Ферментативная полимеризация
Ферментативная полимеризация — потенциальная область исследований полимеров , обеспечивающая устойчивую и адаптируемую альтернативу традиционным процессам полимеризации . Его способность производить полимеры с точной структурой в мягких условиях открывает новые возможности для дизайна и применения материалов, помогая прогрессу как в исследованиях, так и в промышленности. Это новый и устойчивый метод синтеза полимеров , который использует каталитические свойства ферментов как для инициирования, так и для регулирования процесса полимеризации . Он работает в мягких условиях, обычно при комнатной температуре и давлении, а также в водной среде, в отличие от традиционных методов химической полимеризации, которые часто требуют суровых условий и вредных реагентов. Этот подход позволяет точно контролировать структуру и функциональность полимеров, одновременно потребляя меньше энергии и оказывая меньшее воздействие на окружающую среду. [ 1 ] [ 2 ]
Этот метод полимеризации имеет значительное преимущество, поскольку он совместим с возобновляемыми ресурсами . Многие из мономеров, используемых в этих процедурах, происходят из природных источников, что соответствует идеям зеленой химии и устойчивого развития. [ 3 ] Это согласование особенно важно, учитывая растущую озабоченность по поводу окружающей среды и стремление к более устойчивым промышленным операциям. Потенциальные области применения полимеров, полученных посредством ферментативной полимеризации, обширны и охватывают области биомедицины , материаловедения и экологической инженерии . Например, биоразлагаемые полимеры, полученные с помощью этого метода, очень полезны для медицинских применений, таких как системы доставки лекарств , биосенсоры и каркасы для тканевой инженерии . Кроме того, ферментативная полимеризация открывает потрясающие возможности для производства инновационных биоматериалов с индивидуальными характеристиками для конкретных промышленных применений. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
Механизм ферментативной полимеризации
[ редактировать ]
Ферментативная полимеризация может происходить различными способами, в том числе:
Конденсационная полимеризация : ферменты, такие как липазы и протеазы, катализируют ступенчатую полимеризацию мономеров, образуя сложноэфирные, амидные или пептидные связи, высвобождая крошечные молекулы, такие как вода или спирт, в качестве отходов. [ 8 ] [ 9 ]
Аддитивная полимеризация . Этот метод включает радикально-опосредованные процессы, в которых ферменты, такие как пероксидазы, инициируют полимеризацию, производя радикальные частицы, которые умножают полимерную цепь. [ 10 ]
Полимеризация с раскрытием кольца : ферменты помогают раскрыть циклические мономеры для получения линейных полимеров, что является типичным процессом синтеза полиэфиров и полиамидов. [ 11 ]
Типы ферментов, используемых при полимеризации
[ редактировать ]Полимеразы, или ферменты-полимеразы, могут катализировать синтез различных видов полимеров. Ключевые ферменты включают: Липазы используются в синтезе полиэфиров и полиамидов, липазы ускоряют процессы этерификации и переэтерификации, которые необходимы для образования полимерной цепи. [ 12 ] [ 13 ] При окислительной полимеризации пероксидазы способствуют полимеризации производных фенола и анилина, что приводит к производству проводящих полимеров. [ 14 ] Гликозилтрансферазы необходимы для образования полисахаридов, поскольку они катализируют перенос сахарных фрагментов для создания гликозидных связей. [ 15 ] Протеазы — это ферменты, которые помогают создавать пептидные связи, позволяя мономерам аминокислот полимеризоваться в полиамиды или белки. [ 16 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кобаяши, Сиро; Уяма, Хироши; Кимура, Сюнсаку (1 декабря 2001 г.). «Ферментативная полимеризация» . Химические обзоры . 101 (12): 3793–3818. дои : 10.1021/cr990121l . ISSN 0009-2665 . ПМИД 11740921 .
- ^ Кобаяши, Сиро; Шода, Синитиро; Уяма, Хироши (1995), «Ферментативная полимеризация и олигомеризация» , Polymer Synthesis/Polymer Engineering , vol. 121, Берлин/Гейдельберг: Springer-Verlag, стр. 1–30, номер doi : 10.1007/bfb0018577 , ISBN. 978-3-540-58733-0 , получено 6 июня 2024 г.
- ^ Брунс, Нико; Лоос, Катя (2019), «Предисловие», Ферментативная полимеризация , Методы энзимологии, том. 627, Elsevier, стр. xv–xix, doi : 10.1016/s0076-6879(19)30400-8 , ISBN 978-0-12-817095-3 , PMID 31630750 , получено 7 июня 2024 г.
- ^ Орио, Сая; Ямамото, Казуя; Кадокава, Дзюнъити (2017). «Получение и применение материалов комплексов включения амилоза-полимер методом ферментативной полимеризации» . Полимеры . 9 (12): 729. дои : 10.3390/polym9120729 . ISSN 2073-4360 . ПМК 6418592 . ПМИД 30966029 .
