adyrbaikyzy_bioinjeneriya_umk_kz
.pdf·өсімдік жасушаларында бөтен ДНҚ-ның экспрессиясын талдау;
·геномы өзгерген жеке жасушалардан регенерант өсімдігін алу.
Негізгі əдебиеттер: 4 [8-89], 5 [204-246, 306-369], 9 [149-219].
Қосымша əдебиеттер: 2 [157-159]. Бақылау сұрақтары:
1.Трансформацияланған бактерияларды қалай сұрыптайды?
2.Рекомбинантты жасушалардың скринингі жəне сұрыптауы деген не?
3Жасушалардың идентификациясы деген не?
4.Амплификация деген не?.
5.Гендік инженерияның жетістіктері мен қиыншылықтары.
12-дəрістің тақырыбы: Инженерлік энзимология. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
60–70 ж.ж. |
техникалық |
биохимия, |
химиялық |
|
технология, |
химиялық |
|
||||||||
энзимология жəне көптеген инженерлік |
пəндер негізінде жаңа -ғылыми |
||||||||||||||
техникалық биотехнология бағыты– инженерлік энзимология пайда болды. |
|
||||||||||||||
Оған |
ферменттерді |
алу, тазарту, тұрақтандыру |
|
жəне |
|
қолдану |
əдістер |
|
|||||||
жүйесі жатады. Инженерлік энзимологияның негізгі міндеті болып ферменттер |
|
||||||||||||||
немесе ферменттер жиынтығының жəне олардың негізінде əртүрлі тиімді жəне |
|
||||||||||||||
экологиялық |
таза |
|
биотехнологиялық |
|
процестер |
|
негізінде |
бер |
|||||||
қасиеттерімен биоорганикалық катализаторларды құрастыру саналады. |
|
|
|||||||||||||
Инженерлік энзимология - қажетті өнім алу мақсатында жекелей бөлініп |
|
||||||||||||||
алынған немесе тірі жасушалар құрамындағы ферменттің(немесе ферменттер |
|
||||||||||||||
жүйесінің) каталитикалық қызметін пайдалану болып табылады. |
|
|
|
|
|||||||||||
Иммобильді ферменттердің жалпы сипаттамасы. Биотехнологияда |
|
||||||||||||||
биологиялық |
агенттердің |
ерекше |
тобы– |
ферменттер, |
атап |
айтқанда, |
|
||||||||
биологиялық тектес катализаторлар. Ферменттер əр түрлі биотехнологиялық |
|
||||||||||||||
процестерде жəне көбнесе шаруашылық саласында қолданылады, бірақ оларды |
|
||||||||||||||
қиыншылықпен |
алғандықтан, |
тұрақты |
болмауынан, |
бағасы |
|
жоғары |
|
||||||||
болғандықтан 60-шы |
|
жылға |
дейін |
бұл |
бағыт |
тоқталып . |
Жқалдыңа |
|
|||||||
биологиялық агенттерді шығару жəне пайдалану барысында жеке сала ретінде |
|
||||||||||||||
иммобилизацияланған ферменттерді айтуға болады, оларды келісті қызмет |
|
||||||||||||||
атқаратын жүйе деп көрсетуге болады. Оның əрекеті дұрыс ферментті таңдап |
|
||||||||||||||
алу, иммобилизацияның тəсілі мен оны алып жүруімен анықталады. Мобильді |
|
||||||||||||||
ферменттердің |
ерітілгендерден |
айырмашылығы |
мынада: тұрақты |
жəне |
|
||||||||||
белсенділігі жоғары, реактор көлемінде ұстамды, арнайы өнімдерді толық жəне |
|
||||||||||||||
тез |
шығаруы |
жəне |
дүркі-дүркін |
биологиялық |
агенттерді |
пайдаланы, |
|||||||||
ферментацияның үздіксіз процестерін ұйымдастыра алады. Аналитикада |
|
||||||||||||||
қолданатын, энергияны өзгертетін жəне биоэлектрокатализде биологиялық |
|||||||||||||||
микроқұрылысты жасайтын иммобильді ферменттер жаңа мүмкіншілікті ашты. |
|
||||||||||||||
Ферменттер – ақуызды табиғи заттар, сондықтан оларды сақтағанда олар |
|
||||||||||||||
тұрақтылығын жоғалтады, жəне де жылудың əсеріне сезімтал келеді. Бұдан |
|
||||||||||||||
басқа |
оларды |
реагенттерден |
жəне |
|
реакция |
өнімінен |
жекел |
||||||||
қиыншылықтар |
тууы |
мүмкін, |
оларды бірнеше |
рет |
қолдануға |
болмайды. Осы |
|
||||||||
61
проблеманы шешу үшін иммобильді ферменттерді жасау керек. |
|
|
|
|
||||||
Сонымен иммобилизация, ферменттердің иммобилизациясы – бұл олардың |
|
|||||||||
тұрақтылығын |
жоғарлату. Ферменттердің |
қоршаған |
ортаның |
əртүрлі |
||||||
факторларына (рН мəніне, температураға) жоғары тұрақсыздығын, ағзада тез |
