İmmobilizasiya edilmiş fermentlər anlayışı ilk dəfə 20-ci əsrin ikinci yarısında ortaya çıxdı. Bu arada, hələ 1916-cı ildə müəyyən edilmişdir ki, karbon üzərində sorbsiya edilmiş saxaroza öz katalitik fəaliyyətini saxlayır. 1953-cü ildə D. Schleit və N. Grubhofer həll olunmayan bir daşıyıcı ilə pepsin, amilaz, karboksipeptidaza və RNazın ilk bağlanmasını həyata keçirdi. İmmobilizasiya olunmuş fermentlər konsepsiyası 1971-ci ildə qanuniləşdirilib. Bu, mühəndislik enzimologiyası üzrə ilk konfransda baş verib. Hazırda immobilizasiya olunmuş fermentlər anlayışı 20-ci əsrin sonlarında olduğundan daha geniş mənada nəzərdən keçirilir. Gəlin bu kateqoriyaya daha yaxından nəzər salaq.
Ümumi məlumat
İmmobilizasiya olunmuş fermentlər həll olunmayan bir daşıyıcıya süni şəkildə bağlanmış birləşmələrdir. Bununla belə, onlar katalitik xüsusiyyətlərini saxlayırlar. Hazırda bu proses iki aspektdə - zülal molekullarının hərəkət azadlığının qismən və tam məhdudlaşdırılması çərçivəsində nəzərdən keçirilir.
Ləyaqət
Alimlər immobilizasiya olunmuş fermentlərin müəyyən faydalarını müəyyən ediblər. Heterojen katalizatorlar kimi fəaliyyət göstərərək, reaksiya mühitindən asanlıqla ayrıla bilərlər. Tədqiqat çərçivəsində müəyyən edilib ki, immobilizasiya olunmuş fermentlərdən istifadə təkrarlana bilər. Bağlama prosesi zamanı əlaqələr öz xüsusiyyətlərini dəyişir. Onlar substratın spesifikliyini və sabitliyini əldə edirlər. Eyni zamanda, onların fəaliyyəti ətraf mühit şəraitindən asılı olmağa başlayır. İmmobilizasiya edilmiş fermentlər davamlıdır və yüksək sabitliyə malikdir. O, məsələn, sərbəst fermentlərdən minlərlə, on minlərlə dəfə çoxdur. Bütün bunlar immobilizasiya edilmiş fermentlərin mövcud olduğu texnologiyaların yüksək effektivliyini, rəqabət qabiliyyətini və qənaətcilliyini təmin edir.
Media
J. Poratu immobilizasiyada istifadə olunacaq ideal materialların əsas xüsusiyyətlərini müəyyən etdi. Daşıyıcılarda olmalıdır:
- Hözülməzlik.
- Yüksək bioloji və kimyəvi müqavimət.
- Tez aktivləşdirmək imkanı. Daşıyıcılar asanlıqla reaktivləşməlidir.
- Əhəmiyyətli hidrofillik.
- Lazımi keçiricilik. Onun göstəricisi həm fermentlər, həm də kofermentlər, reaksiya məhsulları və substratlar üçün eyni dərəcədə məqbul olmalıdır.
Hal-hazırda bu tələblərə tam cavab verən heç bir material yoxdur. Buna baxmayaraq, praktikada immobilizasiya üçün uyğun olan daşıyıcılar istifadə olunur.xüsusi şərtlər altında müəyyən kateqoriya fermentlər.
Təsnifat
Təbiətindən asılı olaraq birləşmələrin hərəkətsizləşmiş fermentlərə çevrildiyi materiallar qeyri-üzvi və üzvi bölünür. Bir çox birləşmələrin bağlanması polimer daşıyıcılarla həyata keçirilir. Bu üzvi materiallar 2 sinfə bölünür: sintetik və təbii. Onların hər birində öz növbəsində strukturdan asılı olaraq qruplar fərqləndirilir. Qeyri-üzvi daşıyıcılar əsasən şüşədən, keramikadan, gildən, silikageldən və qara qrafitdən hazırlanmış materiallarla təmsil olunur. Materiallarla işləyərkən quru kimya üsulları məşhurdur. İmmobilizasiya olunmuş fermentlər daşıyıcıların titan, alüminium, sirkonium, hafnium oksidləri ilə örtülməsi və ya üzvi polimerlərlə emal edilməsi ilə əldə edilir. Materialların mühüm üstünlüyü regenerasiya asanlığıdır.
