SU537630A3 - Способ получени водонерастворимого препарата фермента - Google Patents

Description

В качестве двухатомных или многоатомных спиртов по меньшей мере с двум  атомами углерода, предпочтительно с 2-12 атомами, используют: этиленгликоль, пропандиол-1,2, пропандиол-1,3, бутадиолы, в особенности бутандиол 1,4, гександиолы, декандиолы, глицерин , триметилолиропап, пентаэритрит, сорбит, sucrose и их продукты взаимодействи  с алкилепоксидами . Используют также иолибисхлорметилоксациклобутан или полистиролоксид , смеси двухатомных и многоатомиых спиртов.

Предпочтительрю примен ют диакрилаты или диметакрилаты двухатомных спиртов с 2-4 атомами углерода и/или продукты взаимодействи  одного мол  этих двухатомных спиртов с 1-20 мол ми алкиленоксида с 2- 4 атомами углерода или триметилолпропантриметакрилат , а также диметакрилаты этиленгликол , диэтиленгликол , триэтиленгликол , тетраэтиленгликол  или высилих полнэтилеигликолей с молекул рными весами до 1000 или их смеси.

Нар ду с примен емыми ди- и/или иолиметакрилатами добавл ют также обычно примен емое средство сшивки по меньшей мере с 2-м  иекоитлогированными двойными св з ми , например, дивиниладииат, метилеибисакриламид , триакрилформаль или триаллилцианурат , в количествах ,01-30 вес. % но отношению к мономериой смеси.

Полимеризацию осуществл ют в оргаиическом растворителе как осадительную, причем полимеры начинают осаждатьс  после иачала полимеризации. Пригодными  вл ютс  все растворители, инертные по отношению к ангидридным группам. Оптимальные растворители - алифатические, циклоалифатические или ароматические углеводороды, а также галоидзамещенр1ые углеводороды, алкилароматические углеводороды или сложные эфиры карбоновых кислот. В качестве примеров следует назвать: гептан, октан, изооктан, бензиновые фракции с точками кипени  от до 200°С, циклогексан, бензол, толуол, ксилол, хлорбензол, дихлорбеизолы, этилацетат, бутилацетат .

Растворители должны иметь точку кипеии  по меньшей мере 60°С и хорошо удал тьс  в вакууме из осажденного нолимеризата. Дл  одной части моиомериой смеси примен ют примерно 2-50, предпочтительно 5-20 вес. ч. растворител . На свойства сонолимеризата, особенно насыпной вес и удельную поверхность , значительно вли ют род и количество растворител .

В процессе полимеризации иепрерывно добавл ют осадитель дл  полимера. Осадитель можио также добавл ть в определенные моменты времени в одну или несколько порций. Моиомерную смесь вместе с пригодным инициатором в виде раствора или без растворител  можио поглошать в указанном количестве растворител , так что во врем  полимеризации пр мо получаетс  равномерна  мономерна  концентраци . Путем применени  метакриловых мономеров с различиой гидро-. фильностью и путем изменени  условий полимеризации приготавливают продукты с приспособленной к цели применени  набухаемостью , плотностью и удельной поверхностью при хорошей механической стабильности.

Сополимеризаты можно также приготавливать иутем сусиензионной нолимеризации.

Примен ют вид бисерной полимеризации, при которой моиомеры, в известиых услови х, при добавке оргаиического растворител  суспепдируютс  в воде. Поэтому суспензионную полимеризацию целесообразно проводить в органической среде. Мономеры и инициатор раствор ютс  в не смешиваемом с парафинами , инертном по отношению к ангидридным группам растворителе, как ацетонитрил, диметилформамид , диметилсульфоксид или триамид гексаметилфосфорной кислоты, распредел ютс  при добавке диспергаторов.

В качестве св зующей фазы примен ют парафиновые углеводороды, как гексаи, гептан, октан п высшие гомологи циклоалифатических углеводородов, как циклогексаи, а также смеси парафиновых углеводородов, как беизиновые фракции или иарафииовые масла. Объемное соотиошеиие св зующа  фаза : мономерна  фаза составл ет 1:1 -10:1, предпочтительно 2:1-5:1.

