קיבוע אנזימים והשימוש בהם

הרעיון של קיבוע האנזימים התעורר במחצית השנייה של המאה ה -20. בינתיים, בחזרה 1916, נמצא כי שנספחו על סוכרוז פחמן נשתמרה הפעילות הקטליטית. בשנת 1953, ד ו נ Shleyt Grubhofer בצעו את פפסין הראשון מחייב, עמילאז, את קרבוקסיפפטידאז ו RNase כדי נושאת מסיסה. הקונספט של האנזים המשותק היה חוקי בשנת 1971. זה היה הכנס הראשון בנושא הנדסת Enzyme. рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. נכון לעכשיו, את הקונספט של האנזים המשותק במובן רחב יותר ממה שהוא היה במאה ה -20 המאוחרות. אנו רואים בקטגוריה זו ביתר פירוט.

סקירה

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. וזה mmobilizovannye אנזימים - תרכובות אשר מקושרות באופן מלאכותי עם ההספק המסיס. במקביל הם שומרים על התכונות קטליטי שלהם. נכון לעכשיו, תהליך זה נחשב בשני היבטים - במסגרת המגבלות של חופש חלקי ומלא תנועה של מולקולות חלבון.

כבוד

. מדענים גילו כמה יתרונות של קיבוע אנזימים. מתנהגים כמו זרזים הטרוגניים, הם יכולים להיות מופרדים בקלות מן מדיום התגובה. может быть многократным. המחקרים מצאו כי שימוש קיבוע אנזימים ניתן לחזור. בתהליך מחייב תרכובות לשנות את תכונותיהם. הם רוכשים מצע הסגולי, יציבות. עם זאת, הפעילות שלהם מתחילה תלוי בתנאים סביבתיים. отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. קיבוע אנזימים הם תואר עמיד גבוה של יציבות. זה יותר מאשר, למשל, זו של האנזים החופשי אלפי, עשרות אלפי פעמים. כל זה מספק יעילות גבוהה, תחרותי ורווחיות של טכנולוגיה, שבו יש משותקי אנזימים.

נישא

J .. פורה זיהה מאפיינים מרכזיים של חומרים אידיאליים לשמש וקיבוע. הנושאים חייבים להיות:

1. Insolubility.
2. יציבות ביולוגית וכימי גבוה.
3. קיבולת עבור הפעלה מהירה. הנושאים חייבים לעבור בקלות לתוך מינים תגובתי.
4. הידרופילי גדול.
5. החדירות הנדרשות. אינדיקטור שלה צריך להיות מקובל באותה מידה עבור אנזימים coenzymes, תוצרי התגובה מצעים.

נכון לעכשיו, אין חומר שעלול לציית באופן מלא עם דרישות אלה. עם זאת, בפועל, בשימוש ספקים מתאימים עבור קיבוע של אנזימים לקטגוריה מסוימת של נסיבות ספציפיות.

סיווג

, разделяются на неорганические и органические. בהתאם לאופי של החומר שלה, בתקשורת שבה התרכובות מומרות קיבוע אנזימים מחולקים אורגני ואורגני. עקדת תרכובות רבות מתבצעת עם נשאים פולימריים. חומרים אורגניים אלו נחלקים לשני סוגים: טבעי וסינטטי. בכל אחד מהם, בתורו, להקצות לקבוצות בהתאם למבנה. נישאים אורגניים מיוצגים בעיקר על ידי חומרי זכוכית, קרמיקה, חימר, סיליקה, פחמן שחור גרפיט. כאשר עובד עם שיטות כימיה יבשות פופולריות חומרים. קיבוע אנזימים מתקבלים על ידי ציפוי סרט מוביל של תחמוצת טיטניום, אלומינה, זירקוניום, הפניום או עיבוד פולימרים אורגניים. יתרון חשוב של החומרים הוא הקלות של התחדשות.

ספקי חלבון

השומנים הפופולריים ביותר, פוליסכריד וחומרי חלבון. בין אלה האחרונים הוא לספק פולימרים מבניים. אלו כוללים בעיקר קולגן, פיברין, קרטין, ו ג'לטין. חלבונים כאלה הם נפוצים בסביבה. הם זמינים וחסכוניים. בנוסף, יש להם מספר רב של קבוצות פונקציונליות לקישור. חלבונים שונים פריקות ביולוגית. . זה מאפשר לך להרחיב את השימוש קיבוע אנזימים ברפואה. בינתיים, יש לו חלבון ומאפיינים שליליים. на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. החסרונות של שימוש קיבוע אנזימים כדי נישא חלבון הוא חיסוניים הגבוהה של העבר, כמו גם את ההזדמנות ליישם בתגובתם רק לקבוצות מסוימות.

