ФЕРМЕНТОПОДОБНЫЕПОЛИМЕРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Новаяобласть науки — инженерная энзимология — получила интенсивное развитие. Этаобласть разделилась на несколько направлений, поскольку выявились многообразныевозможности, которые могут дать биоорганические катализаторы, ферменты, дляпроведения химических превращений вне обычной сферы их деятельности, вхимических реакторах. Основу для развития инженерной энзимологии какравноправной области науки создали фундаментальные исследования в областиэнзимологии и достижения в области выделения ферментов, а также в значительнойстепени учение о скоростях химических реакций. Выявление общности причин,обусловливающих уникальные свойства биокатализаторов: их специфичность ивысокую каталитическую активность, а также взаимодействий, поддерживающихструктуру молекул ферментов, явились предметом глубоких исследований, конечнойцелью которых была формулировка целого ряда научных и прикладных задач.Некоторые задачи решены в настоящее время, для других известны принципиальныепути решения, ряд задач пока только поставлены.[1]
Втечение последних 30 лет огромный прогресс был сделан в области молекулярнойбиологии и полимерной химии. Изобретение привело к широко масштабной продукциис низкой стоимостью рекомбинантных протеинов (и структуральных, и ферментных),а позже сделало возможным производить синтетические гомополимеры и диблок сополимерыс определенным числом звеньев. Диапазон применений полимерной химии может дойтидо приготовления материалов, подобных протеинам, и в частности, синтез сополимеров,которые могут показывать специфическую каталитическую активность. До настоящеговремени попытки приготовить синтетические полимеры, подобные ферментам, былитолько частично успешными: была обнаружена каталитическая активность, но измеренныеспецифичность и селективность были малы. Это, главным образом, является следствиемнеспособности полностью контролировать архитектуру полимера. Во-первых, производимыематериалы содержат полимеры с очень широким распределением по числу мономерныхзвеньев, что не позволяет поддерживать молекулярный вес постоянным для всехмолекул. Во-вторых, эти материалы являются не гомогенными по составу, каждаямолекулой полимера несет различное число сомономерных звеньев. В-третьих, дажедля двух полимерных молекул с одним и тем же числом каждого из мономерныхзвеньев, эти звенья находятся в разной последовательности вдоль полимернойцепи. Самые недавние попытки в области синтетических полимерных двойников ферментовпредлагают нацелиться на контроль над структурой полимера и добиться повышенияселективности и активности.
Впоследнее время целью инженерной энзимологии является приготовление каталитическиактивных виниловых полимеров определенной длины и определенного составамономеров и специфической их последовательности. Состав полимеров будет таким,что будут присутствовать все функциональные группы, необходимые длякаталитической активности. Кроме того, последовательность мономеров будеттакой, что обнаруженная оптимальная конформация полимерного раствора будетсогласовываться с подходящей геометрией для максимальной активности. Есливыполнить эти необходимые условия, то будет возможно приготовить синтетическиеполимерные ферменты, которые могут превзойти природные биологическиекатализаторы. Синтетические катализаторы смогут более эффективно катализироватьферментные реакции, или катализировать реакции, для которых не имеется ферментов.Кроме того, полностью углеродный скелет приводит к очень высокойфизико-химической стабильности этих полимеров, которые будут иметь более долгуюжизнь, чем ферменты.
Имеетбольшое значение, что можно будет легко расширить результаты исследования впротивоположном направлении, и получать синтетические полимерные двойники,которые будут менее стабильны, чем ферменты. Например, можно использовать мономерына основе лактонов, для производства биодеградируемых полимеров. Эти полилактоныс ферментной активностью можно затем использовать для восстановления протеаз впромышленных детергентах. Протеазы способствуют очистке ткани через их гидролитическоедействие. При детергентном руководстве протеазы разрушаются медленно, загрязняяреки и океаны. Полилактонные синтетические ферменты будут разрушаться быстро.[2]
Естьпредпосылки, что полимеры с имидазолом, могут являться «enzyme-liked» и представляют собой модельфермента РНКаза, который катализирует гидролиз РНК и ее производных.Катализирует активная группа гистидина — имидазол.[3] РНК — сложная система,требующая синтеза, поэтому первоначально планируется провести исследованиякаталитических свойств имидазола и полимеров, содержащих имидазол в модельных реакциях.
/>/>