Konsep enzim amobil pertama kali muncul pada paruh kedua abad ke-20. Sementara itu, pada tahun 1916, ditemukan bahwa sukrosa yang diserap pada karbon mempertahankan aktivitas katalitiknya. Pada tahun 1953, D. Schleit dan N. Grubhofer melakukan pengikatan pertama pepsin, amilase, karboksipeptidase dan RNase dengan pembawa yang tidak larut. Konsep enzim amobil disahkan pada tahun 1971. Hal ini terjadi pada konferensi pertama tentang enzymology engineering. Saat ini, konsep enzim amobil dianggap dalam arti yang lebih luas daripada di akhir abad ke-20. Mari kita lihat lebih dekat kategori ini.
Informasi umum
Enzim amobil adalah senyawa yang secara artifisial terikat pada pembawa yang tidak larut. Namun, mereka mempertahankan sifat katalitiknya. Saat ini, proses ini dipertimbangkan dalam dua aspek - dalam kerangka pembatasan parsial dan lengkap dari kebebasan pergerakan molekul protein.
martabat
Para ilmuwan telah menetapkan manfaat tertentu dari enzim yang tidak bergerak. Bertindak sebagai katalis heterogen, mereka dapat dengan mudah dipisahkan dari media reaksi. Sebagai bagian dari penelitian, ditemukan bahwa penggunaan enzim amobil dapat diulang. Selama proses pengikatan, koneksi mengubah propertinya. Mereka memperoleh spesifisitas dan stabilitas substrat. Pada saat yang sama, aktivitas mereka mulai bergantung pada kondisi lingkungan. Enzim amobil tahan lama dan memiliki tingkat stabilitas yang tinggi. Ini lebih besar dari, misalnya, enzim bebas sebanyak ribuan, puluhan ribu kali lipat. Semua ini memastikan efisiensi tinggi, daya saing dan ekonomi teknologi di mana enzim amobil hadir.
Media
J. Poratu mengidentifikasi sifat-sifat kunci dari bahan yang ideal untuk digunakan dalam imobilisasi. Pembawa harus memiliki:
- Ketidaklarutan.
- Ketahanan biologis dan kimia yang tinggi.
- Kemampuan untuk mengaktifkan dengan cepat. Pembawa harus mudah menjadi reaktif.
- Hidrofilisitas signifikan.
- Permeabilitas yang diperlukan. Indikatornya harus sama-sama dapat diterima untuk enzim dan koenzim, produk reaksi dan substrat.
Saat ini tidak ada bahan yang sepenuhnya memenuhi persyaratan tersebut. Namun demikian, dalam praktiknya, digunakan pembawa yang cocok untuk imobilisasi.kategori enzim tertentu dalam kondisi tertentu.
Klasifikasi
Tergantung pada sifatnya, bahan, sehubungan dengan senyawa yang diubah menjadi enzim amobil, dibagi menjadi anorganik dan organik. Pengikatan banyak senyawa dilakukan dengan pembawa polimer. Bahan organik ini dibagi menjadi 2 kelas: sintetis dan alami. Di masing-masing dari mereka, pada gilirannya, kelompok dibedakan tergantung pada strukturnya. Pembawa anorganik terutama diwakili oleh bahan yang terbuat dari kaca, keramik, tanah liat, silika gel, dan grafit hitam. Saat bekerja dengan bahan, metode kimia kering sangat populer. Enzim amobil diperoleh dengan melapisi pembawa dengan film titanium, aluminium, zirkonium, hafnium oksida atau dengan pemrosesan dengan polimer organik. Keuntungan penting dari material adalah kemudahan regenerasi.
Pembawa protein
Yang paling populer adalah bahan lipid, polisakarida dan protein. Di antara yang terakhir, ada baiknya menyoroti polimer struktural. Ini terutama termasuk kolagen, fibrin, keratin, dan gelatin. Protein semacam itu tersebar luas di lingkungan alami. Mereka terjangkau dan ekonomis. Selain itu, mereka memiliki sejumlah besar kelompok fungsional untuk mengikat. Protein bersifat biodegradable. Hal ini memungkinkan perluasan penggunaan enzim amobil dalam pengobatan. Sementara itu, protein juga memiliki sifat negatif. Kerugian menggunakan enzim amobil pada pembawa protein adalah imunogenisitas yang tinggi dari yang terakhir, sertakemampuan untuk memasukkan kelompok tertentu saja ke dalam reaksi.