סוכרים aminosaharidy

חומרים אלה הם לרוב בשימוש כיטין, dextran, תאי, agarose ונגזר ממנו. כדי סוכרים היו יותר עמידים התגובות של שרשרות ליניארי צלב epichlorohydrin הצולב. מבנה הרשת של קבוצות יוניות שונות מוצג די בחופשיות. כיטין נצבר בכמויות גדולות כמוצר פסול עיבוד תעשייתי של שרימפס וסרטנים. חומר זה שונה עמיד מבחינה כימי ובעל מבנה נקבובי מוגדר היטב.

פולימרים סינתטיים

קבוצה זו כוללת מגוון גדול של חומרים וזמינים. הוא כולל פולימרים מבוססים על חומצת אקריליק, סטירן, אלכוהול פוליוויניל, פוליאוריטן ופולימרים פוליאמיד. לרובם יש חוזק מכנים שונה. במהלך ההמרה הם מספקים את האפשרות של משתני גודל נקבובי על פני טווח רחב, כניסתה של קבוצות פונקציונליות שונות.

שיטות מחייבות

נכון לעכשיו, יש שתי גרסאות וקיבוע מובחנת מן היסוד. הראשונה היא הכנת תרכובות בלי קשרים קוולנטיים עם מנשא. שיטה זו היא פיזית. התגלמות נוספת כרוכה הקרה קשר קוולנטי עם החומר. שיטה כימית זו.

ספיחה

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. עם זאת משותקת אנזימים מתקבלים על ידי שימור של התרופה על פני השטח המובילים בשל פיזור, אינטראקציות הידרופוביות, אלקטרוסטטי קשרי מימן. ספיחה היא הדרך הראשונה של הגבלת הניידות של אלמנטים. עם זאת, כרגע אפשרות זו לא איבדה את הרלוונטיות שלה. יתר על כן, הספיחה נחשבת השיטה הנפוצה ביותר של חוסר תנועה בענף.

במיוחד את הדרך

הספרות המדעית מתארת מעל 70 אנזימים נגזרו שיטת ספיחה. כנישאים בצעו לתועלתו, זכוכית נקבובית, טיט שונה, סוכרים, אלומינה, פולימרים סינטטיים, טיטניום ומתכות אחרות. במקרה זה, שהאחרון משמש לעתים קרובות יותר. היעילות של ספיחה של התרופה על החומר המוביל נקבעת על ידי נקבוביות פני השטח המבוקש.

מנגנון הפעולה

ספיחה של אנזים לחומרים המסיסים היא פשוטה. זה מושג על ידי מגע עם בתמיסה מימית של מוביל הסמים. זה יכול לקחת באופן סטטי או דינמי. פתרון האנזים מעורב עם הבוצה הטריה, למשל, הידרוקסיד טיטניום. ואז, בתנאים קלים, המתחם הוא מיובש. פעילות האנזים נשמרת כאשר וקיבוע כאלה הם כמעט 100%. כאשר זה מגיע ריכוז מסוים של 64 מ"ג לגרם של המוביל.

היבטים שליליים

החסרונות כוללים כוח ספיחה נמוכה של קשירה של האנזים לבין המוביל. בתהליך שינוי תנאי תגובה יכולים להיות אלמנטי הפסד ניכרים, זיהום של מוצרים, desorption של החלבון. כדי להגדיל את כוחו של התומך מחייב שונתה. באופן ספציפי, חומרים מטופלים עם יוני מתכת, פולימרים, ותרכובות הידרופובי אחרות עם סוכני polyfunctional. במקרים מסוימים, התרופה עצמה נתונה לשינוי. אבל לעתים קרובות מספיק, זה מוביל לירידה בפעילות שלה.

הכללה הג'ל

אפשרות זו שכיחה למדי בשל הייחוד ואת הפשטות שלה. שיטה זו מתאימה לא רק עבור האלמנטים הבודדים, אלא גם עבור מתחמי multiehnzimnyh. הכללה הג'ל עשויה להתבצע על ידי שתי שיטות. במקרה הראשון, התרופה בשילוב עם פתרון מונומר מימי, ולאחר מכן לבצע את פילמור. זו תוצאה של המבנה המרחבי של ג'ל המכיל מולקולות האנזים בתאים. במקרה השני, התרופה מוחדרת הפולימר המוגמר. לאחר מכן הוסב מדינת ג'ל.

המבוא של מבנים השקופים

המהות של שיטה זו מורכבת משתק פתרון האנזים המימי מופרד המצע. היא משתמשת קרום חדיר למחצה. זה עובר רכיבי משקל מולקולריים נמוכים של קו-פקטורי מצעים ומחזיק מולקולות אנזים גדולות.

מיקרואנקפסולציה

ישנן מספר אפשרויות עבור המבוא במבנה השקוף. המעניין ביותר של אלה חלבון מיקרואנקפסולציה והכלה ליפוזומים. האפשרות הראשונה הוצעה ב 1964 על ידי ט צ'אנג. זה מורכב כי פתרון האנזים מוחדר כמוסת סגורה שקירותיו עשויים פולימר semipermeable. המראה של משטח הממברנה הנגרם על ידי תגובה של התרכובות של polycondensation interfacial. אחד מהם הוא מומס האורגני והשני - בשלב המימי. כדוגמא ניתן לציין את הקמתה של microcapsule מתקבל על ידי polycondensation של הליד חומצת sebacic אל לך (שלב אורגני) ו 1,6-hexamethylenediamine (בהתאמה, בשלב מהימי). העובי של הקרום מחושב מאית מיקרומטר. השווי הכמוס - מאות או עשרות מיקרומטר.

