Immobilizatsiyalangan fermentlar tushunchasi birinchi marta 20-asrning ikkinchi yarmida paydo boʻlgan. Shu bilan birga, 1916 yilda uglerodda sorblangan saxaroza o'zining katalitik faolligini saqlab qolganligi aniqlandi. 1953 yilda D. Schleit va N. Grubhofer pepsin, amilaza, karboksipeptidaza va RNase ning erimaydigan tashuvchisi bilan birinchi bog'lanishini amalga oshirdilar. Immobilizatsiyalangan fermentlar tushunchasi 1971 yilda qonuniylashtirildi. Bu muhandislik enzimologiyasi bo'yicha birinchi konferentsiyada sodir bo'ldi. Hozirgi vaqtda immobilizatsiyalangan fermentlar tushunchasi 20-asr oxiridagiga qaraganda kengroq ma'noda ko'rib chiqilmoqda. Keling, ushbu turkumni batafsil ko'rib chiqaylik.
Umumiy ma'lumot
Immobilizatsiyalangan fermentlar erimaydigan tashuvchi bilan sun'iy ravishda bog'langan birikmalardir. Biroq, ular o'zlarining katalitik xususiyatlarini saqlab qoladilar. Hozirgi vaqtda bu jarayon ikki jihatda - oqsil molekulalarining harakat erkinligini qisman va to'liq cheklash doirasida ko'rib chiqiladi.
Qadr-qimmat
Olimlar immobilizatsiyalangan fermentlarning ma'lum afzalliklarini aniqladilar. Geterogen katalizatorlar vazifasini bajarib, ularni reaksiya muhitidan osongina ajratish mumkin. Tadqiqotlar doirasida immobilizatsiyalangan fermentlardan foydalanish takrorlanishi mumkinligi aniqlandi. Bog'lanish jarayonida ulanishlar o'z xususiyatlarini o'zgartiradi. Ular substratning o'ziga xosligi va barqarorligini oladi. Shu bilan birga, ularning faoliyati atrof-muhit sharoitlariga bog'liq bo'la boshlaydi. Immobilizatsiyalangan fermentlar bardoshli va yuqori darajadagi barqarorlikka ega. Bu, masalan, erkin fermentlardan minglab, o'n minglab marta kattaroqdir. Bularning barchasi immobilizatsiyalangan fermentlar mavjud bo'lgan texnologiyalarning yuqori samaradorligi, raqobatbardoshligi va tejamkorligini ta'minlaydi.
Media
J. Poratu immobilizatsiyada qo'llaniladigan ideal materiallarning asosiy xususiyatlarini aniqladi. Tashuvchida quyidagilar boʻlishi kerak:
- Eritmaslik.
- Yuqori biologik va kimyoviy qarshilik.
- Tez faollashtirish imkoniyati. Operatorlar osongina reaktiv bo'lishi kerak.
- Sezilarli gidrofillik.
- Kerakli o'tkazuvchanlik. Uning indikatori fermentlar va kofermentlar, reaksiya mahsulotlari va substratlar uchun bir xil darajada maqbul bo'lishi kerak.
Hozirda ushbu talablarga toʻliq javob beradigan material yoʻq. Shunga qaramay, amalda immobilizatsiya uchun mos bo'lgan tashuvchilar qo'llaniladi.muayyan toifadagi fermentlar.
Tasnifi
Tabiatiga ko'ra, moddalar immobilizatsiyalangan fermentlarga aylanadigan moddalar noorganik va organiklarga bo'linadi. Ko'pgina birikmalarning bog'lanishi polimer tashuvchilar bilan amalga oshiriladi. Ushbu organik materiallar 2 sinfga bo'linadi: sintetik va tabiiy. Ularning har birida, o'z navbatida, tuzilishga qarab guruhlar ajratiladi. Noorganik tashuvchilar asosan shisha, keramika, loy, silikagel va qora grafitdan tayyorlangan materiallar bilan ifodalanadi. Materiallar bilan ishlashda quruq kimyo usullari mashhur. Immobilizatsiyalangan fermentlar tashuvchilarni titanium, alyuminiy, sirkoniy, gafniy oksidlari plyonkasi bilan qoplash yoki organik polimerlar bilan ishlov berish orqali olinadi. Materiallarning muhim afzalligi - yangilanish qulayligi.
