DE2341306A1 - METHOD FOR PRODUCING CARRIERS OF BIOLOGICALLY ACTIVE COMPOUNDS - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING CARRIERS OF BIOLOGICALLY ACTIVE COMPOUNDSInfo
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Description
PATENTANMELDUNGPATENT APPLICATION
Anmelder: Ceskoslovenska akademie ve*d.f Praha 1 Applicant: Ceskoslovenska akademie ve * d. f Prague 1
Titel: Verfahren zur Herstellung von Trägern biologisch aktiver Verbindungen Title: Process for the preparation of carriers of biologically active compounds
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trägern biologisch aktiver Verbindungen,The invention relates to a method for producing Carriers of biologically active compounds,
Zur Fixierung von löslichen Enzymen, Antigenen, Antikörpern und anderen löslichen Biopolymeren, besonders solcher von Proteinnatur, werden Verfahren angewendet, die bereits früher, z. B. in einer Arbeit von Silman und Katschalsky (Anm. Rev«, Biochem«, 35-11, 873 (1966) ) zusammenfassend beschrieben wurden. Nach diesen Methoden werden die biologisch aktiven Stoffe entweder durch Behandlung mit zwei- oder laehrfunktionellen Reaktions-For fixing soluble enzymes, antigens, antibodies and other soluble biopolymers, especially those of protein nature, methods are used which have been previously used, e.g. B. in a work by Silman and Katschalsky (Ann. Rev ", Biochem", 35-11, 873 (1966)) have been described in summary. According to these methods, the biologically active substances are either by Treatment with dual or teaching functional reaction
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~2 23Α130Θ~ 2 23Α130Θ
mitteln in einen unlöslichen dreidimensionalen Komplex umgewandelt oder, wenn es sich um ein polyfunktionelles Reaktionsmittel handelt, das man in der riegel als "Träger" bezeichnet, wird das Biopolymer mittels fester Bindungen an seine Oberfläche gebunden. Für praktische Zwecke ist besonders das zweite Verfahren von Bedeutung, da es die Bindung des wirksamen Stoffes an künstlich hergestellten polymeren Trägern ermöglicht, die eine geeignete Makrostruktur für die Anwendung beispielsweise in Reaktionsoder chromatographischen Säulen oder in verschiedenen medizinischen Geräten besitzen. Die biochemische ilirksamkeit des gebundenen Stoffes kann dabei natürlich mehr oder weniger beeinträchtigt werden nicht nur durch die Bildung der neuen Bindungen, sondern auch durch die bloße Tatsache der Fixierung an einer fremden Oberfläche, die die freie Beweglichkeit des Proteinmoleküls beschränkt und aucn den Zutritt des Substrats, dem gegenüber das Protein aktiv ist, behindert. Auch die tertiäre Struktur des biologisch aktiven Makromoleküls kann durch die Bindung an die feste Oberfläche ungünstig beeinflußt werden. Aus diesem Grund wurden zanlreiche und zum Teil sehr erfolgreiche Versuche zur Ausbildung zwar fester, aber bewegungsfreierer Bindungen zwischen dem Träger und dem biologisch aktiven Molekül ausgeführt. P. Cuatrecasas beschrieb (J. Biol. Chem. 245, 3059 (1970) ) den vielfachen Kapazitätsanstieg der gebundenenconverted into an insoluble three-dimensional complex or, in the case of a polyfunctional reactant, which is referred to in the bar as a "carrier", the biopolymer is bound to its surface by means of strong bonds. The second method is of particular importance for practical purposes, since it enables the active substance to be bound to artificially produced polymeric carriers which have a suitable macrostructure for use, for example, in reaction or chromatographic columns or in various medical devices. The biochemical effectiveness of the bound substance can of course be more or less impaired not only by the formation of the new bonds, but also by the mere fact of the fixation on a foreign surface, which restricts the free mobility of the protein molecule and also the access of the substrate, against which the protein is active. The tertiary structure of the biologically active macromolecule can also be adversely affected by the binding to the solid surface. For this reason, numerous and in some cases very successful attempts have been carried out to form stronger, but movement-free bonds between the carrier and the biologically active molecule. P. Cuatrecasas described (J. Biol. Chem. 245, 3059 (1970)) the multiple increase in capacity of the bound
