Koncepti i enzimave të imobilizuara u shfaq për herë të parë në gjysmën e dytë të shekullit të 20-të. Ndërkohë, në vitin 1916, u zbulua se saharoza e sorbuar në karbon ruan aktivitetin e saj katalitik. Në vitin 1953, D. Schleit dhe N. Grubhofer kryen lidhjen e parë të pepsinës, amilazës, karboksipeptidazës dhe RNase me një bartës të patretshëm. Koncepti i enzimave të imobilizuara u legalizua në vitin 1971. Kjo ndodhi në konferencën e parë për enzimologjinë inxhinierike. Aktualisht, koncepti i enzimave të imobilizuara konsiderohet në një kuptim më të gjerë sesa ishte në fund të shekullit të 20-të. Le t'i hedhim një vështrim më të afërt kësaj kategorie.
Informacion i përgjithshëm
Enzimat e imobilizuara janë komponime që lidhen artificialisht me një bartës të patretshëm. Megjithatë, ato ruajnë vetitë e tyre katalitike. Aktualisht, ky proces konsiderohet në dy aspekte - në kuadrin e kufizimit të pjesshëm dhe të plotë të lirisë së lëvizjes së molekulave të proteinave.
Dinjiteti
Shkencëtarët kanë vërtetuar disa përfitime të enzimave të imobilizuara. Duke vepruar si katalizatorë heterogjenë, ato mund të ndahen lehtësisht nga mjedisi i reagimit. Si pjesë e hulumtimit, u zbulua se përdorimi i enzimave të imobilizuara mund të përsëritet. Gjatë procesit të lidhjes, lidhjet ndryshojnë vetitë e tyre. Ata fitojnë specifikën dhe qëndrueshmërinë e substratit. Në të njëjtën kohë, aktiviteti i tyre fillon të varet nga kushtet mjedisore. Enzimat e imobilizuara janë të qëndrueshme dhe kanë një shkallë të lartë stabiliteti. Është më i madh se, për shembull, ai i enzimave të lira me mijëra, dhjetëra mijëra herë. E gjithë kjo siguron efikasitet të lartë, konkurrencë dhe ekonomi të teknologjive në të cilat janë të pranishme enzimat e imobilizuara.
Media
J. Poratu identifikoi vetitë kryesore të materialeve ideale për t'u përdorur në imobilizim. Bartësit duhet të kenë:
- Pazgjidhshmëri.
- Rezistencë e lartë biologjike dhe kimike.
- Aftësia për t'u aktivizuar shpejt. Transportuesit duhet të bëhen lehtësisht reaktivë.
- Hidrofilitet i rëndësishëm.
- Përshkueshmëria e nevojshme. Treguesi i tij duhet të jetë njëlloj i pranueshëm si për enzimat ashtu edhe për koenzimat, produktet e reaksionit dhe substratet.
Aktualisht nuk ka asnjë material që i plotëson plotësisht këto kërkesa. Sidoqoftë, në praktikë, përdoren transportues që janë të përshtatshëm për imobilizim.kategori të caktuara enzimash në kushte specifike.
Klasifikimi
Në varësi të natyrës së tyre, materialet, në lidhje me të cilat përbërjet shndërrohen në enzima të imobilizuara, ndahen në inorganike dhe organike. Lidhja e shumë përbërjeve kryhet me bartës polimerë. Këto materiale organike ndahen në 2 klasa: sintetike dhe natyrore. Në secilën prej tyre, nga ana tjetër, dallohen grupet në varësi të strukturës. Transportuesit inorganikë përfaqësohen kryesisht nga materialet e bëra prej qelqi, qeramika, b alta, xhel silicë dhe grafiti i zi. Kur punoni me materiale, metodat e kimisë së thatë janë të njohura. Enzimat e imobilizuara fitohen duke veshur bartësit me një shtresë oksidesh titani, alumini, zirkoniumi, hafniumi ose nga përpunimi me polimere organike. Një avantazh i rëndësishëm i materialeve është lehtësia e rigjenerimit.
bartës të proteinave
Më të njohurit janë materialet lipide, polisaharide dhe proteina. Ndër këto të fundit, vlen të theksohen polimerët strukturorë. Këto përfshijnë kryesisht kolagjenin, fibrinën, keratinën dhe xhelatinë. Proteinat e tilla shpërndahen gjerësisht në mjedisin natyror. Janë të përballueshme dhe ekonomike. Përveç kësaj, ata kanë një numër të madh të grupeve funksionale për lidhje. Proteinat janë të biodegradueshme. Kjo lejon zgjerimin e përdorimit të enzimave të imobilizuara në mjekësi. Ndërkohë, veti negative kanë edhe proteinat. Disavantazhet e përdorimit të enzimave të imobilizuara në mbartësit e proteinave janë imunogjeniteti i lartë i këtyre të fundit, si dheaftësia për të futur vetëm grupe të caktuara të tyre në reagime.
