Пользовательский поиск

Ферменты в нетрадиционных средах. Мицеллярная энзимология

Ферменты в естественных условиях работают в водной среде или на границе раздела фаз мембрана — водная среда. Развитие ме­тодов химической энзимологии привело к тому, что ферментам стали доступны любые среды. Химики «научили» ферменты про­водить химические реакции в органических растворителях, в ми­целлах, в твердых фазах, на границе раздела фаз металлраствор электролита. Особый интерес представляет возможность осуще­ствления ферментативных реакций в органических растворителях. Это связано с тем, что многие важные реакции термодинамиче­ски возможны лишь в системах с малым содержанием воды или вообще в безводных средах. Это определяется растворимостью ком­понентов реакции и тем, что многие реакции синтеза являются, как правило, обратными реакциям гидролиза и могут протекать лишь в системах с незначительным содержанием воды, поскольку в воде равновесие сдвинуто в сторону исходных соединений.

Продолжение ниже

Стабилизация ферментов при иммобилизации

При иммобилизации часто наблюдают эффекты стабилизации ферментов против тепловой денатурации. Объяснить этот факт мож­но следующим образом. Инактивация ферментов под действием тепла или денатурирующих ...

Читать дальше...

всё на эту тему


Прямой переход от воды к органическому растворителю не­возможен. В среде органического растворителя ферменты быстро денатурируют. Молекулы органического растворителя внедряются в молекулу белка, нарушая гидрофобные взаимодействия, стаби­лизирующие белковую глобулу. Как правило, это заканчивается денатурацией белка и полной потерей его каталитической актив­ности. Структурные изменения белка зачастую сказываются не толь­ко на стабильности фермента, но и на его селективности.

Было развито несколько подходов, обеспечивших возможность проведения ферментативных реакций в органических растворителях.

  1. Реакции можно провести в трехфазной системе вода — несмешивающийся с водой органический растворитель — твердый носитель в условиях, когда фермент защищен от органического растворителя твердой фазой. Для этого могут быть использованы иммобилизованные ферменты. Фермент локализован внутри пор носителя, насыщен водой, при этом отсутствует прямой кон­такт фермента с органической фазой.
  2. В ряде случаев для реакций в водно-органических смесях мо­гут быть использованы системы защиты фермента от растворите­ля с использованием полимерных покрытий.

Оригинальное и эффективное решение проблемы связано с включением ферментов в обра­щенные мицеллы, предложенное А. Левашовым и К. Мартинеком.

Системы с органическими рас­творителями, содержащие фер­менты, включенные в обращен­ные мицеллы, имеют много ин­тересных особенностей. Поэтому остановимся на них более по­дробно.

Многие поверхностно-актив­ные вещества образуют в орга­нических растворителях, содер­жащих определенное количество воды, так называемые обращен­ные мицеллы. Полярные группы обращенных мицелл солюбили­зируют и стабилизируют микро-капельки воды за счет взаимодействия аполярных гидрофобных частей детергента с органическим растворителем. Фермент может быть включен в водную фазу, соизмеримую с молекулой белка, «за­щищаясь» от органического растворителя молекулами воды и аполярными группами детергента. В качестве поверхностно-ак­тивных веществ могут быть использованы различные бифильные детергенты. Наиболь­шее распространение получил ди-(2-этил)-гексиловый эфир натриевой соли сульфоянтарной кислоты (три­виальное название — аэрозоль ОТ).

Солюбилизацию фермента в обращенные мицеллы проводят простым добавлением водного раствора фермента в раствор детер­гента в органическом растворителе. В результате получают опти­чески прозрачную систему, в которой фермент диспергирован на молекулярном уровне в органическом растворителе. Полученный микрогетерогенный раствор фермента в органическом раствори­теле позволяет проводить разнообразные химические реакции.

Созданные методики дают возможность солюбилизировать в органическом растворителе относительно большие количества белка вплоть до концентрации 1 мг/мл, что приблизительно соответствует концентрации 10-5 моль/л актив­ных центров. Солюбилизированный фермент обладает следующими по­ложительными свойствами.

Фермент полностью сохраняет свою активность и специфичность. Включенный в мицеллу фермент защищен от разрушающего дей­ствия органического растворителя оболочкой из поверхностно-актив­ного соединения. Более того, в не­которых случаях наблюдается по­вышение активности фермента в мицеллах по сравнению с активностью его раствора. На­блюдаемая максимальная скорость в системе с обращенными ми­целлами более чем в 10 раз выше. Это связано, по-видимому, с тем, что в случае обращенных мицелл не проявляется эффект ин­гибирования избытком субстрата.

Каталитическую активность фермента можно регулировать, варь­ируя размер обращенной мицеллы. Размер обращенных мицелл зависит от содержания воды (соотношения вода: органический рас­творитель). Исследование зависимости абсолютной каталитической активности ферментов (параметра кк) от размера мицелл пока­зало, что для каждого фермента характерен оптимальный размер мицеллы. Максимум соответствует оптимальному объему, занимаемому белковой глобулой. Приро­да эффекта связана с тем, что мицелла, по-видимому, способна «сжать» белковую молекулу, обеспечив оптимальное простран­ственное соответствие между каталитическими группами фер­мента.

В случае ферментов, обладающих четвертичной структурой, ми­целлы способны «растащить» белковые комплексы на отдельные субъединицы. Это часто проявляется при изучении зависимости активности субъединичного фермента от соотношения вода: ор­ганический растворитель. Зави­симость имеет сложный характер и может быть интерпретирована как отражение вклада в каталитическую активность отдельных субъединиц.

Большое число экспериментов, выполненных с различными ферментами в разных условиях, показало, что стабилизация бел­ков против разрушающего действия органического растворителя, сохранение активности и специфичности, колоколообразные за­висимости каталитической активности от соотношения вода: ор­ганический растворитель характерны для большинства ферментов в обращенных мицеллах. Это направление химической энзимоло­гии получило название мицеллярная энзимология.




© Авторы и рецензенты: редакционный коллектив оздоровительного портала "На здоровье!". Все права защищены.


 
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
Загрузить изображение
 

nazdor.ru
На здоровье!
Беременность | Лечение | Энциклопедия | Статьи | Врачи и клиники | Сообщество


О проектеКарта сайта β На здоровье! © 2008—2015
nazdor.ru, nazdor.com
Контакты Наш устав

Рекомендации и мнения, опубликованные на сайте, являются справочными или популярными и предоставляются широкому кругу читателей для обсуждения. Указанная информация не заменяет квалифицированную медицинскую помощь, основанную на истории болезни и результатах диагностики. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.

Размещенные на сайте информационные материалы, включая статьи, могут содержать информацию, предназначенную для пользователей старше 18 лет согласно Федеральному закону №436-ФЗ от 29.12.2010 года "О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию".