स्थिर एंजाइम और उनके अनुप्रयोग

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 05:27

स्थिर एंजाइमों की अवधारणा पहली बार 20वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में सामने आई। इस बीच, 1916 में वापस, यह पाया गया कि कार्बन पर सोखे गए सुक्रोज ने अपनी उत्प्रेरक गतिविधि को बरकरार रखा। 1953 में, D. Schleit और N. Grubhofer ने एक अघुलनशील वाहक के साथ पेप्सिन, एमाइलेज, कार्बोक्सीपेप्टिडेज़ और RNase के पहले बंधन को अंजाम दिया। स्थिर एंजाइमों की अवधारणा को 1971 में वैध कर दिया गया था। यह इंजीनियरिंग एंजाइमोलॉजी पर पहले सम्मेलन में हुआ था। वर्तमान में, स्थिर एंजाइमों की अवधारणा को 20वीं शताब्दी के अंत की तुलना में व्यापक अर्थों में माना जाता है। आइए इस श्रेणी पर करीब से नज़र डालें।

सामान्य जानकारी

स्थिर एंजाइम ऐसे यौगिक हैं जो कृत्रिम रूप से एक अघुलनशील वाहक से बंधे होते हैं। हालांकि, वे अपने उत्प्रेरक गुणों को बरकरार रखते हैं। वर्तमान में, इस प्रक्रिया को दो पहलुओं में माना जाता है - प्रोटीन अणुओं की आवाजाही की स्वतंत्रता की आंशिक और पूर्ण सीमा के ढांचे के भीतर।

गरिमा

वैज्ञानिकों ने स्थिर एंजाइमों के कुछ लाभों को स्थापित किया है। विषम उत्प्रेरक के रूप में कार्य करते हुए, उन्हें आसानी से प्रतिक्रिया माध्यम से अलग किया जा सकता है। शोध के हिस्से के रूप में, यह पाया गया कि स्थिर एंजाइमों का उपयोग दोहराया जा सकता है। बाध्यकारी प्रक्रिया के दौरान, कनेक्शन अपने गुणों को बदलते हैं। वे सब्सट्रेट विशिष्टता और स्थिरता प्राप्त करते हैं। उसी समय, उनकी गतिविधि पर्यावरणीय परिस्थितियों पर निर्भर होने लगती है। स्थिर एंजाइम टिकाऊ होते हैं और इनमें उच्च स्तर की स्थिरता होती है। यह, उदाहरण के लिए, मुक्त एंजाइमों की तुलना में हजारों गुना, हजारों गुना अधिक है। यह सब उच्च दक्षता, प्रतिस्पर्धात्मकता और प्रौद्योगिकियों की अर्थव्यवस्था सुनिश्चित करता है जिसमें स्थिर एंजाइम मौजूद होते हैं।

मीडिया

जे. पोरातु ने स्थिरीकरण में उपयोग की जाने वाली आदर्श सामग्री के प्रमुख गुणों की पहचान की। धारकों के पास होना चाहिए:

1. अघुलनशीलता।
2. उच्च जैविक और रासायनिक प्रतिरोध।
3. जल्दी से सक्रिय करने की क्षमता। वाहक आसानी से प्रतिक्रियाशील हो जाना चाहिए।
4. महत्वपूर्ण हाइड्रोफिलिसिटी।
5. आवश्यक पारगम्यता। इसका संकेतक एंजाइम और कोएंजाइम, प्रतिक्रिया उत्पादों और सबस्ट्रेट्स दोनों के लिए समान रूप से स्वीकार्य होना चाहिए।

वर्तमान में ऐसी कोई सामग्री नहीं है जो इन आवश्यकताओं को पूरी तरह से पूरा करती हो। फिर भी, व्यवहार में, वाहक का उपयोग किया जाता है जो स्थिरीकरण के लिए उपयुक्त होते हैं।विशिष्ट परिस्थितियों में एंजाइमों की कुछ श्रेणी।

