Immobilisierte Enzyme und deren Verwendung

Das Konzept der immobilisierten Enzyme entstand in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Zwischenzeit wieder in 1916 wurde festgestellt, daß auf Kohlenstoff adsorbiert Saccharose katalytische Aktivität beibehalten. Im Jahr 1953 führten D. und N. Shleyt Grubhofer aus der ersten Bindungs Pepsin, Amylase, die Carboxypeptidase und RNase an einen unlöslichen Träger. Das Konzept des immobilisierten Enzyms wurde 1971 legalisiert Es war die erste Konferenz über die Enzymtechnik. рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. Derzeit ist das Konzept des immobilisierten Enzyms in einem weiteren Sinne , als es im späten 20. Jahrhundert. Wir betrachten diese Kategorie im Detail.

Überblick

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. Und mmobilizovannye Enzyme – Verbindungen , die künstlich mit dem unlöslichen Träger verbunden sind. Zugleich behalten sie ihre katalytischen Eigenschaften. Derzeit wird dieses Verfahren in zwei Aspekten betrachtet – innerhalb der Grenzen von Teil und volle Bewegungsfreiheit von Proteinmolekülen.

Würde

. Wissenschaftler haben einige Vorteile immobilisierter Enzyme gefunden. Die als heterogene Katalysatoren, können sie leicht aus dem Reaktionsmedium abgetrennt werden. может быть многократным. Die Studien festgestellt , dass die Verwendung von immobilisierten Enzymen wiederholt werden kann. Im Prozess der bindenden Verbindungen verändern ihre Eigenschaften. Sie erwerben die Substratspezifität, Stabilität. Doch ihre Tätigkeit beginnt von den Umgebungsbedingungen abhängig zu sein. отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. Immobilisierte Enzyme sind langlebig und hohe Stabilität. Es ist mehr als zum Beispiel die des freien Enzyms in die Tausende, Zehntausende von Zeiten. All dies bietet hohe Effizienz, Wettbewerbsfähigkeit und Rentabilität der Technik, in denen Enzyme immobilisiert sind.

Träger

J .. Porath identifizierten Schlüsseleigenschaften der idealen Materialien zur Immobilisierung verwendet werden. Die Träger müssen:

1. Unlösbarkeit.
2. Hohe biologische und chemische Stabilität.
3. Kapazität für schnelle Aktivierung. Die Träger müssen leicht in eine reaktive Spezies bewegen.
4. Große hydrophil.
5. Die erforderliche Durchlässigkeit. Sein Indikator sollte für Enzyme und Coenzyme gleichermaßen akzeptabel sein, Reaktionsprodukte und Substrate.

Derzeit gibt es kein Material, das diese Anforderungen in vollem Umfang erfüllen würde. Doch in der Praxis verwendete Träger, die für die Immobilisierung von Enzymen in einer bestimmten Kategorie von besonderen Umständen geeignet sind.

Einstufung

, разделяются на неорганические и органические. Je nach der Art seines Materials, die in Verbindung mit dem die Verbindungen in immobilisierter Enzyme umgewandelt werden , werden in anorganische und organische unterteilt. Die Bindung vieler Verbindungen mit polymeren Trägern durchgeführt. Diese organischen Materialien werden in zwei Klassen unterteilt: natürliche und synthetische. In jedem von ihnen wiederum zuzuteilen Gruppen auf der Struktur abhängig. Anorganische Träger werden hauptsächlich von Glasmaterialien, Keramik, Ton, Siliciumdioxid, Graphit Ruß dargestellt. Bei der Arbeit mit Materialien beliebter Trockenchemie Methoden. Immobilisierte Enzyme werden durch Beschichten eines Trägerfilms erhalten aus Titanoxid, Aluminiumoxid, Zirkonium, Hafnium oder Verarbeitung organischen Polymeren. Ein wichtiger Vorteil der Materialien ist die Leichtigkeit der Regeneration.