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Staphylokokken-Nuclease, wenn man zwischen den bindenden liganden und das Gerüst des Trägers, z. B. der Sepharose oder des Polyacrylamids, eine um mehrere Atome längere Kette einschiebtcStaphylococcal nuclease when you get between the binding ligands and the framework of the support, e.g. B. the Sepharose or the polyacrylamide, one by several atoms longer Chain insert c
Gegenstand der Erfindung ist eine weitreichende Extrapolation dieses Gedankens und seine überraschend einfache technische Eealisierung. Anstatt der Suche nach komplizierten Synthesewegen zur Bindung des Liganden an die makromolekular Struktur des Trägers durch einen verlängerten "Arm", den man im Molekül, das den Liganden trägt, synthetisiert, knüpft man an die starre dreidimensionale Grundstruktur des Trägers ein lineares hydrophiles Makromolekül, das die bereits fertigen oder vorgeformten Liganden trägtβ Dadurch wird ein makromolekulares System gebildet, in welchem an der Oberfläche des dreidimensionalen netzes, das dem System die mechanische Festigkeit und Elastizität auf Kosten der Blockierung der freien Beweglichkeit der polymeren Ketten verleiht, frei bewegliche und weit in die Lösung reichende Moleküle des linearen Polymeren geknüpft sind,,The subject of the invention is a far-reaching extrapolation of this idea and its surprisingly simple technical implementation. Instead of searching for complicated synthetic routes for binding the ligand to the macromolecular structure of the carrier by means of an elongated "arm" that is synthesized in the molecule that carries the ligand, a linear hydrophilic macromolecule is linked to the rigid three-dimensional basic structure of the carrier the already finished or preformed ligand carries β This creates a macromolecular system in which on the surface of the three-dimensional network, which gives the system the mechanical strength and elasticity at the expense of blocking the free mobility of the polymer chains, freely movable and far into the Solution-reaching molecules of the linear polymer are linked,
Nach dem experimentell einfachsten Verfahren wird ein solches System in der Weise bereitet, daß man die grundlegende dreidimensionale Struktur, die wir als "primären Träger" bezeichnen können, mit solchen reaktiven Stellen·According to the experimentally simplest procedure, such a system is prepared in such a way that the basic three-dimensional structure, which we can call the "primary support", with such reactive sites ·
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bildet, die zur Bindung an die Liganden des löslichen linearen "sekundären Trägers " fähig sind, wobei diese Liganden des sekundären Trägers bereits zur Fixierung des biologisch aktiven Stoffes angepaßt sind. Wenn wir z. B. den sekundären Träger durch Copolymerisation von Acrylamid mit Methacrylanilid bereiten und die Merkurierung seiner Anilid-Benzdringe mit Q,uecksilber(II)-acetatwhich are capable of binding to the ligands of the soluble linear "secondary carrier", these Ligands of the secondary carrier are already adapted to fix the biologically active substance. If we z. B. prepare the secondary carrier by copolymerization of acrylamide with methacrylanilide and the mercury of his anilide benzene rings with Q, mercury (II) acetate
nach der"tschechoslowakischen Patentschrift o.according to the "Czechoslovak patent specification o .
