تحقیق مقاله روش‌ هایی برای پایدار سازی در فعال کردن آنزیم‌ ها در مایعات یونی

خلاصه :

مایعات یونی به عنوان نمونه‌ای جدید از حلال‌های غیرآبی برای کاتالیزورهای زیستی ، علت خواص فیزیکی موزون و منحصر به فردشان توسعه یافته اند. تعدادی از مقالات اخیر واکنش‌های آنالیزی متنوعی که در محلول‌های IL رسانا هستند ، توصیف می‌کنند . از طرف دیگر این مهم است که روش‌هایی که برای پایداری و فعال سازی آنزیم‌ها در * توسعه یافتند  به‌صورت سیستماتیک آنالیز شوند این مقاله کاتالیزورهای زیستی را که از دو جنبه منحصربه‌فرد هستند مورد بحث قرار می‌دهد:

فاکتورهایی که فعالیت آنزیم‌ها و پایداری را تحت فشار قرار می‌دهد،  2روش‌هایی که قبول شدن یا توسعه یافتن برای فعال کردن و یا پایدار کردن آنزیم‌ها در واسطه‌هایی یونی. فاکتورهایی که ممکن است تحت تأثیر عملکرد کاتالیست و آنزیم را که شامل قطبیت ILبود، من هسته دوستی آنیونخاصیت بازی پیوند هیدروژنی، شبکه IL، KOSMOTROPICITY  یونی، ویسکوزیته، خصلت آن گریزی ، تجزیه آنزیم ، اثر مواد فعال در سطح. پوند برای پیشرفت فعالیت پایداری در آنزیم‌ها در ILS، روش‌های مهمی  که شده که شامل : عدم تحرک آنزیم  (کمک جامد –سل-زل یا  CLEA) وابستگی کوالانسی یا فیزیکی به PEG ، شست‌وشو با روش‌های n پروپانول ( PREP و EPRP) ، میکروامولسونهای آب در IL ، پوشش IL و طراحی حلال‌های آنیونی  سازگار با آنزیم . نکته‌ای که باید توجه شود این است که  IL های جدید برای سازگاری بیشتر با آنزیم‌ها ، با هم ترکیب می‌شوند. برای به کار گرفتن پتانسیل زیاد IL  ها لازم است که این روش‌ها را برای سازگاری بهتر آنزیم ، بیشترتوسعه دهیم . این چیزی است [BMIM][P ] سه بار  کمتر از قطبی ترین [EMIM][B ] است

مقدمه :

مایعات یونی(ILS) شامل یون‌ها و مایعات در دمای کمتر از 100  ͦC  می‌باشند این نمک‌ها با نقاط ذوب خیلی کم، که ما یعات یونی در دمای اتاق نامیده می‌شوند  (RTILS) به عنوان مطلوب‌ترین  حلال‌ها برای واکنش‌ها و فرایندها هستند . در تضاد با حلال‌های آلی متداول ILها خواص مطلوب زیادی شامل : فشار بخار به شدت پایین ، محدوده وصی از مایع، قابلیت اشتعال کم ، قابلیت رسانای یونی ، قابلیت رسانایی گرمایی بالا،قدرت تجزیه خوب نسبت تعدادی از سوبسترها، پایداری شیمیایی به گرمای بالا و محدوده وسیع از پتانسیل الکتروشیمیایی دارد . به خاطر این خواص منحصربه‌فرد ILک به طور وسیع به عنوان حلال‌ها یا کوکاتالیست با کاربردهای متنوعی شناخته شده‌اند که شامل : کاتالیست آلی، ترکیب غیرآلی، کاتالیزورهای زیستی، پلیمریزاسیون و سیال های مهندسی هستند.