|
|||||||||
инактивациялануы жəне ағзадан шығуы, ағзада бөтен ақуыздардың антигенді |
|
|||||||||
қасиеттерінің болуы – осының |
барлығын ферменттерді |
иммобильді түрінде |
|
|||||||
қолдану арқылы жоюға болады. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Иммобильді |
ферменттердің маңызы — ерімейтін негізгі |
белсенді |
түрде |
|
||||||
оларды жабыстыру немесе жартылай мембранды |
жүйеге |
оларды. |
енгізу |
|||||||
Ферментті алып жүретін затқа жабыстыруы адсорбциалы, химиялық байланыс |
|
|||||||||
немесе органикалық немесе бейорганикалық гельге(капсулаға жəне т.с..)с |
|
|||||||||
ферментті механикалық жолмен енгізу арқылы іске асады. Ферментті алып |
|
|||||||||
жүретін зат ретінде табиғи зат пен синтетикалық полимерлер болуы мүмкін. |
|
|
||||||||
Иммобильді ферменттердің артықшылығы: |
|
|
|
|
|
|||||
1. |
Гетерогенді |
катализатор |
реакциялық ортадан |
оңай |
бөлініп |
шығады |
||||
(жекеленеді), осылай реакцияны əрқашанда тоқтатуға жəне де ферменттен таза |
|
|||||||||
өнім алуға мүмкіншілік береді. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
2. |
Иммобильді |
ферменттерді |
қолдану |
арқылы |
|
катализдене |
||||
реакциялардың |
жылдамдығын |
жəне |
өнімнің |
шығуын |
реттей, |
отыры |
||||
ферментативтік процесті үздіксіз жүргізуге болады. |
|
|
|
|
|
|||||
3.Ферменттің модификациясы оның қасиетін мақсатты түрде өзгертеді, айтарлықтай, ерекшелігін (макромолекулалық субстратқа қатысты), катализдік белсенділіктің рН-қа, иондық құрамына жəне ортаның басқа параметрлеріне байланысын, денатурацияланатын əсерлерге тұрақтылығын өзгертеді.
4.Иммобильді ферменттердің катализдік белсенділігін физикалық факторлардың – жарық пен дыбыс əсерімен алып жүретін заттардың қасиеттерін өзгерту арқылы реттеуге болады.
Ферментативті катализдің жоғары субстратты ерекшелігі жəне қалыпты
қысым жəне физиологиялық температура |
жағдайында он жəне жүз есе |
|||||||||||
реакцияларды тездететін |
бірігей қабілеттілігі өнімнің |
жоғары |
шығуын |
алуға |
||||||||
жəне қоршаған ортаны ластамайтын, тəжірибелі қалдықсыз биотехнологиялық |
|
|||||||||||
процестерді жасауға мүмкіншілік береді. Ферментативті катализ |
негізінде |
|
||||||||||
тиімді |
биотехнологиялық |
процестер |
адамзаттың |
іс |
əрекетінің |
əртүр |
||||||
саласында кеңінен қолдануда: тағам өндірісінде, |
энергетикада, |
медицинада, |
|
|||||||||
биоэлектрокатализде жəне микроэлектроникада. |
|
|
|
|
|
|
||||||
Биологиялық |
катализаторларды |
|
тірі |
ағзадан, тікелей |
бактериалды |
|
||||||
жасушадан шығармай да қолдануға болады. Бірақ мұнда кейбір қиыншылықтар |
|
|||||||||||
тууы мүмкін. Оларды жасушадан шығарған соң, көптеген ферменттер тез |
|
|||||||||||
инактивирленеді, бұзылады. Оларды |
бірнеше |
рет пайдалануға |
болмайды. |
|||||||||
Ғалымдар осы проблеманың шешуін тапты. Ферменттерді өндірісте |
ұзақ |
|
||||||||||
уақытқа дейін, көп рет қолдану үшін оларды тұрақтандыру, басқаша айтқанда, |
|
|||||||||||
иммобильдеу қажет. Ол үшін ферменттерді ерімейтін немесе еритин заттармен |
|
|||||||||||
(ионалмасу полимерлермен, қуысты шынымен, |
полисахаридпен жəне т.)б |
|
||||||||||
орнықты |
химиялық |
байланыс |
арқылы |
байланыстырады. Нəтижесінде |
|
|||||||
62
ферменттер тұрақты болып келеді жəне оларды көп рет қолдануға болады. Осындай идея микробиологияға берілді– тірі жасушаларды иммобильдеу деген. Мұнда өте маңызды болатыны– микробиологиялық синтезі процесінде ортаны ластамау, олардан синтезделінетін өнімдермен араласпауы жəне де химиялық реактивтерге ұқсас болуы . керекОсындай иммобильденген жасушалар жасалды; олар қазіргі таңда стероидты гормондар(құнды дəрілер) синтезінде қолдануда.
