ФЕРМЕНТОПОДОБНИЕ ПОЛІМЕРИ
ВСТУП
Нова галузь науки - інженерна ензимологія - одержала інтенсивний розвиток. Ця область розділилася на декілька напрямів, оскільки було виявлено різноманітні можливості, які можуть дати біоорганічні каталізатори, ферменти, для проведення хімічних перетворень за межами сфери їхньої діяльності, в хімічних реакторах. Основу для розвитку інженерної ензимології як рівноправній галузі науки створили фундаментальні дослідження в області ензимології та досягнення в галузі виділення ферментів, а також у значній мірі вчення про швидкості хімічних реакцій. Виявлення спільності причин, що обумовлюють унікальні властивості біокаталізаторів: їх специфічність і високу каталітичну активність, а також взаємодій, що підтримують структуру молекул ферментів, були предметом глибоких досліджень, кінцевою метою яких було формулювання цілого ряду наукових і прикладних задач. Деякі завдання вирішені в даний час, для інших відомі принципові шляхи вирішення, ряд завдань поки тільки поставлені. [1]
Протягом останніх 30 років величезний прогрес був зроблений в області молекулярної біології і полімерної хімії. Винахід призвело до широко масштабної продукції з низькою вартістю рекомбінантних протеїнів (і структуральних, і ферментних), а пізніше зробило можливим виробляти синтетичні гомополімери і діблок сополімери з певним числом ланок. Діапазон застосувань полімерної хімії може дійти до приготування матеріалів, подібних протеїнів, і зокрема, синтез кополімерів, які можуть показувати специфічну каталітичну активність. До теперішнього часу спроби приготувати синтетичні полімери, подібні ферментам, були тільки частково успішними: була виявлена каталітична активність, але виміряні специфічність та селективність були малі. Це, головним чином, є наслідком нездатності повністю контролювати архітектуру полімеру. По-перше, вироблені матеріали містять полімери з дуже широким розподілом за кількістю мономерних ланок, що не дозволяє підтримувати молекулярна вага постійним для всіх молекул. По-друге, ці матеріали є не гомогенними за складом, кожна молекулою полімеру несе різне число сомономерних ланок. По-третє, навіть для двох полімерних молекул з одним і тим же числом кожного з мономерних ланок, ці ланки знаходяться в різній послідовності вздовж полімерного ланцюга. Самі недавні спроби в області синтетичних полімерних двійників ферментів пропонують націлюватися на контроль над структурою полімеру і домогтися підвищення селективності і активності.
Останнім часом метою інженерної ензимології є приготування каталітично активних вінілових полімерів певної довжини і певного складу мономерів і специфічної їх послідовності. Склад полімерів буде таким, що будуть присутні всі функціональні групи, необхідні для каталітичної активності. Крім того, послідовність мономерів буде такою, що виявлена оптимальна конформація полімерного розчину буде узгоджуватися з відповідною геометрією для максимальної активності. Якщо виконати ці необхідні умови, то буде можливо приготувати синтетичні полімерні ферменти, які можуть перевершити природні біологічні каталізатори. Синтетичні каталізатори зможуть більш ефективно каталізувати ферментні реакції, або каталізувати реакції, для яких не є ферментів. Крім того, повністю вуглецевий скелет призводить до дуже високої фізико-хімічної стабільності цих полімерів, які будуть мати більш довге життя, ніж ферменти.
Має велике значення, що можна буде легко розширити результати дослідження в протилежному напрямку, і отримувати синтетичні полімерні двійники, які будуть менш стабільні, ніж ферменти. Наприклад, можна використовувати мономери на основі лактонов, для виробництва біодеградіруемих полімерів. Ці полілактони з ферментною активністю можна потім використовувати для відновлення протеаз у промислових детергентах. Протеази сприяють очищенню тканини через їх гидролитическое дію. При детергентно керівництві протеази руйнуються повільно, забруднюючи річки і океани. Полілактонние синтетичні ферменти будуть руйнуватися швидко. [2]
Є передумови, що полімери з імідазолу, можуть бути «enzyme-liked» і є модель ферменту РНКаза, який каталізує гідроліз РНК і її похідних. Каталізує активна група гістидину - імідазол. [3] РНК - складна система, що вимагає синтезу, тому спочатку планується провести дослідження каталітичних властивостей імідазолу і полімерів, що містять імідазол в модельних реакціях.