- ^ Милетич, Неманья; Настасович, Александра; Лоос, Катя (2012). «Иммобилизация биокатализаторов ферментативной полимеризации: возможности, преимущества, применение» . Биоресурсные технологии . 115 : 126–135. Бибкод : 2012BiTec.115..126M . doi : 10.1016/j.biortech.2011.11.054 . ISSN 0960-8524 . ПМИД 22142507 .
- ^ Фигейредо, Педро; Алмейда, Беатрис К.; Карвалью, Александра Т.П. (17 октября 2019 г.). «Ферментативная полимеризация сополимеров PCL-PEG для биомедицинских применений» . Границы молекулярной биологии . 6 :109. doi : 10.3389/fmolb.2019.00109 . ISSN 2296-889X . ПМК 6811512 . ПМИД 31681797 .
- ^ Бехабту, Натнаэль; Краль, Славко (13 июля 2020 г.). «Пути ферментативной полимеризации синтетическо-природных материалов: обзор» . ACS Устойчивая химия и инженерия . 8 (27): 9947–9954. doi : 10.1021/acssuschemeng.0c01664 . ISSN 2168-0485 .
- ^ Кобаяши, С. (2012), «Ферментативная полимеризация» , «Наука о полимерах: полный справочник» , Elsevier, стр. 217–237, doi : 10.1016/b978-0-444-53349-4.00137-0 , ISBN 978-0-08-087862-1 , получено 6 июня 2024 г.
- ^ Дука, Алики; Вуюука, Стаматина; Папаспириди, Лефки-Мария; Папаспиридес, Константин Д. (2018). «Обзор ферментативной полимеризации для получения полимеров поликонденсации: случай алифатических полиэфиров, полиамидов и полиэфирамидов» . Прогресс в науке о полимерах . 79 : 1–25. doi : 10.1016/j.progpolymsci.2017.10.001 . ISSN 0079-6700 .
- ^ Ромеро-Гарсия, Хорхе; Ледесма-Перес, Антонио; Мартинес-Картахена, Мануэль; Альварадо-Канше, Кармен; Хименес-Карденас, Паола; Де-Леон, Арксель; Галлардо-Вега, Карлос (2019), «Радикально-аддитивная полимеризация: ферментативный безшаблонный синтез сопряженных полимеров и изготовление их наноструктур», Ферментативная полимеризация , Методы в энзимологии, том. 627, Эльзевир, стр. 321–337, doi : 10.1016/bs.mie.2019.08.009 , ISBN 978-0-12-817095-3 , PMID 31630746 , получено 6 июня 2024 г.
- ^ Кобаяши, Сиро; Уяма, Хироши; Омаэ, Масаси (1 апреля 2001 г.). «Ферментативная полимеризация для прецизионного синтеза полимеров» . Бюллетень Химического общества Японии . 74 (4): 613–635. дои : 10.1246/bcsj.74.613 . ISSN 0009-2673 .
- ^ Кобаяши, Сиро (15 августа 1999 г.). «Ферментативная полимеризация: новый метод синтеза полимеров» . Журнал науки о полимерах. Часть A: Химия полимеров . 37 (16): 3041–3056. Бибкод : 1999JPoSA..37.3041K . doi : 10.1002/(SICI)1099-0518(19990815)37:16<3041::AID-POLA1>3.0.CO;2-V . ISSN 0887-624X .
- ^ Маниар, Дина; Хоманн, Кэтрин Ф.; Цзян, И; Вуртман, Альберт Дж. Дж.; ван Дейкен, Юр; Лоос, Катя (28 июня 2018 г.). «Ферментативная полимеризация диметил-2,5-фурандикарбоксилата и гетероатомных диаминов» . АСУ Омега . 3 (6): 7077–7085. дои : 10.1021/acsomega.8b01106 . ISSN 2470-1343 . ПМК 6150640 . ПМИД 30259005 .
- ^ Рейманн, Матиас; Риттер, Хельмут (2006), «Синтез фенольных полимеров с использованием пероксидаз» , Ферментативно-катализируемый синтез полимеров , Достижения в области науки о полимерах, том. 194, Берлин/Гейдельберг: Springer-Verlag, стр. 1–49, doi : 10.1007/12_034 , ISBN. 3-540-29212-8 , получено 7 июня 2024 г.
- ^ Монтилья, Антония; Руис-Матуте, Ана И.; Корсо, Ньевес; Джакомини, Сесилия; Ирасоки, Габриэла (16 октября 2013 г.). «Ферментативное получение хитоолигосахаридов из хитозана с использованием растворимой и иммобилизованной гликозилтрансферазы (бранкзима)» . Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 61 (43): 10360–10367. дои : 10.1021/jf403321r . hdl : 10261/99979 . ISSN 0021-8561 . ПМИД 24090050 .
- ^ Фукуока, Токума; Татибана, Йоичи; Тонами, Хироюки; Уяма, Хироши; Кобаяши, Сиро (1 мая 2002 г.). «Ферментативная полимеризация производных тирозина. Катализируемый пероксидазой и протеазой синтез поли(тирозина) различного строения» . Биомакромолекулы . 3 (4): 768–774. дои : 10.1021/bm020016c . ISSN 1525-7797 . ПМИД 12099821 .