Дл  стабнлизации суспензин примен ют глнцерин-моно- и диолеаты, а также смеси этих соединений, сорбитан моио- и триолеаты или стеараты, простой моиоэфир полиэтилеигликол  со стеариловым или лауриловым спиртом или ионилфенолом, сложный моноэфир полиэтиленгликол  с олеиновой, стеарииовой и другими кислотами жирного р да с более чем 10 С-атомами, а также Na-соль

сложного диоктилового эфира сульфо нтариой кислоты. Эти вещества примен ют в количествах , предпочтительно, 0,1 -10% по отношению к мономерной смеси, раствор ют в углеводородной фазе. Величина частиц суспендированного полимеризата может уменьшатьс  за счет увеличени  скорости перемешивани , путем добавки 0,1-2% по отношению к мономерам другого иоверхностно-активиого вещества, например алкилсульфоната .

Полимеризацию вызывают радикальными инициаторами. Пригодиыми инициаторами  вл ютс , например, азосоедннени  или перекисные соединени . Пригодным азосоединеиием дл  возбуждени  иолимеризации  вл етс  нитрил азоизомасл иой кислоты. В качестве нерекисных соединений примен ют диацилиерекиси , как перекись дибензоила или перкарбонаты , как диизопропил и дициклогексилперкарбонат , но можно также примен ть дл  инициировани  диалкилперекиси, гидроперекиси и активные в органических растворител х окислительно-восстановительные системы. Инициаторы примен ют в количествах