Polisakarida, aminosakarida
Dari bahan-bahan ini, kitin, dekstran, selulosa, agarosa dan turunannya yang paling sering digunakan. Untuk membuat polisakarida lebih tahan terhadap reaksi, rantai liniernya dihubungkan silang dengan epiklorohidrin. Berbagai kelompok ionogenik secara bebas dimasukkan ke dalam struktur jaringan. Kitin terakumulasi dalam jumlah besar sebagai limbah selama pengolahan industri udang dan kepiting. Zat ini tahan bahan kimia dan memiliki struktur berpori yang jelas.
Polimer sintetis
Kelompok materi ini sangat beragam dan mudah diakses. Ini termasuk polimer berdasarkan asam akrilik, stirena, polivinil alkohol, poliuretan dan polimer poliamida. Kebanyakan dari mereka secara mekanis kuat. Dalam proses transformasi, mereka memberikan kemungkinan memvariasikan ukuran pori dalam rentang yang cukup luas, memperkenalkan berbagai kelompok fungsional.
Metode Pengikatan
Saat ini, ada dua opsi imobilisasi yang berbeda secara mendasar. Yang pertama adalah untuk mendapatkan senyawa tanpa ikatan kovalen dengan pembawa. Metode ini bersifat fisik. Pilihan lain melibatkan munculnya ikatan kovalen dengan material. Ini adalah metode kimia.
Adsorpsi
Dengan bantuan itu, enzim amobil diperoleh dengan menahan obat di permukaan pembawa karenadispersi, hidrofobik, interaksi elektrostatik dan ikatan hidrogen. Adsorpsi adalah cara pertama untuk membatasi mobilitas elemen. Namun, bahkan sekarang opsi ini tidak kehilangan relevansinya. Selain itu, adsorpsi dianggap sebagai metode imobilisasi yang paling umum di industri.
Fitur metode
Publikasi ilmiah menjelaskan lebih dari 70 enzim yang diperoleh dengan metode adsorpsi. Pembawa terutama kaca berpori, berbagai tanah liat, polisakarida, aluminium oksida, polimer sintetis, titanium dan logam lainnya. Yang terakhir adalah yang paling umum digunakan. Efektivitas adsorpsi obat pada pembawa ditentukan oleh porositas bahan dan luas permukaan spesifik.
Mekanisme tindakan
Adsorpsi enzim pada bahan yang tidak larut itu sederhana. Hal ini dicapai dengan kontak larutan berair obat dengan pembawa. Itu bisa lewat dengan cara statis atau dinamis. Larutan enzim dicampur dengan endapan segar, misalnya titanium hidroksida. Senyawa tersebut kemudian dikeringkan dalam kondisi ringan. Aktivitas enzim selama imobilisasi tersebut dipertahankan hampir 100%. Pada saat yang sama, konsentrasi spesifik mencapai 64 mg per gram pembawa.
Momen negatif
Kerugian adsorpsi termasuk kekuatan rendah saat mengikat enzim dan pembawa. Dalam proses perubahan kondisi reaksi, kehilangan unsur, kontaminasi produk, dan desorpsi protein dapat dicatat. Untuk meningkatkan kekuatanpembawa pengikat telah dimodifikasi sebelumnya. Secara khusus, bahan diperlakukan dengan ion logam, polimer, senyawa hidrofobik, dan agen polifungsional lainnya. Dalam beberapa kasus, obat itu sendiri dimodifikasi. Namun seringkali hal ini menyebabkan penurunan aktivitasnya.
Inklusi dalam gel
Opsi ini cukup umum karena keunikan dan kesederhanaannya. Metode ini cocok tidak hanya untuk elemen individu, tetapi juga untuk kompleks multi-enzim. Penggabungan ke dalam gel dapat dilakukan dengan dua cara. Dalam kasus pertama, obat tersebut dikombinasikan dengan larutan monomer berair, setelah itu polimerisasi dilakukan. Akibatnya, struktur gel spasial muncul, yang mengandung molekul enzim di dalam sel. Dalam kasus kedua, obat dimasukkan ke dalam larutan polimer jadi. Kemudian dimasukkan ke dalam keadaan gel.
Intrusi ke dalam struktur tembus cahaya
Inti dari metode imobilisasi ini adalah pemisahan larutan enzim berair dari substrat. Untuk ini, membran semi-permeabel digunakan. Ini memungkinkan elemen kofaktor dan substrat dengan berat molekul rendah melewati dan mempertahankan molekul besar enzim.
Mikroenkapsulasi
Ada beberapa opsi untuk menyematkan dalam struktur tembus pandang. Dari jumlah tersebut, mikroenkapsulasi dan penggabungan protein ke dalam liposom adalah yang paling menarik. Opsi pertama diusulkan pada tahun 1964 oleh T. Chang. Terdiri dari kenyataan bahwa larutan enzim dimasukkan ke dalam kapsul tertutup, yang dindingnya terbuat dari bahan semi-permeabelpolimer. Munculnya membran pada permukaan disebabkan oleh reaksi polikondensasi antar muka senyawa. Salah satunya dilarutkan dalam organik, dan yang lainnya - dalam fase air. Contohnya adalah pembentukan mikrokapsul yang diperoleh dengan polikondensasi asam sebasa halida (fase organik) dan heksametilendiamin-1, 6 (masing-masing, fase berair). Ketebalan membran dihitung dalam seperseratus mikrometer. Ukuran kapsulnya ratusan atau puluhan mikrometer.