(Patentanmeldung PV 5742-72) ausführen, kann sich dieses lineare Polymere an die Oberfläche von violle, Seide oder umgefälltem Kollagen durch Verknüpfung mit den Cysteineinheiten dieser Proteine binden, oder kann sich dieser sekundäre Träger an die Oberfläche des Sepharose-Mercaptoderivats binden. In allen diesen Fällen entsteht ein Träger, der die makroskopische Struktur und mechanischen Eigenschaften des primären Trägers behält und dabei an der Oberfläche frei solvatisierte lange lineare Moleküle enthält, an denen sich in einem größeren oder kleineren Intervall Merkurianilidgruppen befinden, die fähig sind, Sulfhydryleinheiten enthaltende wasserlösliche Eiweißstoffe, wie z. B. Pepsin, zu binden,,(Patent application PV 5742-72) run, this linear polymer can be attached to the surface of violle, Silk or reprecipitated collagen bind, or can, by linking with the cysteine units of these proteins this secondary carrier binds to the surface of the Sepharose mercapto derivative. In all of these Cases creates a carrier that has the macroscopic structure and mechanical properties of the primary Retains carrier and contains on the surface freely solvated long linear molecules on which Mercury anilide groups are located in a larger or smaller interval, which are capable of forming sulfhydryl units containing water-soluble proteins, such as. B. pepsin, to bind,
Ähnlich können wir an den durch Copolymerisation von Äthylenglykolmonomethacrylat und -dimethacrylat mit 10 fo 2-(p-Acetaminophenoxy)äthylmethacrylat in Form von makroporösen kleinen Kügelchen synthetisierten Trä-In a similar way, we can use the carrier synthesized by copolymerization of ethylene glycol monomethacrylate and dimethacrylate with 10 fo 2- (p-acetaminophenoxy) ethyl methacrylate in the form of macroporous small spheres.
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ger nach vorhergehender hydrolytischer Abspaltung der Acetylgruppen den diazotierten sekundären wasserlöslichen Träger, den man durch Copolymerisation von Diäthylenglykolmethacrylat mit p-Acetaminophenoxymethacrylat und anschließende Freisetzung der aromatischen Aminogruppen durch alkalische Hydrolyse und Diazotierung der Aminogruppen mit salpetriger Säure bereitet hatte, durch Kupplung binden. Der sekundäre diazotierte Träger bindet sich an den primären Träger nur mit einem kleinen Brucnteil seiner diazotierten Gruppen, was sich in einer nur schwachen orangen Färbung äußert, währßnd der überwiegende Teil der Diazoniumgruppen am so bereiteten Träger für die Bindung der Phenol- oder Imidazolgruppen enthaltenden Eiweißstoffe zur Verfügung steht.ger after previous hydrolytic cleavage of the acetyl groups the diazotized secondary water-soluble Carrier obtained by copolymerizing diethylene glycol methacrylate with p-acetaminophenoxymethacrylate and subsequent release of the aromatic amino groups by alkaline hydrolysis and diazotization the amino groups had prepared with nitrous acid, bind by coupling. The secondary diazotized Carrier binds to the primary carrier only with a small fraction of its diazotized groups, which is expresses itself in only a faint orange color, while the predominant part of the diazonium groups are prepared in this way Carrier for binding the phenol or imidazole-containing proteins is available.
An den primären Träger kann man als potentiellen sekundären Träger auch ein Polymeres knüpfen, an dem man erst nachträglich geeignete Liganden für die Bindung der aktiven Stoffe bildet. So kann man den eben genannten primären Träger, der freie aromatische Aminogruppen enthält, mit salpetriger Säure in ein polymeres, vernetz tes Diazoniumsalz überführen, das man mit einem durch Copolymerisation von Äthylendiglykolmethacrylat mit Methacrylanilid bereiteten linearen Polymeren kuppeln kann. Den gebildeten Komplex kann man durch Mercurierung mit QuecksilberdD-perchlorat aktivieren und ihn so zur Bindung von Eiweißstoffen, die Sulfhydrylgruppen enthalten, anpassen,,One can address the primary carrier as a potential secondary Carriers also tie a polymer to which one can only subsequently use suitable ligands for binding of active substances. So you can use the primary carrier just mentioned, the free aromatic amino groups contains, convert with nitrous acid into a polymeric, crosslinked diazonium salt, which is carried out with a Copolymerization of ethylene diglycol methacrylate with methacrylanilide-prepared linear polymers can. The complex formed can be activated by mercuration with mercury earth perchlorate and so adapt to the binding of proteins that contain sulfhydryl groups,
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An den gleichen primären diazotierten Träger kann man als potentionellen sekundären Träger durch Kupplungs— reaktion des Äthylenoxid-Ollgomer binden, welches man durch Umsetzung von Anilin mit Äthylenoxid bereitete, wobei Ersatz der beiden Wasserstoffatome der Aminogruppe durch eine Äthylenoxidkette mit endständiger primären Alkoholgruppe eintrat. Nach erfolgter Kupplung kann man die primären Alkoholgruppen unter Anwendung der Bromcyanmethode in Isocyanatgruppen umwandeln, die die Fähigkeit besitzen, die Aminogruppen der Eiweißstoffe kovalent zu binden.The same primary diazotized carrier can be used as a potential secondary carrier by coupling bind reaction of the ethylene oxide oligomer, which was prepared by reacting aniline with ethylene oxide, whereby replacement of the two hydrogen atoms of the amino group entered through an ethylene oxide chain with a terminal primary alcohol group. After coupling, you can convert the primary alcohol groups into isocyanate groups using the cyanogen bromide method, which the Have the ability to covalently bind the amino groups of the proteins.
