स्थिर एंजाइमों और उनके उपयोग

स्थिर एंजाइमों की अवधारणा 20 वीं सदी की दूसरी छमाही के दौरान पैदा हुई। इस बीच, 1916 में वापस, यह पाया गया है कि कार्बन सुक्रोज पर adsorbed उत्प्रेरक गतिविधि को बनाए रखा। 1953 में, डी और एन Shleyt Grubhofer पहले बाध्यकारी पेप्सिन, एमिलेज, carboxypeptidase और RNase एक अघुलनशील वाहक करने के लिए किया जाता है। स्थिर एंजाइम की अवधारणा 1971 में वैध था यह एंजाइम इंजीनियरिंग पर पहला सम्मेलन था। рассматривается в более широком смысле, чем это было в конце 20 века. वर्तमान में, एक व्यापक अर्थों में स्थिर एंजाइम की अवधारणा की तुलना में यह 20 वीं सदी में था। हम और अधिक विस्तार में इस श्रेणी पर विचार करें।

अवलोकन

– соединения, которые искусственно связываются с нерастворимым носителем. यौगिकों जो कृत्रिम रूप से अघुलनशील वाहक के साथ जुड़े हुए हैं - और एंजाइमों mmobilizovannye। एक ही समय में वे अपने उत्प्रेरक गुण बरकरार रहती है। वर्तमान में, इस प्रक्रिया को दो पहलुओं में माना जाता है - प्रोटीन अणुओं के आंदोलन की आंशिक और पूर्ण स्वतंत्रता की सीमाओं के भीतर।

गौरव

. वैज्ञानिकों स्थिर एंजाइमों के कुछ लाभ मिल गया है। विषम उत्प्रेरक के रूप में कार्य, वे आसानी से प्रतिक्रिया मध्यम से अलग किया जा सकता है। может быть многократным. अध्ययनों से पता चला है कि स्थिर एंजाइमों के उपयोग दोहराया जा सकता है। बंधन की प्रक्रिया में यौगिकों उनके गुणों को बदलने। वे सब्सट्रेट विशिष्टता, स्थिरता प्राप्त। हालांकि, उनकी गतिविधियों पर्यावरण की स्थिति पर निर्भर करती है शुरू होता है। отличаются долговечностью и высокой степенью стабильности. स्थिर एंजाइमों स्थिरता का टिकाऊ और उच्च डिग्री कर रहे हैं। यह हजारों बार की हजारों में नि: शुल्क एंजाइम की है कि उदाहरण के लिए, की तुलना में अधिक है। यह सब उच्च दक्षता, प्रतिस्पर्धा और लाभप्रदता प्रौद्योगिकी के, जिसमें एंजाइम स्थिर कर रहे हैं प्रदान करता है।

वाहक

जम्मू .. Porath पहचान आदर्श सामग्री के प्रमुख गुण स्थिरीकरण के लिए प्रयोग की जाने वाली। वाहक होना चाहिए:

1. अविलेयता।
2. उच्च जैविक और रासायनिक स्थिरता।
3. तेजी से क्रियान्वयन के लिए क्षमता। वाहक एक प्रतिक्रियाशील प्रजातियों के रूप में आसानी से स्थानांतरित करना होगा।
4. बड़े हाइड्रोफिलिक।
5. आवश्यक पारगम्यता। इसका सूचक एंजाइमों और सहएंजाइमों, प्रतिक्रिया उत्पादों और substrates के लिए समान रूप से स्वीकार्य होना चाहिए।

वर्तमान में, वहाँ कोई सामग्री है कि पूरी तरह से इन आवश्यकताओं का अनुपालन होता है। हालाँकि, व्यवहार में, वाहक है कि विशेष परिस्थितियों की एक निश्चित श्रेणी में एंजाइमों के स्थिरीकरण के लिए उपयुक्त हैं प्रयोग किया जाता है।

