Иммобилизацияланган ферменттер түшүнүгү биринчи жолу 20-кылымдын экинчи жарымында пайда болгон. Ошол эле учурда, 1916-жылы, ал көмүртек сорбцияланган сахароза каталитикалык активдүүлүгүн сактап калганы аныкталган. 1953-жылы Д. Шлейт жана Н. Грубгофер биринчи жолу пепсин, амилаза, карбоксипептидаза жана РНазды эрибеген ташыгыч менен байланыштырышкан. Иммобилизацияланган ферменттер концепциясы 1971-жылы мыйзамдаштырылган. Бул инженердик энзимология боюнча биринчи конференцияда болгон. Учурда иммобилизацияланган ферменттер түшүнүгү 20-кылымдын аягындагыга караганда кеңири мааниде каралууда. Келгиле, бул категорияны кененирээк карап чыгалы.
Жалпы маалымат
Иммобилизацияланган ферменттер эрибеген алып жүрүүчү менен жасалма түрдө байланышкан бирикмелер. Бирок, алар каталитикалык касиеттерин сактап калат. Учурда бул процесс эки аспектиде каралат - белок молекулаларынын кыймыл эркиндигин жарым-жартылай жана толук чектөөнүн алкагында.
Кадыр
Окумуштуулар иммобилизацияланган ферменттердин белгилүү бир пайдасын аныкташкан. Гетерогендик катализаторлордун ролун аткарып, аларды реакция чөйрөсүнөн оңой ажыратууга болот. Изилдөөнүн алкагында иммобилизацияланган ферменттерди колдонуу кайра кайталанышы мүмкүн экени аныкталган. Байланыш процессинде байланыштар касиеттерин өзгөртөт. Алар субстраттын өзгөчөлүгүн жана туруктуулугун алышат. Ошол эле учурда, алардын иш-аракети экологиялык шарттарга көз каранды боло баштайт. Иммобилизацияланган ферменттер туруктуу жана жогорку туруктуулукка ээ. Ал, мисалы, эркин ферменттерден миңдеген, он миңдеген эсе чоң. Мунун баары иммобилизацияланган ферменттер бар технологиялардын жогорку натыйжалуулугун, атаандаштыкка жөндөмдүүлүгүн жана үнөмдүүлүгүн камсыздайт.
Медиа
Ж. Порату иммобилизацияда колдонула турган идеалдуу материалдардын негизги касиеттерин аныктады. Колдонуучуларда төмөнкүлөр болушу керек:
- Эрибегендик.
- Биологиялык жана химиялык туруктуулук.
- Тез жандыруу мүмкүнчүлүгү. Операторлор оңой эле реактивдүү болушу керек.
- Олчундуу гидрофилдүүлүк.
- Керектүү өткөргүчтүк. Анын индикатору ферменттер жана коферменттер, реакция продуктылары жана субстраттар үчүн бирдей кабыл алынышы керек.
Учурда бул талаптарга толук жооп берген материал жок. Ошентсе да, иш жүзүндө, кыймылсыздандыруу үчүн ылайыктуу ташыгычтар колдонулат.белгилүү бир шарттарда ферменттердин белгилүү категориясы.
Классификация
Табиятына жараша кошулмалар кыймылсыз ферменттерге айланган материалдар органикалык эмес жана органикалык болуп бөлүнөт. Көптөгөн кошулмаларды бириктирүү полимердик алып жүрүүчүлөр менен ишке ашырылат. Бул органикалык материалдар 2 класска бөлүнөт: синтетикалык жана табигый. Алардын ар биринде өз кезегинде түзүлүшүнө жараша топтор бөлүнөт. Органикалык эмес алып жүрүүчүлөр негизинен айнек, керамика, чопо, силикагель жана кара графиттен жасалган материалдар менен көрсөтүлөт. Материалдар менен иштөөдө кургак химиялык ыкмалар популярдуу. Иммобилизацияланган ферменттер ташыгычтарды титан, алюминий, цирконий, гафний оксиддеринин пленкасы менен каптоо же органикалык полимерлер менен иштетүү аркылуу алынат. Материалдардын маанилүү артыкчылыгы - регенерациянын жеңилдиги.