0,01 -10%, предпочтитетьно 0,1-3%, по отношению к общему количеству мономерной смеси. Полимеризацию осуществл ют при температурах 20-200°С, предпочтительно 50- 100°С, в зависимости от скорости разложени  инициаторов и ниже точки кипени  растворител , а при бисерной полимеризации - ниже температуры смещени  обеих фаз. Полимеризовать можно в инертной атмосфере и в отсутствии кислорода. Сополимеризаты, полученные нутем осадительной полимеризации, от бесцветного до слабо-желтого цвета, порощкообразные вещества с насыпным объемом 1,5-30 иг/г, предпочтительно 2-20 мл/г, и удельными поверхност ми 0,1-500 , предпочтительно 1- 400 . Содержание карбоксильных групп составл ет 0,02-10 мэкв/г, предпочтительно 0,4-4 мэкв/г. Суспензионные полнмеризаты - белые или слабоокрашенные гранулы (бусинки), которые в некоторых случа х могут быть сформованы нерегул рно и имеют диаметр 0,03- 1 мм, предпочтительно 0,05-0,05 мм, и насыпные объемы 1,4-8 мл/г, предпочтительно 1,4-5 мл/г. Содержание в них карбоксильных грунп составл ет 0,02-10 мэкв/г, предпочтительно 0,4-г-4 мэкв/г. Сонолимеризаты могут набухать в воде до своего 1,1-2,5-кратного насыпного объема. Они пригодны в качестве смол-носителей дл  фиксации веществ, которые могут реагировать с ангидридиыми группами сополимернзатов . Смолы-носители при температурах между О и 30°С внос т непосредственно в водный раствор вещества, который нужно св зать, предпочтительно в водный раствор протеина, причем значение рН должно поддерживатьс  посто нным . Если протеины должны быть св заны с сополнмеризатами , то рН 3-10, предпочтительно от 5,5 до 9,0. Если в качестве протеина примен ют пенициллинацилазу, то рН 5,7 и 6,8. Дл  поддержани  рН добавл ют основание (например, щелочи) и органические основани  (например, третичные органические амины). Весовое отношение св занного вещества, например, протеина или пептида, к смоле-носителю может измен тьс  в широких границах . Высокий выход получают при соотношении: 1 вес. ч. протеина к 4-10 вес. ч. полимерного носител . Оптимальные соотношени  н структуры полимезавис т как от состава ров, так и от рода протеина. В качестве стабилизаторов используют нолиэтиленгликолн или неионные смачиватели дл  ослаблени  денатурировани  на поверхност х , а также известные 5П-реагенты или ионы металлов дл  специальных ферментов. Необходимое реакционное врем  зависит от рода полимера. Обычно реакци  заканчиваетс  через 20 час при комнатной температуре. При 4°С реакци  протекает лучще, но медлен}1ее . Полимер со св занным протеином затем отсасывают и отдел ют на центрифуге и остаток промывают растворами солей высокой ионной силы, например 1М раствором хлористого натри , и затем буферным раствором , в котором фермент стабилен. При промывке растворами солей высокой концентрации от носител  отдел ют ионогенно св занный протеин. Смолы-носители св зывают все вещества, которые имеют функциональные групны, способные реагировать с ангидридными группами полимеров. Этими веществами  вл ютс  прежде всего концевые аминогруппы лизина и свободные аминогруппы концов нептидных цепей. Пептиды и протеины, св занные с носителем , имеют больщое хоз йственное и техническое значение. Дорогосто щие и нестабильные ферменты значительно стабилизируютс  путем св зывани  со смолой. Легка  и полна  регенераци  ферментной смолы позвол ет многократно примен ть ферменты в течение длительного периода времени. Расщепление пеницнллинов с помощью св занной с носителем пенициллинацилазы осуществл ют в промышленном масштабе. Св занный с носителем нерастворимый фермент суспендируют в растворе 75000- 150000 Ш/ил пенициллина, нанример, пенициллина G или пенициллина V. Ферментное расщепление провод т при посто нном значении рН 6-9, оптимальное значение рН 7,8. Дл  нейтрализации отщепленного ацильного остатка, например, фенилуксусной кислоты или феноксиуксусной кислоты прпмен ют водные растворы щелочей, например, раствор едкого кали или раствор едкого натра, или оргаиические амины, предпочтительно триэтиламин . По расходу (потреблению) основани  можно судить о скорости реакции и окончаиии расшеплени . Пенициллинацилаза катализирует как расщепление пенициллина до 6-APS, так и синтез пенициллина вновь из нродуктов расщеплени . Равновесие зависит от значени  рН среды, При меньших значени х рН равновесие сдвигаетс  в пользу исходного продукта пенициллина . Это можно иснользовать дл  переацилнровани  пенициллинов в присутствии других ацильных остатков или дл  синтеза пенициллинов из Q-APS. Реакционна  температура ферментного расширени  составл ет предпочтительно 38°С, При более низких температурах активность фермента падает. Если расщепление осуществл ют , например, при 25°С, то примен ют вдвое больще фермента, чем при 380°С, ирг одинаковом времени реакции. Скорость реакции при указанной температуре зависит от специфической активиости i количества св занной с носителем пен1щнл линацнлазы. Кроме того, скорость реакши зависит от отношени  количества св занной носителем пенициллинацилазы к концентра дни пенициллина. Исходна  смесь дл  расщеплени  с концентрацией калиевой соли пенициллина G 100000 Ш/мг (1 мг калиевой соли пенициллина G соответствует 1598 Ш (международные единицы) спуст  10 час ири рН 7,8 и 38°С полностью гидролизуетс  до 6-APS и феиилуксусной кислоты, если на единицу пеиициллинацилазы примен ютс  3-10 едиииц пеиициллииа G ферментна  единица U-определ етс  как активность, котора  гидролизует 1 111моль 6-нитро-З-(фенилацетил )-амииобензойной кислоты (НФАК) в минуту при 25°С. Дол  сухой ферментной смолы составл ет только 0,5-1% реакцион.