کاتیون‌های ILمعمولی شامل نیتروژن (از قبیل حال آلکیل آمونیوم، N، N` دی آلکیل میدازولیوم، N-آلکیل پیریدینیوم و پیرولیدینیوم) و شامل فسفر ها (از قبیل حدود  آلکیل فسفونیوم) هستند. یک انتخاب معمول از آنیون ها  شامل هالیدها ، ، ، ، ، ،[( ]،[RS ،[

بعضی از آنیون ها و کاتیون های انتخابی در شکل یک نشان داده شده است . به علاوه خواص فیزیکی ILها (از قبیل قطبیت ،خصلت آبگریزی و خاصیت بازی پیوند هیدروژنی ) می‌تواند به دوره عالی از طریق انتخاب مناسب کاتیون‌ها وآنیون ها طراحی شده باشد. همه این خواص موزون برای پایداری و فعالیت آنزیم‌ها خیلی مهم هستند ، بنابراین واکنش‌های آنزیمی بسیاری در انواع متفاوتی از ILحال بررسی شده است. اگرچه بعضیILها(از قبیل موارد براساس ،  و  ) نسبت به حلال‌های آلی و موادی با فعالیت کاتالیستی بالا و enantioselectivity  تغییر ماهیت کمتری دارند، برای واکنش بسیاری گزارش شده است . آنزیم‌های بسیاری، مقدار مشابهی از فعالیت را در ILها ،مثلاً در حلال‌های آلی متداول نشان می‌دهد که به طور قابل توجهی در حلال‌های بود آبکی نامرغوب هستند .

اخیراً تعدادی از خود ILها  مستعد حل کردن بسترهای بسیاری نشان داده شده‌اند که به طور معمول ، در حلال‌های آلی نامحلول اند، مثلاً تا حدود 10% تا 20% وزنی سلولز< 100 کربوهیدرات‌های دیگر ، (شامل D- گلوکز، ساکارز ، لاکتوز ، -سیلکودکسترین) ، اسید اسکوربیک، آمینواسید ، اسیدهای چرب  تری گلیسیریدها. تجزیه کربوهیدرات‌ها درILها اصلاح شیمیایی این محصولات طبیعی را در سیستم‌های همگن میسر ساخت است . از این رو، آنیون های (معمولا کلرید( )، دی سیانید ( )، فرمات ( ) و استات ( ))، این ILSها تمایل دارند که پیوندهای هیدروژنی قوی را با کربوهیدرات‌ها ، برای حل کردن آن‌ها شکل بدهند، اینILها همچنین احتمالاً ماهیت آنزیم‌ها را تغییر می‌دهند که باعث می‌شود آن‌ها را برای تغییرشکل دادن این بسترهای حل‌شده توسط واکنش‌های آنزیمی، غیر همگن سازد .

بنابراین یک نیاز ضروری برای افزایش فعالیت و پایداری آنزیم‌ها در IL، به ویژه در آنزیم‌های غیرفعال IL وجود دارد. بنا به این دلایل روش‌های پایدار سازی آنزیمی بسیاری در آنزیم‌شناسی غیرعادی متداول استفاده شده که برای واسطه‌های یونی و بعضی از روش‌های جدید توسعه یافته برای پایدار سازی و فعالیت آنزیم ها 1درIL پذیرفته شده است . هدف این مقاله خود برای بررسی روش‌ها و راهنمایی دانشمندان در این روش‌های پیشرفته، نمایش بیشتر کاربردهای کاتالیزورهای زیستی در حلال‌های یونی است .

فاکتورهای مهمی که برای پایدار سازی در فعالیت آنزیم‌ها در مایعات یونی اثر می‌گذارند. 

قبل از بحث در مورد روش‌های فعال سازی و پایدار کردن آنزیم‌ها ، مهم است بدانیم که خواص فیزیکی ، مهم‌ترین رفتارکاتالیستی آنزیم‌ها درILاست. بخوبی معلوم شده است عملکرد آنزیم‌ها در ILها تحت تأثیر عوامل مشترکی مثل فعالیت آب ، PH، EXIPIENTو ناخالصی است .