Ферменттер арқылы, мысалы, өсімдіктер қалдықтарынан қант алуға болады, жəне де бұл процесс үнемді, тиімді келеді. Қазіргі кезде қантты клетчаткадан алуға болады. Иммобильді ферменттерді медицинада қолданады. Жүрек-тамыр ауруларын емдеу үшін иммобильді стрептокиназа препараты
өңделген. Ол тамырда пайда болған тромбты ерітеді. |
|
|
|
||||
Иммобильді |
ферменттер. Иммобильді |
ферменттер |
деп |
аталатын, |
|||
биоорганикалық катализаторлардың жаңа типін жасау нəтижесінде инженерлік |
|||||||
энзимологияның |
алдында |
кең |
перспективалар |
.ашылды«Иммобильді |
|||
ферменттер» терминін 1974 ж. Сандэрем мен Рей заңдастырды. |
|
|
|||||
Иммобилизация – бұл табиғи немесе синтетикалық материалдар бетіне |
|||||||
ферменттерді жабыстыру процесі, оларды полимерлі материалдарға, қуыс |
|||||||
талшықтарға жəне |
мембранды |
капсулаларға |
енгізу, көлденең |
химиялық |
тігу. |
||
Жəне де иммобилизацияны катализатор жəне ерітіндіні физикалық бөлу ретінде қарастыруға болады. Осылай субстраттың жəне өнімнің молекулалары фазалар
арасында оңай алмастырылады. |
|
|
|
|
|
Ерімейтін |
заттармен |
ферменттің |
адсорбциялы |
немесе |
ковалент |
байланысуы аркылы немесе агрегаттардың түзілуімен ферменттің жеке
молекулаларының байланысуы арқылы бөліну іске асуы мүмкін. |
|
|
||||||
Басымдылығы. |
|
Ферменттердің |
иммобилизациясы |
кезінде |
катализді |
|||
белсенділіктің тұрақтылығы пайда болады, өйткені бұл процесс ақуыздың |
||||||||
денатурациясына жол бермейді. Конформациялық қайта құру үшін шектеулі |
||||||||
мүмкіншілігі бар, иммобильді фермент ерітіндіден тез функционалды белсенді |
||||||||
конформацияға |
қысқа |
жолын |
. табадыИммобильді |
ферменттерде, |
||||
тұрақтылықтан басқа да, олардың бос күйін сипаттамайтын, жеке қасиеттері |
||||||||
болады. Мысалы, |
сусыз |
ортада, температура жəне рН |
бойынша |
өте кең |
||||
оптимум |
зонасында |
функционирлеу |
мүмкіншілігі . |
Мұндабар |
фермент |
|||
гомогенді |
катализаторлар |
түрінен гетерогенді түріне өтеді, яғни |
бастапқы |
|||||
субстратпен де, түзілген өніммен де байланыспаған фазада болады. |
|
|
||||
Иммобильді ферменттер негізінде əртүрлі өте тиімді көп қолданылатын |
|
|||||
периодты жəне де үздіксіз биотехнологиялық процестерді жылжымалы жəне |
|
|||||
жылжымайтын |
фазалардың |
өзара |
əрекеттесу |
принципы |
бой |
|
ұйымдастыруға болады. |
|
|
|
|
|
|
Кемшіліктері. Физикалық адсорбция немесе ковалентті қосылунегізінде |
|
|||||
иммобилизация əдістерінің кемшілгі болып өте көп санды катализаторларды |
|
|||||
қолдану саналады. Бұдан басқа, химиялық модификациясы, оған ферменттер |
|
|||||
иммобилизация процесінде ұшырауы мүмкін. Ферменттердің катализдік |
|
|||||
белсенділігі |
төмендеуі |
мүмкін. Осылардың |
болмауына |
полимеразды |
|
|
63
құрылымға |
енгізу |
арқылы |
ферменттердің |
иммобилизация |
əдісте |
қолдануымен жетуге болады. |
|
|
|
||
Негізгі əдебиеттер: 4[8-89], 5[204-246,306-369], 9[149-219].
Қосымша əдебиеттер: 2[157-159]. Бақылау сұрақтары:
1.Инженерлік энзимология дегеніміз не?
2.Иммобильденген ферменттерді қалай дайындайды?
3.Жасушаларды қандай тəсілдер арқылы иммобильдеуге болады?
4.Иммобильденген ферменттердің басымдылығы мен кемшіліктері.
5.Иммобильді ферменттердің артықшылығы.