ной смеси. Если на Ю lU пенициллииа G примен ют 2 едииицы пеиициллииацилазы, то полное расщепление длитс  только два часа . Возможны и более короткие промежутки времени реакции, если примен ют еще более св заиные иеиициллинацилазы (при применеНИИ , например, св занной с носителем пенициллинацилазы из кристаллического фермента ). Св занна  с носителем иенициллииацилаза может быть гранулообразиой и отличатьс  высокой механической стабильиостью и сравнительно высоким удельным весом. Эти свойства ири многократном введении делают возможным примеиение ее в течение длительных иериодов времеии. Приготовленна  св занна  с носителем пенициллииацилаза позвол ет осуществл ть быстрое и одиократиое фильтрование , так как благодар  механической стабильности не возникают никакие микрочастицы , засор ющие иоверхиость фильтра. Преимущества дает смола в Batch-процессе из-за сравнительно высокого удельного веса, который обусловливает быстрое отстаивание смолы , так что ио окончании процесса иаход щийс  иад ией раствор можно легко сливать. Свойства иолимеризата делают возможны. применение св занной с носителем пенициллинацилазы ие только в Batch-процессах, ио и в неирерывных способах, например, в реакционных колоннах, бисерна  форма дает высокую скорость протекани  процесса. Пример I. 80 г тетраэтиленгликольдиметакрилата , 20 г ангндрида малеиновой кислоты и 1 г нитрила азоизомасл ной кислоты раствор ют в 1 л бензола и нагревают при перемешиваиии в течение 4 час при 60°С. Затем добавл ют 1 г нитрила азоизомасл ной кислоты и 200 мл бензина (т. кип. 100-140°С) и полимеризуют 5 час ири 70°С. Порошкообразный иолимер отсасывают, суспендируют (взмучивают) один раз в бензоле и три раза в иетролейиом эфире (т. кип. 30-50°С) и высушивают в вакууме. Выход 94 г. Насыпной объем 3,5 мл/г, объем иабухани  в воде 4,7 мл/г, удельна  поверхность 5 . Содержание кислоты иосле омылеии  аигидридиых 3,5 мэкв/г. П ри М ер 2. 1 г приготовленной соглпгио примеру I смолы-носител  суспендируют в 0 мл водного раствора иенициллииацилазыс дельной активностью 132 Ш/мт протеина иурет. При посто нном рН 6,3 путем добавени  1н. раствора едкого иатра с устаиовенным pjH-зиаченнем суспензию перемешиают 20 час при 25°С. Затем отсасывают чеез стекл нную фритту (фильтр) G 3 и ироывают смолу 50 мл 0,05 М фосфатиого буера с рН 7,5, который содержит 1М хлоритого натри , и тем же буфером без хлоритого натри . Путем дальнейшего промываи  активиость смолы ие измен етс . Ферментные (энзиматические) активиости (НФАК-тест), и (I едииица U соответствует ревращению 1 ммоль субстрата в минуту): Исходный раствор Раствор, наход щийс  иад осадком, -f промывиа  вода Смола-носитель после преврачто соответствует 65% исходной активности,. Ферментную активность иеиициллинацилазы измер ют колориметрически и путем титровани  при иомощи 0,002 М 6-иитро-3-(Мфеннлацетил ) - амииобензойнойкислоты ( НФАК) в качестве субстрата нри рН 7,5 и 25°С. Мол рный коэффициент экстинкции Е образующейс  6-иитро-З-аминобензойной кислоты составл ет 9090 ири К 405 им. П р и М ер 3. Раствор 90 г этилеигликольдиметакрилата , 10 г ангидрида малеииовой кислоты и 1 г иитрила азоизомасл ной кислоты в 1 л бензола полимеризуют при перемегииваннн сначала при 60°С. Спуст  4 час добавл ют 200 мл бензина (т. кип. 100140°С ) и 1 г нитрила азонзомасл иой кислоты и полимериз5 ют далее 2 час при 70°С и 2 час ири 80°С. Затем нолимер отсасывают, промывают иетролейным эфиром (т. кии. 30- 50°С) и высушивают в вакууме. Выход 97 г. Насыпной объем 6,4 мл/г, объем при набухании в воде 8,0 мл/г, удельнановерхиость 298 . Содержание кислоты после омылени  аи гидпндных групп 1,5 мэкв/г. П р и мер 4. 6 г полученной согласно при меру 3 смолы-носител  ввод т во взаимодей ствие, аналогично иримеру 1, с 590 U пеин циллинацилазы в 165 мл воды. Ферментные активиости (НФАК-тест), U: Исходный раствор590 Раствор, наход щийс  под осадком , + промывна  вода26 Смола-носитель после превращени  352, что соответствует 60% исходной активиости. Пример 5. Соиолимеризаци  90 г диэтиленгликольди .метакрилата с 10 г ангидрида маленновой кислоты при услови х примера 3 дает выход 96 г, насыпной объем 5,5 мл/г, объем при набухании в воде 6,7 мл/г, удельную umepximcTb 9,2 . Со.юржаиио кислоты иосле омылени  ангидридных грзпп 1,9 мэкв/г. П р и М ер 6. I г приготовленной согласно примеру 3 смолы-носител  добавл ют к раствору 50 мг неспецифической эластазы с ферментной активностью 139 /7 в 32 мл воды. Композицию перемешивают 16 час при комнатиой температуре, рН поддерживают посто нным 5,8. После превраш,ени  смолу отсасывают и промывают 50 мл 1н. раствора хлористого натри  в 0,05 М фосфатном буфере с рН 7,5 и затем 50 мл 0,05 М фосфатного буфера с рН 7,5.