Polisakaridet, aminosaharidet
Nga këto materiale, më shpesh përdoren kitina, dekstrani, celuloza, agaroza dhe derivatet e tyre. Për t'i bërë polisaharidet më rezistente ndaj reaksioneve, zinxhirët e tyre linearë janë të ndërlidhur me epiklorohidrinë. Grupe të ndryshme jonogjene futen lirisht në strukturat e rrjetit. Kitina grumbullohet në sasi të mëdha si mbetje gjatë përpunimit industrial të karkalecave dhe gaforreve. Kjo substancë është rezistente ndaj kimikateve dhe ka një strukturë poroze të mirëpërcaktuar.
Polimere sintetike
Ky grup materialesh është shumë i larmishëm dhe i aksesueshëm. Ai përfshin polimere të bazuara në acid akrilik, stiren, alkool polivinil, poliuretani dhe polimere poliamide. Shumica e tyre janë mekanikisht të forta. Në procesin e transformimit, ato ofrojnë mundësinë e ndryshimit të madhësisë së poreve brenda një gamë mjaft të gjerë, duke futur grupe të ndryshme funksionale.
Metodat e lidhjes
Aktualisht, ekzistojnë dy opsione thelbësisht të ndryshme për imobilizim. E para është të përftohen komponime pa lidhje kovalente me bartësin. Kjo metodë është fizike. Një tjetër opsion përfshin shfaqjen e një lidhje kovalente me materialin. Kjo është një metodë kimike.
Adsorbimi
Me ndihmën e tij fitohen enzima të imobilizuara duke mbajtur barin në sipërfaqen e bartësit për shkak tëdispersion, ndërveprime hidrofobike, elektrostatike dhe lidhje hidrogjenore. Adsorbimi ishte mënyra e parë për të kufizuar lëvizshmërinë e elementeve. Sidoqoftë, edhe tani ky opsion nuk e ka humbur rëndësinë e tij. Për më tepër, adsorbimi konsiderohet metoda më e zakonshme e imobilizimit në industri.
Veçoritë e metodës
Botimet shkencore përshkruajnë më shumë se 70 enzima të marra me metodën e adsorbimit. Transportuesit ishin kryesisht qelqi poroz, argjila të ndryshme, polisaharide, okside alumini, polimere sintetike, titani dhe metale të tjera. Këto të fundit janë më të përdorurat. Efektiviteti i adsorbimit të barit në bartës përcaktohet nga poroziteti i materialit dhe sipërfaqja specifike.
Mekanizmi i veprimit
Adsorbimi i enzimës në materialet e patretshme është i thjeshtë. Arrihet nga kontakti i një tretësire ujore të barit me bartësin. Mund të kalojë në mënyrë statike ose dinamike. Zgjidhja e enzimës përzihet me sediment të freskët, për shembull, hidroksid titani. Përbërja më pas thahet në kushte të buta. Aktiviteti i enzimës gjatë imobilizimit të tillë mbahet me pothuajse 100%. Në të njëjtën kohë, përqendrimi specifik arrin 64 mg për gram bartës.
Momente negative
Disavantazhet e adsorbimit përfshijnë forcën e ulët kur lidh enzimën dhe bartësin. Në procesin e ndryshimit të kushteve të reagimit, mund të vërehet humbja e elementeve, ndotja e produkteve dhe desorbimi i proteinave. Për të përmirësuar forcënbartësit lidhës janë modifikuar paraprakisht. Në veçanti, materialet trajtohen me jone metalike, polimere, komponime hidrofobike dhe agjentë të tjerë shumëfunksionalë. Në disa raste, vetë ilaçi modifikohet. Por mjaft shpesh kjo çon në një ulje të aktivitetit të saj.
Përfshirja në xhel
Ky opsion është mjaft i zakonshëm për shkak të veçantisë dhe thjeshtësisë së tij. Kjo metodë është e përshtatshme jo vetëm për elementë individualë, por edhe për komplekse me shumë enzima. Inkorporimi në xhel mund të bëhet në dy mënyra. Në rastin e parë, ilaçi kombinohet me një zgjidhje ujore të monomerit, pas së cilës kryhet polimerizimi. Si rezultat, shfaqet një strukturë hapësinore e xhelit, që përmban molekula enzimë në qeliza. Në rastin e dytë, ilaçi futet në tretësirën e polimerit të përfunduar. Më pas vendoset në një gjendje xhel.
Ndërhyrje në strukturat e tejdukshme
Thelbi i kësaj metode të imobilizimit është ndarja e një solucioni ujor enzimë nga substrati. Për këtë, përdoret një membranë gjysmë e përshkueshme. Ai lejon që elementët me peshë të ulët molekulare të kofaktorëve dhe substrateve të kalojnë dhe ruan molekula të mëdha enzimash.
Mikroekapsulim
Ka disa opsione për futjen në strukturat e tejdukshme. Nga këto, mikroekapsulimi dhe inkorporimi i proteinave në liposome janë me interesin më të madh. Opsioni i parë u propozua në 1964 nga T. Chang. Ai konsiston në faktin se tretësira e enzimës futet në një kapsulë të mbyllur, muret e së cilës janë bërë prej gjysmë të përshkueshme.polimer. Shfaqja e një membrane në sipërfaqe shkaktohet nga reaksioni i polikondensimit ndërfaqesor të përbërjeve. Njëra prej tyre shpërndahet në organike, dhe tjetra - në fazën ujore. Një shembull është formimi i një mikrokapsule të marrë nga polikondensimi i halidit të acidit sebacik (faza organike) dhe heksametilendiamina-1, 6 (përkatësisht, faza ujore). Trashësia e membranës llogaritet në të qindtat e mikrometrit. Madhësia e kapsulave është qindra ose dhjetëra mikrometra.
