain ng paggawa ng teknolohiya at nakatirik enzymes. Pag-unlad prospects ay malawak na sapat siyentipiko. Kaya, sa hinaharap ng isa sa mga pangunahing tungkulin sa proseso ng kontrol sa kapaligiran ay dapat nabibilang sa mga bagong uri ng pag-aaral. Sa partikular, ang tanong ng bioluminescent, at enzyme immunoassay. Ng mga partikular na kahalagahan ay ang mga advanced na mga diskarte sa pagpoproseso ng lignocellulosic feedstocks. Nakatirik enzymes ay maaaring gamitin bilang amplifiers ng mahinang signal. Aktibong site ay maaaring sa ilalim ng impluwensiya ng media, na kung saan ay sa ilalim ng sonication, mechanical stress o nailantad sa phytochemicals transformations.