Ферментна  активность, Е (одна единица Е соответствует расходу 1 ммоль раствора едкого кали в минуту):

Исходный раствор139

Раствор, наход щийс  над осадком ,+промывпые растворы51

Эластаза, св занна  со смолойносителем15 , что соответствует 11 % исходной активности.

Ферментную активность определ ют титрованием при помощи казеина в качестве субстрата (концентраци  11,9 мг/л) при рН 8,0 и 25°С.

П ри Мер 7. 1 г приготовленной согласно примеру 5 смолы-носител  добавл ют к раствору 50 мг кристаллической уреазы (Merck) в 32 мл воды. Композицию перемещиваютпри комнатной температуре 16 час при посто нном рН 6,3. Переработку осуществл ют как указано в примере 3.

Ферментна  активность уреазы, U (одна единица И соответствует количеству фермента , которое расщепл ет 1 ммоль мочевины в минуту):

Исходный раствор5013

Раствор, наход щийс  иад осадком , + промывные растворы1397

Смола-носитель после превращени  1405, что соответствует 28% исходной активности.

Фермеитную активность уреазы определ ют титрованием с помощью 0,17 М раствора мочевипы в качестве субстрата при 25°С и рН 6,1.

Пример 8. 0,4 г полученной согласно примеру 5 смолы-носител  добавл ют к 40 мг глютатиопа в 32 мл воды 16 час при посто нном значении рН 6,3 и комнатной температуре . Смолу отсасывают, промывают 1н. раствором хлористого натри  в 0,05 М фосфатном буфере с рН 7,5 и затем водой, высушивают в вакууме при 100°С над п тиокисью фосфора и получают 0,47 г сухой смолы. Определение азота по Дюма дает значение 1,1%, которое соответствует содержанию 8,04% или 37,8 мг глютатиона. Это соответствует 94% введе1гного количества глютатиона.

Пример 9. 80 г тетраэтиленгликольдиметакрилата , 20 г ангидрида малеиновой кислоты и 1 г порофора N раствор ют в 1 л бензола и при медленном перемешивании полимеризуют 16 час при 80°С.

Полимер обрабатывают аналогично примеру 1.

Выход 95 г, насыпной объем 2,5 мл/г, объем набухани  3,0 мл/г.

Содержание кислоты после омылени  ангидридных групп 2,6 мэкв/г.

Пример 10. Взаимодействие 1 г приготовленной согласио примеру 9 смолы-носител  с пенициллинацилазой аналогично примеру 2 дает следующие результаты:

Ферментные активности (ПФАК-тест), U: Исходный раствор123

Раствор, наход щийс  над осадком , + промывные растворы13

Смола-носитель после превращени 79 , что соответствует 64% исходной активности. Пример 11. В аппарате с мещалкой нагревают 1 л бензина (т. кип. 100-140°С) и 1 г нитрила азоизомасл ной кислоты в течение 1 час при 90°С. Затем при 80°С прикапывают раствор 95 г этиленгликольдиметакрилата, 5 г ангидрида малеиновой кислоты и 1 г нитрила азоизомасл ной кислоты в течение Зчас и перемещивают 2 час при той же температуре .

Полимер отсасывают несколько раз, промывают бензолом и петролейным эфиром (т. кип. 30--50°С) и высущивают в вакууме.

Выход 96 г, насыпной объем 14 мл/г, объем при набухании в воде 18,2 мл/г, удельна  поверхиость 70 .

Содержание кислоты после омылени  апгидридных групп 0,5 мэкв/г.

