Studopediya

КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

имобилизирани ензими




Ензимите имобилизирани ензими, наречени изкуствено свързан с неразтворими превозвач, но запазва своята каталитични свойства. Този неразтворим носител е частица (топчета, конци, триизмерна структура с голяма повърхностна площ), чийто размер е много порядъка по-голяма от най-голямата молекула на ензима. Такава частица може да се види с невъоръжено око, да се занимават, натоварване в различни устройства. Така катализа на ензимната хомогенен процес срещащи се по целия обем на реакционната среда, се превръща в хетерогенна тече върху повърхността на носителя.

Дори през 1916 г., J. E. Нелсън и Griffin показа, че ензим захарозо, адсорбира върху въглероден запазила своята каталитична активност, но само през 1953 г., Н. и Г. Grubhofer Shleyt първо реализира ковалентно свързване амилаза, пепсин, и RNase карбоксипептидаза на неразтворим носител имобилизиран без загуба на ензимна активност.

Терминът "имобилизирани ензими" през 1971 г. в първата конференция по инженерна ензимология се легализират. Въпреки това, терминът "имобилизация" в момента се инвестира по-широк смисъл, отколкото свързването на неразтворим носител, а именно - пълно или частично ограниченията относно свободата на движение на белтъчни молекули или клетки.

Имобилизирани ензими имат няколко предимства в сравнение със свободни молекули. На първо място, тези ензими представляват хетерогенни катализатори, които лесно се отделят от реакционната среда и може да се използва многократно, без загуба на активност, като по този начин осигуряване на непрекъснатостта на каталитичен процес, при запазване на асептични условия. Освен това, имобилизация на ензима води до промяна на свойствата: субстратна специфичност, стабилност, активност, в зависимост от параметрите на околната среда. Имобилизирани ензими са трайни и хиляди и десетки хиляди пъти по-стабилни, отколкото свободните ензими. Така, срещащи се при температура 65 ° С топлинна инактивация LDH имобилизиран на 60% т-полиакриламиден гел, в 3600 забави време в сравнение с природния ензим. Всички по-горе осигурява висока ефективност, ефективността и конкурентоспособността на технологии за използване на имобилизирани ензими.

1. Носителите за имобилизирани ензими. Смята се, че идеалният материал за имобилизация на ензими трябва да има следните основни характеристики: неразтворимост във вода; висока химична и биологична стабилност; същество хидрофилен (омокряне); достатъчна пропускливост за ензими и коензими до, основите и реакционни продукти; способността на превозвача лесно да активирате (отида в реактивна форма). Освен това, поддържащият материал трябва да бъде не-токсични за хората и микроорганизми-производители, както и да не се отрази на физико-химичните свойства на реакционната среда (рН, концентрация на специфични йони), които могат да повлияят на активността на ензима.



Естествено, никой от момента се използва като материал за носител не отговаря изцяло на горните изисквания. Въпреки това, има широк спектър на носители, подходящи за имобилизация на ензими в някои специфични обстоятелства.

В зависимост от естеството на носителя са разделени на органични и neorgani-метални материали.

Органичен полимер подкрепя. Имобилизирането на много ензими се извършва на полимерен поддържа органичен произход. Съществуващите органични полимерни носители могат да бъдат разделени на два класа: естествени или синтетични полимерни носители. На свой ред, всеки от класовете от органичен полимерен носител е разделен на групи в зависимост от тяхната структура. Сред естествени полимери изолирани протеини, полизахариди и липидни носители, и между sinteticheskih- полиметилен, полиестер и полиамид.

Предимствата на естествени среди трябва да включват тяхната наличност, многофункционалност и хидрофилни, и недостатъците - биоразградимост и сравнително висока цена.

За имобилизация на полизахариди най-често използваните целулоза, декстран, агароза (агар) и техни производни. За да направите химическата стабилност на линейни вериги на целулоза и декстран, омрежен с епихлорхидрин. Получената мрежа структура е сравнително лесно да се въведат различни йонни групи. Химическа модификация на нишесте крослинкери (формалдехид, глиоксал, глутаралдехид) синтезира нов носител - нишесте гъба, имащо подобрена устойчивост на гликозидази.

