13-ma`ruza. Biosensorlar. Noan’anaviy usulda energiya olish. Bioenergetik resurslar

13-ma`ruza. Biosensorlar. Noan’anaviy usulda energiya olish.
Bioenergetik resurslar.
Ekologik muammolarni keskinlashuvi, qayta tiklanmaydigan energoresurslar zahirasini tobora kamayib borishi, ularni tan narxini oshishi, organik chiqindilarni qayta ishlash, ularni issiqlik va boshqa turdagi energiyaga aylantirish muammosini tezroq xal qilish biotexnologiyaning eng dolzarb masalalaridan biriga aylandi. Hayvon axlatlaridan va oqova suvlaridan oqilona foydalanishni eng asosiy yo‘llaridan biri ularni anaerob sharoitda bijg‘itishdir. Bu jarayonda axlatni zararsizlantirilib, bir vaqtni o‘zida uni eng muhim organik o‘g‘itlik sifatida hamda undan biogaz olish mumkin.
O‘ta kam miqdordagi gazsimon suyuq va qattiq moddalarni aniqlash qobiliyatiga ega bo‘lgan, yuqori sezgir biologik tabiatli, sun’iy elementlar – biosensorlar deb ataladi. Ulardan sog‘liqni saqlash, tabiatni muhofaza qilish, qishloq xo‘jaligi va sanoat ishlab chiqarishlarida analitik datchik uskunalar sifatida foydalaniladi.
Biosensorlar – biologik molekulalarning yuqori darajadagi tanlash (ajratish) vasezgirlik bilan boshqa moddalarni aniqlash va yangi xususiyatlar namoyon etishiga olib kelib kompleks hosil qilish xususiyatlariga asoslanadi.
Modomiki, tirik tabiatda biomolekulalar son-sanoqsiz va ulardan juda ko‘plari moddalarni aniqlash, tanlash xususiyatiga egadir. Bu esa biosensorlarning bitmas-tuganmas manbalaridan unumli foydalanish imkoniyatini yaratadi. Birinchi biosensorlar amerikalik olimlar L.Klark va X.Lionslar tomonidan 1962 yilda taklif etilgan edi, va shundan keyin ulardan ommaviy foydalanila boshlandi. Biosensorlardanmeditsinadavakimyoviytexnologiyadamoddalarnikengmiqyosdaaniqlashdaqo‘llanilaboshlandi. Masalan: uglevodlar, mochevina, kreatinin, laktat, spirt, askorbat, aspirin, aminokislotalar va ko‘pgina boshqa moddalar miqdorini o‘ta aniqlik bilan o‘lchash uchun biosensorlardan foydalanib kelinmoqda..
Hozirgi vaqtda biosensorlardan gazlar va engil uchuvchan mahsulotlarni aniqlashda foydalanishni sanoat miqyosida ishlatish usullari amaliyotga tadbiq etildi. Biosensorlarni asosiy biotexnologik elementi sifatida ko‘pincha turli xil fermentlardan foydalaniladi. Elektrokimyoviy, kolorometrik va optik biosensorlar ishlab chiqarishda xususan: glyukozosidaza, laktooksidaza, peroksidaza, uriaza, S sitoxrom fermentlari ishlatilmoqda.
Gazli fazada biosensorlarda formaldegid gidrogenazalar (formaldegid juftini aniqlash uchun) va xolinesterazalardan (fosfor organik pestitsidlarni aniqlash uchun) muvaffaqiyatli qo‘llanilmoqda. Keyingi vaqtda biotexnologiyaning bu sohasida asosiy o‘rinlardan birini biosensorlarning yangi avlodi immuno sensorlar egallay boshladi. Biosensorlarning biologik retseptorlarning turli xil elektrodlar birikmalarini yaratish katta istiqbolli va yangi yo‘nalishdir.
Bozorda (sabzavot va mevalar tarkibidagi nitrat, nitrit va xilma xil yadroximikatlarni aniqlash uchun) biosensorlarga talab kundan kunga uzluksiz ortib bormoqda, bunga quyidagi ko‘rsatkichlar guvohlik beradi: 1986 yilning o‘zidagina AQSHda biosensorlar ishlab chiqarish umumiy miqdori 14,4 mln. Dollarni tashkil etgan bo‘lsa, 1991 yilga kelib esa 365 mln. Dollarni tashkil etganligiqaydetilgan.
Mutaxassislar ta’kidlashlaricha bu usuldan foydalanish Yaponiya va Yevropa davlatlarida ham keng tarqalmoqda.
Biosensor qanday ishlaydi?
Biosenosrning ishlash pritsipi juda oddiydir. Aniqlanayotgan modda yarim o‘tkazgich membrana orqali fermentativ reaksiya kechadigan biokatalizatorning yupqa qatlamiga diffuziya qilinadi. Bu xolatda fermentativ reaksiya maxsuloti elektrod yordamida aniqlanganligi uchun, elektrod yuzasida ferment biriktirilgan bo‘ladi, va bunday moslama fermentativ elektrod deb ataladi. SHunday qilib “biosensor” va “fermentativ elektrod” bu xolatda sinonimlardir.
Shuni alohida ta’kidlash kerakki, biosensorlarni konstruksiyalashda ferment ta’sirini davomiyligini oshirish asosiy vazifa xisoblanadi. Gap shundaki, nativ ferment o‘z faolligini qisqa vaqt davomidagina saqlab turadi, shuning uchun fermentlarni immobillash degan usul yaratilgan. Maxsus reagentlar yordamida fermentlarni immobillash jarayonida, ferment adsorbentlar yuzasiga “biriktiriladi”, masalan seminagel, ko‘mir yoki sellyuloza yuzasiga yoki g‘ovak polimer plyonkasiga kiritiladi, yoki kimyoviy bog‘lar bilan kovalent bog‘lanadi.
Bunda ferment birikib, harakatsiz bo‘lib qoladi, bu qatlamdan yuvilib ketmaydi, buning katalitik ta’siri saqlanib qoladi. Ko‘rinib turibdiki fermentlarni immobillashda turli usullardan foydalaniladi, shu bilan birga kombinatsiyalangan usullardan xam.
Biosensorlardan qaerlarda foydalaniladi
Hozirgi vaqtda eng keng tarqalgan biosensor bu qondagi glyukozani aniqlash uchun immobillangan glyukozoksidaza asosidagi ampermetrik biosensordir. Xozirda glyukozani aniqlash uchun ko‘pgina biosensorlar yaratilgandir. Glyukozaga nisbatan biosensorni ishlash prinsipi oddiydir. Platinali katoddagi kislorodni tiklanish oqimi kislorod konsentratsiyasiga to‘g‘ri proporsionaldir. Substrat ishtirokida (masalan, taxlil uchun qondagi glyukoza) fermentativ reaksiya O₂ konsentratsiyasini pasaytirdi. Shunday qilib, kislorodni tiklanish oqimi substrat konsentratsiyasi proporsional ravishda kamayadi. Bunday tipdagi biosensorlarning ustunligi shundaki, ular avvalam bor yuqori selektiv xususiyatga egadir. Bunday biosensorlarning tanlovganligi glyukozoksidazaning yuqori spetsifikligi bilan belgilanadi. Shu bilan birga fermentativ jarayon komponentlari ishtirok etuvchi reaksiyaning elektrokimyoviy tabiati bilan ham belgilanadi. Umuman olganda oksidazalar – ferment sinfi ma’lum substratlarga nisbatan yuqori spetsifik hisoblanadi.