Im weiteren wird der Gegenstand des Patents duroh einige Beispiele erläutert, ohne die Erfindung auf diese Beispiele zu beschränken,,In the following, the subject matter of the patent becomes duroh some Examples explained without restricting the invention to these examples,
35 Gewichtsteile Diäthylenglykolmonomethacrylat, 2,6 Gewichtsteile 2-(p-Acetaminophenoxy)äthylmethacrylat und 2 Gewichtsteile 2,2-Azobisisobutyronitril wurden in ßewichtsteilen 50proz. Äthanol vollständig gelöst und unter Rückfluß 3 Stunden gekocht« Das abgekühlte Gemisch wurde mit 100 Gewichtsteilen '.fässer versetzt und unter vermindertem Druck destilliert bis annähernd 100 Gewichtsteile Wasser-Äthanol-Gemisch abdestilliert waren. Der Rückstand wurde wieder mit 100 Gewichtsteilen Wasser35 parts by weight of diethylene glycol monomethacrylate, 2.6 parts by weight 2- (p-acetaminophenoxy) ethyl methacrylate and 2 parts by weight of 2,2-azobisisobutyronitrile were 50 per cent by weight. Ethanol completely dissolved and boiled under reflux for 3 hours. The cooled mixture was mixed with 100 parts by weight of barrels and under Distilled under reduced pressure until approximately 100 parts by weight of water-ethanol mixture had distilled off. The residue was again made up with 100 parts by weight of water
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7 ■ 7341306 7 ■ 7341306
versetzt, und wieder wurden 100 Gewichtsteile ftasser-Athanol-Gemisch unter vermindertem Druck abdestilliert«, Nach der zweiten Vakuumdestillation wurden zum Rückstand 2 Gewichtsteile NaOH in Form einer konzentrierten wäßrigen Lösung zugesetzt und das Gemisch am aiedendem Wasserbad 40 Minuten erhitzte Nach dem Erkalten wurde das Reaktionsgemisch mit verdünnter Salzsäure (1:1) auf pH 7 neutralisiert. Die neutrale Lösung des Polymeren (des sekundären Trägers) wurde über Aktivkohle filtriert und für die anschließende Bindung an den primären Träger verwendeteadded, and again 100 parts by weight of a water-ethanol mixture were added distilled off under reduced pressure «, After the second vacuum distillation were the residue 2 parts by weight of NaOH added in the form of a concentrated aqueous solution and the mixture at the boiling point Water bath heated for 40 minutes. After cooling, the reaction mixture was diluted with dilute hydrochloric acid (1: 1) pH 7 neutralized. The neutral solution of the polymer (the secondary carrier) was filtered through activated charcoal and used for subsequent attachment to the primary support
25 Gewichtsteile des mit 40# Äthylendimethacrylat vernetzten Hydroxyäthylmethacrylat-Gels, das in seiner dreidimensionalen Struktur 5 i° 2(p-Acetaminophenoxy)methacrylat enthielt und dessen Molekulargewichts-Ausschlußgrenze 300.000 betrug (d. i. der primäre Träger), ließ man über Nacht in destilliertem Wasser quellen» Das überschüssige Wasser wurde auf der Fritte abgesaugt- und das Gel in 250 Gewichtsteilen 5proz. Natronlauge auf 1000C erhitzt, wobei Spaltung der Acetamidbindung am aromatischen Ring erfolgte. Das Hydrolyseprodukt wurde auf der Fritte bis zum Verlust der alkalischen Reaktion gewaschen und das gequollene hydrolysierte Gel in 50 Gewichtsteilen In-HCl verrührt und auf O0C abgekühlt. In kleinen Portionen wurden 50 Gewichtsteile gekühlter in-NaNOo-Lösung zugesetzt und das25 parts by weight of the hydroxyethyl methacrylate gel crosslinked with 40 # ethylene dimethacrylate, which in its three-dimensional structure contained 5 i ° 2 (p-acetaminophenoxy) methacrylate and whose molecular weight exclusion