به علاوه خواص حلال‌های ILها، اغلب مربوط می‌شود به فعالیت آنزیم ها که ویژگی و پایداری آن‌ که در زیر بحث شده است .

قطبیتIL:

براساس مطالعات Solvatochromic در ILها دیده شد که نزدیک به الکل ها یا فرمالدهید های کمتر نسبتاً قطبی هستند.

پارک و کازلوسکا مشاهده کردند گرایش فعالیت لیپاز افزایش می‌یابد (از Pseudomonascepacia با قطبیت ILرا در حین استیل دار کردن راسمیک)

1-فنیل اتانول با ونیل استات (برای مثال سرعت واکنش اولیه در کمترین حالت  قطبیت [BMIM][P ])سه بار برای پایین‌تر ازقطبیت بیشتر است  [EMIM][P ] در مطالعات دیگر، فعالیت‌های سنتزی کمتر  همچنین در ILهای قطبی کم به دست آمده بود.در حین استورود ری شدن کاتالیست شده Novozim435 دو متیل   --گلموپیرانسید با اسیدهای چرب موجلرو همکارانش مشاهده کردند که خود در صد تبدیل استر با قطبیت IL افزایش می‌یابد هنگامی که  ILها به عنوان پوشش فیلم استفاده شد (تحت شرایط عاری از حلال ) ، خوب اعمال هنگامی‌که بود، بود اما هنگامی که دید ILها به عنوان حلال استفاده شدن د دررصد تبدیل استر با قطبیتIL به فعالیت آنزیم برای عملکرد واکنش آنزیم‌های دیگر در ILایجاد نشده است

خاصیت بازی پیوند هیدروژنی و هست دوستی آنیون ها

خاصیت بازی پیوند هیدروژنی و هسته دوستی  دو مفهوم متفاوت اما تقریباً به هم وابسته‌اند . برای مولکول های حاوی اتم هسته دوست مشابه با بار مشابه ها، باز قوی تر معمولاً هسته دوست قوی این در حلال‌های بدون پروتئین است .

[BMIM]Cl (1-بوتیل 3-متیل ایمیدازولیوم کلراید ) می‌تواند به طور مؤثری سلولز را حل کند زیرا یون‌های کلراید (مانند پذیرنده هیدروژن) با گروه‌های –OH سلولز واکنش می‌دهد و شبکه پیوند هیدروژنی   سلولزرا می‌شکند در نتیجه این ILها غیرفعال سازی سلولز را القا می‌کند . به‌طور مشابه لی و همکارانش همچنین کاهش چشمگیر فعالیت ایپاز را در  [ ] [OMIM](1-اکتیل 3-متیل ایمیدازولیوم بیس (تری فلورو متان) سولفونومید) با افزایش غلظت [OMIM]Cl مشاهده کردند  براساس واکنش‌های حلال‌های متعدد [BMIM]Cl در مطالعات اندرسون و همکارانش ، بیشترین خاصیت بازی پیوند هیدروژنی در میان همه  ILSملاحظه شدو بنا بر این بود توانستن ملکول‌های قطبی پیچیده از قبیل سیکلو دی اکسترین ها و آنتی‌بیوتیک‌ها را حل کنند . لی و همکارانش گزارش دادند که   Novozim435 هیچ فعالیت آنزیم شناسی به سمت –P-(R,S) هیدروکسید فنیل گلیسین متیل استر در  [BMIM][Lactate]  ورود باعث تغییرات ساختاری ثانوی پروتئین می‌شود که بیشتر توسط برهم‌کنش پیوند هیدروژن بنهاد آنیون لاکتات و زنجیرهای پپتید باعث می‌شود . دی سیا نامید  (dca) بر پایه IL  از قبیل[BMIM][dca] بود قادرند کربوهیدرات‌ها را حل کنند، اگر چه  [BMIM][dca] یک آنزیم است که ماهیت IL را در می‌دهد، احتمالاً به دلیل خاصیت بازی پیوند هیدروژنی آنیون است . گروهی از نویسندگان پیشنهاد کردند که هر دوCALB آزاد ثابت شده در [BMIM][OTF] حدوداً  در حالت یکسانی در [BMIM][dca] داشتند که فعالیتی کمتر از IL های دیگر داشتند .کار وهمکارانش پیشنهاد کردند که لیپاز CANDIDA RUGOSA آزاد ، فقط در[BMIM][P ] آب گریز فعال است اما در همه IL های آب گریز بر پایه ، و    در همین ایتری شدن ترانس متیل متاکریلات با 2-بود اتیل 1-هگزانول غیرفعال است. آن‌ها نشان دادند که سه آنیون اخیر بیشتر از P  هسته دوست هستند و بنابراین توانستند با آنزیم‌های که باعث تغییرات ترکیبی پروتئین می‌شوند ، برهم‌کنش دهند .