वर्गीकरण

, разделяются на неорганические и органические. इसकी सामग्री, संचार में है जिसके साथ यौगिकों स्थिर एंजाइमों में बदला जाता है की प्रकृति के आधार अकार्बनिक और कार्बनिक में विभाजित हैं। कई यौगिकों के बाइंडिंग बहुलक वाहकों के साथ किया जाता है। ये कार्बनिक पदार्थों दो वर्गों में विभाजित हैं: प्राकृतिक और सिंथेटिक। उनमें से प्रत्येक में, बारी में, संरचना के आधार पर समूहों का आवंटन। अकार्बनिक वाहक मुख्य रूप से कांच सामग्री, मिट्टी के बरतन, मिट्टी, सिलिका, ग्रेफाइट कार्बन ब्लैक का प्रतिनिधित्व कर रहे। जब सामग्री लोकप्रिय सूखी रसायन विज्ञान के तरीकों के साथ काम कर रहे। स्थिर एंजाइमों एक वाहक फिल्म कोटिंग द्वारा प्राप्त कर रहे हैं टाइटेनियम ऑक्साइड, की एल्यूमिना, zirconium, हेफ़नियम या जैविक पॉलिमर प्रसंस्करण। सामग्री का एक महत्वपूर्ण लाभ उत्थान में आसानी है।

प्रोटीन वाहक

सबसे लोकप्रिय लिपिड, polysaccharide और प्रोटीन सामग्री। बाद में संरचनात्मक पॉलिमर प्रदान करना है। ये मुख्य रूप से कोलेजन, फाइब्रिन, केरातिन, और जिलेटिन शामिल हैं। इस तरह के प्रोटीन के माहौल में बड़े पैमाने पर कर रहे हैं। वे उपलब्ध है और किफायती हैं। इसके अलावा, वे जोड़ने के लिए कार्य समूहों की एक बड़ी संख्या है। प्रोटीन biodegradability भिन्न होते हैं। . यह आपको चिकित्सा के क्षेत्र में स्थिर एंजाइमों के उपयोग का विस्तार करने की अनुमति देता है। इस बीच, यह प्रोटीन और नकारात्मक गुण है। на протеиновых носителях заключаются в высокой иммуногенности последних, а также возможность внедрять в реакции только определенные их группы. प्रोटीन वाहकों को स्थिर एंजाइमों का उपयोग करने का नुकसान अतीत की उच्च प्रतिरक्षाजनकता, साथ ही केवल उनकी प्रतिक्रिया कुछ समूहों में लागू करने के लिए अवसर है।

पॉलिसैक्राइड aminosaharidy

इन सामग्रियों को सबसे अधिक बार काइटिन, dextran, सेल्यूलोज, agarose और डेरिवेटिव उसके उपयोग किया जाता है। पॉलीसैकराइड करने के लिए अधिक रैखिक चेन तिर्यक epichlorohydrin पार की प्रतिक्रियाओं के लिए प्रतिरोधी थे। विभिन्न आयनिक समूहों के जाल संरचना काफी स्वतंत्र रूप से पेश किया जाता है। काइटिन चिंराट और केकड़ों के औद्योगिक प्रसंस्करण में एक अपशिष्ट पदार्थ के रूप में बड़ी मात्रा में जमा है। इस सामग्री को रासायनिक प्रतिरोधी अलग है और एक अच्छी तरह से परिभाषित ध्यान में लीन होना संरचना है।

सिंथेटिक पॉलिमर

इस समूह में सामग्री और उपलब्धता के एक महान विविधता है। यह एक्रिलिक एसिड, स्टाइरीन, के आधार पर पॉलिमर शामिल पॉलीविनाइल शराब, polyurethane और पॉलियामाइड पॉलिमर। उनमें से अधिकांश विभिन्न यांत्रिक शक्ति है। रूपांतरण के दौरान वे एक विस्तृत श्रृंखला, विभिन्न कार्य समूहों की शुरूआत से अधिक छेद के आकार अलग करने की संभावना प्रदान करते हैं।