वर्गीकरण

उन पदार्थों की प्रकृति के आधार पर, जिनके संबंध में यौगिकों को स्थिर एंजाइमों में परिवर्तित किया जाता है, अकार्बनिक और कार्बनिक में विभाजित किया जाता है। कई यौगिकों का बंधन बहुलक वाहकों के साथ किया जाता है। इन कार्बनिक पदार्थों को 2 वर्गों में बांटा गया है: सिंथेटिक और प्राकृतिक। उनमें से प्रत्येक में, बदले में, संरचना के आधार पर समूहों को प्रतिष्ठित किया जाता है। अकार्बनिक वाहक मुख्य रूप से कांच, चीनी मिट्टी की चीज़ें, मिट्टी, सिलिका जेल और ग्रेफाइट ब्लैक से बने पदार्थों द्वारा दर्शाए जाते हैं। सामग्री के साथ काम करते समय, शुष्क रसायन विज्ञान के तरीके लोकप्रिय हैं। स्थिर एंजाइम टाइटेनियम, एल्यूमीनियम, ज़िरकोनियम, हेफ़नियम ऑक्साइड की एक फिल्म के साथ या कार्बनिक पॉलिमर के साथ प्रसंस्करण द्वारा वाहक कोटिंग द्वारा प्राप्त किए जाते हैं। सामग्रियों का एक महत्वपूर्ण लाभ पुनर्जनन में आसानी है।

प्रोटीन वाहक

सबसे लोकप्रिय लिपिड, पॉलीसेकेराइड और प्रोटीन सामग्री हैं। उत्तरार्द्ध के बीच, यह संरचनात्मक पॉलिमर को उजागर करने के लायक है। इनमें मुख्य रूप से कोलेजन, फाइब्रिन, केराटिन और जिलेटिन शामिल हैं। ऐसे प्रोटीन प्राकृतिक वातावरण में व्यापक रूप से वितरित होते हैं। वे किफायती और किफायती हैं। इसके अलावा, उनके पास बाध्यकारी के लिए बड़ी संख्या में कार्यात्मक समूह हैं। प्रोटीन बायोडिग्रेडेबल होते हैं। यह दवा में स्थिर एंजाइमों के उपयोग का विस्तार करने की अनुमति देता है। इस बीच, प्रोटीन में भी नकारात्मक गुण होते हैं। प्रोटीन वाहकों पर स्थिर एंजाइमों का उपयोग करने के नुकसान बाद वाले की उच्च प्रतिरक्षण क्षमता है, साथ हीप्रतिक्रियाओं में उनमें से केवल कुछ समूहों को पेश करने की क्षमता।

पॉलीसेकेराइड, अमीनोसेकेराइड

इन सामग्रियों में से काइटिन, डेक्सट्रान, सेल्युलोज, अगारोज और उनके डेरिवेटिव का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। पॉलीसेकेराइड को प्रतिक्रियाओं के प्रति अधिक प्रतिरोधी बनाने के लिए, उनकी रैखिक श्रृंखलाएं एपिक्लोरोहाइड्रिन के साथ क्रॉस-लिंक्ड होती हैं। विभिन्न आयनिक समूहों को नेटवर्क संरचनाओं में स्वतंत्र रूप से पेश किया जाता है। झींगा और केकड़ों के औद्योगिक प्रसंस्करण के दौरान कचरे के रूप में काइटिन बड़ी मात्रा में जमा हो जाता है। यह पदार्थ रासायनिक प्रतिरोधी है और इसकी एक अच्छी तरह से परिभाषित झरझरा संरचना है।

सिंथेटिक पॉलिमर

सामग्री का यह समूह बहुत विविध और सुलभ है। इसमें ऐक्रेलिक एसिड, स्टाइरीन, पॉलीविनाइल अल्कोहल, पॉलीयुरेथेन और पॉलियामाइड पॉलिमर पर आधारित पॉलिमर शामिल हैं। उनमें से ज्यादातर यांत्रिक रूप से मजबूत हैं। परिवर्तन की प्रक्रिया में, वे विभिन्न कार्यात्मक समूहों को पेश करते हुए, काफी विस्तृत श्रृंखला के भीतर छिद्र के आकार को बदलने की संभावना प्रदान करते हैं।

