Получение сорбционных материалов с биогенными элементами (стр. 2 из 5)
Высокий спрос на МКЦ в химической, фармацевтической промышленности требует расширения сырьевой базы. В работе [16] предложен способ, позволяющий повысить выход МКЦ за счет использования отходов фильтрующих материалов, производства триацетатцеллюлозной основы фотопленок, которые обрабатываются 9-12% раствором азотной кислоты в течение 6 часов с дальнейшей обработкой 12%раствором натриевой щелочи при (-7°) – (-10°)С.
С целью получения тонкодисперсной МКЦ предложен способ [18] уменьшения размеров частиц и увеличения их однородности за счет того, что целлюлозу предварительно обрабатывают 67-73% азотной кислотой, а затем – водой до образования 3-12% концентрации оставшейся в ней кислоты и выдерживают полученную систему при 18-20°С 10-20 минут. Полученную таким способом целлюлозу подвергают гидролитической деструкции при температуре кипения кислоты в течение 10-25 минут.
МКЦ по своим свойствам близка к натуральной целлюлозе, встречающейся в виде естественного компонента в пищевых продуктах, она нетоксична и совершенно безвредна, не имеет побочных явлений и противопоказаний [21]. МКЦ, как и другие пищевые волокна, действует на организм человека двумя путями: механическим и сорбционным. В желудке МКЦ впитывает жидкость, разбухает. В тонком кишечнике МКЦ очищает механическим путем его слизистую оболочку от “грязевой” пленки. Помимо этого на протяжении всего желудочно-кишечного тракта МКЦ сорбирует вредные для организма вещества, тяжелые металлы, радионуклиды и т.п. МКЦ используют при отравлении (вместо активированного угля), в целях нормализации пищеварения, при диабете, атеросклерозе, ишемической болезни сердца, гастроэнтерологических заболеваниях, для профилактики и приостановления роста новообразований, образования камней в желудочном пузыре, почках и др.
1.2. Модифицирование поверхности твердых носителей макромолекулами биополимеров
Белки, являясь одним из важнейших классов соединений, с химической точки зрения представляет собой высокомолекулярные соединения, состоящие из a– аминокислот. Именно этот факт послужил основой для использования их в качестве компонента для модифицирования поверхности сорбентов. Решение этого вопроса основывается на применении казеина в качестве белкового компонента для иммобилизации на твердом носителе.
Казеин – белок молока, фосфопротеин. В чистом виде представляет собой белый аморфный гигроскопический порошок без запаха и вкуса. Казеин проявляет широкий диапазон функциональных свойств, например, термостабильность, способность связывать воду, коагулировать. Кроме того, его адгезионные и поверхностно-активные свойства в большей степени обусловлены уникальным расположением гидрофобно-гидрофильных структур в молекуле белка, что играет существенную роль в вопросе иммобилизации.
Казеин состоит из смеси различных фракций, разделение которых осуществляют по степени растворимости в различных веществах при разной температуре, а также по электрофоретической подвижности (Тетин А., 1979).
Не фракционированный казеин.
Группа белков – фосфопротеиды, осаждаемая из сырого молока при подкислении его до рН 4,6 при 200С. Содержит фосфор.
Группа aS-казеинов.
Основная группа белков казеина, осаждаемая в 0,4М растворе CaCl2 при рН=7 и температуре 0 – 40С, нерастворима в 406 М растворе мочевины. Обладает наибольшей из всех фракций казеина электрофоретической подвижностью, подразделяется на aS1-,aS2- и aS0-казеины.
aS1 – основная фракция aS-казеинов, подобно b-казеину не содержит цистеина.
aS2-имеет общие свойства как с aS1-казеином, так и c-казеином. Подобно c-казеину aS2 содержит два остатка цистеина, но как и aS1-казеин aS2 – казеин нерастворим в присутствии ионов кальция.
aS0- содержание этой фракции около 10% содержания aS1-казеина. Структура идентична структуре aS1-казеина (исключение составляет расположение фосфатной группы).
 |
Содержание фракций казеина приведено в процентах от содержания общего казеина.
b-казеин.
Фракция растворима в 4,6 М растворе мочевины, но нерастворима в 3,3 М растворе мочевины при рН 4,6. В отличие от aS1- и aS2-казеинов эта фракция растворима при низких температурах и может в значительных количествах переходить из мицелл казеина в плазму. Это наиболее гидрофобная фракция казеина.
c-казеин.
Фракция растворима в 0,4М растворе CaCl2 при рН 7,0 и температуре 0-40С. Отличительные свойства: имеет хорошую растворимость, не осаждается ионами кальция, что объясняется наличием в его молекуле большого количества лиофильных ОН-групп. Содержит три углевода: галактозу, галактозамин и N-ацетилнейраминовую (сиаловую) кислоту.