13-дәрістің тақырыбы: Инженерлік энзимологияның әдістері. |
|
|
||||||
Иммобилизация |
əдістері. |
Ферментті |
алып |
жүретін |
зат |
|||
байланыстыратын бірнеше жолдары бар: адсорбциялық əдіс, үстінгі бетінде |
|
|||||||
химиялық байланысатын əдіс, механикалық енгізу немесе тартып алу əдісі, |
|
|||||||
химиялық қосылу əдісі. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Адсорбция |
əдісі |
əртүрлі |
бейорганикалық(силикагель, |
қуысты |
шыны, |
|
||
керамика, құм, титан гидроокисі, циркония, темір) жəне органикалық (хитин, |
|
|||||||
целлюлоза, полиэтилен, көбікшеленген |
резина, |
полиуретан) материалдың |
|
|||||
үстінгі бетінде ферменттің |
фиксациясында негізделген. Адсорбция – бұл |
|
||||||
иммобильді |
ферменттердің |
алып |
жүретін |
заттың |
үстінгі |
бетіндегі |
өт |
|
қарапайым əдісі.
Иммобилизацияның процедурасы белгілі бір жағдайда ферменттің алып жүретін затымен жəне қоспаның инкубациясының қосылуында өтеді. Содан
кейін |
фильтрация |
мен |
центрифугирлеу |
арқылы |
еритін |
компонентт |
|||||
ерімейтінін |
бөліп |
алады. Ферменттің |
алып |
жүретін |
заттпен |
өзара |
|||||
əрекеттескенде |
адсорбция процесінде тұзды |
байланыстар |
жəне |
басқа да |
əлсіз |
|
|||||
(сутекті, ван-дер-ваальсты) əрекеттесулер пайда болады. |
|
|
|
|
|||||||
Адсорбция |
– иммобилизацияның |
жұмсақ |
əдісі, мұнда |
ферменттің |
|
||||||
белсенділігіне |
алып |
жүретін |
заттың |
əсері |
минимальді. Ферменттер |
|
|||||
белсенділігін жақсы сақтайды. Бұл əдістің кемшілігі – байланыстары тұрақсыз. Сондықтан ортаның азғана өзгеруінде(рН, температураның, иондық күшінің, өнім концентрациясының) алып жүретін заттың үстінгі бетінен ферменттің десорбциясы мүмкін.
Химиялық байланысатын əдістердің ұзақ тарихы бар жəне түрлі модификацияларда іске асады. Ақуыздардың тəжірибелі барлық функционалды топтары алып жүретін заттармен катализаторды байланыстыру үшін қолдануы мүмкін. Ферменттің аминтоптары мен алып жүретін заттың карбоксильді
топтары арасында |
пептидті байланыстың пайда болуы суды сіңіріп алатын |
|||||
агенттің болуына əкелетін реакциялар кеңінен қолдануда. |
|
|||||
Суды |
сіңіріп |
алатын |
агент |
ретінде |
дициклогексилкарбодиимид |
|
қолданады, |
тігетін |
агент болып |
бромцианда саналады. Тігетін агентсіз де |
|||
тігістің жүруі мүмкін. Мұнда алып жүретін заттар ретінде егілген полимерлерді
64
қолдануға |
болады. Полимерлі |
материалдың |
үстінгі |
бетіне |
қабырғалы |
тармақтарды еккенде, оның қасиетін реттеуге жəне де реакциялық қабілетіне |
|||||
алып жүретін заттардың үстінгі бетінде, биокатализатордың тұрақты қызмет |
|||||
атқаруында, оптималды микроқұрылыстарды жасау арқылы əсер етуге болады. |
|||||
Мысалы, поливинил спиртімен немесе полиакрил қышқылымен егілген
полиэтиленді қолдану. |
|
|
|
|
|
Жасушалардың |
иммобилизациясы. |
XX ғасырдың 70-ші |
|
жылдары |
|
микроағзалар |
жасушаларының |
иммобилизациясы |
туралы |
алға |
|
публикациялар шықты, ал иммобильді жасушаларды алғашқы |
өндірістік |
||||
қолдануы 1974 жылы Жапонияда іске асырылды. Олардың көмегімен аспарагин |
|
||||
қышқылы алынды. Иммобильді ферменттер мен еркін жасушаларға қарағанда |
|
||||
иммобильді жасушалардың артықшылығы көп. Оларға мыналар жатады: |
|
||||
- ферменттерді шығару жəне тазалау кезінде шығын болмайды; |
|
|
|
||
- реакция барысында түзілген өнімдерді шығарғанда жəне |
тазалағанда |
||||
шығын аз болады; |
|
|
|
|
|
-өте жоғары белсенділік жəне тұрақтылық;
-үздіксіз жəне жартылай үздіксіз автоматталған процестерді жасау;
-экзогенді кофакторларсыз полиферменттік жүйенің ұзақ уақытқа дейін қызмет атқару қабілеттілігі.
Жасушаларды төрт тəсілмен иммобильдеуге болады:
1) жасушаларды əртүрлі оқшау(инерттік) заттармен (альгинат гелімен, агармен, коллагенмен жəне т.б.) қаптау.