Белок алып жүрүүчүлөр
Эң популярдуу липид, полисахарид жана протеиндик материалдар. Акыркылардын арасында структуралык полимерлерди белгилей кетүү керек. Булар биринчи кезекте коллаген, фибрин, кератин жана желатинди камтыйт. Мындай белоктор табигый чөйрөдө кеңири таралган. Алар арзан жана үнөмдүү. Мындан тышкары, алар байлоо үчүн көптөгөн функционалдык топторго ээ. Протеиндер биологиялык жактан ажырайт. Бул иммобилизацияланган ферменттерди медицинада колдонууну кеңейтүүгө мүмкүндүк берет. Ошол эле учурда, белоктор да терс касиеттерге ээ. Белок алып жүрүүчүлөргө иммобилизацияланган ферменттерди колдонуунун кемчиликтери акыркысынын жогорку иммуногендүүлүгү, ошондой элеалардын айрым топторун гана реакцияга киргизүү мүмкүнчүлүгү.
Полисахариддер, аминосахариддер
Бул материалдардын ичинен көбүнчө хитин, декстран, целлюлоза, агароза жана алардын туундулары колдонулат. Полисахариддердин реакцияларга туруктуу болушу үчүн алардын сызыктуу чынжырлары эпихлоргидрин менен кайчылаш байланышта болот. Тармак структураларына ар кандай ионогендик топтор эркин киргизилет. Читин чаяндарды жана крабдарды өнөр жайлык кайра иштетүүдө калдык катары көп өлчөмдө чогулат. Бул зат химиялык туруктуу жана жакшы аныкталган тешиктүү түзүлүшкө ээ.
Синтетикалык полимерлер
Материалдардын бул тобу абдан ар түрдүү жана жеткиликтүү. Анын курамына акрил кислотасынын, стиролдун, поливинил спиртинин, полиуретандын жана полиамиддик полимерлердин негизиндеги полимерлер кирет. Алардын кепчулугу механикалык жактан бекем. Трансформация процессинде алар ар кандай функционалдык топторду киргизүү менен бир кыйла кенен диапазондо тешикчелердин өлчөмүн өзгөртүү мүмкүнчүлүгүн беришет.
Байланыш ыкмалары
Учурда иммобилизациянын эки түп-тамырынан башка варианттары бар. Биринчиси, алып жүрүүчү менен коваленттик байланышы жок бирикмелерди алуу. Бул ыкма физикалык болуп саналат. Дагы бир вариант материал менен коваленттик байланыштын пайда болушун камтыйт. Бул химиялык ыкма.
Адсорбция
Анын жардамы менен препаратты ташуучу бетинде кармап туруу менен иммобилизацияланган ферменттер алынат.дисперсиялык, гидрофобдук, электростатикалык өз ара аракеттешүүлөр жана суутек байланыштары. Адсорбция элементтердин мобилдүүлүгүн чектөөнүн биринчи жолу болгон. Бирок, азыр да бул параметр актуалдуулугун жогото элек. Мындан тышкары, адсорбция өнөр жайда эң кеңири таралган иммобилизация ыкмасы болуп эсептелет.
Усулдун өзгөчөлүктөрү
Илимий басылмаларда адсорбция ыкмасы менен алынган 70тен ашык ферменттер сүрөттөлөт. Ташуучулар негизинен кеуектүү айнек, түрдүү чопо, полисахариддер, алюминий оксиддери, синтетикалык полимерлер, титан жана башка металлдар болгон. Акыркылары эң көп колдонулат. Дарыны алып жүрүүчүгө адсорбциялоонун эффективдүүлүгү материалдын көзөнөктүүлүгү жана спецификалык беттик аянты менен аныкталат.
Иш-аракет механизми
Эрибеген материалдарга ферменттин адсорбциясы жөнөкөй. Дары-дармектин суудагы эритмени алып жүрүүчү менен байланышта болот. Ал статикалык же динамикалык жол менен өтүшү мүмкүн. Фермент эритмеси жаңы чөкмө менен аралаштырылат, мисалы, титан гидроксиди. Андан кийин кошулма жумшак шарттарда кургатылат. Мындай иммобилизация учурунда ферменттин активдүүлүгү дээрлик 100% сакталат. Ошол эле учурда, өзгөчө концентрация алып жүрүүчүнүн бир граммына 64 мг жетет.
