1-mavzu. Fanning maqsadi va vazifalari reja Foydalaniladigan adabiyotlar Biotexnologiya fanining vazifasi va ahamiyati

Fermentlarni tozalash usullari.
Fermentlar va boshqa oqsil moddalari har xil erimaydigan adsorbsiya (surilish) qobiliyatiga ega. Bu xususiyat oqsil aralashmalarini birikmalarga ajratishda va ayniqsa fermentlarni laboratoriya sharoitida tozalashda, hamda gomogen bo‘lgan ferment preparatlarini olishda ishlatiladi. Adsorbsiya usuli, shu bilan birga kolonkali xromatografiya usullari fermentlarni yuqori darajada toza va ko‘p miqdorda olish imkonini beradi.
Oqsillarning muhim adsorbentlari bo‘lib, hap xil ionalmashuvchilar, ya’ni kalsiy fosfat, aluminiy gidroksid gellari va ma’lum tipdagi fermentlar uchun maxsus bo‘lgan har xil affin adsorbentlar hisoblanadi. Fermentlarni tozalash va oqsillarni ajratish texnologiyasi qanday tipdagi usulda bo‘lishiga qaramay quyidagilarga asoslanadi. Ferment mahsulotini o‘z tarkibiga olgan oqsillar aralashmasi ma’qul bo‘lgan erituvchida (buferda) eritiladi va shu erituvchi bilan muvozanatlangan kolonkaga yuboriladi. Keyin shu kolonkadan ma’lum tarkibga ega bo‘lgan buferni yoki konsentratsiyasi o‘sib boruvchi gradientli yuvish eritmasi, yoki bo‘lmasa ushbu ferment uchun maxsus bo‘lgan bog‘lovchi (ligand) yordamida oqsil bosqichma-bosqich yuvib olinadi. Kolonkadan yuvib olingan ferment preparatlari fraksiyalar to‘plamida yig‘iladi va fermentni toza preparatini olish uchun boshlang‘ich material bo‘lib xizmat qiladi.

Ionalmashuv xromatografiya usuli. Bu usulda oqsillar elektrostatik kuch yordamida bog‘lanadilar, ya’ni bu hodisa zaryadlangan oqsil sirtlari va zaryadlangan ionalmashuv birikma guruhlarining zich qatlami o‘rtasida yuzaga keladi. Tipik ionalmashuvchi sifatida bo‘ktirilgan dietilaminoetil (DEAE-) yoki karboksimetil (KM) sellyulozani ko‘rsatish mumkin. Ular bo‘ktirilgan holatda zaryadli guruhlarning 0,5 M konsentratsiyasiga zga bo‘ladi. Bu zaryadlap kolonkada qapama-qarshi bo‘lgan ionlarni (metall ionlari, xlor ionlari, bufer va h.k. neytrallaydi. Odatda oqsilning umumiy zaryad belgisi ion almashuvchiga o‘tirgan ion belgisi bilan bir xil bo‘ladi va kolonkadan o‘tish jarayonida aynan uni siqib chiqaradi. Shuning uchun ham bu jarayon xususiyatiga qarab "ion almashuv" jumlasi qo‘llaniladi.