2) |
Оқшау |
заттың |
беткі |
қабатына |
ферменттерді |
жəне жасушаларды |
|||
адсорбция арқылы орналастыру. |
|
|
|
|
|
|
|||
3) |
Оқшау |
заттың |
беткі |
қабатына |
жасушаларды |
биологиял |
|||
макромолекулалар (пектиндер) арқылы «тігу». |
|
|
|
|
|||||
4) |
Ферменттерді жəне жасушаларды коваленттік байланыстар |
арқылы |
|||||||
оқшау субстраттарға орналастыру арқылы. |
|
|
|
|
|||||
Иммобилизация үшін |
түрлі |
күйдегі жасушалар пайдалануы мүмкін: тірі |
|||||||
жəне түрлі деңгейде зақымдалған жасушалар. Бірстадиялы реакцияларды тірі |
|||||||||
жəне |
зақымдалған |
жасушалар |
іске |
асыруы . |
Полиферменттімүмкін |
||||
реакцияларды, ұзақ уақытқа дейін АТФ пен коферменттерді(НАДФ, НАД) |
|||||||||
регенирациялай |
алатын, |
тірі |
жасушаларды |
қолдану |
арқылы |
жүргізеді. |
|||
Иммобильді |
микроағзалардың |
ферментативтік |
белсенділігін |
пайдалану |
|||||
проблемасы ежелден келеді. 150 жыл бұрын сірке қышқылын тез алу тəсілі ағаш жоңқасында адсорбцияланған микроағзаларды қолдануында негізделген.
Химиялық əдісі жасушалардың көлденең тігілген активирленген алып жүретін затпен ковалентті байланыстың пайда болуында негізделген.
Физикалық əдістерге адсорбция жəне агрегация жатады. Жасушалардың иммобилизациясы əртүрлі гельдерге, мембраналарға, талшықтарға енгізу арқылы химиялық жəне физикалық өзара əрекеттесуінде негізделген.
Химиялық əдістер басқа əдістермен салыстырғанда сирек қолданылады жəне тірі жасушаларды иммобилизациялау үшін жарамсыздау. Жасушаларды гельдердің, мембраналардың жəне талшықтардың құрамына енгізу кеңінен
65
таралуда. Иммобилизацияның осындай тəсілдерімен жасушалар өміршендігін сақтай алады жəне қоректік ортасы бар гельдің үстіртті қабатында көбейе алады. Қазіргі таңда көптеген иммобильді жасушалардың биокаталитиздік белсенділігі ғылым мен техниканың түрлі саласында пайдалануда:
-аминқышқылдардың, органикалық қышқылдардың, антибиотиктердің, көмірсулар стероидінің, көмірсутектердің, нуклеотидтер мен нуклеозидтер биосинтезінде жəне трансформациясында ;
-сыра ашыту мен шарап шығаруда;
-ағынды жəне табиғи суларды тазартуда;
-ағынды сулардан металдарды шығарғанда;
-күн энергиясын ассимиляциялуында;
-сутекті күн элементтерін даярлағанда;
-азотфиксациялауда;
-талдау мақсатпен электродтарды даярлағанда.
Микроағзалар жасушаларын иммобилизациялауы жапон зертеушілерімен жүргізілген. Олар аминқышқылдарды, органикалық қышқылдарды жəне антибиотиктерді синтездеу саласында ерекше жетістіктерге жеткен. МГУ-да аспарагин қышқылын алу əдісі өңделген, олар тиімділігі бойынша жапондарға жол бермейді. Полиакриламидты гельге енгізілгенE.coli жасушалары аспарагин қышқылын алуда қолданылған, катализатордың жартылай өмірінің кезеңі - 110 тəулікке жеткен. Тек микроағзалар жасушаларын ғана емес, жəне де өсімдіктер мен жануарлар ұлпаларын иммобильдеуге , боладыоларды физиологиялық белсенді қосындылардың синтезі үшін қолдануға болады.
Белсенді полиферментті жүйе ретінде жасушалық органеллалардың иммобилизациясында да қызықты мүмкіншіліктер ашылуда. Иммобильді
жасушаларды зерттеуі жəне қолдануымен байланысты |
бұның |
барлығы |
|||
жасушалық биотехнологияның болашақта дамуының куəгері. |
|
|
|||
Ферменттерді алып жүретін заттардың жіктелуі. Иммобильді |
|||||
ферменттерді алу үшін органикалық жəне бейорганикалық алып жүретін заттар |
|||||
қолданылады. Ферменттерді |
алып |
жүретін |
заттарға |
мынадай |
талаптар |
қойылады: (Дж.Порат, 1974): |
|
|
|
|
|
·жоғары химиялық жəне биологиялық тұрақтылық;
·жоғары химиялық орнықтылық;
·ферменттер мен субстраттар үшін нақты өткізгіштік, уақ тесіктік, салыстырмалы үлкен сырты;
·технологиялық тұрғыдан қолайлы формаларды (гранулалар, мембраналар)
алу;
·жеңіл белсенділігі; жоғары гидрофильдігі; арзан бағалы.