बाध्यकारी तरीके

वर्तमान में, स्थिरीकरण के लिए दो मौलिक रूप से भिन्न विकल्प हैं। पहला वाहक के साथ सहसंयोजक बंधों के बिना यौगिक प्राप्त करना है। यह विधि भौतिक है। एक अन्य विकल्प में सामग्री के साथ सहसंयोजक बंधन का उदय शामिल है। यह एक रासायनिक विधि है।

सोखना

इसकी सहायता से दवा को वाहक की सतह पर रखने से स्थिर एंजाइम प्राप्त होते हैंफैलाव, हाइड्रोफोबिक, इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन और हाइड्रोजन बॉन्ड। तत्वों की गतिशीलता को सीमित करने का पहला तरीका सोखना था। हालाँकि, अब भी इस विकल्प ने अपनी प्रासंगिकता नहीं खोई है। इसके अलावा, सोखना उद्योग में सबसे आम स्थिरीकरण विधि माना जाता है।

विधि की विशेषताएं

वैज्ञानिक प्रकाशन सोखना विधि द्वारा प्राप्त 70 से अधिक एंजाइमों का वर्णन करते हैं। वाहक मुख्य रूप से झरझरा कांच, विभिन्न मिट्टी, पॉलीसेकेराइड, एल्यूमीनियम ऑक्साइड, सिंथेटिक पॉलिमर, टाइटेनियम और अन्य धातु थे। बाद वाले सबसे अधिक उपयोग किए जाते हैं। वाहक पर दवा के सोखने की प्रभावशीलता सामग्री की सरंध्रता और विशिष्ट सतह क्षेत्र द्वारा निर्धारित की जाती है।

कार्रवाई का तंत्र

अघुलनशील पदार्थों पर एंजाइम सोखना सरल है। यह वाहक के साथ दवा के जलीय घोल के संपर्क से प्राप्त होता है। यह एक स्थिर या गतिशील तरीके से गुजर सकता है। एंजाइम समाधान ताजा तलछट के साथ मिलाया जाता है, उदाहरण के लिए, टाइटेनियम हाइड्रॉक्साइड। यौगिक को फिर हल्की परिस्थितियों में सुखाया जाता है। इस तरह के स्थिरीकरण के दौरान एंजाइम गतिविधि लगभग 100% तक बरकरार रहती है। इसी समय, वाहक के प्रति ग्राम में विशिष्ट एकाग्रता 64 मिलीग्राम तक पहुंच जाती है।

नकारात्मक क्षण

सोखना के नुकसान में एंजाइम और वाहक को बांधते समय कम ताकत शामिल है। प्रतिक्रिया की स्थिति को बदलने की प्रक्रिया में, तत्वों का नुकसान, उत्पादों का संदूषण, और प्रोटीन का अवशोषण नोट किया जा सकता है। ताकत में सुधार करने के लिएबाध्यकारी वाहक पूर्व-संशोधित हैं। विशेष रूप से, सामग्री को धातु आयनों, पॉलिमर, हाइड्रोफोबिक यौगिकों और अन्य पॉलीफंक्शनल एजेंटों के साथ इलाज किया जाता है। कुछ मामलों में, दवा को ही संशोधित किया जाता है। लेकिन अक्सर इससे इसकी गतिविधि में कमी आती है।

जेल में शामिल करना

यह विकल्प अपनी विशिष्टता और सरलता के कारण काफी सामान्य है। यह विधि न केवल व्यक्तिगत तत्वों के लिए, बल्कि बहु-एंजाइम परिसरों के लिए भी उपयुक्त है। जेल में शामिल करना दो तरह से किया जा सकता है। पहले मामले में, दवा को मोनोमर के जलीय घोल के साथ जोड़ा जाता है, जिसके बाद पोलीमराइजेशन किया जाता है। नतीजतन, एक स्थानिक जेल संरचना दिखाई देती है, जिसमें कोशिकाओं में एंजाइम अणु होते हैं। दूसरे मामले में, दवा को तैयार बहुलक के समाधान में पेश किया जाता है। फिर इसे जेल अवस्था में डाल दिया जाता है।