Protein daşıyıcıları
Ən məşhurları lipid, polisaxarid və protein materiallarıdır. Sonuncular arasında struktur polimerləri vurğulamağa dəyər. Bunlara ilk növbədə kollagen, fibrin, keratin və jelatin daxildir. Belə zülallar təbii mühitdə geniş yayılmışdır. Onlar sərfəli və qənaətcildir. Bundan əlavə, onlar bağlama üçün çox sayda funksional qrupa malikdirlər. Zülallar bioloji parçalana bilir. Bu, immobilizasiya olunmuş fermentlərin tibbdə istifadəsini genişləndirməyə imkan verir. Bu arada zülallar da mənfi xüsusiyyətlərə malikdir. Zülal daşıyıcılarında immobilizasiya olunmuş fermentlərdən istifadənin mənfi cəhətləri sonuncunun yüksək immunogenliyi, həmçininonların yalnız müəyyən qruplarını reaksiyalara daxil etmək bacarığı.
Polisaxaridlər, aminosaxaridlər
Bu materiallardan ən çox xitin, dekstran, sellüloza, agaroza və onların törəmələri istifadə olunur. Polisaxaridləri reaksiyalara daha davamlı etmək üçün onların xətti zəncirləri epixlorohidrinlə çarpaz bağlıdır. Müxtəlif ionogen qruplar şəbəkə strukturlarına sərbəst şəkildə daxil edilir. Xitin karides və xərçənglərin sənaye emalı zamanı tullantı kimi böyük miqdarda toplanır. Bu maddə kimyəvi maddələrə davamlıdır və yaxşı müəyyən edilmiş məsaməli quruluşa malikdir.
Sintetik polimerlər
Bu materiallar qrupu çox müxtəlifdir və əlçatandır. Buraya akril turşusu, stirol, polivinil spirt, poliuretan və poliamid polimerlərinə əsaslanan polimerlər daxildir. Onların əksəriyyəti mexaniki cəhətdən güclüdür. Transformasiya prosesində onlar müxtəlif funksional qrupları təqdim edərək, məsamə ölçüsünü kifayət qədər geniş diapazonda dəyişmək imkanını təmin edir.
Birləşdirmə Metodları
Hazırda immobilizasiya üçün iki əsas fərqli variant var. Birincisi, daşıyıcı ilə kovalent bağları olmayan birləşmələr əldə etməkdir. Bu üsul fizikidir. Başqa bir seçim, materialla kovalent bağın ortaya çıxmasını əhatə edir. Bu kimyəvi üsuldur.
Adsorbsiya
Onun köməyi ilə dərmanı daşıyıcının səthində tutaraq immobilizasiya olunmuş fermentlər əldə edilir.dispersiya, hidrofobik, elektrostatik qarşılıqlı təsirlər və hidrogen bağları. Adsorbsiya elementlərin hərəkətliliyini məhdudlaşdırmağın ilk yolu idi. Ancaq indi də bu seçim aktuallığını itirməmişdir. Üstəlik, adsorbsiya sənayedə ən çox yayılmış immobilizasiya üsulu hesab olunur.
Metodun xüsusiyyətləri
Elmi nəşrlər adsorbsiya üsulu ilə əldə edilən 70-dən çox fermenti təsvir edir. Daşıyıcılar əsasən məsaməli şüşələr, müxtəlif gillər, polisaxaridlər, alüminium oksidləri, sintetik polimerlər, titan və digər metallar idi. Sonuncular ən çox istifadə olunur. Dərmanın daşıyıcı üzərində adsorbsiyasının effektivliyi materialın məsaməliliyi və xüsusi səth sahəsi ilə müəyyən edilir.