Иммобильді ферменттерді алып жүретін заттарорганикалыққа жəне
бейорганикалыққа |
жіктеледі. Оларға |
төменгі |
молекулалық, полимерлі, |
макротесікті жəне басқалары жатады. |
|
|
|
Айтарлықтай, органикалық алып жүретін заттар табиғи немесе синтетикалық |
|||
болуы мүмкін. Табиғи полимерлі |
органикалық |
алып жүретін заттарды |
|
66
полисахаридті, ақуызды және липидті деп бөледі. Синтетикалық полимерлерді полиметиленді, полиамидді, полиэфирлі деп бөледі.
Негізгі əдебиеттер: 4 [8-89], 5 [204-246, 306-369], 9 [149-219].
Қосымша əдебиеттер: 2 [157-159]. Бақылау сұрақтары:
1.Иммобилизация əдістері.
2.Иммобильді жасушалардың артықшылығы неде?
3. |
Иммобильді |
жасушалардың |
биокаталитиздік |
белсенділігі |
қандай |
|
салаларда қолданылады? |
|
|
|
|
||
4. |
Ферменттерді алып жүретін заттар қалай жіктеледі жəне оларға қандай |
|||||
талаптар қойылады? |
|
|
|
|
|
|
6. Жасушаларды қандай тəсілмен иммобильдеуге болады? |
|
|
|
|||
14-дəрістің тақырыбы: Иммобилизациялау əдістері. |
|
|
|
|||
Ферменттерді |
иммобилизациялау |
əдістері. Екі əдісі |
бар: |
физикалық |
||
(ерімейтін алып жүретін заттардағы адсорбция) жəне химиялық. |
|
|
|
|||
Ферменттердің |
иммобилизациялануының физикалық əдісі өте |
қарапайым |
||||
əдіс. Оның негізінде электростатты күштердің жəне үстіртін тарту күштердің əсері жатыр. Ферменттер физикалық иммобилизациялануында фермент алып жүретін заттармен ковалентті байланыста болмайды. Бұл əдістің кемшілігі – фермент алып жүретін затымен тұрақсыз байланыста болуы.
Ферменттер байланысының төрт түрі :бар1) ерімейтін алып жүретін заттардағы адсорбциясы; 2) гель тесіктеріне енгізу; 3) жартылай өткізгіш таса (мембрана) көмегімен реакциялық жүйенің қалған көлемінен ферментті кеңістік жекелендіру; 4) екіфазды ортаға енгізу, онда фермент ери алады жəне тек бір фазада болады. Аталған тəсілдерді былай көрсетуге болады (1- сурет).
Ферменттерді иммобилизациялау инкапсуляция |
əдісі |
арқылы. Бұл |
||
əдістің негізі – ферментті |
қоршайтын, ерітіндіні |
ұстап |
тұру. Инкапсуляция |
|
процесінде ферменттің |
жеке молекулалары |
,емесферменті |
бар алғашқы |
|
ерітіндісі иммобильденеді. Бұл əдісте жиі коацервацияны жəне фазааралық полимеризацияны қолданады. Бірінші қабылдауы химиялық реакциясыз іске
асады, кішкентай су тамшылары арасында ассоциирленіп |
жəне содан соң |
|||
үздіксіз мембрананы түзіп, полимердің коллоидты |
бөлшектерін фазаларға |
|||
бөлуді енгізеді. |
|
|
|
|
Полимерлі материал |
ретінде |
нитратты немесе целлюлоза ацетатын, |
||
бутадиенді каучукті қолданады. Фазааралық полимеризация кезінде жартылай |
||||
өткізгіш мембрананың түзілуі үшін |
реагенттердің |
біреуі |
,сулыбасқасы – |
|
органикалық фазада болады; |
фазаларға |
бөліну шекарасында |
полимеризация |
|
реакциясы өтеді жəне диспергирленген органикалық фазадағы тамшыларда полимердің қабаты пайда болады. Осы əдіс арқылы полиуретаннан немесе эпоксидті смоладан мембраналарды алуға болады.
Ферментті ерітіндімен |
жауып тұратын жартылай |
өткізгіш мембраналар |
әртүрлі материалдардан |
(полистиролдан, полиакрилаттан, |
полиуретаннан, |
67
полиэфирлерден, липидтерден, поликарбонаттардан) дайындалуы мүмкін. Жартылай өткізгіш мембраналарды алу барысында молекулалардың көлемін бағылауға болады. Мысалы, ферменттер молекуласының үлкен көлемі капсуланың ішінде сақталып тұрады, ал алғашқы субстраттардың және синтезделінетін өнімнің кішкентай молекулалары мембранадан оңай өтеді.
