Immobilizatsiyalash usuli

Immobilizatsiya - fermentlar molekulasini buzilmasdan uz qobiliyatini saqlagani holda uzoq muddatlarda to‘xtatib quyish hisoblanadi. Ushbu usul iqtisodiy samarali bo‘ladi. Masalan: glyukozadan fruktoza olishda immobilizatsiyalashtirilgan glyukoizomeraza fermentni yordamida olinsa 2 baravar arzon bo‘ladi.
Fermentlarni va hujayralarni immobilizatsiya usulida izolirovat qilinsa ularning erkin holdagi harakteriga xos bo‘lmagan xususiyat paydo bo‘ladi.
Immobilizatsiyalash usuli.
Immobilizatsiya usullari barcha tipdagi biokatalizatorlar- fermentlar, hujayralar, hujayralar organlari, kombinirlangan preparatlar uchun umumiydir. Biroq, har bir usulning fizik xususiyati va aniq sharoiti bo‘ladi.
Adsorbsiya yo‘li bilan immobilizatsiyalashda bioob’ektning yuzasiga noorganik va organik moddalar yopiladi. Agarda achitqilar yuzasi adsorbsiya usulida yopilsa nafas olishi erkin holatdagiga nisbatan yuqori bo‘ladi.
Kimyoviy usulda immobilizatsiyalashda biokatalizatorlar yuqori samaradorligi va mustaxkam birikkanligi bilan farq qiladi.
Polimer strukturaga qo‘shish yo‘li bilan immobilizatsiyalashtirishda- granulalar, plyonkalar, tolalar va boshqalar olinadi. Ushbu usulning istiqbolligi shundaki hujayra uzining hayotchanligini va yuqori katalitik aktivligini saqlaydi.
Bunda ham tabiiy, ham sun’iy polimer materiallar ishlatiladi. Polimerlashtirishda tegishli kationlar ( Sa, AE, K va NH₄ ) ning suvdagi eritmasi polimerlanayotgan muhitga tomiziladi. Natijada immobilizatsion biokatalizator vazifasini bajaradigan maxsus polimer bo‘lakchalari hosil bo‘ladi.
Immobilizatsiyaning inkapsullash usulida biokatalizatorlarning yuzasi maxsus yarim o‘tkazuvchan po‘st bilan qoplanadi. Bunday po‘stloq sellyuloza, poliefir, lipidlar va boshqalardan iborat bo‘lishi mumkin.
Ushbu usul bilan o‘simlik yoki hayvonlar hujayralarini sun’iy ustirish yo‘li bilan oziq-ovqat va meditsina uchun qimmatbaxo preparatlar olish imkoniyati tug‘ilmoqda.
Immobilizatsiyalashda biokatalizatorlar bilan ishlaydigan reaktorlar.
Immobilizatsion biokatalizatorlar apparati ham kimyoviy jarayonlarda qo‘llaniladigan reaktorlarga o‘xshash. Biroq, immobilizatsion katalizatorlar granulalarga o‘xshash bo‘lib, mumkin qadar qattiq bog‘langanligi uchun reaktorlarda bioob’ekt konsentratsiyasi juda yuqori bo‘ladi va ko‘p miqdorda mahsulot beradi.
Immobilizatsiya biokatalizatorlari sistemalarining tiplari.
a) Immobilizatsion fermentlarni olishni dastlabki etapi manbadan ajratish va tozalash hisoblanadi. Ushbu etap eng ko‘p mablag‘ talab qiladi. Biroq, mikroorganizmlar, hayvon, o‘simlik va zamburug‘ hujayralaridan olinadigan fermentlar ancha arzon turadi.
b) Immobilizatsiyaning keyingi etapi fermentlarni stabillashtirish, hisoblanadi. Biroq, fermentlarning stabillashishida dikaturatsion qayta tuzilish salbiy ta’sir etadi. Biroq, dikaturatsiya sodir bo‘lsa, A ribonukleaza ta’sir ettirilib uning aktivligini qayta tiklash mumkin.
Biokatalizatorlarni stabillashtirishda tegishli sharoitni va immobilizatsiya uslubini tanlashga bog‘liq.