पारभासी संरचनाओं में घुसपैठ

स्थिरीकरण की इस पद्धति का सार सब्सट्रेट से एक जलीय एंजाइम समाधान को अलग करना है। इसके लिए अर्द्ध पारगम्य झिल्ली का प्रयोग किया जाता है। यह सहकारकों और सबस्ट्रेट्स के कम आणविक भार तत्वों को पारित करने की अनुमति देता है और एंजाइमों के बड़े अणुओं को बनाए रखता है।

माइक्रोएनकैप्सुलेशन

पारभासी संरचनाओं में एम्बेड करने के लिए कई विकल्प हैं। इनमें से माइक्रोएन्कैप्सुलेशन और लिपोसोम में प्रोटीन का समावेश सबसे बड़ी रुचि है। पहला विकल्प 1964 में टी. चांग द्वारा प्रस्तावित किया गया था। यह इस तथ्य में समाहित है कि एंजाइम समाधान को एक बंद कैप्सूल में पेश किया जाता है, जिसकी दीवारें अर्ध-पारगम्य से बनी होती हैंबहुलक। सतह पर एक झिल्ली की उपस्थिति यौगिकों के इंटरफेशियल पॉलीकोंडेशन की प्रतिक्रिया के कारण होती है। उनमें से एक कार्बनिक में घुल जाता है, और दूसरा - जलीय चरण में। एक उदाहरण सेबैसिक एसिड हैलाइड (कार्बनिक चरण) और हेक्सामेथिलीनडायमाइन -1, 6 (क्रमशः, जलीय चरण) के पॉलीकोंडेशन द्वारा प्राप्त माइक्रोकैप्सूल का गठन है। झिल्ली की मोटाई की गणना माइक्रोमीटर के सौवें हिस्से में की जाती है। कैप्सूल का आकार सैकड़ों या दसियों माइक्रोमीटर होता है।

लिपोसोम में समावेश

यह स्थिरीकरण विधि माइक्रोएनकैप्सुलेशन के करीब है। लिपोसोम लिपिड बिलयर्स के लैमेलर या गोलाकार प्रणालियों में प्रस्तुत किए जाते हैं। इस पद्धति का पहली बार 1970 में उपयोग किया गया था। लिपोसोम को लिपिड समाधान से अलग करने के लिए, कार्बनिक विलायक वाष्पित हो जाता है। शेष पतली फिल्म एक जलीय घोल में बिखरी हुई है जिसमें एंजाइम मौजूद है। इस प्रक्रिया के दौरान, लिपिड बाईलेयर संरचनाओं का स्व-संयोजन होता है। ऐसे स्थिर एंजाइम चिकित्सा में काफी लोकप्रिय हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि अधिकांश अणु जैविक झिल्ली के लिपिड मैट्रिक्स में स्थानीयकृत होते हैं। लिपोसोम में शामिल स्थिर एंजाइम चिकित्सा में सबसे महत्वपूर्ण शोध सामग्री है, जिससे महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं के पैटर्न का अध्ययन और वर्णन करना संभव हो जाता है।

