Иммобилизованные биокатализаторы

Инженерная энзимология – разработка биотехнологических процессов, в каких употребляются каталитическое действие ферментов, выделенных из состава био систем либо находящихся в клеточках, искусственно лишенных возможности роста. В базе инженерной энзимологии лежит применение иммобилизованных ферментов либо ферментных систем. В живых системах ферменты способны работать довольно долгое время без существенных утрат активности. В индустрии при использовании Иммобилизованные биокатализаторы ферментных препаратов, ферменты, обычно, инактивируются после разового использования. С одной стороны, это разъясняется тем, что в клеточках ферменты находятся в иммобилизованном состоянии и, не считая того, производственным циклом – действие фермента и следующее выделение продукта, в процессе которого, фермент инактивируется и нередко является балластом, загрязняющим мотивированной продукт. Одним из Иммобилизованные биокатализаторы методов решения этой препядствия является иммобилизация фермента либо ферментного продукта, т.е. перевод его в нерастворимое состояние с сохранением (частичным либо полным) каталитической активности. Этого можно достигнуть: закреплением фермента снутри либо на поверхности нерастворимого носителя; внутримолекулярной либо межмолекулярной сшивкой белковых молекул низкомолекулярными бифункциональными агентами; присоединением к растворимому Иммобилизованные биокатализаторы полимеру; ограничением подвижности фермента при помощи мембран. В общем виде иммобилизованный фермент представляет систему, состоящую из трёх частей: фермент (Ф); носитель (Н); связывающий агент (С).

В 1916 г. Гриффином был получен 1-ый иммобилизованный фермент – инвертаза адсорбированная на активированном угле. В 1939 г. Пфанмюллер и Шлейт получили 1-ый патент на пектолитические ферменты иммобилизованные Иммобилизованные биокатализаторы на древесных опилках, а в 1953 г. Шлейтом был разработан способ ковалентного связывания фермента и носителя.

На I конференции по инженерной энзимологии (США, 1971 г.) было дано определение иммобилизованным ферментам. Это препараты ферментов, связанные на нерастворимых носителях. Более обширное определение – ограничение движения белковых молекул либо их фрагментов в пространстве внутри- и Иммобилизованные биокатализаторы межмолекулярными сшивками низкомолекулярными бифункциональными агентами либо их присоединением к растворимому полимеру.

К преимуществам иммобилизованных ферментов и ферментных препаратов можно отнести:

-возможность отделения фермента от среды, содержащей продукты катализируемой реакции), для его повторного использования;

-непрерывность и возможность регуляции процесса;

-увеличение стабильности фермента (технологичность), хотя иммобилизация нередко понижает активность фермента Иммобилизованные биокатализаторы (до 70% для ковалентных способов иммобилизации);

-целенаправленное изменение параметров ферментов по стабильности, рН, температуре, быстроты реакции и специфики (в особенности для макромолекулярного субстрата).

Носители для иммобилизации. Носители разделяются на последующие группы: органические (полимерные и низкомолекулярные); неорганические.

Органические носители разделяются на природные и синтетические. К природным носителям относятся полисахаридные, белковые и липидные. Синтетические систематизируют Иммобилизованные биокатализаторы в согласовании со строением основной цепи углеродного скелета (полиметиленовые, полиамидные и полиэфирные). К носителям предъявляют последующие требования, обусловленные как способом иммобилизации, так и качествами ферментов: доступность; гидрофильность; инертность; связь меж носителем и ферментом не должна затрагивать активный центр фермента; носитель и фермент обязаны иметь разноименные заряды Иммобилизованные биокатализаторы; носители обязаны иметь огромную площадь поверхности (уменьшение размера носителя наращивает количество фиксируемого на его поверхности фермента); содержать реакционно-способные группы.

Более обширно употребляются природные – полисахаридные (нативные и измененные) и синтетические носители. Из полисахаридов нередко используют: целлюлозу; декстран; агарозу и их производные (АЭЦ-, ДЭАЭ-целлюлозу, фосфорилцеллюлозу (OPO3H2-), КМЦ (О-СН2-СООН Иммобилизованные биокатализаторы), аминобензилцеллюлозу, сшитые эпихлоргидрином декстраны – сефадексы, карбоксиметилсефадекс, ДЭАЭ-сефадексы, карбоксиметил- и сульфометилсефадексы, фенилсефарозу и т.д.). Употребляют также агар, альгинаты, гепарин (углеводные цепи представлены сульфатированными остатками D-глюкуроновой кислоты и сульфатированными остатками глюкозамина). Из природных носителей, используемых в медицине можно отметить также белки (коллаген и фибрин).