Bundan 25-30 yil ilgari immobilizasiya qilingan fermentlarni ishlatilishi ferment sanoatini tubdan oʻzgartirib yuboradi, ayniqsa ferment preparatlarini ishlab chiqarish bahosini kamaytirib, ularni ajratib olish va tozalash bilan bogʻliq boʻlgan muammolar hal boʻladi deb bashorat qilingan edi. Immobilizasiya qilingan fermentlar har xil sohalarda, xususan tibbiyotda, farmasevtikada, kimyoviy va oziq-ovqat sanoatlarida analitik maqsadlar uchun, ferment elektrodlari sifatida shakar, aminokislotalar va boshqa moddalarni miqdorini aniqlashda ishlatilib kelinmoqda. Bundan tashqari, immobillashgan fermentlardan foydalanish imkoniyatlari, radioimmun va fermentativ immunosorbent analiz kabi yangi yoʻnalishlarni ochilishiga olib keldi. Ammo, immobilizasiya qilingan fermentlardan amaliyotda foydalanish, bashorat qilinganidek keng va ravshan boʻla olgani yoʻq. Immobillangan fermentlarni tayyorlash usullari koʻplab adabiyotlarda keltirilgan, shu maqsadda maxsus kitoblar chop etilgan. Shuning uchun ham bu masalalarga batafsil qarashni ma’qul deb topmadik va immobillangan fermentlarni oʻzlarini analoglari oldidagi ustivor tomonlarini koʻrsatib berish bilan chegaralandik: Birinchidan, immobillangan fermentlar reaksiya muhitidan oson ajratib olinadi va qayta ishlatilsa boʻladi; Ikkinchidan, immobillangan holatdagi fermentlar oʻzlarini analoglariga qaraganda ekstremal sharoitlarida (yuqori harorat, pH koʻrsatkichi va x.k.) chidamliroq va uzoqroq vaqt davomida faolliklarini saqlab qoladilar; Uchinchidan, immobillashgan fermentlar toʻxtovsiz texnologiyalar yaratish imkoniyatini yaratadi; Toʻrtinchidan, immobilizasiya usullari orqali multiferment kompozisiya tayyorlash mumkin, bu esa oʻz navbatida har xil jarayonlarni ketma-ket amalga oshirish imkoniyatini yaratadi. Immobilizasiya qilingan fermentlar kamchiliklardan ham holi emas. Ba’zan immobilizasiya, fermentativ tizimni solishtirma faolligini kamayib ketishiga olib keladi. Bu esa har xil sabablarga koʻra sodir boʻladi. Masalan, fermentlarni tashuvchi bilan kovalent bogʻlanishi, faol markazga yaqin turgan aminokislotalarni qamrab olishi mumkin. Fermentlar tashuvchiga bog‘lab qoʻyilganligi sababli, immobillangan fermentlar harakatsiz yoki suvda erimaydigan substratlarga ta’sir koʻrsata olmaydi. (sellyuloza, ksilol, lignin va boshqalar) Immobillangan fermentni yana bir kamchiligi, immobillash usulini qimmatligidir. Shunday qilib, immobillangan fermentlardan foydalanishda qator masalalarni, xususan iqtisodiy va amaliy masalalarni hal qilishga toʻgʻri keladi. Immobillangan fermentlarni olish texnologiyasi quyidagi strategiya asosida yechiladi: -ion almashuv smolalarga, tashuvchini va fermentlar tarkibidagi aminokislotalarni qarama-qarshi zaryadi hisobidan adsorbsiya qilish. Bu immobilizasiya qilishni eng oddiy usuli boʻlib, tashuvchi bilan ferment eritmasini, ma’lum pH da aralashtirish orqali bajariladi. Bu usulni kamchiligi muhitni ion kuchini oʻzgartirganda, fermentni tashuvchidan yengil desorbsiya boʻlishi bilan bogʻliq. Mana shu usulda tayyorlangan DEAE-sellyulozaga immobilizasiya qilingan glyukozaoksidaza fermenti 1980 yillardan buyon glyukozani miqdoriy aniqlashda ishlatilib kelinmoqda. Aminoasilaza (tashuvchi DEAE-sefadeks) kimyoviy sintez yoʻli bilan olingan asil DLaminokislotalarni aralashmasini L-aminokislota va asil Daminokislotalarga ajratishda ishlatiladi; -ilmiy adabiyotlarda 50 dan ortiq fermentlarni adsorbsiya usuli bilan har xil ion almashuvchi smolalarga immobilizasiya qilinganligi chop etilgan boʻlsada, shulardan atigi bir nechtasi amaliyotda ishlatilgan xolos; -fermentlarni hujayra ichiga fiksasiya qilish usuli glyukozoizomeraza fermentini sanoatda ishlatilishini asosini tashkil qiladi. Streptomisetlarni (produsentlar) 60-800S gacha 3-5 daqiqa davomida qizdirilganda, ularning hujayralarida kichik molekulalar bemalol oʻtadigan mutadil teshikchalar paydo boʻladi. Mana shu hujayralar bilan reaktorlar toʻldiriladi va undan glyukoza eritmasi oʻtkaziladi. Oqibatda glyukoza-fruktoza sharbati hosil boʻladi. Shu usulda Artrobacter hujayrasida fiksasiya qilingan glyukozoizomeraza fermenti ham amaliyotda ishlatilib kelinmoqda. Shakar sanoatida shuningdek qiyin hazm boʻluvchi raffinozani saxaroza va galaktozagacha parchalab beruvchi ferment L-galaktozidazani ham immobillangan shaklidan keng foydalanib kelinmoqda. -kovalent bog‘lanish orqali immobillash usuli eng keng tarqalgan usullardan hisoblanadi. Tashuvchi sifatida organik hamda noorganik, koʻproq silikatli (g‘ovakli shisha) moddalardan foydalaniladi. Fermentni tashuvchi bilan “tikuvchi” modda sifatida xilma-xil kimyoviy birikmalardan, xususan glutaraldegid, gossipol, karbodiamid singari bifunksional moddalardan foydalaniladi. Bu usul bilan olingan immobillangan fermentlar mustahkamligi bilan boshqa preparatlardan farqlanib turadi. Bu usulni asosiy kamchiligi bog‘langan fermentlarni solishtirma faolligini pastligi hisoblanadi. Misol tariqasida quyidagilarni keltirish mumkin: g‘ovak shishalarda kovalent bog‘lar orqali immobilizasiya qilingan glyukoamilaza fermentini reaktorlarda toʻxtovsiz ishlatilganda, ularni yarim inaktivasiya davri 1,5 yilga toʻg‘ri kelgan. (AQSh ni Ayova shtatidagi biotexnologiya laboratoriyasi axboroti); -fermentni sintetik polimerlar strukturasiga kiritish usuli, immobilizasiyani eng oddiy va samarali usullaridan biri hisoblanadi. Bu maqsad uchun koʻproq poliakrilamid va jelatina gellaridan foydalaniladi. Bu usulni asosiy kamchiligi yuqori molekulali substratlarga ta’sir etganda sodir boʻladigan diffuzion muammolar hisoblanadi. Mana shu usul bilan juda katta miqyosda ishlatiladigan glyukozoizomeraza, aminoasilaza, β-galaktozidaza fermentlarini immobillangan shakllari olingan.