Hareketsizleştirilmiş enzimler kavramı ilk olarak 20. yüzyılın ikinci yarısında ortaya çıktı. Bu arada, 1916'da karbon üzerinde emilen sakarozun katalitik aktivitesini koruduğu bulundu. 1953'te D. Schleit ve N. Grubhofer, pepsin, amilaz, karboksipeptidaz ve RNaz'ın çözünmeyen bir taşıyıcı ile ilk bağlanmasını gerçekleştirdi. Hareketsizleştirilmiş enzimler kavramı 1971'de yasallaştırıldı. Bu, mühendislik enzimolojisi üzerine ilk konferansta gerçekleşti. Günümüzde immobilize enzimler kavramı, 20. yüzyılın sonunda olduğundan daha geniş bir anlamda ele alınmaktadır. Gelin bu kategoriye daha yakından bakalım.
Genel bilgi
Hareketsizleştirilmiş enzimler, çözünmeyen bir taşıyıcıya yapay olarak bağlanan bileşiklerdir. Ancak, katalitik özelliklerini korurlar. Şu anda, bu süreç iki açıdan ele alınmaktadır - protein moleküllerinin hareket özgürlüğünün kısmi ve tam olarak sınırlandırılması çerçevesinde.
Onur
Bilim adamları, hareketsizleştirilmiş enzimlerin belirli faydalarını belirlediler. Heterojen katalizörler olarak hareket ederek reaksiyon ortamından kolayca ayrılabilirler. Araştırma kapsamında immobilize enzimlerin kullanımının tekrarlanabileceği tespit edildi. Bağlama işlemi sırasında bağlantılar özelliklerini değiştirir. Substrat spesifikliği ve stabilite kazanırlar. Aynı zamanda, faaliyetleri çevresel koşullara bağlı olmaya başlar. Hareketsizleştirilmiş enzimler dayanıklıdır ve yüksek derecede stabiliteye sahiptir. Örneğin, serbest enzimlerinkinden binlerce, on binlerce kez daha büyüktür. Bütün bunlar, immobilize enzimlerin bulunduğu teknolojilerin yüksek verimliliğini, rekabet gücünü ve ekonomisini sağlar.
Medya
J. Poratu, immobilizasyonda kullanılacak ideal malzemelerin temel özelliklerini belirledi. Taşıyıcıların sahip olması gerekenler:
- Çözünmezlik.
- Yüksek biyolojik ve kimyasal direnç.
- Hızlı etkinleştirme yeteneği. Taşıyıcılar kolayca reaktif hale gelmelidir.
- Önemli hidrofilik.
- Gerekli geçirgenlik. Göstergesi hem enzimler hem de koenzimler, reaksiyon ürünleri ve substratlar için eşit derecede kabul edilebilir olmalıdır.
Şu anda bu gereksinimleri tam olarak karşılayan bir malzeme yok. Bununla birlikte pratikte immobilizasyona uygun taşıyıcılar kullanılmaktadır.belirli koşullar altında belirli enzim kategorisi.
Sınıflandırma
Doğalarına bağlı olarak, bileşiklerin immobilize enzimlere dönüştürüldüğü malzemeler inorganik ve organik olarak ayrılır. Birçok bileşiğin bağlanması polimerik taşıyıcılar ile gerçekleştirilir. Bu organik maddeler sentetik ve doğal olmak üzere 2 sınıfa ayrılır. Her birinde, sırayla, yapıya bağlı olarak gruplar ayırt edilir. İnorganik taşıyıcılar esas olarak cam, seramik, kil, silika jel ve grafit siyahından yapılmış malzemelerle temsil edilir. Malzemelerle çalışırken kuru kimya yöntemleri popülerdir. Hareketsizleştirilmiş enzimler, taşıyıcıların titanyum, alüminyum, zirkonyum, hafniyum oksitlerden oluşan bir filmle kaplanmasıyla veya organik polimerlerle işlenerek elde edilir. Malzemelerin önemli bir avantajı rejenerasyon kolaylığıdır.
