Konsep enzim tidak bergerak pertama kali muncul pada separuh kedua abad ke-20. Sementara itu, pada tahun 1916, didapati bahawa sukrosa yang diserap pada karbon mengekalkan aktiviti pemangkinnya. Pada tahun 1953, D. Schleit dan N. Grubhofer menjalankan pengikatan pertama pepsin, amilase, carboxypeptidase dan RNase dengan pembawa tidak larut. Konsep enzim tidak bergerak telah disahkan pada tahun 1971. Ini berlaku pada persidangan pertama mengenai enzim kejuruteraan. Pada masa ini, konsep enzim tidak bergerak dianggap dalam erti kata yang lebih luas daripada pada akhir abad ke-20. Mari kita lihat dengan lebih dekat kategori ini.
Maklumat am
Enzim tidak bergerak ialah sebatian yang terikat secara buatan kepada pembawa tidak larut. Walau bagaimanapun, mereka mengekalkan sifat pemangkin mereka. Pada masa ini, proses ini dipertimbangkan dalam dua aspek - dalam kerangka pengehadan separa dan lengkap kebebasan pergerakan molekul protein.
Maruah
Para saintis telah mewujudkan faedah tertentu enzim tidak bergerak. Bertindak sebagai pemangkin heterogen, mereka boleh dengan mudah dipisahkan daripada medium tindak balas. Sebagai sebahagian daripada penyelidikan, didapati bahawa penggunaan enzim tidak bergerak boleh diulang. Semasa proses pengikatan, sambungan menukar sifatnya. Mereka memperoleh kekhususan dan kestabilan substrat. Pada masa yang sama, aktiviti mereka mula bergantung kepada keadaan persekitaran. Enzim yang tidak bergerak adalah tahan lama dan mempunyai tahap kestabilan yang tinggi. Ia lebih besar daripada, sebagai contoh, enzim bebas sebanyak beribu-ribu, berpuluh-puluh ribu kali ganda. Semua ini memastikan kecekapan tinggi, daya saing dan ekonomi teknologi di mana terdapat enzim tidak bergerak.
Media
J. Poratu mengenal pasti sifat utama bahan yang ideal untuk digunakan dalam imobilisasi. Pembawa mesti mempunyai:
- Ketidaklarutan.
- Kerintangan biologi dan kimia yang tinggi.
- Keupayaan untuk mengaktifkan dengan cepat. Pembawa sepatutnya menjadi reaktif dengan mudah.
- Hidrofilik yang ketara.
- Kebolehtelapan yang diperlukan. Penunjuknya harus sama diterima untuk kedua-dua enzim dan koenzim, hasil tindak balas dan substrat.
Pada masa ini tiada bahan yang memenuhi keperluan ini sepenuhnya. Walau bagaimanapun, dalam amalan, pembawa digunakan yang sesuai untuk imobilisasi.kategori enzim tertentu dalam keadaan tertentu.
Klasifikasi
Bergantung kepada sifatnya, bahan-bahan, yang berkaitan dengan sebatian ditukar menjadi enzim tidak bergerak, dibahagikan kepada bukan organik dan organik. Pengikatan banyak sebatian dilakukan dengan pembawa polimer. Bahan organik ini dibahagikan kepada 2 kelas: sintetik dan semula jadi. Dalam setiap daripada mereka, pada gilirannya, kumpulan dibezakan bergantung pada struktur. Pembawa bukan organik terutamanya diwakili oleh bahan yang diperbuat daripada kaca, seramik, tanah liat, gel silika, dan grafit hitam. Apabila bekerja dengan bahan, kaedah kimia kering adalah popular. Enzim tidak bergerak diperolehi dengan pembawa salutan dengan filem titanium, aluminium, zirkonium, hafnium oksida atau dengan pemprosesan dengan polimer organik. Kelebihan penting bahan ialah kemudahan penjanaan semula.
Pembawa protein
Bahan yang paling popular ialah lipid, polisakarida dan bahan protein. Di antara yang terakhir, adalah bernilai menyerlahkan polimer struktur. Ini terutamanya termasuk kolagen, fibrin, keratin, dan gelatin. Protein sedemikian diedarkan secara meluas dalam persekitaran semula jadi. Mereka berpatutan dan menjimatkan. Di samping itu, mereka mempunyai sejumlah besar kumpulan berfungsi untuk mengikat. Protein boleh terbiodegradasi. Ini membolehkan meluaskan penggunaan enzim tidak bergerak dalam perubatan. Sementara itu, protein juga mempunyai sifat negatif. Kelemahan menggunakan enzim tidak bergerak pada pembawa protein adalah imunogenisiti yang tinggi dari enzim yang terakhir, sertakeupayaan untuk memperkenalkan kumpulan tertentu sahaja dalam reaksi.