Protein tashuvchilar
Eng mashhurlari lipid, polisakkarid va oqsilli materiallardir. Ikkinchisi orasida strukturaviy polimerlarni ta'kidlash kerak. Bularga birinchi navbatda kollagen, fibrin, keratin va jelatin kiradi. Bunday oqsillar tabiiy muhitda keng tarqalgan. Ular arzon va tejamkor. Bundan tashqari, ular bog'lash uchun juda ko'p funktsional guruhlarga ega. Proteinlar biologik parchalanadi. Bu immobilizatsiyalangan fermentlarni tibbiyotda qo'llashni kengaytirish imkonini beradi. Ayni paytda, oqsillar ham salbiy xususiyatlarga ega. Protein tashuvchilarda immobilizatsiyalangan fermentlarni qo'llashning kamchiliklari ikkinchisining yuqori immunogenligi, shuningdekularning faqat ayrim guruhlarini reaksiyaga kiritish qobiliyati.
Polisaxaridlar, aminosaxaridlar
Ushbu materiallardan xitin, dekstran, tsellyuloza, agaroza va ularning hosilalari ko'proq qo'llaniladi. Polisaxaridlarni reaksiyalarga chidamliroq qilish uchun ularning chiziqli zanjirlari epixlorgidrin bilan oʻzaro bogʻlanadi. Tarmoq tuzilmalariga turli ionogen guruhlar erkin kiritiladi. Chitin qisqichbaqalar va qisqichbaqalarni sanoatda qayta ishlash jarayonida chiqindi sifatida ko'p miqdorda to'planadi. Ushbu modda kimyoviy ta'sirga chidamli va yaxshi aniqlangan gözenekli tuzilishga ega.
Sintetik polimerlar
Bu materiallar guruhi juda xilma-xil va foydalanish mumkin. U akril kislotasi, stirol, polivinil spirti, poliuretan va poliamid polimerlari asosidagi polimerlarni o'z ichiga oladi. Ularning aksariyati mexanik jihatdan kuchli. Transformatsiya jarayonida ular turli funktsional guruhlarni kiritgan holda, g'ovak hajmini juda keng diapazonda o'zgartirish imkoniyatini beradi.
Bog'lash usullari
Hozirda immobilizatsiyaning ikkita tubdan farqli varianti mavjud. Birinchisi, tashuvchi bilan kovalent bog'lanishsiz birikmalarni olishdir. Bu usul jismoniy. Yana bir variant material bilan kovalent bog'lanishning paydo bo'lishini o'z ichiga oladi. Bu kimyoviy usul.
Adsorbsiya
Uning yordamida preparatni tashuvchi yuzasida ushlab turish orqali immobilizatsiyalangan fermentlar olinadi.dispersiya, hidrofobik, elektrostatik o'zaro ta'sirlar va vodorod aloqalari. Adsorbsiya elementlarning harakatchanligini cheklashning birinchi usuli edi. Biroq, hozir ham bu variant o'z ahamiyatini yo'qotmagan. Bundan tashqari, adsorbsiya sanoatda eng keng tarqalgan immobilizatsiya usuli hisoblanadi.
Usulning xususiyatlari
Ilmiy nashrlarda adsorbsion usulda olingan 70 dan ortiq fermentlar tasvirlangan. Tashuvchilar asosan gözenekli shisha, turli gillar, polisaxaridlar, alyuminiy oksidlari, sintetik polimerlar, titanium va boshqa metallar edi. Ikkinchisi eng ko'p qo'llaniladi. Preparatning tashuvchiga adsorbsiyasi samaradorligi materialning g'ovakligi va o'ziga xos sirt maydoni bilan belgilanadi.
Ta'sir mexanizmi
Eritmaydigan materiallarga ferment adsorbsiyasi oddiy. Preparatning suvli eritmasi tashuvchi bilan aloqa qilish orqali erishiladi. U statik yoki dinamik tarzda o'tishi mumkin. Ferment eritmasi yangi cho'kma bilan aralashtiriladi, masalan, titanium gidroksid. Keyin aralashma yumshoq sharoitda quritiladi. Bunday immobilizatsiya paytida ferment faolligi deyarli 100% saqlanadi. Shu bilan birga, o'ziga xos konsentratsiya har bir gramm tashuvchi uchun 64 mg ga etadi.
