Иммобилизденген фермент - Immobilized enzyme

Алгинат гельдің моншақтарында иммобилизденген ферменттер

Ан иммобилизденген фермент болып табылады фермент сияқты инертті, ерімейтін материалға бекітілген кальций альгинаты (қоспасын реакциялау арқылы өндіріледі натрий альгинаты ерітінді және фермент ерітіндісі кальций хлориді ). Бұл жағдайдың өзгеруіне төзімділікті жоғарылатуы мүмкін рН немесе температура. Ол сонымен қатар ферменттерді бүкіл реакция кезінде ұстап тұруға мүмкіндік береді, содан кейін олар өнімдерден оңай бөлініп, қайтадан қолданылуы мүмкін - бұл әлдеқайда тиімді процесс, сондықтан өнеркәсіпте кеңінен қолданылады фермент катализденген реакциялар. Ферменттерді иммобилизациялауға балама болып табылады бүкіл жасуша иммобилизациясы.[1][2]

Коммерциялық пайдалану

Иммобилизденген ферменттер коммерциялық мақсатта қолдану үшін өте маңызды, өйткені реакциялардың шығындары мен процестеріне көптеген артықшылықтары бар:

  • Ыңғайлылық: Минускула мөлшері ақуыз еру реакцияда, сондықтан жұмысты жеңілдетуге болады. Аяқтағаннан кейін реакция қоспалары әдетте тек құрамында болады еріткіш және реакция өнімдері.
  • Экономика: Иммобилизденген фермент реакциядан оңай шығарылып, оны қайта өңдеуді жеңілдетеді биокатализатор. Бұл әсіресе лактозасыз сүт өндіру сияқты процестерде өте пайдалы, өйткені сүтті ферменттен шыққан контейнерден ағызуға болады (Лактаза ) келесі партияға дайын.
  • Тұрақтылық: Иммобилизденген ферменттер әдетте көп болады жылу және операциялық тұрақтылық Ферменттің еритін түріне қарағанда.[3]

Бұрын биологиялық жуғыш ұнтақтар мен жуғыш заттар құрамында кірді бұзатын көптеген протеаздар мен липазалар болған. Алайда, тазалағыш құралдар адамның терісіне тигенде, олар аллергиялық реакциялар тудырды. Сондықтан ферменттердің иммобилизациясы экономикалық тұрғыдан ғана емес, маңызды.

Ферменттің иммобилизациясы

Қозғалысқа келтірудің әртүрлі жолдары бар фермент:

  • Аффинді-тегті байланыстыру: Ферменттер бетіне иммобилизденуі мүмкін, мысалы. ковалентті емес немесе ковалентті қолдана отырып, кеуекті материалда Ақуыздың тегтері. Бұл технология ақуызды тазарту мақсатында құрылған. Бұл әдіс әдетте қолданылады және нәтижесінде таза препаратпен ферменттерді алдын-ала тазартусыз орындауға болады. Кеуекті шыны және олардың туындылары қолданылады, мұнда кеуекті бетті гидрофобтылығы бойынша қарастырылып отырған ферментке сәйкес келтіруге болады.[4]
  • Шыны, альгинат моншақтағы немесе матрицадағы адсорбция: Фермент инертті материалдың сыртына бекітілген. Жалпы, бұл әдіс тізімде көрсетілгендердің ішіндегі ең баяу. Адсорбция а емес химиялық реакция, иммобилизденген ферменттің белсенді орны матрица немесе моншақпен бітеліп, ферменттің белсенділігін едәуір төмендетеді.
  • Тұтқындау: Фермент ұсталып қалады ерімейтін сияқты моншақтар немесе микросфералар кальций альгинаты моншақтар. Алайда, бұл ерімейтін заттар субстраттың келуіне және өнімдердің шығуына кедергі келтіреді.
  • Айқас байланыс: Ферменттер молекулалары ковалентті тек дерлік ферменттен тұратын матрица құру үшін бір-бірімен байланысады. Реакция байланысатын жердің ферментті жаппауын қамтамасыз етеді белсенді сайт, ферменттің белсенділігіне тек қозғалмайтындық әсер етеді. Алайда, ковалентті байланыстардың икемсіздігі химиадсорбцияланған өздігінен құрастырылатын моноқабаттар көрсеткен өзін-өзі қалпына келтіру қасиеттерін жоққа шығарады. Поли тәрізді спейсер молекуласын қолдану (этиленгликоль ) бұл жағдайда субстраттың стерикалық кедергісін азайтуға көмектеседі.
  • Ковалентті байланыс: Фермент ерімейтін тірекпен ковалентелді байланысады (мысалы, силикагель немесе эпоксидті топтары бар макропоралық полимерлі моншақтар). Бұл тәсіл ең күшті фермент / қолдау әрекеттесуін қамтамасыз етеді, сондықтан катализ кезінде ақуыздың ең аз ағып кетуі.[5]

Сайтқа бағытталған фермент иммобилизациясына қарсы кездейсоқ

Биотехнологиялық маңызы бар көптеген ферменттер кездейсоқ көп нүктелі бекіту арқылы әртүрлі тіректерге (бейорганикалық, органикалық, композиттік және наноматериалдар) иммобилизацияланған. Алайда, кездейсоқ химиялық модификация арқылы иммобилизация гетерогенді ақуыз популяциясының пайда болуына әкеледі, мұнда ақуыздарда болатын бірнеше бүйірлік тізбектер (амин, карбоксил, тиол және т.с.с.) субстраттың белсенді учаскеге қол жетімділікті шектеуіне байланысты белсенділіктің төмендеуімен тірекпен байланысты. .[6]