नए बांड का गठन

एंजाइमों और वाहकों के बीच नई सहसंयोजक श्रृंखला बनाकर स्थिरीकरण को औद्योगिक जैव उत्प्रेरक प्राप्त करने का सबसे व्यापक तरीका माना जाता है।गंतव्य। भौतिक विधियों के विपरीत, यह विकल्प अणु और सामग्री के बीच एक अपरिवर्तनीय और मजबूत बंधन प्रदान करता है। इसका गठन अक्सर दवा स्थिरीकरण के साथ होता है। उसी समय, वाहक के सापेक्ष 1 सहसंयोजक बंधन की दूरी पर एंजाइम का स्थान उत्प्रेरक प्रक्रिया के कार्यान्वयन में कुछ कठिनाइयाँ पैदा करता है। एक डालने के माध्यम से अणु को सामग्री से अलग किया जाता है। यह अक्सर पाली- और द्वि-कार्यात्मक एजेंटों के रूप में प्रयोग किया जाता है। विशेष रूप से, वे हाइड्राज़िन, सायनोजेन ब्रोमाइड, ग्लूटेरिक डायलहेड्राइड, सल्फ्यूरिल क्लोराइड, आदि हैं। उदाहरण के लिए, गैलेक्टोसिलट्रांसफेरेज़ को हटाने के लिए, वाहक और एंजाइम के बीच निम्नलिखित अनुक्रम डाला जाता है -CH₂- NH-(CH 2₎5_{-CO-. ऐसी स्थिति में संरचना में एक इन्सर्ट, एक अणु और एक वाहक मौजूद होते हैं। ये सभी सहसंयोजक बंधों से जुड़े हुए हैं। मौलिक महत्व की प्रतिक्रिया कार्यात्मक समूहों में पेश करने की आवश्यकता है जो तत्व के उत्प्रेरक कार्य के लिए आवश्यक नहीं हैं। तो, एक नियम के रूप में, ग्लाइकोप्रोटीन वाहक से प्रोटीन के माध्यम से नहीं, बल्कि कार्बोहाइड्रेट भाग के माध्यम से जुड़े होते हैं। नतीजतन, अधिक स्थिर और सक्रिय स्थिर एंजाइम प्राप्त होते हैं।}

कोशिका

ऊपर वर्णित विधियों को सभी प्रकार के जैव उत्प्रेरकों के लिए सार्वभौमिक माना जाता है। इनमें अन्य बातों के अलावा, कोशिकाएं, उप-कोशिकीय संरचनाएं शामिल हैं, जिनमें से स्थिरीकरण हाल ही में व्यापक हो गया है। यह निम्नलिखित के कारण है। जब कोशिकाओं को स्थिर किया जाता है, तो एंजाइम की तैयारी को अलग करने और शुद्ध करने या प्रतिक्रियाओं में सहकारकों को पेश करने की कोई आवश्यकता नहीं होती है। नतीजतन, यह संभव हो जाता हैसिस्टम जो बहु-चरण सतत प्रक्रियाओं को अंजाम देते हैं।

स्थिर एंजाइमों का उपयोग

पशु चिकित्सा, उद्योग और अन्य आर्थिक क्षेत्रों में, उपरोक्त विधियों द्वारा प्राप्त दवाएं काफी लोकप्रिय हैं। व्यवहार में विकसित दृष्टिकोण शरीर में लक्षित दवा वितरण की समस्याओं का समाधान प्रदान करते हैं। स्थिर एंजाइमों ने कम से कम एलर्जी और विषाक्तता के साथ लंबे समय तक कार्रवाई की दवाएं प्राप्त करना संभव बना दिया। वर्तमान में, वैज्ञानिक सूक्ष्मजीवविज्ञानी दृष्टिकोणों का उपयोग करके द्रव्यमान और ऊर्जा के जैव-रूपांतरण से जुड़ी समस्याओं को हल कर रहे हैं। इस बीच, स्थिर एंजाइमों की तकनीक भी काम में महत्वपूर्ण योगदान देती है। विकास की संभावनाएं काफी व्यापक प्रतीत होती हैं। इसलिए, भविष्य में, पर्यावरण की स्थिति की निगरानी की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिकाओं में से एक नए प्रकार के विश्लेषण से संबंधित होनी चाहिए। विशेष रूप से, हम बात कर रहे हैं bioluminescent और एंजाइम immunoassay विधियों के बारे में। लिग्नोसेल्यूलोसिक कच्चे माल के प्रसंस्करण में उन्नत दृष्टिकोण का विशेष महत्व है। स्थिर एंजाइमों का उपयोग कमजोर सिग्नल एम्पलीफायरों के रूप में किया जा सकता है। सक्रिय केंद्र एक वाहक के प्रभाव में हो सकता है जो अल्ट्रासाउंड, यांत्रिक तनाव या फाइटोकेमिकल परिवर्तनों के अधीन है।