Salbiy daqiqalar
Adsorbsiyaning kamchiliklari ferment va tashuvchini bog'lashda past quvvatni o'z ichiga oladi. Reaktsiya sharoitlarini o'zgartirish jarayonida elementlarning yo'qolishi, mahsulotlarning ifloslanishi va oqsillarning desorbsiyasi qayd etilishi mumkin. Kuchni yaxshilash uchunbog'lovchi tashuvchilar oldindan o'zgartirilgan. Xususan, materiallar metall ionlari, polimerlar, hidrofobik birikmalar va boshqa ko'p funksiyali vositalar bilan ishlov beriladi. Ba'zi hollarda preparatning o'zi o'zgartiriladi. Lekin ko'pincha bu uning faolligining pasayishiga olib keladi.
Gel tarkibiga kiritilgan
Bu variant oʻzining noyobligi va soddaligi tufayli juda keng tarqalgan. Bu usul nafaqat alohida elementlarga, balki ko'p fermentli komplekslarga ham mos keladi. Jelga qo'shilish ikki yo'l bilan amalga oshirilishi mumkin. Birinchi holda, preparat monomerning suvli eritmasi bilan birlashtiriladi, undan keyin polimerizatsiya amalga oshiriladi. Natijada hujayralardagi ferment molekulalarini o'z ichiga olgan fazoviy jel tuzilishi paydo bo'ladi. Ikkinchi holda, preparat tayyor polimerning eritmasiga kiritiladi. Keyin jel holatiga o'tkaziladi.
Shaffof tuzilmalarga kirish
Bu immobilizatsiya usulining mohiyati fermentlarning suvli eritmasini substratdan ajratishdan iborat. Buning uchun yarim o'tkazuvchan membrana ishlatiladi. U kofaktorlar va substratlarning past molekulyar og'irlikdagi elementlarini o'tkazishga imkon beradi va fermentlarning katta molekulalarini saqlaydi.
Mikrokapsulyatsiya
Shaffof tuzilmalarga joylashtirish uchun bir nechta variant mavjud. Ulardan mikrokapsulyatsiya va oqsillarni lipozomalarga qo'shilishi eng katta qiziqish uyg'otadi. Birinchi variant 1964 yilda T. Chang tomonidan taklif qilingan. Bu ferment eritmasining devorlari yarim o'tkazuvchandan yasalgan yopiq kapsulaga kiritilishidan iborat.polimer. Sirtda membrananing paydo bo'lishi birikmalarning fazalararo polikondensatsiyasi reaktsiyasidan kelib chiqadi. Ulardan biri organik, ikkinchisi esa suvli fazada eriydi. Misol tariqasida, yog 'kislotasi halidi (organik faza) va geksametilendiamin-1, 6 (mos ravishda, suvli faza) ning polikondensatsiyasi natijasida olingan mikrokapsula hosil bo'lishi mumkin. Membrananing qalinligi mikrometrning yuzdan bir qismi bilan hisoblanadi. Kapsulalarning oʻlchami yuzlab yoki oʻnlab mikrometrlarga teng.
Liposomalarga qo'shilish
Bu immobilizatsiya usuli mikrokapsulyatsiyaga yaqin. Liposomalar lipidli ikki qatlamli qatlamli yoki sharsimon tizimlarda taqdim etiladi. Bu usul birinchi marta 1970 yilda qo'llanilgan. Liposomalarni lipid eritmasidan ajratib olish uchun organik erituvchi bug'lanadi. Qolgan yupqa plyonka ferment mavjud bo'lgan suvli eritmada tarqaladi. Ushbu jarayon davomida lipid ikki qatlamli tuzilmalarning o'z-o'zidan yig'ilishi sodir bo'ladi. Bunday immobilizatsiyalangan fermentlar tibbiyotda juda mashhur. Bu molekulalarning aksariyati biologik membranalarning lipid matritsasida lokalizatsiya qilinganligi bilan bog'liq. Liposomalar tarkibiga kiradigan immobilizatsiyalangan fermentlar tibbiyotdagi eng muhim tadqiqot materiali bo'lib, hayotiy jarayonlarning qonuniyatlarini o'rganish va tavsiflash imkonini beradi.
