Хөдөлгөөнгүй ферментийн тухай ойлголт анх 20-р зууны хоёрдугаар хагаст гарч ирсэн. Үүний зэрэгцээ, 1916 онд нүүрстөрөгч дээр шингэсэн сахароз нь катализаторын идэвхээ хадгалсан болохыг тогтоожээ. 1953 онд Д. Шлейт, Н. Грубхофер нар уусдаггүй зөөвөрлөгчөөр пепсин, амилаза, карбоксипептидаза, РНазыг анх удаа холбосон. Хөдөлгөөнгүй ферментийн тухай ойлголтыг 1971 онд хуульчилсан. Энэ нь инженерийн энзимологийн анхны бага хурлын үеэр болсон юм. Одоогийн байдлаар хөдөлгөөнгүй ферментийн тухай ойлголтыг 20-р зууны сүүлчээс илүү өргөн утгаар авч үздэг. Энэ ангиллыг нарийвчлан харцгаая.
Ерөнхий мэдээлэл
Хөдөлгөөнгүй ферментүүд нь уусдаггүй тээвэрлэгчтэй зохиомлоор холбогдсон нэгдлүүд юм. Гэсэн хэдий ч тэд катализаторын шинж чанараа хадгалдаг. Одоогийн байдлаар энэ процессыг уургийн молекулуудын хөдөлгөөний эрх чөлөөг хэсэгчлэн болон бүрэн хязгаарлах хүрээнд хоёр чиглэлээр авч үзэж байна.
Нэр төр
Эрдэмтэд хөдөлгөөнгүй ферментийн тодорхой ашиг тусыг тогтоосон. Гетероген катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг тул тэдгээрийг урвалын орчноос амархан салгаж болно. Судалгааны ажлын хүрээнд хөдөлгөөнгүй ферментийн хэрэглээг давтан хэрэглэх боломжтой болохыг тогтоожээ. Холболтын явцад холболтууд нь шинж чанараа өөрчилдөг. Тэд субстратын өвөрмөц байдал, тогтвортой байдлыг олж авдаг. Үүний зэрэгцээ тэдний үйл ажиллагаа нь хүрээлэн буй орчны нөхцөл байдлаас хамаарч эхэлдэг. Хөдөлгөөнгүй ферментүүд нь удаан эдэлгээтэй, тогтвортой байдлын өндөр зэрэгтэй байдаг. Энэ нь жишээлбэл, чөлөөт ферментүүдээс мянга, хэдэн арван мянга дахин их байдаг. Энэ бүхэн нь хөдөлгөөнгүй ферментүүдийг агуулсан технологийн өндөр үр ашиг, өрсөлдөх чадвар, хэмнэлтийг баталгаажуулдаг.
Медиа
Ж. Порату хөдөлгөөнгүй болгоход ашиглах хамгийн тохиромжтой материалын гол шинж чанарыг тодорхойлсон. Хамгаалагч нь:
байх ёстой.
- Уусдаггүй.
- Биологийн болон химийн өндөр эсэргүүцэлтэй.
- Хурдан идэвхжүүлэх чадвар. Операторууд амархан реактив болох ёстой.
- Ид их ус шингээх чадвар.
- Шаардлагатай ус нэвтрүүлэх чанар. Түүний индикатор нь фермент, коэнзим, урвалын бүтээгдэхүүн, субстрат хоёуланд нь адилхан хүлээн зөвшөөрөгдөх ёстой.
Одоогоор эдгээр шаардлагыг бүрэн хангасан материал байхгүй байна. Гэсэн хэдий ч практик дээр хөдөлгөөнгүй болгоход тохиромжтой тээвэрлэгчийг ашигладаг.тодорхой нөхцөлд ферментийн тодорхой ангилал.
Ангилал
Мөн чанараасаа хамааран нэгдлүүдийг хөдөлгөөнгүй фермент болгон хувиргадаг материалыг органик бус ба органик гэж хуваадаг. Олон тооны нэгдлүүдийг холбох ажлыг полимер зөөвөрлөгчөөр гүйцэтгэдэг. Эдгээр органик материалыг синтетик болон байгалийн гэсэн 2 ангилалд хуваадаг. Тэдгээрийн тус бүрд бүлгүүд нь бүтцээс хамааран ялгагдана. Органик бус тээвэрлэгчийг голчлон шил, керамик, шавар, цахиурын гель, бал чулуугаар хийсэн материалаар төлөөлдөг. Материалтай ажиллахдаа хуурай химийн аргууд түгээмэл байдаг. Хөдөлгөөнгүй ферментийг зөөгчийг титан, хөнгөн цагаан, цирконий, гафниумын оксидын хальсаар бүрэх эсвэл органик полимерээр боловсруулах замаар олж авдаг. Материалын чухал давуу тал нь нөхөн сэргээхэд хялбар байдаг.
