Основные области применения иммобилизованных ферментов

1. МЕДИЦИНА.

Иммобилизация фермента открыли в медицине:

1. Пути к созданию лекарственных препаратов пролонгированного действия, со сниженной токсичностью и аллергогенностью;

2. Иммобилизация подхода способствует решению проблемы направленного транспорта лекарств в организме.

Все ферменты как лекарственные препараты можно разделить на 4 группы:

1. Ферменты коррекции пищеварения. Липаза, протеаза из различных источников используются как дополнительные ферменты облегчающие расщепление жиров, белков и др. в процессе их пищеварения - вобэнзим, лизим, фестал;

2. Ферменты наружного применения - созданы перевязочные материалы, улучшающие заживление ран;

3. Тромболитические ферменты - для растворения фибриновых тромбов, возникающих при сердечно-сосудистых патологиях. Стрептокиназа и стафилокиназа (бактериального происхождения), урокиназа. Создание эффективных тромболитических агентов связывают с тканевым активатором плазминогена и протеолитическим ферментом - урокиназой. Получены генно-инженерные варианты урокиназы, и на этой основе создан доступный фармакологический препарат;

4. Е противоопухолевой терапии. Торможение роста опухоли в этом случае основано на селективнойферментативной модификации ряда аминокислот, используемых раковыми клетками для пролиферации роста. Терапевтически значимыми ферментами являются лизиноксидаза и аспарагиназа.

2. ФЕРМЕНТЫ В АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИЙ И ХИМИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ.

Фермент в химическом анализе нашли широкое применение для решения разнообразных задач, включая:

• Анализ низкомолекулярных соединений в сложных биохимических смесях;

• Количественный анализ белков в сложных белковых композициях;

• Качественный и количественный анализ НК.

Наиболее известными и широко применяемыми аналитическими направлениями являются:

1. Ферментативный анализ метаболитов;

2. Анализ с использованием биосенсоров;

3. ИФА (иммуноферментный анализ);

4. Анализ НК с использованием ПЦР (полимеразная цепная реакция);

5. Биолюминесцентный анализ.

БИОСЕНСОРЫ – аналитические устройства, использующие биологические материалы для «узнавания» определенных молекул и выдающие информацию об их присутствии, количестве в виде электрического сигнала.

Первый биосенсор создан 1967 году Л. Кларк и С. Лионе. Идея Л. Кларка состояла в использование ферментного электрода, т.е. электрохимического датчика с иммобилизацией на его поверхности фермента.

Структура биосенсора

Любой биосенсор состоит из 2-х элементов:

• биоселективной мембраны, использующей различные биологические структуры;

• физического преобразователя сигналов (трансдьюсера), трансформирующий концентрационный сигнал в электрический.

Для считывания и записи информации используют электронные системы усиления и регистрации сигнала.

В качестве биоселективного материала используют все типы биологических структур: ферменты, антитела, рецепторы, НК и живые клетки.

Трансдьюсерами могут быть электрохимические преобразователи (электроды), различного рода оптические преобразователи, колориметрические, резонансные системы и т.д.

1-ый биосенсор на основе фермента, предложенный Л. Кларком - глюкозо-оксидазный, позволяет определить концентрацию глюкозы в крови у больных сахарным диабетом, и реализован для случая, когда S или P ферментативной реакцииэлектрохимическим активны, т. е. способны быстро и обратимо окислиться или восстанавливаться на электроде при наложении на него соответствующего потенциала.

Например, биосенсор на C₆H₁₂O₆ основан на реакции окисления с участием глюкозооксидазы с последующей регистрации тока восстановления О₂ или Н₂О_2.

Биосенсоры на основе клеток, иммобилизованных в матрице природного происхождения (желатина, агар, альгинат Са и др.) или в растворы полимеров (замораживание суспензии клеток с получением криоструктурированных гелей), применяются для селективного определения фенолов, Pro, Gln, Tyr, лактата, аскорбиновой кислоты, С₆Н₁₂О₆, , , монометилсульфаты и т.д. Они наиболее востребованы при экспресс-анализе качества Н₂О и сточных вод.

3. ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ.

4. БИОКОНВЕРСИЯ Е И МАССЫ – иммобилизованные ферменты вносят ощутимый вклад в осуществление биофотолиза Н₂О и биоэлектродиализе и с их участием становиться реальными создание топливных элементов.

5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕНОСТИ.