固定化酵素およびその使用

固定化酵素の概念は、20世紀後半に起こりました。 一方、バック1916年には、カーボンスクロースに吸着は、触媒活性を保持することが見出されました。 1953年に、D.およびN. Shleyt Grubhoferは、不溶性担体に第一の結合ペプシン、アミラーゼ、カルボキシペプチダーゼおよびRNaseを行います。 固定化酵素の概念は1971年に合法化されたそれは、酵素工学最初の会議でした。 рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. 現時点では、それは20世紀後半にあったよりも広い意味での固定化酵素の概念 。 私たちは、より詳細にこのカテゴリを検討してください。

概要

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. 人工的に不溶性担体にリンクされた化合物- 酵素をmmobilizovannye。 同時に、彼らはそれらの触媒特性を保持します。 現在、このプロセスは、2つの面で考えられている - タンパク質分子の動きの部分と完全な自由の制限の範囲内。

尊厳

. 科学者たちは、 固定化酵素のいくつかの利点を発見しました。 不均一系触媒として作用し、彼らは簡単に反応媒体から分離することができます。 может быть многократным. 研究では、固定化酵素の使用を繰り返すことができることを見出しました。 結合の過程において、化合物は、それらの特性を変更します。 彼らは、基質特異性、安定性を獲得します。 しかし、彼らの活動は、環境条件に依存することから始まります。 отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. 固定化酵素は 、安定性の耐久性と高いです。 これは、その千遊離酵素の、数万回、例えば、以上のものです。 このすべては、酵素が固定化されている技術の高効率化、競争力と収益性を提供します。

キャリア

J .. Porathは、理想的な材料の重要な特性は、固定化に使用されることを確認しました。 キャリアが持っている必要があります。

1. 不溶性。
2. 高い生物学的および化学的安定性。
3. 迅速な活性化のためのキャパシティ。 キャリアは反応種に簡単に移動する必要があります。
4. 大きな親水性。
5. 必要な透過性。 そのインジケーターは、酵素と補酵素、反応生成物および基板にも同様に許容されるべきです。

現在、完全にこれらの要件を遵守するだろう何の材料がありません。 しかし、実際には、特定の状況の特定のカテゴリの酵素の固定化に適している担体を用います。

分類

, разделяются на неорганические и органические. その材料の性質に応じて、化合物を固定化酵素に変換されると通信して、無機および有機に分けられます。 多くの化合物の結合は、ポリマー担体を用いて行われます。 天然および合成：これらの有機材料は、2つのクラスに分類されています。 それらのそれぞれには、順番に、構造に応じてグループを割り当てます。 無機担体は主にガラス材料、セラミックス、粘土、シリカ、グラファイトのカーボンブラックで表されます。 材料人気のドライケミストリー法で作業する場合。 固定化酵素は、キャリアフィルムコーティングすることにより得られ た酸化チタンの アルミナ、ジルコニウム、ハフニウム又は有機ポリマーを処理します。 材料の重要な利点は、再生の容易さです。

タンパク質キャリア

最も人気のある脂質、多糖類とタンパク質材料。 後者の間の構造重合体を提供することです。 これらは主に、コラーゲン、フィブリン、ケラチン、およびゼラチンが含まれます。 このようなタンパク質は、環境に普及しています。 彼らは利用可能で経済的です。 また、彼らは、リンクのための官能基の数が多いです。 タンパク質は、生分解性を異なります。 . これは医学の固定化酵素の使用を拡張することができます。 一方、それはタンパク質と負の特性を有しています。 на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. タンパク質キャリアに固定化酵素を使用しての欠点は、過去の高い免疫原性、並びにそれらの反応特定のグループのみに実装するための機会です。

多糖類aminosaharidy

これらの材料は、ほとんどの場合、キチン、デキストラン、セルロース、アガロースおよびその誘導体を使用しています。 多糖類に直鎖架橋エピクロロヒドリン十字の反応に対してより耐性でした。 様々なイオン基のメッシュ構造は、非常に自由に導入されています。 キチンは、エビやカニの工業処理における廃棄物として大量に蓄積されます。 この材料は、耐薬品性異なり、明確に定義された細孔構造を有しています。

合成ポリマー

このグループは、材料と可用性の偉大な多様性を持っています。 これは、アクリル酸、スチレン、をベースとするポリマーを含む ポリビニルアルコール、 ポリウレタン及びポリアミドポリマー。 それらのほとんどは、異なる機械的強度を有しています。 変換時に、それらは広範囲の細孔サイズ、種々の官能基の導入を変化させる可能性を提供します。

結合方法

現在、2つの根本的に異なる亜種の固定化があります。 最初は、担体と共有結合せずに化合物の製造です。 この方法は、物理的です。 別の実施形態は、材料との共有結合の発生を伴います。 この化学的方法。

吸着

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. それにより、分散、疎水性、静電相互作用および水素結合に担体表面上の薬物の保持により得られた酵素を固定化しています。 吸着は、要素の移動を制限する第1の方法です。 しかし、現在、このオプションは、その妥当性を失っていません。 また、吸着は、業界で不動化の最も一般的な方法であると考えられています。

特に方法

科学文献は、吸着法由来の70以上の酵素を記載します。 担体は、有利に実行されるように、多孔質ガラス、種々の粘土、多糖類、アルミナ、合成ポリマー、チタンおよび他の金属。 この場合、後者は、より頻繁に使用されます。 担体材料上の薬剤の吸着の有効性は、多孔性および表面積によって決定されます。

作用機序

不溶性物質への酵素の吸着は単純です。 これは、薬物担体の水溶液と接触させることにより達成されます。 これは、静的または動的な方法を取ることができます。 酵素溶液は、例えば、水酸化チタンのために、新鮮なスラッジと混合されます。 次いで、温和な条件下で、化合物を乾燥させます。 そのような固定化はほぼ100％である場合、酵素活性が保持されます。 この場合は、担体のグラム当たり64 mgの比濃度に達します。