Прпмер 12. 0,4 г приготовленной согласно примеру 11 смолы перемещивают с 40 мг глютатиона в 32 мл воды 16 час при посто нном рН 6,3 и комнатной температуре. Смолу отсасывают, промывают и высущивают согласно примеру 8. Получают 0,46 г смолы, котора  содержит 0,9% азота по Дюма. Этому соответствует содержание 6,6% или 30,4 мг глютатиона, которое равио 70% от введенного количества.

Пример 13. Раствор 62,5 г тетраэтиленгликольдиметакрилата , 37,5 г ангидрида малеииовой кислоты и 1 г нитрила азоизомасл ной кислоты в 150 мл бутилацетата и 1 л бензина (т. кип. 100-140°С) полимеризуют при перемещивании 2 час при 70°С, 2 час при 75°С и 1,5 часири 90°С.

Полимер отсасывают, экстрагируют бензолом 24 час в экстракторе Сокслета и высушивают в вакууме.

Выход 77 г, насыпной объем 7,3 мл/г, объем при набухании в воде 8,2 мл/г, удельна  поверхность 19,4 .

Содержание кпслоты после омылени  аигидридных грунп 4 мэкв/г.

Пример 14. Раствор 90 г тетраэтиленгликольдиметакрилата , 10 г ангидрида малеииовой кислоты и 1,0 г иитрила азоизомасл ной кислоты в 200 мл ацетонитрила суспендируют в 100 мл бензина (т. кип. 100-140°С), в котором раствор ют 5 г смеси глицерин-моно- i диолеата. Реакционную смесь полимеризуют вилоть до образовани  твердых частиц (гра иул) час ири 60°С, а затем 20 час npi 65°С. Полимеризат отфильтровывают, три ра

11

за взмучивают в бензоле н три раза в петролейном эфире (т. кнп. 30-50°С) и высушивают в вакууме.

Выход 94 г, средний диаметр частиц 0,35 мм, насыпной объем 2,8 мл/г, объем нрн иабуханнн в воде 3,1 мл/г, удельна  поверхность 3,4 .

Содержание кислоты носле омылени  аигндридных групп 1,5 мэкв/г.

Пример 15. 79 г влажной, св занной с носителем пенициллинацелазы с активностью 687 и, которую получают путем св зывани  пеннциллинацилазы с сополимеризатом из этиленгликольдиметакрилата и ангидрида малеиновой кислоты, согласно примеру 3, перемешивают со 129 г калиевой соли пенициллииа G (чистота 98%) в 2000 мл воды 9 час при 38°С, рН иоддерживают посто нным 7,8 путем иеирерывиой добавки триэтиламина. Поглон1ение триэтиламина прекраш;ают с окончанием реакции. Св занную с носителем пеиициллинацилазу отдел ют путем центрифугировани  нли отсасывают, промывают последовательно 200 мл воды и 0,2 М фосфатным буфером с рН 6,5. Фильтрат, включа  промывные растворы, сгуидают в вакууме до 300 мл 6-ЛЯ5, осаждают путем добавки полукоицеитрированной сол ной кислоты с изоэлектрической точкой при рН 4,3 в присутствии 200 мл метилизобутилкетона. Спуст  час отсасывают, промывают 200 мл воды и потом 200 мл ацетона. Q-APS высушивают в вакуу12

ме при 40°С, точка плавлени  208°С. Выход в расчете на Q-APS составл ет 67,8 г, что соответствует 90,5%. Чистота 98%.

Пример 16. 60 г влажной св занной с носителем пенициллинацилазы с активностью 673 и (НФАК-тест), которую получают путем св зывани  пенициллинацилазы с сополимеризатом из тетраэтилеигликольдиметакрилата и ангидрида малеиновой кислоты согласно примеру 1, перемешивают с 129 г калиевой соли пенициллина G в 2000 мл воды 9 час при 38°С. Значение рН поддерживают 7,8 путем добавки триэтиламина. Дальнейшую обработку осуществл ют аналогично примеру 15. Выход б-ЛЯ составл ет 65,3 г, что соответствует 87%.

Claims (1)

1. Патент Франции № 2019083, кл. С 12D 13/00, 1970 (прототип).