Уураг тээгч
Хамгийн алдартай нь липид, полисахарид, уургийн материал юм. Сүүлчийнх нь дотроос бүтцийн полимеруудыг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй. Эдгээрт голчлон коллаген, фибрин, кератин, желатин орно. Ийм уураг нь байгалийн орчинд өргөн тархсан байдаг. Тэд боломжийн, хэмнэлттэй байдаг. Үүнээс гадна тэдгээр нь холбоход зориулсан олон тооны функциональ бүлгүүдтэй байдаг. Уургууд нь био задралд ордог. Энэ нь анагаах ухаанд хөдөлгөөнгүй ферментийн хэрэглээг өргөжүүлэх боломжийг олгодог. Үүний зэрэгцээ уураг нь сөрөг шинж чанартай байдаг. Хөдөлгөөнгүй ферментийг уураг тээвэрлэгч дээр ашиглах сул тал нь сүүлийнх нь өндөр дархлаа үүсгэх чадвар, түүнчлэнтэдгээрийн зөвхөн тодорхой бүлгийг урвалд оруулах чадвар.
Полисахаридууд, аминосахаридууд
Эдгээр материалаас хитин, декстран, целлюлоз, агароз болон тэдгээрийн деривативуудыг ихэвчлэн ашигладаг. Полисахаридуудыг урвалд илүү тэсвэртэй болгохын тулд тэдгээрийн шугаман гинжийг эпихлоргидринтэй холбодог. Янз бүрийн ионоген бүлгүүдийг сүлжээний бүтцэд чөлөөтэй нэвтрүүлдэг. Читин нь сам хорхой, хавч зэргийг үйлдвэрийн аргаар боловсруулах явцад хог хаягдал хэлбэрээр их хэмжээгээр хуримтлагддаг. Энэ бодис нь химийн бодист тэсвэртэй бөгөөд сүвэрхэг бүтэцтэй.
Синтетик полимер
Энэ бүлгийн материалууд нь маш олон янз бөгөөд хүртээмжтэй байдаг. Үүнд нийлэг хүчил, стирол, поливинил спирт, полиуретан, полиамид полимер дээр суурилсан полимерууд орно. Тэдний ихэнх нь механик хүчтэй байдаг. Өөрчлөлтийн явцад тэдгээр нь янз бүрийн функциональ бүлгүүдийг нэвтрүүлж, нүхний хэмжээг нэлээд өргөн хүрээнд өөрчлөх боломжийг олгодог.
Холбох аргууд
Одоогоор хөдөлгөөнгүй болгох үндсэн хоёр өөр сонголт байна. Эхнийх нь зөөгчтэй ковалент холбоогүй нэгдлүүдийг олж авах явдал юм. Энэ арга нь физик юм. Өөр нэг сонголт бол материалтай ковалент холбоо үүсэх явдал юм. Энэ бол химийн арга.
Асорбци
Түүний тусламжтайгаар эмийг зөөвөрлөгчийн гадаргуу дээр барих замаар хөдөлгөөнгүй ферментүүдийг гаргаж авдаг.дисперс, гидрофобик, электростатик харилцан үйлчлэл, устөрөгчийн холбоо. Адсорбци нь элементүүдийн хөдөлгөөнийг хязгаарлах анхны арга байсан. Гэсэн хэдий ч одоо ч гэсэн энэ сонголт ач холбогдлоо алдаагүй байна. Түүнчлэн шингээх аргыг энэ салбарт хамгийн түгээмэл хөдөлгөөнгүй болгох арга гэж үздэг.
Аргын онцлог
Шинжлэх ухааны хэвлэлд шингээлтийн аргаар олж авсан 70 гаруй ферментийг дүрсэлсэн байдаг. Тээвэрлэгчид нь голчлон сүвэрхэг шил, янз бүрийн шавар, полисахарид, хөнгөн цагаан исэл, синтетик полимер, титан болон бусад металлууд байв. Сүүлийнх нь хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг. Эмийг зөөгч дээр шингээх үр нөлөөг материалын сүвэрхэг чанар болон гадаргуугийн тодорхой талбайгаар тодорхойлно.