負の側面

欠点は、酵素と担体の結合の低い吸着力を含みます。 変更プロセスでは、反応条件は、著しい損失要素、製品の汚染、タンパク質の脱離することができます。 結合支持体の強度を増大するように改変されました。 具体的には、材料は、金属イオン、ポリマー、および多官能性薬剤と他の疎水性化合物で処理しました。 いくつかのケースでは、薬物自体は変更に供されます。 しかし、十分な頻度で、これはその活性の低下につながります。

ゲル中のインクルージョン

このオプションは、その独自性とシンプルさに非常に一般的です。 この方法は、個々の要素のために、しかしまたmultiehnzimnyh複合体のためだけでなく、適しています。 ゲルに含まれることは、2つの方法によって行われてもよいです。 最初のケースでは、薬物は、水性モノマー溶液と混合し、次いで重合を行っています。 これは、細胞中の酵素分子を含有するゲルの空間的構造をもたらします。 第二の場合では、薬物は、最終ポリマー中に導入されます。 次いで、それをゲル状態に変換しました。

半透明構造の導入

この方法の本質は、基板から分離された水性酵素溶液を固定化することからなります。 これは、半透過膜を使用しています。 これは、補因子および基質の低分子量成分を通過させ、大きな酵素分子を保持しています。

マイクロカプセル化

半透明構造の導入のためのいくつかのオプションがあります。 これらの中で最も興味深いのは、リポソーム中のタンパク質のマイクロカプセル化および封入されています。 最初のオプションはT.チャンによって1964年に提案されました。 これは、酵素溶液はその壁の半透性ポリマーで作られている閉じたカプセル内に導入されることにあります。 膜表面の外観は、界面重縮合の化合物の反応によって生じます。 水相に - その一つは、有機および他の中に溶解させます。 一例として、もしセバシン酸ハライドとの重縮合により得られたマイクロカプセルの形成（有機相）および1,6-ヘキサメチレンジアミン（それぞれ、水性相）を挙げることができます。 膜の厚さは、マイクロメータの1/100算出します。 数百または数十マイクロメートルの - カプセルの値。

リポソームへのインクルージョン

固定化するこの方法は、マイクロカプセル化に近いです。 リポソームは、ラメラ状又は球状の脂質二重層システムに提示されています。 この方法は、第一の溶液は、有機溶媒を蒸発行われる脂質からリポソームを分離するために1970 Fに使用しました。 残った薄膜は、酵素が存在する水溶液中に分散されています。 このプロセスの間、脂質二重層構造の自己組織化。 . 医学におけるこれらの固定化酵素は非常に人気があります。 これは、分子のほとんどは、生体膜の脂質マトリックス中に局在しているという事実によるものです。 являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. 酵素を固定化したリポソームに生命過程のパターンを研究し、説明できるように、 医学研究材料において重要である含まれています。

新しい接続の形成

新しい共有チェーンを形成し、天然酵素との固定化は、工業的に使用するための最も量産生体触媒によって考えられています。 物理的な方法とは異なり、このオプションでは、分子や材料の不可逆性と強固な結合を提供します。 彼女の教育は、多くの場合、薬物の安定化を伴っています。 しかしながら、キャリア1分での酵素の場所共有結合の相対的触媒プロセスを実行する際に特定の困難を生じます。 分子は、インサートにより材料から分離されます。 それは多くの場合、ポリ及び二官能性剤として作用したよう。 これらは、特に、これにヒドラジン、臭化シアン、グルタルアルデヒドdialgedrid、塩化スルフリルとである。例えば、メディアおよび-CH ₂ -NH-（CH _2）5 -CO-挿入以下の配列からガラクトシルトランスフェラーゼ酵素を導出します。 このような状況では、インサートの構造、及び担体分子中に存在します。 それらのすべては、共有結合によって接続されています。 基本的に重要で、反応中の官能基を導入する必要があることである要素の触媒機能のために必須ではありません。 だから、通常、糖タンパク質が担体タンパク質に結合していることは終わっていない、および炭水化物部分を介して。 その結果、より安定したアクティブ固定化酵素です。

細胞

上記の方法は、生体触媒のすべてのタイプのための普遍的であると考えられています。 これらは、とりわけ、細胞、細胞下構造、最近普及の固定化が含まれます。 これは、次によるものです。 細胞の固定化は、反応において補因子を実装するために酵素調製物を単離及び精製する必要がないときです。 その結果、連続的に発生する多段階プロセスを実行するシステムを得ることが可能となります。

固定化酵素の使用

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. 獣医学では、業界や他の産業は、上記の方法によって得られた非常に人気の家庭用製剤です。 枯渇実践アプローチは、体内での薬剤の標的送達の実装の問題へのソリューションを提供します。 固定化酵素は、最小の毒性およびアレルゲン性と長時間作用型の薬を入手することが許可されています。 今、科学者たちは、微生物学的アプローチを用いて、質量とエネルギーの生物変換に関連する問題を解決します。 一方、技術および固定化酵素を作る作業に大きく貢献。 開発の見通しは十分に広く科学者です。 だから、将来的に環境を制御する過程で重要な役割の一つは、分析の新しいタイプに属している必要があります。 具体的には、生物発光、およびの質問 酵素免疫測定法。 特に重要なのは、リグノセルロース原料の処理の高度なアプローチがあります。 固定化酵素は、弱い信号の増幅器として使用することができます。 活性部位は、超音波処理、機械的ストレス下にあるか、植物化学物質変換に暴露されたメディアの影響下にあってもよいです。