Естественные носители-липиды. Вопрос белок-липидных взаимодействий давно привлекают внимание исследователей, поскольку in vivo большинство ферментативных реакций протекающих вблизи или на поверхности биомембран - белок-липидных образований. Поэтому иммобилизация ферментов на природных липидных носителях (конструирование ансамблей белок-липид) может рассматриваться как оптимальное приближение к условиям функционирования ферментных систем в живой клетке.

 

Для такой иммобилизации, как правило, используются природные липиды - компоненты биомембран (фосфатидилхолин, фосфатидил-этаноламины, холестерин и др.).. Липидные носители применяются в виде монослоев на различных поверхностях или бислой (как правило, сферической формы - липосомы). Обычно липидные носители используются в виде монослоев на твердых поверхностях, например, силикагели, аэросиле. Для приготовления липосом чаще используют фосфатидилхолин (лецитин), кардиолипину, сфингомиелина. Липосомы - это пузырьки размером от 20-30 нм до 1-2 мкм, полученные из различных природных или синтетических фосфолипидов. Размещенные внутри липосом ферменты защищены от быстрого разрушения протеиназами организма, поэтому находятся в нем относительно длительное время, проявляя свою соответствующее действие.

 

Очень перспективной является отрасль образования багатоферментних систем (по типу полиферментные систем в организме), закрепленных на одном и том же носителе, в непосредственной близости друг от друга. При этом иммобилизуються два или несколько ферментов, которые работают последовательно, их активные центры определенным образом ориентированы относительно друг друга. Таким путем удается значительно увеличить эффективность их работы: промежуточные продукты, образующиеся под действием одного фермента в такой системе сразу же попадают на другой фермент. Это особенно важно, когда промежуточные продукты неустойчивы и легко разрушаются в окружающей среде: в такой системе они не выходят наружу, а сразу же перерабатываются. Можно привести ряд примеров, которые свидетельствуют о больших возможностях инженерной энзимологии в различных отраслях промышленности, медицины, сельского хозяйства. В частности, иммобилизованных D-галакто-зидазу (фермент, расщепляющий лактозу до глюкозы и галактозы), присоединенную к магнитному стержня-мешалки, используют для уменьшения содержания лактозы в молоке, и таким образом решают проблему непереносимости лактозы у некоторых людей. Обработанное таким образом молоко в замороженном виде хранится значительно дольше и не поддается загустения. С помощью ферментативной технологии получают продукты питания, в частности углеводы (крахмал и глюкозу) из целлюлозы и др..

 

В медицинской практике применяется препарат «Дальцекс-три-псины», который представляет собой лекарственную форму трипсина, иммобилизованного на диальдегидцелюлози и обладает пролонгированным протеолитическую действие, применяют для очистки гнойных ран и улучшения процесса их регенерации. Другой препарат трипсина - «Пакс-трипсин» является иммобилизованным трипсином на холсте трикотажного полиамида, его используют как для перевязок.

 

Фармпрепарат «стрептодеказу», созданный на основе иммобилизации препарата «Стрептокиназа» (имеющий тромболитическую активность) на водорастворимой матрицы полисахаридной природы, способен к длительному существованию в системе кровообращения, обеспечивая пролонгированное фибринолитическую действие в крови в течение 48-72 час. «Стрептоде-каза» с успехом применяется при тромбозах, инфаркте миокарда и, имеет преимущество перед стрептокиназой и фибринолизином, которые быстро разрушаются после введения в организм. После введения стрепто-деказы, если это сделать вовремя, тромб почти бесследно исчезает.

 

Моделирование с помощью инженерной энзимологии процесса фотосинтеза с использованием иммобилизованных ферментов, кофакторов т.д. большое будущее.

 

В настоящее время проводятся работы по иммобилизации только ферментов, но и кофакторов, гормонов, ингибиторов и других биологически активных лечебно-профилактических средств с целью доставки их в организм при заболеваниях, связанных с их недостаточностью или отсутствием. Это устраняет дефицит некоторых ферментов в организме удаляет уже отмершие денатурированные структуры через действие, главным образом, протеолитических ферментов (в частности, трипсина и химотрипсина), обеспечивает ли-ЗИС тромбов, детоксикацию организма и т.д. Иммобилизованные ферменты использоваться в специальных колонках для перфузии (очистки) крови типа «искусственная почка», «искусственная печень». С лечебной и диагностической целью используют иммобилизованные ферменты и другие вещества, введенные в полупроницаемые (например, полиамидные) микрокапсулы размером примерно 200 ммк. В таких полупроницаемых капсулах ферменты относительно долго сохраняются и оказывают соответствующее действие на определенные органы, к которым капсула заносится током крови, то есть в определенной степени обеспечивается еще и спрямовна доставка ферментов по месту назначения.

 

Иммобилизованные ферменты применяются для получения аминокислот, гидроксикислот, а также естественных веществ с очень сложной структурой, например, стероидов, порфиринов, алкалоидов, простагландинов, антибиотиков и т.п..

 

Аминокислоты используются в медицине, сельском хозяйстве, прикладной микробиологии и во многих областях науки. Они необходимы как компоненты питания при недостаточности какой-либо из природных, особенно незаменимых аминокислот, как составная часть внутривенного питания больных, для создания лекарственных и биологически активных соединений и т.д.

 

Все аминокислоты усваиваются организмом только в L-форме (за исключением метионина), а поступления в организм D-формы нежелательно.

 

Ниже представлена схема непрерывного потока получения L-амино-кислоты L-аланина и регенерации кофермента в модельной системе, куда исходный субстрат (молочная кислота) подается с помощью насоса в камеру-реактор, содержащий иммобилизованные на декстран НАД + и две НАД-зависимые дегидрогеназы : лактат-и аланиндегидроге-нази. С противоположного конца реактора продукт реакции L-аланин удаляется с заданной скоростью методом ультрафильтрации. Подобные реакторы нашли применение в фармацевтической промышленности, например, при синтезе глюкокортикоидного препарата преднизолона с гидрокортизона.

 

Не менее важным направлением для медицины является иммобилизация клеток. Как пример медицинского использования достижений биотехнологии можно привести иммобилизацию клеток щитовидной железы для определения тиреотропного гормона в биожидкостях или тканевых экстрактах, полученных из организма; введения ?-клеток поджелудочной железы в организм при диабете и др.. С помощью иммобилизованных ферментов осуществляется не только промышленный синтез ряда фармпрепаратов, но и разработаны высокочувствительные методы анализа лекарств, экспресс-анализ биологических компонентов (автоматы для анализа крови, мочи). Ферменты значительно упрощают анализ крови: если для биохимического анализа необходимо взять целую пробирку крови, то созданный в последние годы иммуноферментный метод анализа на базе иммобилизации ферментов ограничивается всего одной каплей крови и определяет содержание примерно 50 веществ сразу.

 

Сейчас получены некоторые искусственные катализаторы, которые функционируют по принципу ферментативного катализа. Они получили название син-зимив. Отдельные синзимы очень эффективны, но специфичности ферментов нет.

 

Ферментная технология - еще очень молодое направление биотехно-логии, но в этой области уже есть значительные успехи и в ближайшем будущем здесь можно ожидать больших достижений.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+