limit was 300,000 (ie the primary carrier), was allowed to swell overnight in distilled water »The excess water was sucked off on the frit and the gel in 250 parts by weight 5%. Sodium hydroxide solution heated to 100 ° C., the acetamide bond being cleaved on the aromatic ring. The hydrolysis product was washed on the frit until the alkaline reaction was lost and the swollen, hydrolyzed gel was stirred in 50 parts by weight of In-HCl and cooled to 0 ° C. 50 parts by weight of cooled in NaNOo solution were added in small portions and that
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- 8" 7341306- 8 "7341306
Gel 2 Stunden im Kühlschrank bei O0C stehengelassen und dann mit destilliertem Wasser bis zum Verlust der Nitrilreaktion gewaschen. Das gequollene diazotierte Gel wurde nun mit dem linearen Copolymeren aus Diäthylenglykolmonomethacrylat und 2-r(p-Acetaminophenoxy)methacrylat (dem sekundären Träger) bei pH8 vermischt und 2 Stunden bei Raumtemperatur reagieren gelassen, Nach gründlichem Waschen mit Wasser wurden die unreagierten Diazoniumchloridgruppen am primären Träger mit ^-Naphthol gekuppelt (Behandlung mit 5 Gewichtsteilen - JB Naphthol und 1 Gewichtsteil NaOxH in 200 Gewichtsteilen Wasser), wobei intensive Rotfärbung des Gels eintrat. Nach abermaligem Waschen bis zum Verlust der alkalischen Reaktion wurde der an das Gel fixierte sekundäre Träger durch Reaktion mit 50 Gewichtsteilen Salzsäure und 50 Gewichtsteilen Natriumnitrit unter analogen Bedingungen wie vorher der primäre Träger diazotiertc Nach Waschen bis zur negativen Reaktion auf Jodstärkepapier und pH 7 wurde an den sekundären Träger bei Raumtemperatur Chymotrypsin gebunden. Das gebundene Enzym weist eine hohe Esterase- und proteolytische Aktivität auf»,The gel was left to stand in the refrigerator at 0 ° C. for 2 hours and then washed with distilled water until the nitrile reaction had ceased. The swollen diazotized gel was then mixed with the linear copolymer of diethylene glycol monomethacrylate and 2-r (p-acetaminophenoxy) methacrylate (the secondary carrier) at pH8 and allowed to react for 2 hours at room temperature. After thorough washing with water, the unreacted diazonium chloride groups on the primary carrier coupled with ^ -naphthol (treatment with 5 parts by weight - JB naphthol and 1 part by weight of NaOxH in 200 parts by weight of water), with an intense red coloration of the gel. After repeated washing until the alkaline reaction was lost, the secondary carrier fixed to the gel was diazotized by reaction with 50 parts by weight of hydrochloric acid and 50 parts by weight of sodium nitrite under conditions similar to those of the primary carrier secondary carrier bound chymotrypsin at room temperature. The bound enzyme has a high esterase and proteolytic activity »,
Der sekundäre Träger wurde an den primären Träger ebenso wie in Beispiel 1 gebunden, und die AminophenylgruppenThe secondary support was attached to the primary support as in Example 1, and the aminophenyl groups
.. 9 409809/1123 .. 9 409809/1123
9~ 7341306 9 ~ 7341306
des sekundären Trägers wurden mit gesättigter Quecksilber (II )-acetat-Lösung (100 Gewichtsteile) 3 Stunden am siedenden Wasserbad merkuriert. Nach gründlichem Haschen wurde an das Gel das proteolytische Enzym Papain gebunden.of the secondary carrier were treated with saturated mercury (II) acetate solution (100 parts by weight) for 3 hours Mercury in a boiling water bath. After thorough washing, the proteolytic enzyme papain was attached to the gel bound.