Proteinträger

Die beliebtesten Lipid, Polysaccharid und Proteinmaterialien. Unter den letzteren ist es, strukturelle Polymere zur Verfügung zu stellen. Dazu gehört vor allem Kollagen, Fibrin, Keratin und Gelatine. Solche Proteine sind in der Umwelt weit verbreitet. Sie sind erhältlich und wirtschaftlich. Darüber hinaus haben sie eine große Anzahl von funktionellen Gruppen zur Verknüpfung. Proteine unterscheiden sich die biologische Abbaubarkeit. . Auf diese Weise können Sie die Verwendung von immobilisierten Enzymen in der Medizin erweitern. Inzwischen hat es Protein und negative Eigenschaften. на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. Die Nachteile von immobilisierten Enzymen an Proteinträger verwendet , ist die hohe Immunogenität der Vergangenheit, sowie die Möglichkeit , in ihrer Reaktion nur bestimmte Gruppen zu implementieren.

Polysaccharides aminosaharidy

Diese Materialien werden am häufigsten verwendet, Chitin, Dextran, Cellulose, Agarose und deren Derivate. Polysaccharide waren resistent gegenüber den Reaktionen aus linearen Ketten vernetztes Epichlorhydrin Kreuz. Die Gitterstruktur der verschiedenen ionischen Gruppen sind ganz frei eingeführt. Chitin wird in großen Mengen als Abfallprodukt in der industriellen Verarbeitung von Garnelen und Krabben angesammelt. Dieses Material unterscheidet sich chemisch beständig und hat eine gut definierte Porenstruktur.

synthetische Polymere

Diese Gruppe hat eine große Vielfalt von Materialien und Verfügbarkeit. Es schließt Polymere auf Basis von Acrylsäure, Styrol, Polyvinylalkohol, Polyurethan und Polyamid – Polymeren. Die meisten von ihnen haben unterschiedliche mechanische Festigkeit. Während der Umwandlung bieten sie die Möglichkeit, Porengröße über einen weiten Bereich unterschiedlicher, die Einführung verschiedener funktioneller Gruppen.

Bindungsmethoden

Derzeit gibt es zwei grundsätzlich verschiedene Varianten Immobilisierung. Die erste ist die Herstellung von Verbindungen ohne kovalente Bindungen mit dem Träger. Diese Methode ist physisch. Eine weitere Ausführungsform beinhaltet das Auftreten einer kovalenten Bindung mit dem Material. Diese chemischen Verfahren.

Adsorption

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. Mit ihm Enzyme , erhalten durch Retention des Medikaments auf die Trägeroberfläche aufgrund der Dispersion, hydrophobe, elektrostatische Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen immobilisiert. Adsorption ist der erste Weg, um die Mobilität von Elementen zu begrenzen. Derzeit werden jedoch diese Option hat ihre Bedeutung nicht verloren. Darüber hinaus ist die Adsorption die gebräuchlichste Methode der Immobilisierung in der Industrie angesehen.

vor allem die Art und Weise

Die wissenschaftliche Literatur beschreibt, über 70 Enzyme Adsorptionsverfahren abgeleitet. Als Träger vorteilhafterweise durchgeführt, poröses Glas, verschiedene Tone, Polysaccharide, Aluminiumoxid, synthetischen Polymeren, Titan und anderen Metallen. In diesem Fall werden diese häufiger verwendet. Die Wirksamkeit der Adsorption des Medikaments auf dem Trägermaterial wird durch die Porosität und die spezifische Oberfläche bestimmt.