Из синтетических Иммобилизованные биокатализаторы носителей обширно употребляют носители на базе промышленных марок ионообменных смол, а конкретно полимеры на базе стирола и дивинилбензола (Дауэкс, Амберлит), которые характеризуются высочайшей механической прочностью, стабильностью и нерастворимостью. К недочету их можно отнести то, что они имеют гидрофобную поверхность. Потому их видоизменят (вводят ангидридные группы). К примеру, сополимеризуют малеиновый Иммобилизованные биокатализаторы ангидрид со стиролом, с дополнительной поперечной сшивкой углеродных цепей гексаметилендиамином. Не считая того, употребляют носители на базе полиакрилатов. К примеру, полиакриламидный гель (ПААГ), который дополнительно сшит N,N-метилен-бис-акриламидом: (биогели, энзакрилы и акрилексы). Сделаны и смешанные носители на базе акриламида и агарозы (ультрогели), сополимеры акриламида и малеинового Иммобилизованные биокатализаторы альдегида, метакриловой кислоты и т.д.

Органические низкомолекулярные носители:

а) липиды (лецитин, фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин);

в) синтетические аналоги липидов (ПАВ): бис-2-этилгексиловый эфир натриевой соли сульфоянтарной кислоты (анионные ПАВ); цетилтриметиламмонийбромид (катионные ПАВ); тритон Х-100 (поли (9-10) оксиэтилена октилфениловый эфир (неионогенные ПАВ); алкилдиметилкарбоксибетаин (цвиттерионные).

Употребляют также твины (оксиэтилированные эфиры ангидросорбита и ЖК: 40 – пальмитоил Иммобилизованные биокатализаторы, 60 – стероил и 80 – олеил)

Из неорганических носителей можно отметить носители на базе: синтетических кремнезёмных сорбентов; металлов и их окислов (Fe, Al, Ni, Mn, Ti и Sn); глины, керамики, природные минералы, песок, активированный уголь.

Более нередко применяю носители на базе макропористых стекол и силикагелей. Недочетами их являются: завышенная растворимость при больших Иммобилизованные биокатализаторы рН смесей; малая механическая крепкость; неспецифическая адсорбция. Их видоизменят для уменьшения растворимости так, чтоб на поверхности создавалась пленка окислов металлов (Zr, Al и Ti). Главными плюсами неорганических носителей являются: низкая цена; возможность варьирования составом; высочайшая крепкость.

Методы иммобилизации ферментов. Причины, учитываемые при иммобилизации:

-природа многофункциональных групп белковых Иммобилизованные биокатализаторы молекул;

-характеристика катализируемой реакции (природа субстрата);

-положение активного центра;

-наличие (отсутствие) простетических групп и других небелковых компонент.

Физические и хим методы иммобилизации. К физическим методам относятся адсорбционные и механические. В первом случае, закрепление фермента на носителе происходит на его поверхности за счёт электростатических, гидрофобных, водородных связей и дисперсионных взаимодействий. Главное достоинство Иммобилизованные биокатализаторы данного способа – возможность регенерации. Механические способы основаны на включении фермента (ферментного продукта) в гель, нанокапсулы, волокна, мембраны, двухфазные системы и т.д.

Физические способы более нередко используются в индустрии. В качестве носителей в данном случае употребляют природные полимеры, полистиролы, полиакриламиды, ПАВ, неорганические носители. При помощи данного способа получены иммобилизованные Иммобилизованные биокатализаторы амилазы, β-галактозидаза, глюкоамилаза, глюкозоизомераза, липазы, целлюлазы, каталаза и т.д.

Хим способы основаны на прикреплении фермента к носителю при помощи ковалентных связей. Преимуществами данной группы способов являются: крепкость при разных рН, температуре (фермент не вымывается); возможность конфигурации параметров фермента (специфика, активность, стабильность); наименьшее воздействие матрицы на фермент. К недочетам относятся Иммобилизованные биокатализаторы: частичная инактивация фермента при иммобилизации; сложность закрепления ферментов, имеющих кофакторы и субъединичное строение.

Методы прикрепления: Н – С – Ф; Н – Ф; С – Ф (Ф – С – Ф). В качестве сшивающих агентов употребляют глутаровый альдегид, галогенцианы (бромциан), изоцианиды, п-нитробензоилхлорид и др. Нередко перед присоединением белка к носителю белок и носитель активируют Иммобилизованные биокатализаторы, т.е. вводят реакционно-способные группы, по которым и будет в предстоящем выполняться сшивание.

При помощи хим способа иммобилизованы алкогольдегидрогеназа, щелочная фосфатаза, каталаза, глюкозооксидаза, ксантиноксидаза, инвертаза и ряд других ферментов.

Современное направление иммобилизации ферментов и ферментных препаратов – иммобилизация целых клеток микробов, растений и животных как полиферментных систем.


imperiya-rossijskaya-imperiya-referat.html
imperskaya-grafinya-gizela.html
implantologiya.html