Protein taşıyıcıları
En popülerleri lipid, polisakkarit ve protein malzemeleridir. İkincisi arasında yapısal polimerleri vurgulamaya değer. Bunlar öncelikle kollajen, fibrin, keratin ve jelatin içerir. Bu tür proteinler, doğal ortamda yaygın olarak dağıtılır. Uygun fiyatlı ve ekonomiktirler. Ek olarak, bağlanma için çok sayıda fonksiyonel gruba sahiptirler. Proteinler biyolojik olarak parçalanabilir. Bu, tıpta hareketsizleştirilmiş enzimlerin kullanımının genişletilmesine izin verir. Bu arada proteinlerin de olumsuz özellikleri vardır. Protein taşıyıcıları üzerinde hareketsizleştirilmiş enzimlerin kullanılmasının dezavantajları, ikincisinin yüksek immünojenisitesinin yanı sıra,sadece belirli grupları reaksiyona sokma yeteneği.
Polisakaritler, aminosakaritler
Bu malzemelerden kitin, dekstran, selüloz, agaroz ve türevleri en sık kullanılır. Polisakkaritleri reaksiyonlara daha dirençli hale getirmek için lineer zincirleri epiklorohidrin ile çapraz bağlanır. Çeşitli iyonojenik gruplar, ağ yapılarına serbestçe dahil edilir. Chitin, karides ve yengeçlerin endüstriyel işlenmesi sırasında atık olarak büyük miktarlarda birikir. Bu madde kimyasallara dayanıklıdır ve iyi tanımlanmış gözenekli bir yapıya sahiptir.
Sentetik polimerler
Bu malzeme grubu çok çeşitlidir ve erişilebilirdir. Akrilik asit, stiren, polivinil alkol, poliüretan ve poliamid polimerlerine dayalı polimerler içerir. Çoğu mekanik olarak güçlüdür. Dönüşüm sürecinde, oldukça geniş bir aralıkta gözenek boyutunu değiştirme imkanı sağlayarak çeşitli fonksiyonel gruplar sunarlar.
Bağlama Yöntemleri
Şu anda, immobilizasyon için temelde farklı iki seçenek vardır. Birincisi, taşıyıcı ile kovalent bağları olmayan bileşikler elde etmektir. Bu yöntem fizikseldir. Başka bir seçenek, malzeme ile bir kovalent bağın ortaya çıkmasını içerir. Bu kimyasal bir yöntemdir.
Adsorpsiyon
Bunun yardımıyla ilaç taşıyıcı yüzeyinde tutularak immobilize enzimler elde edilir.dispersiyon, hidrofobik, elektrostatik etkileşimler ve hidrojen bağları. Adsorpsiyon, elementlerin hareketliliğini sınırlamanın ilk yoluydu. Ancak, şimdi bile bu seçenek alaka düzeyini kaybetmedi. Ayrıca, adsorpsiyon sektördeki en yaygın immobilizasyon yöntemi olarak kabul edilir.
Yöntemin özellikleri
Bilimsel yayınlar, adsorpsiyon yöntemiyle elde edilen 70'den fazla enzimi açıklar. Taşıyıcılar esas olarak gözenekli cam, çeşitli killer, polisakkaritler, alüminyum oksitler, sentetik polimerler, titanyum ve diğer metallerdi. İkincisi en yaygın olarak kullanılanlardır. İlacın taşıyıcı üzerinde adsorpsiyonunun etkinliği, malzemenin gözenekliliği ve spesifik yüzey alanı ile belirlenir.
Eylem mekanizması
Çözünmeyen malzemeler üzerinde enzim adsorpsiyonu basittir. İlacın sulu bir çözeltisinin taşıyıcı ile temasıyla elde edilir. Statik veya dinamik bir şekilde geçebilir. Enzim çözeltisi, örneğin titanyum hidroksit gibi taze tortu ile karıştırılır. Bileşik daha sonra yumuşak koşullar altında kurutulur. Bu tür hareketsizleştirme sırasında enzim aktivitesi neredeyse %100 oranında korunur. Aynı zamanda, spesifik konsantrasyon, taşıyıcının gramı başına 64 mg'a ulaşır.