От естествена aminosaharidov като носители за обездвижване се прилага хитин, който се натрупва в значителни количества, като промишлени отпадъци в обработката на раци и скариди. Хитинът е химически стабилен и има добре дефинирана структура на порите.

Сред практическото използване на протеини като носители намерени в структурни протеини като кератин, фиброин, колаген и колаген обработка продукт - желатин. Тези протеини са широко разпространени в природата, следователно са на разположение в големи количества, евтини и имат голям брой функционални групи за свързване ензим. Протеини, способни на биоразграждане, което е важно при проектирането на имобилизирани ензими за медицински цели. Недостатъците на протеина като носител в този случай следва да включват тяхното силно имуногенни.

Синтетични полимерни носители. Благодарение на разнообразието и наличието на материали от тази група са широко използвани като носители за обездвижване. Те включват полимери на основата на стирен, акрилова киселина, поливинилов алкохол; полиамидни и полиуретанови полимери. Повечето синтетични полимерни носители имат механична якост, и позволяват формиране на широка гама от вариации в размер на порите, въвеждането на различни функционални групи. Някои синтетични полимери могат да бъдат направени в различни физически форми (тръби, влакна, вериги). Всички тези свойства са полезни за различни методи за имобилизация на ензими.

Носителите на неорганичната природа. Като носители често използвани материали от стъкло, глина, керамика, графит сажди, силициев диоксид, и silochrome метални оксиди. Те могат да бъдат подложени на химическа модификация, която носители са покрити с филм от алуминиев оксид, титан, хафний, цирконий, или лекувани с органични полимери. Основното предимство на неорганични носители - лекотата на регенерация, механична и химическа устойчивост. Синтетични полимери като неорганични носители могат да бъдат дадени всякаква форма и имат някаква степен на порьозност.

Така, към днешна дата, той е създаден огромен брой различни носители за имобилизация на ензими. Въпреки това, за всеки отделен ензим, използван в даден процес, е необходимо да се избере най-добрите варианти, като носител, както и условията и методите на обездвижване.

2.Metody имобилизация на ензими. Има два принципно различни методи за обездвижване ензим: без възникване на ковалентни връзки между ензима и носителя (физически методи за обездвижване), и с образуването на ковалентна връзка между тях (химическа имобилизация техники). Всеки от тези методи се извършва по различни начини.

Фигура 3. Методи за имобилизация на ензими (р-молекула ензим)

Физични методи за обездвижване ензим се реализират чрез адсорбция на ензима на неразтворим носител, или чрез включването им в порите на структурата на омрежен гел в полупропускливи или различни системи двуфазни.

Адсорбция на ензими до неразтворими носители. Когато адсорбционната имобилизация на протеинова молекула се провежда върху опорната повърхност от електростатични, хидрофобни взаимодействия, дисперсанти и водородни връзки. Адсорбция е първият метод за имобилизация на ензими (J. Nel-син, E.Griffin, 1916), но дори и сега не губи своята значимост и се превърна в най-широко използваният метод за производство на имобилизирани ензими в промишлеността. Литературата описва получаването на метод повече от 70 адсорбция използвайки имобилизирани ензими главно за такива носители като силициев диоксид, активен въглен, графит сажди, различни глини, поресто стъкло, полизахариди, синтетични полимери, алуминиеви оксиди, титан и други метали. Напоследък най-често използваните. Ефективността на протеин адсорбция на молекулата носител се определя от специфична повърхност (плътност на сорбция сайтове) и средни порьозност. Процесът на адсорбция на ензими на неразтворими носители на различни прост и се постига при контакт с воден разтвор на носител ензим (статистически метод, при разбъркване, динамичен начин чрез използване на високоговорител). За тази цел ензимен разтвор се смесва с прясно утайка, например, титанов хидроксид, и се суши при меки условия. Ензимната активност в този вариант обездвижване запазва почти 100% и специфична концентрация на протеин е 64 мг на 1 г носител.