(هر ناندز-فراندز و همکارانش پایداری CALB در ILها را به صورت زیر دنبال کردند :

                                                         >  [HMIM][ ]>[HMIM][ B ] [HMIM][P ]

  [BMIM][ ]>[BMIM][ B ]

آن‌ها شرح دادند که پایداری کاهش یافت  که به طور کلی با افزایش مقدار هسته‌ دوستی ( < < < dc ) سازگارند، جایی که بود بیشتر آنیونهای هسته دوست ، به برهم‌کنش سایت‌هایی با بار مثبت در آنزیم و اصلاح ترکیب آنزیم ، تمایل دارند. از طرف دیگر، آن‌ها همچنین دریافتند که پایداری آنزیم‌هایی که در توافق باILهای هسته دوست بودند : هر دو آنزیم‌ها در ILهای آب گریز پایدارتر از IL های آب دوست ن بودند … (در بخش بعدی بیشتر بحث شده است بود ) در مطالعات دیگر نتایج متناقضی  گزارش شده بود .

ایرامسووکاتواسیل دار کردنENATIOSELECTIVE،  CALBکاتالیست شده‌ 1- فنیل اتیل آمین را با 4-اسید پنتونیک انجام دادند و دریافتند که نرخ واکنش به نوع آنیون های IL متکی است .

(  نرخ واکنش در مقدار کاهش    < <     با کاتیون های مشابه  )

این اشاره می‌کند که خاصیت هسته دوستی آنیون های بالاتر مرتبط است با فعالیت آنزیمی بالاتر . در واکنش اسیل دار کردن ثانوی 2-فنیل 1-پروپیلامین با 4-اسید پنتونیک، اگر چه ایرامسو وکاتو مشاهده کردند که    بر پایه IL  ها باعث نرخ‌های واکنش سریع‌تر می‌شود ، توسط  و  بر پایه IL  ها دنبال می‌شود. نتایج گیج‌کننده بیشترین است به دلیل فعالیت آنزیمی است که عوامل متعددی است IL ها را از قبیل هسته دوستی ب، خصلت آب گریزی ، ویسکوزیته رد و ناخالصی را تحت تأثیر قرار می‌دهد . لی و همکارانش نرخ‌های استری شدن ترانس اولیه سه لیپاز را(Novozim435،Rhizomucor miehei lipase،Candida rugosa lipase) در il های متفاوت تحت  فعالیت آب مشابه  ( )اندازه‌گیری  کردند و مشاهده کردند که اثر آنیون بر سرعت‌های اولیه با کاهش میزان  دنبال می‌شود. به آن‌ها شرط دادند که  و    بیشتر از  هسته دوست هستند . عامل دوم می‌توانست خصلت آب گریزیIL  باشد زیرلیپازها در IL آب گریز فعال‌تر از IL آب دوست به نظر می‌رسند .