Wirkmechanismus

Adsorption des Enzyms an das unlösliche Materialien ist einfach. Es wird durch Kontakt mit einer wässrigen Lösung des Arzneimittelträgers erreicht. Es kann eine statische oder dynamische Art und Weise nehmen. Die Enzymlösung wird mit dem frischen Schlamm vermischt, beispielsweise Titanhydroxid. Dann wird unter milden Bedingungen wird die Verbindung getrocknet. Die Enzymaktivität wird erhalten, wenn eine solche Immobilisierung fast 100% sind. Wenn diese erreicht eine bestimmte Konzentration von 64 mg pro Gramm Träger.

negative Aspekte

Die Nachteile umfassen geringe Adsorption Stärke der Bindung von Enzym und Träger. In dem Veränderungsprozess können Reaktionsbedingungen deutliche Verlustelemente sein, Kontamination von Produkten, die Desorption des Proteins. Um die Stärke der Bindung zu erhöhen Träger modifiziert worden ist. Insbesondere Materialien mit Metallionen, Polymeren behandelt, und anderen hydrophoben Verbindungen mit polyfunktionellen Agenzien. In einigen Fällen wird das Arzneimittel selbst Modifizierung unterzogen. Aber oft genug, führt dies zu einer Abnahme der Aktivität.

Aufnahme in das Gel

Diese Option ist durchaus üblich, aufgrund seiner Einzigartigkeit und Einfachheit. Dieses Verfahren eignet sich nicht nur für die einzelnen Elemente, sondern auch für multiehnzimnyh Komplexe. Die Aufnahme in dem Gel kann durch zwei Verfahren durchgeführt werden. Im ersten Fall wird das Arzneimittel mit einer wäßrigen Monomerlösung vereinigt, und anschließend die Polymerisation durchzuführen. Daraus ergibt sich die räumliche Struktur des Gels, die Enzymmoleküle in den Zellen enthalten. Im zweiten Fall wird das Arzneimittel in das fertige Polymer eingeführt. Es wurde dann in einen Gel-Zustand umgewandelt.

Die Einführung der durchlässigen Strukturen

Das Wesen dieser Methode besteht in der abgetrennten wässrigen Enzymlösung von dem Substrat zu immobilisieren. Es verwendet eine semipermeable Membran. Es gelangt niedermolekularen Komponenten von Kofaktoren und Substrate und hält große Enzymmoleküle.

Mikroverkapselung

Es gibt mehrere Optionen für die Einführung in die transluzente Struktur. Die interessantesten davon sind Protein Mikroverkapselung und die Aufnahme in Liposomen. Die erste Option wurde 1964 von T. Chang vorgeschlagen. Es besteht darin, daß die Enzymlösung in eine geschlossene Kapsel, deren Wände aus einem semipermeablen Polymer hergestellt werden eingeführt wird. Das Aussehen der Membranoberfläche durch die Reaktion der Verbindungen der Grenzflächenpolykondensation verursacht. in der wäßrigen Phase – eines von ihnen ist in der organischen und der anderen gelöst ist. Als Beispiel kann durch Polykondensation von Sebacinsäure Halogenid-you (organischer Phase) und 1,6-Hexamethylendiamin (bzw. die wässrige Phase) erhalten, die Bildung einer Mikrokapsel, erwähnt werden. Die Dicke der Membran wird in Hundertstel eines Mikrometers ermittelt. Der Wert der Kapseln – Hundert oder einigen zehn Mikrometer.

Aufnahme in Liposomen

Diese Methode der Immobilisierung ist in der Nähe der Mikroverkapselung. Liposome werden in lamellare oder kugelförmige Lipiddoppelschichten Systeme vorgestellt. Diese Methode wurde erstmals im Jahr 1970 F. Zur Trennung der Liposomen von der Lipid-Lösung verwendet wird, um das organische Lösungsmittel zu verdampfen. Der verbleibende dünne Film wird in einer wässrigen Lösung dispergiert, wobei das Enzym vorhanden ist. Während dieses Prozesses wird die Selbstorganisation von Lipid-Doppelschicht-Strukturen. . Sehr beliebt in diesen immobilisierten Enzyme in der Medizin. Dies ist aufgrund der Tatsache, daß die meisten der Moleküle in der Lipidmatrix von biologischen Membranen lokalisiert ist. являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. Eingeschlossen in Liposomen sind immobilisierte Enzyme in der Medizin Forschungsmaterial wichtig, Studie ermöglicht und Muster der Lebensprozesse beschreiben.