Недостатъците на метода на адсорбция включват ниска якост свързване на ензима към носителя. При промяна на десорбция на условия за имобилизация ензим може да се случи, загуба и замърсяване на реакционните продукти. Значително увеличаване на силата на свързване на ензима на превозвача може да промени своята предварителна (обработка на метални йони, многофункционални агенти - полимери, протеини, хидрофобни съединения, липиден монослой, и т.н.). Понякога, напротив, модификации молекула претърпява основен ензим, но често води до намаляване на неговата активност.

Обездвижване на ензими чрез включване в гел. Методът на имобилизация на ензими чрез включване в триизмерната структура на полимерния гел е широко разпространена поради своята простота и уникалност. Методът е приложим не само за обездвижване индивидуални ензими но дори multiehnzimnyh комплекси и цели клетки. Обездвижване на ензимите в гела се извършва по два начина. В първия случай на ензима се въвежда във воден разтвор на мономер след това се полимеризира, която възниква в резултат на пространствената структура на полимерния гел с включени в неговите клетки ензимни молекули. В последния случай, ензимния разтвор е вече въведена в крайния полимер, който след това се превръща в състояние на гел. За първото изпълнение се използва полиакриламидни гелове, поли-винилов алкохол, поливинилпиролидон, силикагел за втората - гелове нишесте, агар-агар, карагенан, агароза, калциев фосфат.

Обездвижване на ензимите в гелове осигурява равномерно разпределение на ензима в носител насипно състояние. Повечето от гелната матрица има висока механична, химически, термични и биологичната стабилност и позволява повторно използване на ензим, включен в структурата му. Въпреки това, методът не е подходящ за имобилизация на ензими, които действат на водонеразтворими субстрати. Много субстрати с по-големи молекули, също не могат да проникнат в порите на гела.

Обездвижване на ензимите в полупропускливата структура. Същността на този процес имобилизация е да се отдели водата от водния разтвор на разтвора на ензимен субстрат през полупропускливата мембрана пропусклива молекулата на субстрати с ниско молекулно тегло и задържане кофактори, но големи ензимни молекули. Разработени са няколко модификации на този метод, на която лихвата е микрокапсулиране и включването на ензими в липозоми.

Първият метод, предложен в 1964 T.Changom G. > Един от механизмите на вода по повърхността на мембраната микрокапсули ензим е повърхностна реакция на поликондензация на две съединения, едното от които се разтваря във вода и от друга - в органичната фаза. Един пример е образуването на микрокапсулите интерфейса фаза получени чрез поликондензация на 1,6-хексаметилендиамин (водна фаза) и халид себацинова киселина (органична фаза):

- хидрохлоридна

Н 2 N- (СН2) 6-NH2 + SlOS- (СН2) 8 -SOS1 HN- (СН2) -NH 6 - СО- (СН2) 8 -СО-

Размерът на капсули десетки или стотици микрона, и дебелината на мембраната - стотни от микрометър.

Предимства на метода на микрокапсулиране - простота, гъвкавост, повторна употреба на нативния ензим (ензимът може да се отделят от реакционната нереагиралия субстрат и продукт проста процедура филтруване). Особено важно е, че методът може да бъде имобилизиран чрез микрокапсулиране не само отделни ензими, но също така има множество комплекси, цели клетки и клетъчни фрагменти. Недостатъците на метода са невъзможността да се капсулират ензими за провеждане на превръщането на макромолекулни субстрати.

Близо до метод за капсулиране на обездвижване може да се счита, включително водни разтвори на ензими в липозоми, които са сферични или слоеста система на двойни липидни двойни слоеве. За първи път този метод е бил използван за имобилизация на ензими J. > останалите фини липидния филм се диспергира във воден разтвор, съдържащ ензима. В процеса на самостоятелно сглобяване случва диспергиране двуслойна липидни структури липозоми, съдържащи вградени решение ензим.