Терс учурлар
Адсорбциянын кемчиликтери ферментти жана ташыгычты байланыштырганда аз күчкө ээ. Реакция шарттарын өзгөртүү процессинде элементтердин жоголушу, продуктулардын булганышы, белоктун десорбциясы байкалат. Күчтү жакшыртуу үчүнбайланыштыруучу ташыгычтар алдын ала модификацияланган. Атап айтканда, материалдар металл иондору, полимерлер, гидрофобдук бирикмелер жана башка көп функциялуу агенттер менен иштетилет. Кээ бир учурларда, дары өзү өзгөртүлгөн. Бирок көп учурда бул анын активдүүлүгүнүн төмөндөшүнө алып келет.
Гельге кошуу
Бул опция уникалдуулугунан жана жөнөкөйлүгүнөн улам кеңири таралган. Бул ыкма жеке элементтер үчүн гана эмес, ошондой эле көп ферменттик комплекстер үчүн ылайыктуу. Гельге киргизүү эки жол менен жүргүзүлүшү мүмкүн. Биринчи учурда, дары мономердин суудагы эритмеси менен бириктирилет, андан кийин полимеризация жүргүзүлөт. Натыйжада клеткаларда фермент молекулаларын камтыган мейкиндик гели түзүмү пайда болот. Экинчи учурда, дары даяр полимердин эритмесинде киргизилет. Андан кийин ал гел абалына келтирилет.
Тунук структураларга кирүү
Иммобилизациялоонун бул ыкмасынын маңызы – ферменттин суудагы эритменин субстраттан бөлүү. Бул үчүн жарым өткөргүч мембрана колдонулат. Ал кофакторлордун жана субстраттардын төмөнкү молекулалык салмактуу элементтерин өткөрүүгө мүмкүндүк берет жана ферменттердин чоң молекулаларын кармап турат.
Микрокапсуляция
Тунук структураларга кыстаруунун бир нече варианттары бар. Алардын ичинен микрокапсуляция жана белоктордун липосомаларга кошулушу эң чоң кызыгууну туудурат. Биринчи вариант 1964-жылы Т. Чанг тарабынан сунушталган. Бул фермент эритмеси жабык капсулага киргизилгендигинде турат, анын дубалдары жарым өткөргүчтөн жасалган.полимер. Мембрананын бетинде пайда болушу бирикмелердин фаза аралык поликонденсация реакциясынан пайда болот. Алардын бири органикалык, экинчиси - суулуу фазада эрийт. Мисалы, май кислотасынын галогенидинин (органикалык фазасы) жана гексаметилендиамин-1, 6 (тиешелүүлүгүнө жараша суу фазасы) поликонденсациялоо жолу менен алынган микрокапсуланын пайда болушу. Мембрананын калыңдыгы микрометрдин жүздөн бир бөлүгү менен эсептелет. Капсулалардын өлчөмү жүздөгөн же ондогон микрометрлерди түзөт.
Липосомаларга кошулуу
Бул иммобилизация ыкмасы микрокапсуляцияга жакын. Липосомалар липиддик кош катмарлардын ламеллярдуу же сфералык системаларында берилет. Бул ыкма биринчи жолу 1970-жылы колдонулган. Липосомаларды липиддик эритмеден бөлүп алуу үчүн органикалык эриткич бууланат. Калган жука пленка ферменти бар суудагы эритмеде тарайт. Бул процесстин жүрүшүндө липиддик кош катмар структураларынын өз алдынча монтаждалышы пайда болот. Мындай иммобилизацияланган ферменттер медицинада абдан популярдуу. Бул молекулалардын көпчүлүгү биологиялык мембраналардын липиддик матрицасында локалдашкандыгы менен шартталган. Липосомалардагы иммобилизацияланган ферменттер медицинадагы эң маанилүү изилдөө материалы болуп саналат, бул жашоо процесстеринин схемаларын изилдөөгө жана сүрөттөөгө мүмкүндүк берет.