Yangi obligatsiyalar shakllanishi
Fermentlar va tashuvchilar oʻrtasida yangi kovalent zanjirlar hosil qilish orqali immobilizatsiya sanoat biokatalizatorlarini olishning eng keng tarqalgan usuli hisoblanadi.maqsad. Jismoniy usullardan farqli o'laroq, bu variant molekula va material o'rtasida qaytarilmas va kuchli bog'lanishni ta'minlaydi. Uning shakllanishi ko'pincha dori stabilizatsiyasi bilan birga keladi. Shu bilan birga, fermentning tashuvchiga nisbatan 1-kovalent bog'lanish masofasida joylashishi katalitik jarayonni amalga oshirishda ma'lum qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi. Molekula qo'shimcha yordamida materialdan ajratiladi. Ko'pincha poli- va bifunksional agentlar sifatida ishlatiladi. Xususan, ular gidrazin, siyanogen bromid, glutarik dialedrid, sulfat xlorid va boshqalar. Masalan, galaktosiltransferazani olib tashlash uchun tashuvchi va ferment -CH2- orasiga quyidagi ketma-ketlik kiritiladi. NH-(CH 2)5-CO-. Bunday holatda strukturada qo'shimcha, molekula va tashuvchi mavjud. Ularning barchasi kovalent aloqalar bilan bog'langan. Reaksiyaga elementning katalitik funktsiyasi uchun muhim bo'lmagan funktsional guruhlarni kiritish zarurati fundamental ahamiyatga ega. Shunday qilib, qoida tariqasida, glikoproteinlar tashuvchiga oqsil orqali emas, balki uglevod qismi orqali biriktiriladi. Natijada yanada barqaror va faol immobilizatsiyalangan fermentlar olinadi.
Hujayralar
Yuqorida tavsiflangan usullar barcha turdagi biokatalizatorlar uchun universal hisoblanadi. Bularga, jumladan, hujayralar, hujayra osti tuzilmalari kiradi, ularning immobilizatsiyasi yaqinda keng tarqalgan. Bu quyidagilarga bog'liq. Hujayralar immobilizatsiya qilinganda, ferment preparatlarini ajratib olish va tozalash yoki reaktsiyalarga kofaktorlarni kiritish kerak emas. Natijada, bu mumkin bo'ladiko'p bosqichli uzluksiz jarayonlarni amalga oshiradigan tizimlar.
Immobilizatsiyalangan fermentlardan foydalanish
Veterinariya, sanoat va iqtisodiyotning boshqa sohalarida yuqoridagi usullar bilan olingan dorilar juda mashhur. Amalda ishlab chiqilgan yondashuvlar organizmga dori vositalarini maqsadli etkazib berish muammolarini hal qilishni ta'minlaydi. Immobilizatsiyalangan fermentlar minimal alerjenik va toksik ta'sirga ega uzoq muddatli ta'sirga ega dori-darmonlarni olish imkonini berdi. Hozirgi vaqtda olimlar mikrobiologik yondashuvlar yordamida massa va energiyaning biokonversiyasi bilan bog'liq muammolarni hal qilmoqdalar. Ayni paytda immobilizatsiyalangan fermentlar texnologiyasi ham ishga katta hissa qo'shmoqda. Rivojlanish istiqbollari ancha keng ko'rinadi. Demak, kelajakda atrof-muhit holatini monitoring qilish jarayonida asosiy rollardan biri tahlilning yangi turlariga tegishli bo'lishi kerak. Xususan, biz bioluminesans va ferment immunoassay usullari haqida gapiramiz. Lignoselülozik xom ashyoni qayta ishlashda ilg'or yondashuvlar alohida ahamiyatga ega. Immobilizatsiyalangan fermentlar zaif signal kuchaytirgichlari sifatida ishlatilishi mumkin. Faol markaz ultratovush, mexanik stress yoki fitokimyoviy o'zgarishlarga duchor bo'lgan tashuvchining ta'siri ostida bo'lishi mumkin.