Olumsuz anlar
Adsorpsiyonun dezavantajları, enzim ve taşıyıcıyı bağlarken düşük mukavemet içerir. Reaksiyon koşullarını değiştirme sürecinde element kaybı, ürünlerin kontaminasyonu ve protein desorpsiyonu not edilebilir. Gücü artırmak içinbağlayıcı taşıyıcılar önceden modifiye edilmiştir. Özellikle, malzemeler metal iyonları, polimerler, hidrofobik bileşikler ve diğer çok işlevli maddeler ile işlenir. Bazı durumlarda, ilacın kendisi değiştirilir. Ancak çoğu zaman bu, aktivitesinde bir azalmaya yol açar.
Jele dahil etme
Bu seçenek, benzersizliği ve basitliği nedeniyle oldukça yaygındır. Bu yöntem sadece tek tek elementler için değil, aynı zamanda çoklu enzim kompleksleri için de uygundur. Jel içine ekleme iki şekilde yapılabilir. İlk durumda, ilaç, monomerin sulu bir çözeltisi ile birleştirilir, ardından polimerizasyon yapılır. Sonuç olarak, hücrelerde enzim molekülleri içeren uzaysal bir jel yapısı ortaya çıkar. İkinci durumda, ilaç bitmiş polimerin çözeltisine verilir. Daha sonra jel haline getirilir.
Yarı saydam yapılara izinsiz giriş
Bu immobilizasyon yönteminin özü, sulu bir enzim çözeltisinin substrattan ayrılmasıdır. Bunun için yarı geçirgen bir zar kullanılır. Kofaktörlerin ve substratların düşük moleküler ağırlıklı elementlerinin geçmesine izin verir ve büyük enzim moleküllerini tutar.
Mikrokapsülleme
Yarı saydam yapılara gömmek için birkaç seçenek vardır. Bunlardan mikroenkapsülasyon ve proteinlerin lipozomlara dahil edilmesi en büyük ilgi konusudur. İlk seçenek 1964'te T. Chang tarafından önerildi. Enzim çözeltisinin, duvarları yarı geçirgen olan kapalı bir kapsül içine sokulmasından oluşur.polimer. Yüzeyde bir zarın görünümü, bileşiklerin arayüzey polikondenzasyonunun reaksiyonundan kaynaklanır. Bunlardan biri organik, diğeri ise sulu fazda çözülür. Bir örnek, sebasik asit halojenürün (organik faz) ve heksametilendiamin-1,6'nın (sırasıyla sulu faz) polikondenzasyonu ile elde edilen bir mikrokapsülün oluşumudur. Membranın kalınlığı bir mikrometrenin yüzde biri olarak hesaplanır. Kapsüllerin boyutu yüzlerce veya onlarca mikrometredir.
lipozomlara dahil etme
Bu immobilizasyon yöntemi mikroenkapsülasyona yakındır. Lipozomlar, katmanlı veya küresel lipid çift katman sistemlerinde sunulur. Bu yöntem ilk olarak 1970'de kullanıldı. Lipozomları bir lipid çözeltisinden izole etmek için organik çözücü buharlaştırılır. Kalan ince film, içinde enzimin bulunduğu sulu bir çözelti içinde dağıtılır. Bu işlem sırasında, lipid çift katmanlı yapıların kendi kendine toplanması meydana gelir. Bu tür hareketsizleştirilmiş enzimler tıpta oldukça popülerdir. Bunun nedeni, moleküllerin çoğunun biyolojik zarların lipid matrisinde lokalize olmasıdır. Lipozomlarda bulunan immobilize enzimler, tıptaki en önemli araştırma materyalidir ve bu da hayati süreçlerin modellerini incelemeyi ve tanımlamayı mümkün kılar.