बंधन के तरीके

वर्तमान में, दो मौलिक अलग वेरिएंट स्थिरीकरण कर रहे हैं। पहले वाहक के साथ सहसंयोजक बंध बिना यौगिकों की तैयारी है। इस विधि शारीरिक है। एक और अवतार सामग्री के साथ सहसंयोजक बंधन की घटना शामिल है। यह रासायनिक विधि।

सोखना

получают путем удерживания препарата на поверхности носителя благодаря дисперсионным, гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и водородным связям. यह फैलाव, हाइड्रोफोबिक, इलेक्ट्रोस्टैटिक बातचीत और हाइड्रोजन बांड के कारण वाहक सतह पर दवा की अवधारण के द्वारा प्राप्त एंजाइमों स्थिर है। सोखना तत्वों की गतिशीलता को सीमित करने के पहले तरीका है। हालांकि, वर्तमान में इस विकल्प को अपनी प्रासंगिकता नहीं खोया है। इसके अलावा, सोखना उद्योग में स्थिरीकरण का सबसे आम तरीका माना जाता है।

विशेष रूप से जिस तरह से

वैज्ञानिक साहित्य 70 एंजाइमों सोखना विधि व्युत्पन्न से अधिक वर्णन करता है। फ़ायदेमंद प्रदर्शन वाहक, झरझरा कांच, विभिन्न चिकनी मिट्टी, पॉलीसैकराइड, एल्युमिना, सिंथेटिक पॉलिमर, टाइटेनियम और अन्य धातुओं के रूप में। इस मामले में, बाद के अधिक बार उपयोग किया जाता है। वाहक सामग्री पर दवा की सोखना की प्रभावशीलता सरंध्रता और विशिष्ट सतह से निर्धारित होता है।

कार्रवाई के तंत्र

अघुलनशील सामग्री के लिए एंजाइम की सोखना सरल है। यह दवा वाहक के जलीय घोल के साथ संपर्क द्वारा हासिल की है। यह एक स्थिर या गतिशील रास्ते ले जा सकते हैं। एंजाइम समाधान ताजा कीचड़ के साथ मिलाया जाता है, उदाहरण के, टाइटेनियम हाइड्रॉक्साइड के लिए। फिर, हल्के शर्तों के तहत, यौगिक सुखाया जाता है। एंजाइम गतिविधि को बनाए रखा है जब इस तरह के स्थिरीकरण लगभग 100% कर रहे हैं। जब यह वाहक के प्रति ग्राम 64 मिलीग्राम की एक विशिष्ट एकाग्रता तक पहुँचता है।

नकारात्मक पहलुओं

नुकसान एंजाइम और वाहक के बंधन की कम सोखना शक्ति शामिल हैं। परिवर्तन की प्रक्रिया में प्रतिक्रिया की स्थिति चिह्नित नुकसान तत्वों, उत्पादों के प्रदूषण, प्रोटीन की desorption हो सकता है। बंधन का समर्थन करता है की ताकत बढ़ाने के संशोधित किया गया है। विशेष रूप से, सामग्री धातु आयनों, पॉलिमर, और polyfunctional एजेंटों के साथ अन्य हाइड्रोफोबिक यौगिकों के साथ इलाज किया। कुछ मामलों में, दवा ही संशोधन के अधीन है। लेकिन अक्सर पर्याप्त, इस अपनी गतिविधि में कमी हो जाती है।

जेल में समावेशन

यह विकल्प इसकी विशिष्टता और सरलता के कारण काफी आम है। इस विधि उपयुक्त न केवल अलग-अलग तत्वों के लिए, लेकिन यह भी multiehnzimnyh परिसरों के लिए है। जेल में समावेशन दो तरीकों से किया जा सकता है। पहले मामले में, दवा एक जलीय मोनोमर समाधान के साथ संयुक्त है, और उसके बाद बहुलकीकरण प्रदर्शन करते हैं। यह कोशिकाओं में एंजाइम अणुओं वाला जेल के स्थानिक संरचना का परिणाम है। दूसरे मामले में, दवा समाप्त बहुलक में पेश किया गया है। यह तो एक जेल राज्य में परिवर्तित कर दिया गया था।