Die Bildung neuer Verbindungen

Immobilisation durch neue kovalente Ketten bilden und zwischen den nativen Enzymen wird von den meisten Massenproduktion von Biokatalysatoren für den industriellen Einsatz in Betracht gezogen. Im Gegensatz zu physischen Möglichkeiten bietet diese Option, um eine starke und unumkehrbare Bindung des Moleküls und Materials. Ihre Ausbildung wird durch eine Stabilisierung des Arzneimittels häufig begleitet. Jedoch schafft die Lage des Enzyms bei 1 Minute kovalente Bindung gegenüber dem Träger gewisse Schwierigkeiten in das katalytische Verfahren durchgeführt wird. Molekül wird aus dem Material von dem Einsatz getrennt. Wie es wirkt oft poly- und bifunktionellen Mittel. Sie sind insbesondere Hydrazin, Bromcyan, Glutaraldehyd dialgedrid, Sulfurylchlorid und so weiter. Beispielsweise für die Ableitung Galactosyltransferase Enzyms aus den Medien und die folgende Sequenz -CH ₂ -NH- (CH _{2) 5} -CO- eingeführt. In einer solchen Situation ist in der Struktur des Einsatzes und dem Trägermolekül. Alle von ihnen sind durch kovalente Bindungen verbunden sind. Von grundlegender Bedeutung ist, ist die Notwendigkeit zur Einführung funktioneller Gruppen in der Reaktion für die katalytische Funktion des Elements nicht wesentlich. Also, in der Regel sind Glykoproteine an das Trägerprotein gebunden ist nicht vorbei, und durch den Kohlenhydratanteil. Das Ergebnis ist ein stabiles und aktive immobilisierte Enzyme.

Zellen

Das oben beschriebene Verfahren gilt für alle Arten von Biokatalysatoren universell sein. Dazu gehören unter anderem umfassen Zellen, subzellulärer Strukturen, Immobilisation, die vor kurzem weit verbreitet wird. Dies ist auf den folgenden. Bei der Immobilisierung von Zellen nicht notwendig ist, zu isolieren und zu reinigen, die Enzympräparate Cofaktoren in der Reaktion umzusetzen. Als Ergebnis wird es möglich, Systeme zu erhalten, die kontinuierlich auftretenden mehrstufigen Verfahren durchzuführen.

Die Verwendung von immobilisierten Enzymen

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. In der Veterinärmedizin, die Industrie und andere Branchen sind sehr beliebt Haushalt Vorbereitungen durch die obigen Verfahren erhalten. Abgereichertes Practice-Ansätze bieten eine Lösung für die Probleme der Umsetzung der gezielten Verbreitung von Medikamenten im Körper. Immobilisierte Enzyme sind erlaubt ein lang wirkendes Arzneimittel mit minimaler Toxizität und Allergenität zu bekommen. Nun lösen die Wissenschaftler die mit Biokonversion von Masse und Energie verbundenen Probleme, mikrobiologische Ansätze. Inzwischen ist ein wesentlicher Beitrag zur Arbeit der Technologie zu machen und immobilisierten Enzyme. Entwicklungsperspektiven sind breit genug, um die Wissenschaftler. Also, auch in Zukunft eine der wichtigsten Rollen in dem Prozess der Kontrolle über die Umwelt sollte auf die neuen Arten der Analyse gehört. Insbesondere die Frage der biolumineszenten und Enzym – Immunoassays. Von besonderer Bedeutung sind die fortgeschrittenen Ansätze bei der Verarbeitung von Lignocellulose-Einsatzmaterialien. Immobilisierte Enzyme können als Verstärker von schwachen Signalen verwendet werden. Aktive Website kann unter dem Einfluss der Medien sein, die Phytochemikalien Transformationen unter Beschallung, mechanischer Stress oder ausgesetzt ist.