Керісінше, сайтқа бағытталған ферменттің иммобилизациясы кезінде тірек белок молекуласындағы активті учаскеден бөлек бір ерекше аминқышқылымен (көбінесе N- немесе C-термининдермен) байланыстырылуы мүмкін. Осылайша, ферменттердің максималды белсенділігі субстраттың белсенді учаскеге еркін қол жетімділігі арқасында сақталады. Бұл стратегиялар негізінен химиялық болып табылады, бірақ тірек пен ферментте функционалды топтарды (ақуызда жоқ) қалыптастыру үшін генетикалық және ферментативті әдістерді қажет етуі мүмкін.

SDCM әдісін таңдау көптеген факторларға байланысты, мысалы, ферменттің түрі (аз тұрақты психрофилді, немесе тұрақты термофильді гомолог), ферменттің рН тұрақтылығы, реактивке N- немесе C-термининидің болуы, араласпауы ферменттің белсенділігі бар фермент терминалы, каталитикалық амин қышқылы қалдықтарының типі, реагенттердің болуы, бағасы және оларды дайындаудың қарапайымдылығы. Мысалы, бірін-бірі толықтыратын функционалды генерация (алкин)

және азид) тіреуіште және ферментте - бұл ферменттерді иммобилизациялаудың сайтқа бағытталған химиялық түрлендірудің ыңғайлы тәсілдерінің бірі.[7]

Ферментативті реакциялар үшін субстратты иммобилизациялау

Иммобилизация тәсілін ферменттермен бірге қолданудың тағы бір кең тараған әдісі иммобилизденген субстраттардағы ферментативті реакциялар болды. Бұл тәсіл ферменттердің белсенділігін талдауды жеңілдетеді және мысалы, ферменттердің өнімділігін имитациялайды. жасуша қабырғалары.[8]

Пайдаланылған әдебиеттер

  1. ^ Заушицына, О .; Берилло, Д .; Кирсебом, Х .; Маттиассон, Б. (2013). «Биореакторларды қолдануға жарамды монолиттер түзетін криоструктураланған және өзара байланысқан тіршілік жасушалары». Катализдегі тақырыптар. 57 (5): 339. дои:10.1007 / s11244-013-0189-9.
  2. ^ Арагао Бёрнер, Р .; Заушицына, О .; Берилло, Д .; Скачия, Н .; Маттиассон, Б .; Kirsebom, H. (2014). «Clostridium acetobutylicum DSM 792-ді бутанол өндірісі үшін криогеляция арқылы макропорозды агрегаттар ретінде иммобилизациялау». Процесс биохимиясы. 49: 10–18. дои:10.1016 / j.procbio.2013.09.027.
  3. ^ Ву, Хонг; Лян, Янпенг; Ши, Цзяфу; Ван, Сяоли; Ян, Донг; Цзян, Чжунги (сәуір, 2013). «Функционалданған титания субмикросфераларында ковалентті иммобилизденген каталазаның тұрақтылығы күшейтілген». Материалтану және инженерия: C. 33 (3): 1438–1445. дои:10.1016 / j.msec.2012.12.048. PMID  23827593.
  4. ^ Энгельмарк Кассимжи, К .; Каду, М .; Викмарк, Ю .; Сведендахль Мэмл, М .; Ротштейн, М.Л .; Ротштейн, Д.М .; Бэквалл, Дж. -Э. (2014). «Бақыланатын кеуектілік шыныдағы ақуызды тазарту және иммобилизациялаудың жалпы әдісі: Биокаталитикалық қосымшалар». Химиялық байланыс. 50 (65): 9134–7. дои:10.1039 / C4CC02605E. PMID  24989793.
  5. ^ Зукка, Паоло; Sanjust, Enrico (9 қыркүйек 2014). «Бейорганикалық материалдар ковалентті фермент иммобилизациясының тірегі ретінде: әдістері мен механизмдері». Молекулалар. 19 (9): 14139–14194. дои:10.3390 / молекулалар190914139. PMC  6272024. PMID  25207718.
  6. ^ Психрофилдер: биоәртүрліліктен биотехнологияға дейін. Маргезин, Роза, 1962- (Екінші басылым). Чам, Швейцария. 2017-06-22. ISBN  978-3-319-57057-0. OCLC  991854426.CS1 maint: басқалары (сілтеме)
  7. ^ Шемси, Ахсан Мушир; Хандай, Фирдоус Ахмад; Кураши, Ахсанулхак; Халил, Амджад; Герриеро, Хеа; Сиддики, Хавар Сохаил (мамыр 2019). «Учаске бағытталған химиялық-модификацияланған магниттік ферменттер: өндіріс, жетілдіру, биотехнологиялық қолдану және болашақ перспективалар». Биотехнологияның жетістіктері. 37 (3): 357–381. дои:10.1016 / j.biotechadv.2019.02.002. ISSN  0734-9750. PMID  30768953.
  8. ^ Грей, Дж .; Вайсонборн, М. Дж .; Эйерс, C. Е .; Флич, С.Л (2013). «Иммобилизденген субстраттардағы ферментативті реакциялар». Химиялық қоғам туралы пікірлер. 42 (15): 6378–405. дои:10.1039 / C3CS60018A. PMID  23579870.