Inkorporimi në liposome
Kjo metodë imobilizimi është afër mikrokapsulimit. Liposomet paraqiten në sisteme lamelare ose sferike të dyshtresave lipidike. Kjo metodë u përdor për herë të parë në vitin 1970. Për të izoluar liposomet nga një tretësirë lipidike, tretësi organik avullohet. Filmi i hollë i mbetur shpërndahet në një tretësirë ujore në të cilën enzima është e pranishme. Gjatë këtij procesi, ndodh vetë-montimi i strukturave të dyshtresave lipidike. Enzima të tilla të imobilizuara janë mjaft të njohura në mjekësi. Kjo për faktin se shumica e molekulave janë të lokalizuara në matricën lipidike të membranave biologjike. Enzimat e imobilizuara të përfshira në liposome janë materiali më i rëndësishëm kërkimor në mjekësi, i cili bën të mundur studimin dhe përshkrimin e modeleve të proceseve jetësore.
Formimi i obligacioneve të reja
Imobilizimi duke formuar vargje të reja kovalente midis enzimave dhe bartësve konsiderohet metoda më e përhapur për marrjen e biokatalizatorëve industrialë.destinacion. Ndryshe nga metodat fizike, ky opsion siguron një lidhje të pakthyeshme dhe të fortë midis molekulës dhe materialit. Formimi i tij shoqërohet shpesh me stabilizimin e drogës. Në të njëjtën kohë, vendndodhja e enzimës në një distancë të lidhjes së parë kovalente në lidhje me transportuesin krijon vështirësi të caktuara në zbatimin e procesit katalitik. Molekula ndahet nga materiali me anë të një futjeje. Shpesh përdoret si agjentë poli- dhe dyfunksionalë. Në veçanti, ato janë hidrazina, bromidi cianogjen, dialedridi glutarik, kloruri sulfurik, etj. Për shembull, për të hequr galaktosiltransferazën, sekuenca e mëposhtme futet midis bartësit dhe enzimës -CH2- NH-(CH 2)5-CO-. Në një situatë të tillë, një insert, një molekulë dhe një bartës janë të pranishëm në strukturë. Të gjithë ata janë të lidhur me lidhje kovalente. Me rëndësi thelbësore është nevoja për të futur në reaksion grupe funksionale që nuk janë thelbësore për funksionin katalitik të elementit. Pra, si rregull, glikoproteinat ngjiten me transportuesin jo përmes proteinës, por përmes pjesës së karbohidrateve. Si rezultat, përftohen enzima të imobilizuara më të qëndrueshme dhe aktive.
Qelizat
Metodat e përshkruara më sipër konsiderohen universale për të gjitha llojet e biokatalizatorëve. Këtu përfshihen, ndër të tjera, qelizat, strukturat nënqelizore, imobilizimi i të cilave kohët e fundit është bërë i përhapur. Kjo është për shkak të sa vijon. Kur qelizat janë të imobilizuara, nuk ka nevojë të izolohen dhe pastrohen preparatet enzimë ose të futen kofaktorët në reaksione. Si rezultat, bëhet e mundur qësisteme që kryejnë procese të vazhdueshme me shumë faza.
Përdorimi i enzimave të imobilizuara
Në mjekësinë veterinare, industrinë dhe sektorët e tjerë ekonomikë, medikamentet e marra me metodat e mësipërme janë mjaft të njohura. Qasjet e zhvilluara në praktikë ofrojnë një zgjidhje për problemet e shpërndarjes së synuar të barnave në trup. Enzimat e imobilizuara bënë të mundur marrjen e barnave me veprim të zgjatur me alergjenitet dhe toksicitet minimal. Aktualisht, shkencëtarët po zgjidhin problemet që lidhen me biokonvertimin e masës dhe energjisë duke përdorur qasje mikrobiologjike. Ndërkohë një kontribut të rëndësishëm në punë jep edhe teknologjia e enzimave të imobilizuara. Perspektivat për zhvillim duken të jenë mjaft të gjera. Pra, në të ardhmen, një nga rolet kryesore në procesin e monitorimit të gjendjes së mjedisit duhet t'i përkasë llojeve të reja të analizave. Në veçanti, ne po flasim për metodat e imuno-analizimit biolumineshent dhe enzimë. Qasjet e avancuara kanë një rëndësi të veçantë në përpunimin e lëndëve të para lignocelulozike. Enzimat e imobilizuara mund të përdoren si përforcues të dobët të sinjalit. Qendra aktive mund të jetë nën ndikimin e një transportuesi që është nën ultratinguj, stres mekanik ose subjekt i transformimeve fitokimike.