Yeni bağların oluşumu
Enzimler ve taşıyıcılar arasında yeni kovalent zincirler oluşturarak immobilizasyon, endüstriyel biyokatalizör elde etmek için en yaygın yöntem olarak kabul edilir.varış noktası. Fiziksel yöntemlerden farklı olarak bu seçenek, molekül ve malzeme arasında geri dönüşü olmayan ve güçlü bir bağ sağlar. Oluşumuna genellikle ilaç stabilizasyonu eşlik eder. Aynı zamanda, enzimin taşıyıcıya göre 1. kovalent bağın mesafesindeki konumu, katalitik işlemin uygulanmasında bazı zorluklar yaratır. Molekül, bir insert vasıtasıyla malzemeden ayrılır. Genellikle çok ve iki işlevli ajanlar olarak kullanılır. Özellikle, bunlar hidrazin, siyanojen bromür, glutarik dialhedrid, sülfüril klorür, vb.'dir. Örneğin, galaktosiltransferazı çıkarmak için, taşıyıcı ve enzim -CH2- arasına aşağıdaki dizi eklenir. NH-(CH 2)5-CO-. Böyle bir durumda yapıda bir insert, bir molekül ve bir taşıyıcı bulunur. Hepsi kovalent bağlarla bağlanır. Temel öneme sahip olan, elementin katalitik işlevi için gerekli olmayan reaksiyon fonksiyonel gruplarının dahil edilmesi ihtiyacıdır. Bu nedenle, kural olarak, glikoproteinler taşıyıcıya protein yoluyla değil, karbonhidrat kısmı aracılığıyla bağlanır. Sonuç olarak daha stabil ve aktif immobilize enzimler elde edilir.
Hücreler
Yukarıda açıklanan yöntemlerin her tür biyokatalizör için evrensel olduğu kabul edilir. Bunlar, diğer şeylerin yanı sıra, immobilizasyonu son zamanlarda yaygınlaşan hücreler, hücre altı yapıları içerir. Bu aşağıdakilerden kaynaklanmaktadır. Hücreler hareketsiz hale getirildiğinde, enzim preparatlarını izole etmeye ve saflaştırmaya veya kofaktörleri reaksiyonlara sokmaya gerek yoktur. Sonuç olarak, mümkün hale gelirçok aşamalı sürekli süreçleri yürüten sistemler.
Hareketsizleştirilmiş enzimlerin kullanımı
Veterinerlik, endüstri ve diğer ekonomik sektörlerde, yukarıdaki yöntemlerle elde edilen ilaçlar oldukça popülerdir. Uygulamada geliştirilen yaklaşımlar, vücutta hedeflenen ilaç salım sorunlarına çözüm sağlar. Hareketsizleştirilmiş enzimler, minimum alerjenite ve toksisite ile uzun süreli etki gösteren ilaçların elde edilmesini mümkün kılmıştır. Şu anda bilim adamları, mikrobiyolojik yaklaşımlar kullanarak kütle ve enerjinin biyolojik dönüşümü ile ilgili sorunları çözüyorlar. Bu arada immobilize enzim teknolojisi de çalışmaya önemli katkı sağlıyor. Gelişme beklentileri oldukça geniş görünüyor. Bu nedenle, gelecekte, çevrenin durumunu izleme sürecindeki kilit rollerden biri yeni analiz türlerine ait olmalıdır. Özellikle biyolüminesan ve enzim immunoassay yöntemlerinden bahsediyoruz. Lignoselülozik hammaddelerin işlenmesinde ileri yaklaşımlar özellikle önemlidir. Hareketsizleştirilmiş enzimler, zayıf sinyal yükselticileri olarak kullanılabilir. Aktif merkez, ultrason, mekanik stres veya fitokimyasal dönüşümlere maruz kalan bir taşıyıcının etkisi altında olabilir.