Zu der nach Beispiel 1 bereiteten Lösung-des sekundären Trägers, die 4 Gewichtsteile Trockensubstanz in 17 Gewichtsteilen Wasser enthielt, wurden in einer Porzellanreibschale 5 Gewichtsteile. 10proze NaHOp~Lösung und 5 Gewichtsteile verd. HCl (1:3) gefügt. Sofort nach Zusatz der °äure schied sich eine klebige weiße Fällung ab, die in der Reibschale gründlich durchgearbeitet f wurde, um einen guten Kontakt der beiden Phasen zu erreichen. Nach Abgießen der wäßrigen Schicht wurde das Polymere unter gleichzeitigem Durcharbeiten mit 7m-NaHpPO, ausgiebig gewaschen. Dann wurde das Polymere in 30 Gewichtsteilen Wasser gelöst. Die Lösung gab keine positive Reaktion auf Jodstärkepapier, was indiziert, daß man das unreagierte Nitrit durch Waschen vollständig entfernt hatte.To the solution prepared according to Example 1 - the secondary carrier, which contained 4 parts by weight of dry substance in 17 parts by weight of water, 5 parts by weight were added in a porcelain mortar. 10 per cent e NaHOp ~ solution and 5 parts by weight of dilute HCl (1: 3). Assembled. Immediately after addition of the äure ° separated as a klebige white precipitate, which was f worked thoroughly in a mortar, in order to achieve a good contact of the two phases. After the aqueous layer had been poured off, the polymer was washed extensively while simultaneously working through it with 7m NaHpPO. Then the polymer was dissolved in 30 parts by weight of water. The solution gave no positive reaction to iodine starch paper, indicating that the unreacted nitrite had been completely removed by washing.
Der primäre Träger wurde durch Suspensionscopolymerisation von 48 Gewichtsteilen 2-Hydroxyäthylmethacrylat,The primary carrier was made by suspension copolymerization of 48 parts by weight of 2-hydroxyethyl methacrylate,
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10 " 7 341306 10 "7 341306
32 Gewichtsteilen Äthylendimethacrylat und 1,6 Gewichtsteilen Llethacrylanilid in Gegenwart von 98 Gewichtsteilen Cyclohexanol, 10 Gewichtsteilen Laurylalkohol und 1 Gewichtsteil 2,2-Azobisisobutyronitril in 600 Gewichtsteilen V/asser unter Stabilisierung der Suspension mit 6 Gewichtsteilen Polyvinylpyrrolidon bereitet» Das erhaltene Suspensionscopolymerisat wurde mit !,!ethanol und V/asser sorgfältig gewaschen, getrocknet und an Sieden nach der Teilchengröße fraktioniert (verwendet wurde die Fraktion der Korngröße 200-300 n). 32 parts by weight of ethylene dimethacrylate and 1.6 parts by weight of Llethacrylanilid in the presence of 98 parts by weight of cyclohexanol, 10 parts by weight of lauryl alcohol and 1 part by weight of 2,2-azobisisobutyronitrile in 600 parts by weight of V / water with stabilization of the suspension with 6 parts by weight of polyvinylpyrrolidone. Ethanol and water carefully washed, dried and fractionated at the boil according to the particle size (the fraction with a particle size of 200-300 n was used).
Der primäre polymere Träger wurde nach Quellung im universalen Boratpuffer (pH 7,5) ^nit 30 Gewichtsteilen der Lösung des diazotierten sekundären Trägers verrührt und 24 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen,, Nach gründlichem »Väschen ließ man das Gel bei pH 8 mit Chymotrypsin unter Bildung des gebundenen aktiven Enzyms reagierenοThe primary polymeric carrier was swollen in the universal borate buffer (pH 7.5) ^ nit 30 parts by weight the solution of the diazotized secondary carrier stirred and left to stand for 24 hours at room temperature, after The gel was left thoroughly vialed at pH 8 with chymotrypsin to form the bound active enzyme respond ο
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