а - ерімейтін алып жүретін заттардағы адсорбциясы, б – гель тесіктеріне енгізу, в – ферментті жартылай өткізгіш мембрана көмегімен жекелендіру,
г – екіфазды реакциялық ортаны қолдану.
1- сурет. Ферменттер байланысының төрт түрі
Микросфералардың диаметрі бірнеше микроннан бірнеше мың микронға дейін, ал мембраналардың қабаты жүз ангстремнен бірнеше микронға дейін
болуы |
мүмкін. Микрокапсулирлеудің |
басымдылығы |
болып |
иммобильді |
|||
ферменттің белсенділігіне келетін, үстінгі бетінің үлкен алаңы саналады. Осы |
|||||||
кезде |
алғашқы |
ерітіндіде |
ферменттердің |
жоғары |
концентрациясын |
қолдануға |
|
жəне |
əсерінің |
жоғары |
тиімділігіне |
жетуге |
болады. Жəне де |
осы кезде |
|
68
ферменттің сусыз ортада қызметін атқару қабілетін жасап, мақсатты өнімнің жоғары шығуын алуға болады.
Инкапсулирлеу əдісіне ауысып айналған мицелдер əдісі жақын. Судың микроскопиялық тамшысы бар, үстіртті белсенді заттардан (липид, детергент) тұйық құрылымға ферментті енгізеді. Фермент екі фазаның бөліну шекарасында қызметін атқарады: биореакторда болатын, органикалық жəне айналған мицеллаға енгізілген, сулы ортада.
Негізгі əдебиеттер: 4 [8-89], 5 [204-246, 306-369], 9 [149-219]. |
|
|
||
Қосымша əдебиеттер: 2 [157-159]. |
|
|
|
|
Бақылау сұрақтары: |
|
|
|
|
1. Ферменттерді |
иммобилизациялауның |
физикалық |
жəне |
химиялық |
əдістері неге негізделген? |
|
|
|
|
2. Ферменттер байланысының қандай түрлерін білесіздер? |
|
|
||
3. Ферменттерді иммобилизациялау инкапсуляция əдісі |
арқылы қалай |
|||
жүреді жəне инкапсулирлеу əдісіне қандай əдіс жатады? |
|
|
||
15-дəрістің тақырыбы: Биоқауіпсіздік проблемалары. |
|
|
||
Сонымен, биоинженерия мен биотехнологияны қолдану |
нəтижесінде |
|||
бактериялар, өсімдіктер жəне жануарлар табиғи биореакторлар ретінде
қарастырылуда. |
Олар бұдандастыру, мутагенез жəне |
селекцияның |
дəстүрлі |
|
|||||
əдістері |
арқылы |
жасалынбайтын жаңа немесе өзгертілген гендік өнімдерді |
|||||||
шығара |
алады. |
Бұдан |
басқа, гендік |
инженерия |
мен |
молекулалық |
|||
биотехнологияның |
дамуы диагностиканың |
жəне түрлі аурулардан емдеуде |
|
||||||
жаңа əдістерді қолға жеткізді. Бірақ жарнамалық жағдайдағы перспективалар |
|
||||||||
асырып айтылған болар жəне биотехнологияның нақты мүмкіндігіне əрдайым |
|
||||||||
сəйкес келмейді. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Биотехнология |
проблемаларды əрқашанда шеше алмайды, кейбірде өзі |
|
|||||||
оны |
шығарып |
отырады. Мəселен, атмосфераға |
микроорганизмдердің |
|
|||||
жасушалары таралғанда адамдар бронхиалды астмаға |
жəне |
аллергиялық |
|||||||
ауруларға дұшар болады. Пестицидке тұрақты өсімдіктерді қолданғанда |
|
||||||||
экологиялық жағдайды жақсартудың орнына оны нашарлатады. |
|
|
|
||||||
Гендік инженерлік өсімдіктердің таралуы көптеген сұрақты тудырып отыр. |
|
||||||||
Классикалық |
селекцияның |
əдістерімен |
алынған |
сорттар |
онша |
əсер |
|||
тудырмасада, оларда өзінің жақсы жағы да бар: олар қолдануда тұрақты жəне сенімді. Бірақ, егер классикалық селекция табиғи түрде қалса, онда жасушалар, хромосомалар жəне жеке гендер деңгейінде жасалған заманауи технологиялар
табиғи заңдылықтардан тыс |
шығады. Бұл əдістер |
табиғи |
компоненттерді |
||
(жасушалар, гендер |
жəне |
.)т.б қолданады, бірақ |
оларды |
өз |
бетімен |
комбинирлейді. Көп жағдайда пайда болған қосымша əсерін болжауы қиынға түседі.