पारभासी संरचनाओं की शुरूआत

इस विधि का सार सब्सट्रेट से अलग जलीय एंजाइम समाधान immobilizing में होते हैं। यह एक अर्द्ध पारगम्य झिल्ली का उपयोग करता है। यह सहकारकों और substrates के निम्न आणविक भार घटकों से गुजरता है और बड़े एंजाइम अणुओं रखती है।

microencapsulation

वहाँ पारदर्शी संरचना में परिचय के लिए कई विकल्प हैं। इनमें से सबसे दिलचस्प प्रोटीन microencapsulation और लिपिड में शामिल किए जाने हैं। पहला विकल्प 1964 में टी चांग द्वारा प्रस्तावित किया गया था। यह में होते हैं कि एंजाइम समाधान एक बंद कैप्सूल जिसकी दीवारों अर्ध-पारगम्य बहुलक से बना रहे हैं में शुरू की है। झिल्ली इंटरफेसियल polycondensation की यौगिकों के प्रतिक्रिया के कारण सतह की उपस्थिति। उनमें से एक जैविक और अन्य में भंग कर रहा है - जलीय चरण में। एक उदाहरण के एक microcapsule करने वाली आप (जैविक चरण) और 1,6-hexamethylenediamine (क्रमशः, जलीय चरण) sebacic एसिड halide की polycondensation द्वारा प्राप्त के गठन का उल्लेख किया जा सकता है। झिल्ली की मोटाई एक माइक्रोमीटर के सैकड़े में गणना की जाती है। सैकड़ों या माइक्रोमीटर के दसियों - कैप्सूल का मूल्य।

लिपिड में शामिल किए जाने

स्थिरीकरण का यह तरीका microencapsulation के करीब है। लिपिड परतदार या गोलाकार लिपिड bilayers प्रणालियों में प्रस्तुत कर रहे हैं। इस विधि पहली बार 1970 एफ में इस्तेमाल किया गया था लिपिड समाधान से लिपिड की जुदाई के लिए कार्बनिक विलायक evaporating किया जाता है। शेष पतली फिल्म एक जलीय घोल, जिसमें एंजाइम मौजूद है में छितरी हुई है। इस प्रक्रिया के दौरान, लिपिड दोहरी परत संरचनाओं के आत्म विधानसभा। . काफी लोकप्रिय चिकित्सा के क्षेत्र में इन स्थिर एंजाइमों। यह तथ्य यह है कि अणु के सबसे जैविक झिल्लियों के लिपिड मैट्रिक्स में स्थानीय है के कारण है। являются важнейшим исследовательским материалом, позволяющим изучать и описывать закономерности процессов жизнедеятельности. लिपिड में शामिल स्थिर एंजाइमों दवा अनुसंधान सामग्री में महत्वपूर्ण हैं, अध्ययन के लिए अनुमति देता है और जीवन की प्रक्रिया के पैटर्न का वर्णन।