Ензимите обездвижени от включване в липозомен структура, използвани главно за медицински и научни цели, за значителна част от ензимите в клетката локализиран в състава на липидна матрица на биологичните мембрани, липозоми, така че изследването е от голямо значение за разбирането на законите на жизнените процеси в клетката.

Други методи за имобилизиране на ензими, които са базирани на физични методи, са по-чести, отколкото тези, описани по-горе.

Химични методи за обездвижване ензим. Обездвижване на ензими чрез образуване на нова ковалентна връзка между ензима и носител - най-масивна начин за получаване промишлени биокатализатори.

За разлика от физически методи за обездвижване, този метод осигурява силен и необратима връзка с ензима и носителят често е придружено от стабилизиране на молекулата на ензим. Въпреки това, местоположението на ензим спрямо носача на разстояние една ковалентна връзка създава пространствени трудности при прилагането на каталитичен процес. Ензимът се отделя от носителя с помощта на специална вложка (омрежване, Spacer) като че често действат дифункционални и полифункционални агенти (цианоген бромид, хидразин, сулфурил хлорид, глутарова диалдехид и др.). Например, за отстраняване на носителя микросредата галактозилтрансфераза между него и ензимната последователност добавя -СН2-NH- (СН2) 5 -СО-. В този случай, имобилизиран ензим структура съдържа носител, ензим и вложка свързани чрез ковалентни връзки.

Фигура 4. Шофиране ензим обездвижване химически метод

Важно е, че ензим, участващ в имобилизация функционални групи, които не са от съществено значение за нейната каталитична функция (функционални групи на активното място). Така, обикновено прикрепени към гликопротеини чрез въглехидратен носител, не чрез протеин част от молекулата на ензим. Ако това условие не е изпълнено, химическата имобилизация може да доведе до пълна загуба на ензимна активност.

Броят на техники за инструктаж, разработени за ковалентна имобилизация на ензими е изключително висока. Всички методи химическа имобилизация се класифицират в зависимост от естеството на реактивните групи на носача, реагира с молекулата на ензим. По-долу са някои примери, които илюстрират някои от начините за химическа имобилизация на ензими.

Обездвижване на ензим на превозвачи, имащи хидроксилни групи. Най-честият начин на формиране на ковалентна връзка между ензима и превозвача или синтетичен полизахарид диол

bromtcianovye съединение е метод, който е бил предложен R.Aksenom,

. J. Porath и S.Ernbakom през 1967 г. При обработването на цианогенбромид носител като реактивни цианати и imidokarbonaty която при взаимодействие с нуклеофилно амино групи изоурея производни ензим форма и уретани:

Обездвижване на ензимни носители, които имат амино групи. Основно носител амино групи, свързани с ароматен пръстен, преди превръща в диазониева сол, която след това се подлага на различни реакции на свързване. Вземете свързване на фенолната, имидазол, амин, гуанидин, тиолови групи протеини. По този начин, в алкална среда тирозин фенолни радикали са силни азо съединения, които включват тези, свързани с нативния протеин:

Показателно е, че р-аминофенил функции могат лесно да бъдат включени в различни среди.

Обездвижване на превозвачи, които са активирани производни на карбоксилната група. Най-често използваните съединения с ацилни групи на амино групи протеин носител, използван анхидриди, киселинни халогениди, активни естери и други производни на карбоксилни киселини. Например,

Реактивността на карбоксилна ацилиране на амино групи на ензима киселина се редуцира до халогенни естери.

Обездвижване на превозвачи, които имат sulfgidrilnymi група-ми. Сулфхидрилни групи и медии са лесно окислени ензим с образование-ция на дисулфидни връзки чрез действието на атмосферния кислород:





; Дата: 06.28.2015; ; Прегледи: 446; Нарушаването на авторските права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикуван материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



zdes-stroika.ru - Studopediya (2013 - 2017) на година. Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва! Най-новото попълнение
Page генерирана за: 0.055 сек.