Группа g - казеинов.
Фракция растворима в3,3 М растворе мочевины, но нерастворима в1,7М растворе мочевины при рН 4,7 после добавления (NH4)2SO4.
g1-фракция идентична фрагменту b - казеина, состоящему из аминокислотных остатков в положении 29-209.
g2-идентичен фрагменту b - казеина, состоящему из аминокислотных остатков в положении 106-209.
g3-идентичен фрагменту b- казеина, состоящему из аминокислотных остатков в положении 108-209 (Дьяченко П.Ф., 1959).
В нативном казеине [3] содержится 15,4% азота и 0,11% фосфора; много незаменимых аминокислот, таких как лейцин (9,2г), лизин (8,2г), аланин (масса указана в граммах аминокислоты на 100 г белка).
В некоторых работах иммобилизацию молекул белка осуществляли на производных целлюлозы (сульфанилэтилового эфира целлюлозы, аминоэтилцеллюлозы, диальдегидцеллюлозы), поверхность которых была модифицирована глутаровым альдегидом. В качестве белка использовали инсулин, рибозофосфатизомеразу, желатину, фермент протеазу Bacillussubtilis. Полученные иммобилизованные препараты отличались стабильностью и достаточно высоким процентом сохранения активности.
Способ получения иммобилизованного осахаривающего ферментного препарата включает в себя связывание осахаривающего фермента с нерастворимым носителем с помощью глутарового альдегида.
В качестве носителя используются гранулированный казеин, а связывание осуществляли в водной среде в присутствии яичного альбумина при соотношении компонентов : носитель (0,02-0,2):1; фермент: альбумин (0,2-1,5):1; глутаровый альдегид: фермент с альбумином (0,2-0,4):1. Для иммобилизации используют аминоглюкозидазу или – амилазу. Глутаровый альдегид используют в виде 50% водного раствора. Предпочтительный размер частиц казеина составил 100-500 мкм.
Таблица 2
Содержание аминокислотных остатков
в отдельных фракциях казеина
| Аминокислота | aS1 | b | g | c |
| Аспарагиновая кислота | 14-16 | 9-10 | 9 | 11-12 |
| Глутаминовая кислота | 38-41 | 37-39 | 39 | 27 |
| Гистидин | 5 | 5-6 | 6-7 | 3 |
| Аргинин | 5-6 | 4-5 | 3-4 | 5 |
| Лизин | 14-15 | 11-12 | 12 | 9 |
| Глицин | 9-10 | 5 | 5 | 3 |
| Серин | 13-14 | 13-15 | 12-13 | 12-13 |
| Треонин | 5 | 9 | 10 | 13-14 |
| Аланин | 8-9 | 5-6 | 6 | 13-14 |
| Цистин | 0 | 0 | 0 | 2 |
| Метионин | 5 | 6 | 7 | 2 |
| Валин | 10-11 | 18-19 | 20 | 11 |
| Лейцин | 14-17 | 21 | 23 | 8 |
| Изолейцин | 11 | 10 | 8 | 11-12 |
| Пролин | 17-18 | 33-35 | 40-41 | 19 |
| Фенилаланин | 6-8 | 9 | 11 | 4 |
| Тирозин | 10 | 3-4 | 5 | 8 |
| Триптофан | 2 | 1 | 1 | 1 |
Полученный ферментный препарат представляет собой гранулированный казеин, покрытый белковым слоем альбумина, проницаемым для жидкости, и в этом же слое осахаривающий фермент поперечно сшит с альбумином яйца с помощью глутарового альдегида и сохранял ферментативную активность в переделах 53-67,8%
1.3. Использование сорбционных материалов в медицине и медицинской промышленности
Одно из основных направлений биотехнологии предусматривает разработку сорбционных материалов и дальнейшее их применение в медицине и медицинской промышленности в качестве незаменимых материалов для гемо - и энтеросорбции.
В зависимости от того, каким комплексом характеристик обладает тот или иной сорбент проявляются его терапевтические свойства как энтеросорбента. Анализируя предъявляемые нормативными документами и клинической практикой требования к энтеросорбентам, можно выделить комплекс свойств, присущих как бы “идеальному” энтеросорбенту:
- полная безвредность и нетоксичность;
- высокая биосовместимость с тканями, кровью и другими биосубстратами организма;
- неповреждающее действие на слизистые оболочки ротовой полости, пищевода, желудочно-кишечного тракта;
- избирательная сорбция среднемолекулярных токсичных метаболитов;
- высокая адсорбционная емкость;
Проблему создания эффективного и безопасного энтеросорбента, предназначенного для очищения организма от токсических веществ (шлаков), которые продуцируются при различных заболеваниях, уже в течение многих лет решают ученые разных стран.