Көптеген елдерде молекулалық биотехнологияның өніміне– гендік модификацияланған өнімдерге ақпараттарда айтылған негативті жағы белгілі. ГИ-технологияны жасауда ғылыми қоғамның алғашқы реакциясы болып
69
рекомбинантты |
ДНҚ-на |
эксперимент |
жасауға |
шектеу . |
қоюҒалымдардың |
|
|||||||||
ойлауы бойынша түрлі организмдердің генін қосқанда жаңа организмдерде |
|
||||||||||||||
керексіз немесе қауіпті қасиеттері пайда болуы мүмкін. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2000 жылы |
неміс |
ғалымы Ханс Хайнрих Каац өзінің зерттеуінде |
|||||||||||||
көрсеткендей, майлы турнепстің өзгертілген гені араның асқазанында өмір |
|
||||||||||||||
сүретін бактерияға енеді жəне олар мутацияға ұшырайды. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Бірақта контраргументтерде бар. Гендік |
инженерияны |
қолдаушылар |
|
||||||||||||
Каацтың |
жаңалығы |
əлі |
ештеңкені |
дəлелдемейді, өйткені, адамның |
|
||||||||||
асқазанындағы |
бактериялар |
бөгде геннің əсерісіз əрдайым өзгеріліп тұрады |
|
||||||||||||
деген пікір айтады. Бұдан басқа, адам қатыспасада табиғатта генетикалық |
|
||||||||||||||
ақпаратпен (гендер ағыны деп аталатын) алмасуды қамтамасыз етіп отыратын |
|
||||||||||||||
жағдайлар болады. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Əлбетте организмге кездейсоқ жолмен бөгде генетикалық ақпарат енседе |
|
||||||||||||||
табиғат ағзада көптеген тиімді бөгеттер жасаған. Осыған байланысты белгілі |
|
||||||||||||||
ғалым М. Ван Монтегю (Бельгия) айтқан: "Эволюция бұл да гендік инженерия, |
|
||||||||||||||
табиғатта басқа қарқынмен пайдаланатын– |
миллион |
жылдай". |
Арнайы |
|
|||||||||||
жүргізілген |
зерттеулер көрсеткендей, гибридті (рекомбинантты) |
ДНҚ-ның |
|
||||||||||||
таралуының қауіпі онша көп емес. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Гибридті ДНҚ жəне оларды алып жүретін бактериялар қоршаған ортаның |
|
||||||||||||||
əсеріне тұрақты емес болып шықты, кездейсоқ енгенде адам жəне жануарлар |
|
||||||||||||||
ағзасында |
|
тіршілігін |
|
сақтамайды. Мысалы, |
гендік |
|
|
инженерлік |
|
||||||
манипуляциялармен |
өзгертілген |
|
микроорганизмдер |
|
|
сыртқы |
ор |
||||||||
бəсекелестікке шыдай алмайды, себебі, |
өздік |
бəсекелестік |
мүмкіншілігіне |
|
|||||||||||
қарсы, өзінің ресурстарының көп бөлігін олар қажетті белоктың синтезіне |
|
||||||||||||||
жұмсайды. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гендік инженерияның 30 жылдай қолдануы барысында адамның ағзасына |
|
||||||||||||||
жəне қоршаған ортаға бірде–бір теріс əсері байқалмаған. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Сонымен, ғылымның түрлі жетістіктері сияқты, ГИ жетістіктері де тек |
|
||||||||||||||
адамның |
игілігіне |
ғана |
емес, ондай-ақ адамға зиян келтіруіде мүмкін. |
|
|||||||||||
Сондықтан, |
ГИ |
əдістерін |
қолдану шегін анықтау үшін ең маңыздысы– |
|
|||||||||||
адамның өнегелі аспектімен Жаратушы əлеміне кіруін ұғынып алу. |
|
|
|
|
|||||||||||
Сонымен бірге, ГИ əдістерін пайдалану – планетамыздағы халық санының |
|
||||||||||||||
екпінді өсуіне байланысты, өнім тағамдарымен қамтамасыз ету мүмкіндік |
|
||||||||||||||
жолдың бірі. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Əлемде заманауи биотехнологияның дамуының масштабы көп мөлшерді |
|
||||||||||||||
алып жатыр, соған байланысты адамның денсаулығына жəне биологиялық |
|
||||||||||||||
алуантүрлілікке |
|
потенциалды |
|
зиянды |
əсерін |
тигіземе |
деп |
қоғ |
|||||||
беймазалауды тудырып отыр. Генетикалық модификацияланған организмдер |
|
||||||||||||||
туралы көптеген елдерде қатты талқылаулар жүріп жатыр. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ГМО немесе трансгенді өнім(ТӨ) деген не? Гендік модификацияланған |
|
||||||||||||||
организм (ГМО) бұл |
заманауи |
|
молекулалық-биологиялық |
|
əдістердің |
||||||||||
қолданылуымен биологиялық заңнама мен тірі органимздердің негізінде пайда |
|
||||||||||||||
болатын организмдер, яғни организмнің табиғи гендер жиынтығына гендік |
|
||||||||||||||
инженерия |
əдістерімен |
бөгде |
генді |
енгізу(мысалы, |
ГМО-картобында |
|
|||||||||
70