Үйл ажиллагааны механизм
Уусдаггүй материалд фермент шингээх нь энгийн. Энэ нь эмийн усан уусмалыг тээвэрлэгчтэй харьцах замаар хийгддэг. Энэ нь статик эсвэл динамик байдлаар дамжиж болно. Ферментийн уусмалыг шинэ тунадас, жишээлбэл, титаны гидроксидтэй холино. Дараа нь хольцыг зөөлөн нөхцөлд хатаана. Ийм хөдөлгөөнгүй байх үед ферментийн идэвхжил бараг 100% хадгалагддаг. Үүний зэрэгцээ тусгай концентраци нь нэг грамм зөөгч тутамд 64 мг хүрдэг.
Сөрөг мөчүүд
Шингээлтийн сул тал нь фермент ба тээвэрлэгчийг холбоход бага хүч чадалтай байдаг. Урвалын нөхцлийг өөрчлөх явцад элементүүдийн алдагдал, бүтээгдэхүүний бохирдол, уургийн шингээлтийг тэмдэглэж болно. Хүч чадлыг сайжруулахын тулдхолбох тээвэрлэгчийг урьдчилан өөрчилсөн. Ялангуяа материалыг металлын ион, полимер, гидрофобик нэгдлүүд болон бусад олон үйлдэлт бодисоор эмчилдэг. Зарим тохиолдолд эмийг өөрөө өөрчилдөг. Гэхдээ ихэнхдээ энэ нь түүний идэвхжил буурахад хүргэдэг.
Гельд орсон
Өвөрмөц, энгийн байдлаасаа шалтгаалан энэ сонголт нэлээд түгээмэл байдаг. Энэ арга нь зөвхөн бие даасан элементүүдэд төдийгүй олон ферментийн цогцолборуудад тохиромжтой. Гельд оруулах ажлыг хоёр аргаар хийж болно. Эхний тохиолдолд эмийг мономерын усан уусмалтай хослуулж, дараа нь полимержилтийг гүйцэтгэдэг. Үүний үр дүнд эсэд ферментийн молекулуудыг агуулсан орон зайн гель бүтэц гарч ирдэг. Хоёр дахь тохиолдолд эмийг бэлэн полимерийн уусмалд оруулна. Дараа нь гель төлөвт оруулна.
Тунгалаг бүтэц рүү нэвтрэх
Хөдөлгөөнгүйжүүлэх энэ аргын мөн чанар нь ферментийн усан уусмалыг субстратаас салгах явдал юм. Үүний тулд хагас нэвчилттэй мембраныг ашигладаг. Энэ нь кофактор ба субстратын бага молекул жинтэй элементүүдийг нэвтрүүлэх боломжийг олгож, ферментийн том молекулуудыг хадгалдаг.
Бичил капсулжуулалт
Тунгалаг бүтэц дотор суулгах хэд хэдэн сонголт байдаг. Эдгээрээс липосомд уураг оруулах, микрокапсуляци хийх нь хамгийн их сонирхол татдаг. Эхний хувилбарыг 1964 онд Т. Чанг санал болгосон. Энэ нь ферментийн уусмалыг хана нь хагас нэвчилтээр хийсэн хаалттай капсулд оруулах явдал юм.полимер. Гадаргуу дээрх мембраны харагдах байдал нь нэгдлүүдийн хоорондын поликонденсацийн урвалын үр дүнд үүсдэг. Тэдний нэг нь органик, нөгөө нь усан үе шатанд уусдаг. Үүний нэг жишээ бол sebacic галоген (органик фаз) ба гексаметилендиамин-1, 6 (тус тусын усан фаз) -ийн поликонденсацаар олж авсан микрокапсул үүсэх явдал юм. Мембраны зузааныг микрометрийн зуутын нэгээр тооцдог. Капсулын хэмжээ нь хэдэн зуу эсвэл хэдэн арван микрометр юм.
Липосомтой нэгдэх
Хөдөлгөөнгүй болгох энэхүү арга нь микрокапсуляцид ойрхон байна. Липосомууд нь липидийн давхар давхаргын давхарга эсвэл бөмбөрцөг системд байдаг. Энэ аргыг анх 1970 онд хэрэглэж эхэлсэн. Липидийн уусмалаас липосомыг тусгаарлахын тулд органик уусгагчийг ууршуулна. Үлдсэн нимгэн хальс нь фермент агуулагдах усан уусмалд тараагдана. Энэ процессын явцад липидийн давхар давхаргын бүтцийг өөрөө угсардаг. Ийм хөдөлгөөнгүй ферментүүд нь анагаах ухаанд нэлээд алдартай байдаг. Энэ нь ихэнх молекулууд нь биологийн мембраны липидийн матрицад байршдагтай холбоотой юм. Липосомд агуулагдах хөдөлгөөнгүй ферментүүд нь анагаах ухааны хамгийн чухал судалгааны материал бөгөөд амин чухал үйл явцын зүй тогтлыг судлах, дүрслэх боломжийг олгодог.
