Введение к работе
Актуальность проблемы. На современном этапе развития энзимологии зсе большее внимание уделяется вопросам создания систем для проведения [ерментативных реакции в органических растворителях. Необходимость перегода к неводным средам обусловлена потребностью использования ферментов і различных практических областях, прежде всего, в тонком органическом :интезе.
В настоящее время предложено большое число разного рода макро- и ОДкрогетерогенных биокаталитических систем на основе органических ра-;творителей. Наиболее изученными микрогетерогенными системами являются >бращенные мицеллы поверхностно-активных веществ (ПАВ) в органических >астворителях. Молекула фермента, находясь во внутренней полости гидра-:ированных обращенных мицелл, защищена от денатурирующего воздействия >рганического растворителя оболочкой из молекул ПАВ. С точки зрения фактического использования мицеллярных систем они обладают двумя ;ущественными недостатками. Во-первых, являясь динамическими )бразованиями, мицеллы могут изменять свои свойства и даже эазрушаться при варьировании компонентов и условий формирования :истемы. Во-вторых, выделение продукта из такой системы оказывается [остаточно трудоемким, особенно в плане отделения от ПАВ. Эти іедостатки, на наш взгляд, можно преодолеть по крайней мере двумя іринципиально различными путями.
Один из них заключается в создании структурно-организованных поли-герных частиц на основе обращенных мицелл. Данный подход можно реализо-іать путем сополимеризации ПАВ, водорастворимого мономера и фермента, ;ак макромономера, солюбилизованных гидратированными обращенными мицел-гами. Полимерные наногранулы, полученные в результате полимеризации, гредставляют интерес в качестве контейнеров для биокатализаторов и их [альнейшего использования в каталитических процессах, осуществляемых в юводных средах.
Второй подход заключается в выборе такой микрогетерогенной системы, і которой'роль стабилизатора выполняет не длинноцепочечный ПАВ, а низко-юлекулярное соединение. Примером таких микрогетерогенных систем являгот-;я так называемые бездетергентные микрозмульсии, существующие в трехком-гонентных системах типа: углеводород-короткоцепочечный спирт-вода.
Цель работы. При выполнении работы были поставлены следующие за; чи. Во-первых, при использовании систем гидратированных обращенных к целл ПАВ в органических растворителях получить ферментсодержащие повер ностно-модифицированные полимерные наногранулы (ПМПН). Во-вторых, hccj довать каталитические свойства ферментов, включенных в ПМПН. В-третьк продемонстрировать реальную возможность использования биокаталитичесв систем на основе ферментсодержащих ПМПН для препаративного синтеза ра личных соединений в органических растворителях. В-четвертых, исследова поведение ферментов в трехкомпонентных системах типа углеводоро короткоцепочечный спирт-вода и выявить принципиальные возможности их технологического использования.
Научная новизна работы. Впервые получены ферментсодержащие повер ностно-модифицированные полимерные наногранулы, растворимые в органиче ких растворителях.В результате оптимизации условий получения ПМПН приг< товлены образцы наногранулированного а-химотрипсина, обладающие высок стабильностью <кин=2,8хЮ мин ) и активностью (не менее 75% от исхо, ной) в бензоле. Осуществлен количественный синтез этилового ЭфИ] N-ацетил-ь-тирозина в бензоле в мембранном реакторе периодического деі ствия.
Исследованы закономерности поведения ферментов (трипсин и лакказ; в трехкомпонентных системах на примере системы гексан-пропанол-2-водг Установлено, что максимальная каталитическая активность и стабильное! ферментов достигаются в бездетергентных микроэмульсиях. Таким образо* показано, что в качестве реакционной среды для проведения ферментативні реакций могут быть использованы бездетергентные микроэмульсии.
Практическая значимость работы. Полученные при использовании систе обращенных мицелл ПАВ в органических растворителях ферментсодержащие пс верхностно-модафицированные полимерные наногранулы могут быть использс ваныв тонком органическом синтезе, например для биокаталитической транс формации водонерастворимых органических соединений, биологически активных веществ и т.п. Описаны общие закономерности катализа ферментам в трехкомпонентных системах типа гексан-пропанол-2-вода.Бездетергентмы микроэмульсии могут представлять практический интерес в качестве сред для ферментативного синтеза органических соединений, что было подтверж дено на примере синтеза изопропилового эфира N-карбобензокси-ь-тргатофа на, катализируемого «-химотрипсином, в системе гексан-пропанол-2-вода регенерацией лакказы из той же системы.
Предложенные и описанные в работе биокаталитические системы на ос нове ферментсодержащих поверхностно-модифицированных полимерных наногра
нул и бездетергентннх микроэнульсий расширяют круг практического использования ферментов в биотехнологии.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на Международном симпозиуме "Химическая физика ферментативного катализа" (Таллин, 1987), Всесоюзном симпозиуме "Инженерная энзимология"(Вильнюс, 1988), 31 Международном конгрессе iupac (София, 1987).
Публикации.. По матариалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы (3 главы), экспериментальной части, изложения результатов исследований и их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы (из -^4-наименования). Работа изложена на ^Ч- страницах и включает ?- таблиц иЗ рисунков.