Fəaliyyət mexanizmi
Fermentin həll olunmayan materiallarda adsorbsiyası sadədir. Bu, preparatın sulu məhlulunun daşıyıcı ilə təması ilə əldə edilir. Statik və ya dinamik şəkildə keçə bilər. Ferment məhlulu təzə çöküntü ilə qarışdırılır, məsələn, titan hidroksid. Sonra qarışıq yumşaq şəraitdə qurudulur. Belə immobilizasiya zamanı ferment aktivliyi demək olar ki, 100% saxlanılır. Eyni zamanda, xüsusi konsentrasiya daşıyıcının qramı üçün 64 mq-a çatır.
Mənfi anlar
Adsorbsiyanın çatışmazlıqlarına fermenti və daşıyıcını bağlayarkən aşağı güc daxildir. Reaksiya şəraitinin dəyişməsi prosesində elementlərin itirilməsi, məhsulların çirklənməsi, zülalın desorbsiyasını qeyd etmək olar. Gücü artırmaq üçünbağlayıcı daşıyıcılar əvvəlcədən dəyişdirilmişdir. Xüsusilə, materiallar metal ionları, polimerlər, hidrofobik birləşmələr və digər çoxfunksiyalı maddələrlə işlənir. Bəzi hallarda dərmanın özü dəyişdirilir. Lakin çox vaxt bu, onun fəaliyyətinin azalmasına səbəb olur.
Gelin tərkibinə daxil
Bu seçim öz unikallığına və sadəliyinə görə kifayət qədər geniş yayılmışdır. Bu üsul yalnız fərdi elementlər üçün deyil, həm də çox ferment kompleksləri üçün uyğundur. Gelin tərkibinə daxil edilməsi iki yolla həyata keçirilə bilər. Birinci halda, dərman monomerin sulu bir həlli ilə birləşdirilir, bundan sonra polimerləşmə aparılır. Nəticədə hüceyrələrdə ferment molekullarını ehtiva edən məkan gel quruluşu meydana çıxır. İkinci halda, dərman hazır polimerin məhluluna daxil edilir. Sonra gel vəziyyətinə salınır.
Şəffaf strukturlara müdaxilə
Bu immobilizasiya metodunun mahiyyəti fermentin sulu məhlulunun substratdan ayrılmasından ibarətdir. Bunun üçün yarı keçirici bir membran istifadə olunur. O, kofaktorların və substratların aşağı molekulyar çəki elementlərinin keçməsinə imkan verir və böyük ferment molekullarını saxlayır.
Mikrokapsulyasiya
Şəffaf strukturlara yerləşdirmənin bir neçə variantı var. Bunlardan mikrokapsulyasiya və zülalların liposomlara daxil edilməsi ən böyük maraq kəsb edir. Birinci variant 1964-cü ildə T. Çanq tərəfindən təklif edilmişdir. Bu, ferment məhlulunun divarları yarı keçiricidən hazırlanmış qapalı bir kapsula daxil olmasından ibarətdir.polimer. Səthdə bir membranın görünüşü birləşmələrin fazalərarası polikondensasiya reaksiyasından qaynaqlanır. Onlardan biri üzvi, digəri isə sulu fazada həll olunur. Buna misal olaraq yağ turşusu halidinin (üzvi faza) və heksametilendiamin-1, 6-nın (müvafiq olaraq sulu faza) polikondensasiyası nəticəsində əldə edilən mikrokapsülün əmələ gəlməsini göstərmək olar. Membran qalınlığı mikrometrin yüzdə biri ilə hesablanır. Kapsulların ölçüsü yüzlərlə və ya onlarla mikrometrdir.
Liposomlara daxil olma
Bu immobilizasiya üsulu mikrokapsulyasiyaya yaxındır. Liposomlar lipid ikiqatlı təbəqəli və ya sferik sistemlərdə təqdim olunur. Bu üsul ilk dəfə 1970-ci ildə istifadə edilmişdir. Liposomları lipid məhlulundan təcrid etmək üçün üzvi həlledici buxarlanır. Qalan nazik film fermentin mövcud olduğu sulu bir həlldə səpələnir. Bu proses zamanı lipid ikiqatlı strukturların öz-özünə yığılması baş verir. Belə immobilizasiya olunmuş fermentlər tibbdə kifayət qədər populyardır. Bu, molekulların əksəriyyətinin bioloji membranların lipid matrisində lokallaşdırılmış olması ilə bağlıdır. Liposomlara daxil olan immobilizasiya olunmuş fermentlər tibbdə həyati proseslərin nümunələrini öyrənməyə və təsvir etməyə imkan verən ən mühüm tədqiqat materialıdır.