הכללה לתוך ליפוזומים

שיטה זו של חוסר תנועה היא קרובה מיקרואנקפסולציה. ליפוזומים מוצגים במערכות דו-שכבה ליפידית שבשבת או כדוריות. שיטה זו שימשה הראשון 1970 .ו ההפרדה של ליפוזומים מפתרון השומנים מתבצע מתאדים ממיס אורגני. הסרט הדק הנותר מפוזר בתמיסה מימית, שבה האנזים קיים. במהלך תהליך זה, הרכבה העצמית של מבני bilayer שומנים. . די פופולרי קיבוע אנזימים אלה ברפואה. זאת בשל העובדה כי רוב המולקולות מותאמות במטריצת השומנים של קרום ביולוגי. являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. כלול ליפוזומים קיבוע אנזימים חשובים בחומר מחקר ברפואה, המאפשרים לימוד לתאר דפוסים של תהליכי חיים.

היווצרות קשרים חדשים

קיבוע על ידי יצירת רשתות קוולנטיים חדשות בין אנזימי ילידים נחשב על ידי רוב biocatalysts המוני לייצור לשימוש תעשייתי. בניגוד דרכים פיסיות, אפשרות זו מספקת קשר הפיך וחזק של המולקולה והחומר. חינוכה מלווה לעתים קרובות על ידי ייצוב של התרופה. עם זאת, המיקום של האנזים ב ביחס מליטת קוולנטיים 1 דקות למוביל יוצר קשיים מסוימים בביצוע התהליך קטליטי. מולקולה מופרדת מן החומר על ידי ההוספה. כפי שזה בדרך כלל לשמש סוכני רַב ו difunctional. הם, בפרט, הם הידרזין, ציאנוגן ברומיד, glutaraldehyde dialgedrid, כלוריד sulfuryl וכן הלאה. לדוגמה, עבור הנובע אנזים galactosyltransferase מהתקשורת ואת הרצף הבא מוכנס -CH ₂ -NH- (CH _{2) 5} -CO-. במצב כזה קיים במבנה של הכנס, לבין המולקולה המובילה. כולם מחוברים באמצעות קשרים קוולנטיים. בעל חשיבות עליונה הוא הצורך להציג קבוצות פונקציונליות התגובה, היא לא חיונית לתפקוד קטליטי של האלמנט. אז, בדרך כלל, גליקופרוטאינים מצורפים החלבון המוביל לא נגמר, ובאמצעות מחצית הפחמימות. התוצאה היא יותר קיבוע אנזימים יציבים ופעילים.

תאים

השיטות שתוארו לעיל נחשבים אוניברסליים לכל סוגי biocatalysts. אלה כוללים, בין היתר, כוללים תאים, מבנים subcellular, וקיבוע אשר הופך לאחרונה נפוצה. זה נובע הבא. כאשר וקיבוע של תאים אין צורך לבודד ולטהר את ההכנות אנזים ליישם קו-פקטורים של התגובה. כתוצאה מכך, הוא הופך להיות אפשרי להשיג מערכות המבצעות תהליכים רבים שלבים המתרחשים שוב ושוב.

שימוש קיבוע אנזימים

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. ברפואת וטרינרית, תעשייה ותעשיות אחרות הן די הכנות הבית פופולריות מתקבלות על ידי השיטות הנ"ל. גישות תרגול מדולדלים לספק פתרון לבעיות של יישום המשלוח הממוקד של תרופות בגוף. קיבוע אנזימים רשאים לקבל תרופות ארוכות טווח עם רעילויות allergenicity מינימאליות. עכשיו המדענים לפתור את הבעיות הקשורות bioconversion של מסה ואנרגיה, תוך שימוש בגישות מיקרוביולוגית. בינתיים, תרומה משמעותית לעבודה עושה טכנולוגית קיבוע אנזימים. סיכויי פיתוח מדענים מספיק רחבים. אז, בעתיד אחד מתפקידי המפתח בתהליך של שליטה על הסביבה צריכה להיות שייך לסוגים החדשים של ניתוח. בפרט, השאלה bioluminescent, ו immunoassay האנזים. חשיבות מיוחדת הן גישות מתקדמות בתחום עיבוד של חומר זינה lignocellulosic. קיבוע אנזימים יכולים לשמש מגברים של אותות חלשים. האתר פעיל עשוי להיות תחת השפעת התקשורת, אשר נמצאת תחת sonication, לחץ מכני או חשוף לתמורות פיטוכימיקלים.