ВСТУП
Нова галузь науки - інженерна ензимологія - одержала інтенсивний розвиток. Ця область розділилася на декілька напрямів, оскільки було виявлено різноманітні можливості, які можуть дати біоорганічні каталізатори, ферменти, для проведення хімічних перетворень за межами сфери їхньої діяльності, в хімічних реакторах. Основу для розвитку інженерної ензимології як рівноправній галузі науки створили фундаментальні дослідження в області ензимології та досягнення в галузі виділення ферментів, а також у значній мірі вчення про швидкості хімічних реакцій. Виявлення спільності причин, що обумовлюють унікальні властивості біокаталізаторів: їх специфічність і високу каталітичну активність, а також взаємодій, що підтримують структуру молекул ферментів, були предметом глибоких досліджень, кінцевою метою яких було формулювання цілого ряду наукових і прикладних задач. Деякі завдання вирішені в даний час, для інших відомі принципові шляхи вирішення, ряд завдань поки тільки поставлені. [1]
Протягом останніх 30 років величезний прогрес був зроблений в області молекулярної біології і полімерної хімії. Винахід призвело до широко масштабної продукції з низькою вартістю рекомбінантних протеїнів (і структуральних, і ферментних), а пізніше зробило можливим виробляти синтетичні гомополімери і діблок сополімери з певним числом ланок. Діапазон застосувань полімерної хімії може дійти до приготування матеріалів, подібних протеїнів, і зокрема, синтез кополімерів, які можуть показувати специфічну каталітичну активність. До теперішнього часу спроби приготувати синтетичні полімери, подібні ферментам, були тільки частково успішними: була виявлена каталітична активність, але виміряні специфічність та селективність були малі. Це, головним чином, є наслідком нездатності повністю контролювати архітектуру полімеру. По-перше, вироблені матеріали містять полімери з дуже широким розподілом за кількістю мономерних ланок, що не дозволяє підтримувати молекулярна вага постійним для всіх молекул. По-друге, ці матеріали є не гомогенними за складом, кожна молекулою полімеру несе різне число сомономерних ланок. По-третє, навіть для двох полімерних молекул з одним і тим же числом кожного з мономерних ланок, ці ланки знаходяться в різній послідовності вздовж полімерного ланцюга. Самі недавні спроби в області синтетичних полімерних двійників ферментів пропонують націлюватися на контроль над структурою полімеру і домогтися підвищення селективності і активності.
Останнім часом метою інженерної ензимології є приготування каталітично активних вінілових полімерів певної довжини і певного складу мономерів і специфічної їх послідовності. Склад полімерів буде таким, що будуть присутні всі функціональні групи, необхідні для каталітичної активності. Крім того, послідовність мономерів буде такою, що виявлена оптимальна конформація полімерного розчину буде узгоджуватися з відповідною геометрією для максимальної активності. Якщо виконати ці необхідні умови, то буде можливо приготувати синтетичні полімерні ферменти, які можуть перевершити природні біологічні каталізатори. Синтетичні каталізатори зможуть більш ефективно каталізувати ферментні реакції, або каталізувати реакції, для яких не є ферментів. Крім того, повністю вуглецевий скелет призводить до дуже високої фізико-хімічної стабільності цих полімерів, які будуть мати більш довге життя, ніж ферменти.
Має велике значення, що можна буде легко розширити результати дослідження в протилежному напрямку, і отримувати синтетичні полімерні двійники, які будуть менш стабільні, ніж ферменти. Наприклад, можна використовувати мономери на основі лактонов, для виробництва біодеградіруемих полімерів. Ці полілактони з ферментною активністю можна потім використовувати для відновлення протеаз у промислових детергентах. Протеази сприяють очищенню тканини через їх гидролитическое дію. При детергентно керівництві протеази руйнуються повільно, забруднюючи річки і океани. Полілактонние синтетичні ферменти будуть руйнуватися швидко. [2]
Є передумови, що полімери з імідазолу, можуть бути «enzyme-liked» і є модель ферменту РНКаза, який каталізує гідроліз РНК і її похідних. Каталізує активна група гістидину - імідазол. [3] РНК - складна система, що вимагає синтезу, тому спочатку планується провести дослідження каталітичних властивостей імідазолу і полімерів, що містять імідазол в модельних реакціях.