Шинэ бонд үүсгэх
Фермент ба тээвэрлэгчдийн хооронд шинэ ковалент гинж үүсгэх замаар хөдөлгөөнгүй болгох нь үйлдвэрлэлийн биокатализатор авах хамгийн өргөн тархсан арга гэж тооцогддог.очих газар. Физик аргуудаас ялгаатай нь энэ сонголт нь молекул ба материалын хооронд эргэлт буцалтгүй, хүчтэй холбоог бий болгодог. Түүний үүсэх нь ихэвчлэн эмийн тогтворжилт дагалддаг. Үүний зэрэгцээ тээвэрлэгчтэй харьцуулахад 1-р ковалент холболтын зайд ферментийн байрлал нь катализаторын үйл явцыг хэрэгжүүлэхэд тодорхой хүндрэл учруулдаг. Молекулыг материалаас оруулгын тусламжтайгаар тусгаарладаг. Энэ нь ихэвчлэн поли ба хоёр үйлдэлт бодис болгон ашиглагддаг. Ялангуяа гидразин, цианоген бромид, глютарик диалэдрид, сульфурил хлорид гэх мэт. Жишээлбэл, галактозилтрансферазыг арилгахын тулд тээвэрлэгч болон ферментийн хооронд дараах дарааллыг оруулна -CH2- NH-(CH 2)5-CO-. Ийм нөхцөлд бүтцэд оруулга, молекул, тээвэрлэгч байдаг. Тэд бүгд ковалент холбоогоор холбогддог. Үндсэн чухал зүйл бол элементийн катализаторын үйл ажиллагаанд чухал биш функциональ бүлгүүдийг урвалд оруулах хэрэгцээ юм. Тиймээс, дүрмээр бол гликопротеинууд нь уургаар биш харин нүүрс усны хэсэгээр дамжин тээвэрлэгчтэй холбогддог. Үүний үр дүнд илүү тогтвортой, идэвхтэй хөдөлгөөнгүй ферментүүдийг олж авдаг.
Нүүд
Дээр дурдсан аргуудыг бүх төрлийн биокатализаторын хувьд түгээмэл гэж үздэг. Эдгээрт бусад зүйлсийн дотор эсүүд, эсийн дэд бүтэц, хөдөлгөөнгүй байдал нь сүүлийн үед өргөн тархсан байдаг. Энэ нь дараах байдалтай холбоотой. Эсийг хөдөлгөөнгүй болгох үед ферментийн бэлдмэлийг тусгаарлах, цэвэршүүлэх, кофакторыг урвалд оруулах шаардлагагүй болно. Үүний үр дүнд үүнийг хийх боломжтой болноолон үе шаттай тасралтгүй процессуудыг гүйцэтгэдэг системүүд.
Хөдөлгөөнгүй ферментийн хэрэглээ
Мал эмнэлэг, аж үйлдвэр, эдийн засгийн бусад салбарт дээрх аргуудаар гаргаж авсан эмүүд нэлээд түгээмэл байдаг. Практикт боловсруулсан аргууд нь бие махбодид чиглэсэн эмийг хүргэх асуудлыг шийдэх боломжийг олгодог. Хөдөлгөөнгүй ферментүүд нь хамгийн бага харшил, хоруу чанар бүхий удаан хугацааны үйлчилгээтэй эмийг авах боломжтой болсон. Одоогийн байдлаар эрдэмтэд микробиологийн аргыг ашиглан масс ба энергийн био хувиргалттай холбоотой асуудлыг шийдэж байна. Үүний зэрэгцээ хөдөлгөөнгүй ферментийн технологи нь ажилд ихээхэн хувь нэмэр оруулдаг. Хөгжлийн хэтийн төлөв нэлээд өргөн байх шиг байна. Тиймээс ирээдүйд хүрээлэн буй орчны төлөв байдлыг хянах үйл явцын нэг гол үүрэг бол шинэ төрлийн шинжилгээнд хамаарах ёстой. Ялангуяа биолюминесцент ба ферментийн дархлаа судлалын аргуудын талаар ярьж байна. Лигноцеллюлозын түүхий эдийг боловсруулахад дэвшилтэт аргууд онцгой ач холбогдолтой юм. Хөдөлгөөнгүй ферментийг сул дохио өсгөгч болгон ашиглаж болно. Идэвхтэй төв нь хэт авиан, механик стресс эсвэл фитохимийн өөрчлөлтөд өртсөн зөөвөрлөгчийн нөлөөн дор байж болно.