Dimasukkan ke dalam liposom
Metode imobilisasi ini mendekati mikroenkapsulasi. Liposom disajikan dalam sistem lamelar atau bola bilayer lipid. Metode ini pertama kali digunakan pada tahun 1970. Untuk mengisolasi liposom dari larutan lipid, pelarut organik diuapkan. Lapisan tipis yang tersisa didispersikan dalam larutan berair yang mengandung enzim. Selama proses ini, self-assembly struktur lipid bilayer terjadi. Enzim amobil semacam itu cukup populer dalam pengobatan. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa sebagian besar molekul terlokalisasi dalam matriks lipid membran biologis. Enzim amobil yang termasuk dalam liposom adalah bahan penelitian terpenting dalam kedokteran, yang memungkinkan untuk mempelajari dan menggambarkan pola proses vital.
Pembentukan ikatan baru
Imobilisasi dengan membentuk rantai kovalen baru antara enzim dan pembawa dianggap sebagai metode yang paling luas untuk mendapatkan biokatalis industri.tujuan. Tidak seperti metode fisik, opsi ini memberikan ikatan yang kuat dan ireversibel antara molekul dan material. Pembentukannya sering disertai dengan stabilisasi obat. Pada saat yang sama, lokasi enzim pada jarak ikatan kovalen pertama relatif terhadap pembawa menciptakan kesulitan tertentu dalam pelaksanaan proses katalitik. Molekul dipisahkan dari bahan dengan cara menyisipkan. Ini sering digunakan sebagai agen poli dan bifungsional. Secara khusus, mereka adalah hidrazin, sianogen bromida, glutaric dialhedride, sulfuril klorida, dll. Misalnya, untuk menghilangkan galaktosiltransferase, urutan berikut disisipkan di antara pembawa dan enzim -CH2- NH-(CH 2)5-CO-. Dalam situasi seperti itu, sisipan, molekul, dan pembawa hadir dalam struktur. Semuanya dihubungkan oleh ikatan kovalen. Yang sangat penting adalah kebutuhan untuk memasukkan ke dalam reaksi kelompok fungsional yang tidak penting untuk fungsi katalitik elemen. Jadi, sebagai aturan, glikoprotein melekat pada pembawa bukan melalui protein, tetapi melalui bagian karbohidrat. Hasilnya, enzim amobil yang lebih stabil dan aktif diperoleh.
Sel
Metode yang dijelaskan di atas dianggap universal untuk semua jenis biokatalis. Ini termasuk, antara lain, sel, struktur subseluler, yang imobilisasinya baru-baru ini meluas. Hal ini disebabkan hal-hal berikut. Ketika sel-sel diimobilisasi, tidak perlu mengisolasi dan memurnikan preparat enzim atau memasukkan kofaktor ke dalam reaksi. Akibatnya, menjadi mungkin untuksistem yang melakukan proses berkelanjutan multi-tahap.
Penggunaan enzim amobil
Dalam kedokteran hewan, industri, dan sektor ekonomi lainnya, obat-obatan yang diperoleh dengan cara di atas cukup populer. Pendekatan yang dikembangkan dalam praktik memberikan solusi untuk masalah penghantaran obat yang ditargetkan dalam tubuh. Enzim-enzim yang diimobilisasi memungkinkan untuk memperoleh obat-obatan dengan aksi berkepanjangan dengan alergenisitas dan toksisitas minimal. Saat ini, para ilmuwan sedang memecahkan masalah yang terkait dengan biokonversi massa dan energi menggunakan pendekatan mikrobiologis. Sementara itu, teknologi enzim amobil juga memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pekerjaan tersebut. Prospek pengembangan tampaknya cukup luas. Jadi, di masa depan, salah satu peran kunci dalam proses pemantauan keadaan lingkungan harus menjadi jenis analisis baru. Secara khusus, kita berbicara tentang metode bioluminescent dan enzim immunoassay. Pendekatan lanjutan sangat penting dalam pengolahan bahan baku lignoselulosa. Enzim amobil dapat digunakan sebagai penguat sinyal lemah. Pusat aktif mungkin berada di bawah pengaruh pembawa yang berada di bawah ultrasound, tekanan mekanis, atau tunduk pada transformasi fitokimia.