Yeni istiqrazların formalaşması
Fermentlər və daşıyıcılar arasında yeni kovalent zəncirlər yaratmaqla immobilizasiya sənaye biokatalizatorlarının alınması üçün ən geniş yayılmış üsul hesab olunur.təyinat. Fiziki üsullardan fərqli olaraq, bu seçim molekul və material arasında geri dönməz və güclü bir əlaqə təmin edir. Onun formalaşması tez-tez dərmanın stabilləşməsi ilə müşayiət olunur. Eyni zamanda fermentin daşıyıcıya nisbətən 1-ci kovalent rabitədən uzaqda yerləşməsi katalitik prosesin həyata keçirilməsində müəyyən çətinliklər yaradır. Molekul əlavə vasitəsi ilə materialdan ayrılır. Çox vaxt poli və bifunksional agentlər kimi istifadə olunur. Xüsusilə, onlar hidrazin, sianogen bromid, qlutarik dialhedrid, kükürd xlorid və s. Məsələn, qalaktosiltransferazanı çıxarmaq üçün daşıyıcı ilə ferment -CH2- arasına aşağıdakı ardıcıllıq daxil edilir. NH-(CH 2)5-CO-. Belə bir vəziyyətdə quruluşda bir insert, bir molekul və bir daşıyıcı mövcuddur. Onların hamısı kovalent bağlarla bağlıdır. Elementin katalitik funksiyası üçün vacib olmayan funksional qrupların reaksiyaya daxil edilməsi zərurəti fundamental əhəmiyyət kəsb edir. Beləliklə, bir qayda olaraq, qlikoproteinlər daşıyıcıya zülal vasitəsilə deyil, karbohidrat hissəsi vasitəsilə bağlanır. Nəticədə daha stabil və aktiv immobilizasiya olunmuş fermentlər əldə edilir.
Hüceyrələr
Yuxarıda təsvir edilən üsullar bütün növ biokatalizatorlar üçün universal hesab olunur. Bunlara, digər şeylər arasında, son vaxtlar immobilizasiyası geniş yayılmış hüceyrələr, subcellular strukturlar daxildir. Bu, aşağıdakılarla bağlıdır. Hüceyrələr immobilizasiya edildikdə, ferment preparatlarını təcrid etmək və təmizləmək və ya reaksiyalara kofaktorları daxil etmək lazım deyil. Nəticədə mümkün olurçoxmərhələli davamlı prosesləri həyata keçirən sistemlər.
İmmobilizasiya edilmiş fermentlərin istifadəsi
Baytarlıqda, sənayedə və digər iqtisadi sektorlarda yuxarıda göstərilən üsullarla əldə edilən dərmanlar kifayət qədər populyardır. Təcrübədə işlənmiş yanaşmalar orqanizmdə dərmanların məqsədyönlü çatdırılması problemlərinin həllini təmin edir. İmmobilizasiya edilmiş fermentlər minimal allergenlik və toksiklik ilə uzunmüddətli təsirli dərmanlar əldə etməyə imkan verdi. Hazırda alimlər mikrobioloji yanaşmalardan istifadə etməklə kütlə və enerjinin bioçevrilməsi ilə bağlı problemləri həll edirlər. Bu arada, immobilizasiya edilmiş fermentlərin texnologiyası da işə əhəmiyyətli töhfə verir. İnkişaf perspektivləri kifayət qədər geniş görünür. Beləliklə, gələcəkdə ətraf mühitin vəziyyətinin monitorinqi prosesində əsas rollardan biri yeni təhlil növlərinə aid edilməlidir. Xüsusilə, söhbət bioluminescent və ferment immunoassay üsullarından gedir. Qabaqcıl yanaşmalar liqnoselülozlu xammalın emalı zamanı xüsusi əhəmiyyət kəsb edir. İmmobilizasiya edilmiş fermentlər zəif siqnal gücləndiriciləri kimi istifadə edilə bilər. Aktiv mərkəz ultrasəs, mexaniki stress və ya fitokimyəvi dəyişikliklərə məruz qalan daşıyıcının təsiri altında ola bilər.