Polysaccharides, aminosaccharides
Daripada bahan ini, kitin, dekstran, selulosa, agarose dan terbitannya paling kerap digunakan. Untuk menjadikan polisakarida lebih tahan terhadap tindak balas, rantai linearnya dikait silang dengan epiklorohidrin. Pelbagai kumpulan ionogenik diperkenalkan secara bebas ke dalam struktur rangkaian. Kitin terkumpul dalam kuantiti yang banyak sebagai sisa semasa pemprosesan industri udang dan ketam. Bahan ini tahan kimia dan mempunyai struktur berliang yang jelas.
Polimer sintetik
Kumpulan bahan ini sangat pelbagai dan boleh diakses. Ia termasuk polimer berasaskan asid akrilik, stirena, polivinil alkohol, poliuretana dan polimer poliamida. Kebanyakannya kuat secara mekanikal. Dalam proses transformasi, mereka menyediakan kemungkinan mengubah saiz liang dalam julat yang agak luas, memperkenalkan pelbagai kumpulan berfungsi.
Kaedah Mengikat
Pada masa ini, terdapat dua pilihan asas yang berbeza untuk imobilisasi. Yang pertama adalah untuk mendapatkan sebatian tanpa ikatan kovalen dengan pembawa. Kaedah ini adalah fizikal. Pilihan lain melibatkan kemunculan ikatan kovalen dengan bahan. Ini adalah kaedah kimia.
Penjerapan
Dengan bantuannya, enzim yang tidak bergerak diperolehi dengan memegang ubat pada permukaan pembawa keranaserakan, hidrofobik, interaksi elektrostatik dan ikatan hidrogen. Penjerapan adalah cara pertama untuk mengehadkan mobiliti unsur. Walau bagaimanapun, walaupun sekarang pilihan ini tidak kehilangan kaitannya. Selain itu, penjerapan dianggap sebagai kaedah imobilisasi yang paling biasa dalam industri.
Ciri kaedah
Penerbitan saintifik menerangkan lebih daripada 70 enzim yang diperoleh melalui kaedah penjerapan. Pembawa terutamanya kaca berliang, pelbagai tanah liat, polisakarida, aluminium oksida, polimer sintetik, titanium dan logam lain. Yang terakhir adalah yang paling biasa digunakan. Keberkesanan penjerapan ubat pada pembawa ditentukan oleh keliangan bahan dan luas permukaan tertentu.
Mekanisme tindakan
Penjerapan enzim pada bahan tidak larut adalah mudah. Ia dicapai dengan sentuhan larutan akueus ubat dengan pembawa. Ia boleh lulus dengan cara statik atau dinamik. Larutan enzim dicampur dengan sedimen segar, contohnya, titanium hidroksida. Kompaun itu kemudiannya dikeringkan dalam keadaan sederhana. Aktiviti enzim semasa imobilisasi tersebut dikekalkan hampir 100%. Pada masa yang sama, kepekatan khusus mencapai 64 mg setiap gram pembawa.
Momen negatif
Kelemahan penjerapan termasuk kekuatan rendah apabila mengikat enzim dan pembawa. Dalam proses mengubah keadaan tindak balas, kehilangan unsur, pencemaran produk, dan desorpsi protein boleh diperhatikan. Untuk meningkatkan kekuatanpembawa mengikat telah diubah suai. Khususnya, bahan dirawat dengan ion logam, polimer, sebatian hidrofobik, dan agen polifungsi lain. Dalam sesetengah kes, ubat itu sendiri diubah suai. Tetapi selalunya ini membawa kepada penurunan dalam aktivitinya.
Pemasukan dalam gel
Pilihan ini agak biasa kerana keunikan dan kesederhanaannya. Kaedah ini sesuai bukan sahaja untuk unsur individu, tetapi juga untuk kompleks multi-enzim. Penggabungan ke dalam gel boleh dilakukan dengan dua cara. Dalam kes pertama, ubat itu digabungkan dengan larutan akueus monomer, selepas itu pempolimeran dilakukan. Akibatnya, struktur gel spatial muncul, mengandungi molekul enzim dalam sel. Dalam kes kedua, ubat itu dimasukkan ke dalam larutan polimer siap. Ia kemudian dimasukkan ke dalam keadaan gel.
Pencerobohan ke dalam struktur lut sinar
Intipati kaedah imobilisasi ini ialah pengasingan larutan enzim akueus daripada substrat. Untuk ini, membran separa telap digunakan. Ia membenarkan unsur kofaktor dan substrat berat molekul rendah melaluinya dan mengekalkan molekul enzim yang besar.
Mikroenkapsulasi
Terdapat beberapa pilihan untuk membenamkan dalam struktur lut sinar. Daripada jumlah ini, mikroenkapsulasi dan penggabungan protein ke dalam liposom adalah yang paling diminati. Pilihan pertama telah dicadangkan pada tahun 1964 oleh T. Chang. Ia terdiri daripada fakta bahawa larutan enzim dimasukkan ke dalam kapsul tertutup, dindingnya diperbuat daripada separa telap.polimer. Penampilan membran pada permukaan disebabkan oleh tindak balas polikondensasi antara muka sebatian. Salah satu daripada mereka dibubarkan dalam organik, dan yang lain - dalam fasa akueus. Contohnya ialah pembentukan mikrokapsul yang diperolehi melalui polikondensasi asid sebasik halida (fasa organik) dan hexamethylenediamine-1, 6 (masing-masing, fasa akueus). Ketebalan membran dikira dalam perseratus mikrometer. Saiz kapsul ialah ratusan atau berpuluh-puluh mikrometer.