नए कनेक्शन के गठन

नई सहसंयोजक चेन के गठन से और देशी एंजाइमों के बीच स्थिरीकरण औद्योगिक उपयोग के लिए सबसे बड़े पैमाने पर निर्माण biocatalysts द्वारा माना जाता है। भौतिक तरीकों विपरीत, यह विकल्प अणु और सामग्री की एक अपरिवर्तनीय और मजबूत रिश्ता प्रदान करता है। उसकी शिक्षा अक्सर दवा की एक स्थिरीकरण के साथ है। हालांकि, कम से वाहक करने के लिए 1 मिनट सहसंयोजक संबंध रिश्तेदार एंजाइम के स्थान उत्प्रेरक प्रक्रिया के प्रदर्शन में कुछ कठिनाइयां पैदा करता है। अणु डालने से सामग्री से अलग है। यह अक्सर पाली और difunctional एजेंट कार्य के रूप में। वे विशेष रूप से, हाइड्राज़ीन, विषैली गैस ब्रोमाइड, glutaraldehyde dialgedrid, sulfuryl क्लोराइड हैं और इतने पर। उदाहरण के लिए, मीडिया से galactosyltransferase एंजाइम पाने और निम्न क्रम डाला -ch ₂ -NH- (सीएच _{2) 5} -CO- के लिए। ऐसी स्थिति में डालने की संरचना, और वाहक अणु में मौजूद है। वे सब के सब सहसंयोजक बंध से जुड़े हुए हैं। के मौलिक महत्व प्रतिक्रिया में कार्य समूहों को पेश करने की जरूरत है, तत्व के उत्प्रेरक कार्य के लिए आवश्यक नहीं है। तो, आमतौर पर, ग्लाइकोप्रोटीन वाहक प्रोटीन से जुड़े होते हैं खत्म नहीं हुआ है, और कार्बोहाइड्रेट आधा भाग के माध्यम से। परिणाम एक अधिक स्थिर और सक्रिय स्थिर एंजाइमों है।

कोशिकाओं

ऊपर वर्णित तरीकों biocatalysts के सभी प्रकार के लिए सार्वभौमिक माना जाता है। ये अन्य बातों के साथ शामिल हैं, कोशिकाओं, subcellular संरचनाओं, स्थिरीकरण जो हाल ही में बड़े पैमाने पर हो जाता है शामिल हैं। यह निम्नलिखित के कारण है। अलग करने और एंजाइम की तैयारी को शुद्ध प्रतिक्रिया में सहकारकों को लागू करने के लिए जब कोशिकाओं के स्थिरीकरण आवश्यक नहीं है। नतीजतन, यह प्रणाली है कि लगातार होने वाली बहु-चरण प्रक्रियाओं को प्राप्त करने के लिए संभव हो जाता है।

स्थिर एंजाइमों के उपयोग

, промышленности, других хозяйственных отраслях достаточно популярны препараты, полученные указанными выше способами. पशु चिकित्सा, उद्योग और अन्य उद्योगों में काफी लोकप्रिय घरेलू उपरोक्त विधि द्वारा प्राप्त की तैयारी कर रहे हैं। समाप्त अभ्यास दृष्टिकोण शरीर में दवाओं के लक्षित वितरण के कार्यान्वयन की समस्याओं के लिए एक समाधान प्रदान करते हैं। स्थिर एंजाइमों न्यूनतम विषाक्तता और allergenicity के साथ एक लंबे समय से अभिनय दवाओं प्राप्त करने के लिए अनुमति दी जाती है। अब वैज्ञानिकों बड़े पैमाने पर और ऊर्जा के bioconversion से जुड़ी समस्याओं का समाधान, सूक्ष्मजीवविज्ञानी तरीकों का उपयोग। इस बीच, प्रौद्योगिकी और स्थिर एंजाइमों बनाने का काम करने के लिए एक महत्वपूर्ण योगदान। विकास की संभावनाओं को व्यापक पर्याप्त वैज्ञानिक हैं। तो, भविष्य में पर्यावरण पर नियंत्रण की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका में से एक विश्लेषण के नए प्रकार से संबंधित होना चाहिए। विशेष रूप से,-जीव, और के सवाल एंजाइम प्रतिरक्षा। विशेष महत्व के lignocellulosic कच्चे माल के प्रसंस्करण में उन्नत दृष्टिकोण हैं। स्थिर एंजाइमों कमजोर संकेतों की एम्पलीफायरों के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता। सक्रिय साइट मीडिया, sonication, यांत्रिक तनाव में है या फाइटोकेमिकल्स परिवर्तनों से अवगत कराया जो के प्रभाव में हो सकता है।