Жаңы облигацияларды түзүү
Ферменттер менен алып жүрүүчүлөрдүн ортосунда жаңы коваленттик чынжырларды түзүү аркылуу иммобилизациялоо өнөр жай биокатализаторлорун алуунун эң кеңири таралган ыкмасы болуп эсептелет.көздөгөн жер. Физикалык методдордон айырмаланып, бул параметр молекула менен материалдын ортосунда кайтарылгыс жана күчтүү байланышты камсыз кылат. Анын пайда болушу көбүнчө дары турукташтыруу менен коштолот. Ошону менен бирге ферменттин 1-коваленттик байланыштын алып жүрүүчүгө салыштырмалуу алыстыкта жайгашышы каталитикалык процессти ишке ашырууда белгилүү кыйынчылыктарды жаратат. Молекула материалдан кыстарма аркылуу бөлүнөт. Ал көп учурда поли- жана бифункционалдуу агенттер катары колдонулат. Атап айтканда, алар гидразин, цианоген бромид, глутардик диалэдрид, сульфурилхлорид ж. NH-(CH 2)5-CO-. Мындай кырдаалда түзүлүштө бир кошумча, бир молекула жана бир ташыгыч бар. Алардын баары коваленттик байланыштар менен байланышкан. Реакцияга элементтин каталитикалык функциясы үчүн маанилүү болбогон функционалдык топторду киргизүү зарылчылыгы принципиалдуу мааниге ээ. Ошентип, эреже катары, гликопротеиндер протеин аркылуу эмес, карбонгидрат бөлүгү аркылуу ташуучуга кошулат. Натыйжада, туруктуураак жана активдүү иммобилизацияланган ферменттер алынат.
Клеткалар
Жогоруда сүрөттөлгөн ыкмалар биокатализаторлордун бардык түрлөрү үчүн универсалдуу деп эсептелет. Аларга, башка нерселер менен катар, клеткалар, субклеткалык структуралар кирет, алардын иммобилизациясы жакында кеңири жайылган. Бул төмөнкүлөргө байланыштуу. Клеткалар иммобилизацияланганда ферменттик препараттарды бөлүп алуунун жана тазалоонун же реакцияларга кофакторлорду киргизүүнүн кереги жок. Натыйжада, бул мүмкүн болуп калаткөп баскычтуу үзгүлтүксүз процесстерди аткарган системалар.
Иммобилизацияланган ферменттерди колдонуу
Ветеринарияда, өнөр жайда жана экономиканын башка тармактарында жогоруда аталган ыкмалар менен алынган дарылар абдан популярдуу. Практикада иштелип чыккан ыкмалар организмге дары-дармектерди максаттуу жеткирүү маселелерин чечүүнү камсыз кылат. Иммобилизацияланган ферменттер минималдуу аллергендүүлүгү жана уулуулугу менен узакка созулган таасирдүү препараттарды алууга мүмкүндүк берди. Учурда илимпоздор микробиологиялык ыкмаларды колдонуу менен массаны жана энергияны биоконвертациялоо менен байланышкан маселелерди чечип жатышат. Бул арада иммобилизацияланган ферменттердин технологиясы да ишке чоң салым кошууда. Өнүгүү перспективалары бир топ кенен окшойт. Ошентип, келечекте айлана-чөйрөнүн абалына мониторинг жүргүзүү процессинде негизги ролдордун бири анализдин жаңы түрлөрүнө таандык болушу керек. Тактап айтканда, кеп биолюминесценттик жана ферменттик иммуноанассалык методдор жөнүндө болуп жатат. Лигноцеллюлоздук сырьёну кайра иштетууде прогрессивдуу ыкмалар езгече мааниге ээ. Иммобилизацияланган ферменттерди алсыз сигнал күчөткүчтөрү катары колдонсо болот. Активдүү борбор ультра үн, механикалык стресс же фитохимиялык өзгөрүүлөргө дуушар болгон ташуучунун таасири астында болушу мүмкүн.