Penggabungan ke dalam liposom
Kaedah imobilisasi ini hampir dengan mikroenkapsulasi. Liposom dibentangkan dalam sistem lamellar atau sfera dwilapisan lipid. Kaedah ini mula digunakan pada tahun 1970. Untuk mengasingkan liposom daripada larutan lipid, pelarut organik disejat. Filem nipis yang tinggal diserakkan dalam larutan akueus di mana terdapat enzim. Semasa proses ini, pemasangan sendiri struktur dwilapisan lipid berlaku. Enzim yang tidak bergerak sedemikian agak popular dalam perubatan. Ini disebabkan oleh fakta bahawa kebanyakan molekul disetempat dalam matriks lipid membran biologi. Enzim tidak bergerak yang termasuk dalam liposom ialah bahan penyelidikan terpenting dalam perubatan, yang memungkinkan untuk mengkaji dan menerangkan corak proses penting.
Pembentukan ikatan baharu
Imobilisasi dengan membentuk rantai kovalen baharu antara enzim dan pembawa dianggap kaedah yang paling meluas untuk mendapatkan biomangkin industri.destinasi. Tidak seperti kaedah fizikal, pilihan ini menyediakan ikatan yang tidak dapat dipulihkan dan kuat antara molekul dan bahan. Pembentukannya sering disertai dengan penstabilan dadah. Pada masa yang sama, lokasi enzim pada jarak ikatan kovalen pertama berbanding pembawa menimbulkan kesukaran tertentu dalam pelaksanaan proses pemangkin. Molekul dipisahkan daripada bahan dengan cara memasukkan. Ia sering digunakan sebagai agen poli dan dwifungsi. Khususnya, ia adalah hidrazin, sianogen bromida, dialhedrida glutarik, sulfuril klorida, dsb. Contohnya, untuk mengeluarkan galactosyltransferase, urutan berikut dimasukkan antara pembawa dan enzim -CH2- NH-(CH 2)5-CO-. Dalam keadaan sedemikian, sisipan, molekul, dan pembawa hadir dalam struktur. Kesemuanya disambungkan oleh ikatan kovalen. Kepentingan asas ialah keperluan untuk memperkenalkan kumpulan berfungsi tindak balas yang tidak penting untuk fungsi pemangkin unsur. Jadi, sebagai peraturan, glikoprotein dilekatkan pada pembawa bukan melalui protein, tetapi melalui bahagian karbohidrat. Hasilnya, enzim tidak bergerak yang lebih stabil dan aktif diperoleh.
Sel
Kaedah yang diterangkan di atas dianggap universal untuk semua jenis biomangkin. Ini termasuk, antara lain, sel, struktur subselular, imobilisasi yang baru-baru ini menjadi meluas. Ini disebabkan perkara berikut. Apabila sel tidak bergerak, tidak perlu mengasingkan dan memurnikan persediaan enzim atau memperkenalkan kofaktor ke dalam tindak balas. Akibatnya, ia menjadi mungkin untuksistem yang menjalankan proses berterusan berbilang peringkat.
Penggunaan enzim tidak bergerak
Dalam perubatan veterinar, industri dan sektor ekonomi lain, ubat-ubatan yang diperoleh melalui kaedah di atas agak popular. Pendekatan yang dibangunkan dalam amalan menyediakan penyelesaian kepada masalah penghantaran dadah yang disasarkan dalam badan. Enzim yang tidak bergerak memungkinkan untuk mendapatkan ubat-ubatan yang bertindak berpanjangan dengan alergenik dan ketoksikan yang minimum. Pada masa ini, saintis sedang menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan penukaran bio jisim dan tenaga menggunakan pendekatan mikrobiologi. Sementara itu, teknologi enzim tidak bergerak juga memberi sumbangan yang besar kepada kerja. Prospek untuk pembangunan nampaknya agak luas. Jadi, pada masa hadapan, salah satu peranan utama dalam proses pemantauan keadaan persekitaran harus tergolong dalam jenis analisis baharu. Khususnya, kita bercakap mengenai kaedah immunoassay bioluminescent dan enzim. Pendekatan lanjutan adalah amat penting dalam pemprosesan bahan mentah lignoselulosa. Enzim yang tidak bergerak boleh digunakan sebagai penguat isyarat lemah. Pusat aktif mungkin berada di bawah pengaruh pembawa yang berada di bawah ultrasound, tekanan mekanikal atau tertakluk kepada perubahan fitokimia.