Kolonkada adsorbsiyalangan kepakli oqsilni yuvish uchun affin usulidan tashqari ikki usuldan foydalaniladi. Birinchi usul - buferning rN ko‘rsatkichini ma’lum darajaga o‘zgartirish bilan ion kuchini oshirib, adsorbent va oqsil o‘rtasidagi elektrostatik o‘zaro ta’sirni kamaytirishdir. Bu usul umuman yaxshi natija bermaydi. Chunki bufer hajmini kichik bo‘lganligi uchun rN ko‘rsatkichini birdaniga o‘zgar-tirish oqsil aralashmalariga va boshqa birikmalarning yomon ajralishiga sabab bo‘ladi. Keyingi yillarda bu usul L.L.Slyuyterman va boshqalar (1981) tomonidan xromatofokus usuliga o‘tkazish yo‘li bilan takomillashtirilmoqda. Bunda yuvish jarayonida amfolit tipidagi bufer hajmi yuqori bo‘lgan buferlardan foylalaniladi va shu usul keyinchalik sanoat miqyosida o‘z o‘rnini topishi mumkin.
Ikkinchi usul keng miqyosda foydalanilayotgan kaliy yoki natriy xlorid tuzlari yordamida gradient tuzishga asoslangan. Tuz ionlari ishtirokida mustaqil oqsil na adsorbentlar o‘rtasidagi o‘zaro tortish kuchi kamayadi. Tuz ionlari konsentratsiyasini oshishi bilan adsorbentga bog‘langan oqsillar o‘z o‘rinlarini ularga bo‘shatadilar va o‘zlari kolonkadan yuvilib chiqa boshlaydilar. Shu bilan birga tuz ionlari ta’sirida adsorbentlar o‘zaro yaqinlashib oqsil harakati uchun tor yo‘lkalar hosil qiladi va bu hodisa fermentlarni kolonkadan chiqishida fraksiyalarga ajratib olish imkonini beradi.
Ion almashuvchiga bog‘langan fermentni affinli yuvish yordamida ajratish mumkin. Buning uchun kolonkaga oqsil bilan bog‘lanadigan maxsus ligand yuboriladi. Bunda oqsil ligand bilan birgalikda tezda kolonkadan yuvilib chiqadi. Lekin kerakli oqsilni taniydigan va uni sorbentdan ajratib oladigan ligandni topish juda mushkul vazifadir. Shu bilan birga ligandni qanday zaryadlanganligi va konsentratsiyasiga alohida e’tibor berish kerak. Bo‘lmasa qarama-qarshi holatda ligand o‘zi ionalmashuvchiga bog‘lanib qolishi mumkin.
Affinli xromatografiya usuli. Bu usul oqsil va fermentlarni tozalash va ajratishning adsorbsiya hodisasiga asoslangan usullari ichida alohida o‘rinni egallaydi. Ko‘pincha uni affinli xromatografiya yoki bioaffinli yoki bo‘lmasa biospesifik xromatografiya deyiladi.
Ma’lumki, barcha biologik faol birikmalar, xususan fermentlar ham ligandlar yoki affinli ligandlar deb nomlanadigan birikmalarga maxsus bog‘lanish xususiyatlariga egadir. Agarda shunday ligandlarni inert matritsaga kovalent bog‘lasa faqat kerakli fermentni ushlovchi va qolgan oqsil va moddalarni o‘tkazib yuboruvchi maxsus adsorbentni olish mumkin.
Maxsus yuvuvchilardan yoki jarayon sharoitlari farqi asosida ligandni fermentga bo‘lgan xususiyatini o‘zgartirish yo‘li bilan oqsilni desorbsiyaga uchratib, tozalash natijasida bitta yuqori tozalikka ega bo‘lgan fermentni olish mumkindir. Lekin ligand va uni ushlab turuvchini tanlash juda qiyin vazifadir. Ko‘pchilik hollarda affinli adsorbentlarni sintez qilishda tozalanayotgan fermentning xususiyatlarini e’tiborga olish kerak. Affinli xromatografiya uchun har xil turdagi erimaydigan sorbentlardan foydalanadi, lekin eng ko‘p tarqalgani ko‘ndalang qilib ulangan agaroza donachalaridir. Ular yuqori bosimda o‘z shaklini saqlaydi va buferlarni hamda erituvchilarni almashtirishga bardoshlidir.
Ligandlar esa matritsaga shunday bog‘langan bo‘lishi kerakki, oqsillar hech qiyinchiliksiz ularga kelib bog‘lanishi va buning uchun matritsa bilan ligand o‘rtasida ko‘prikcha bo‘lishi kerak. Bulardan tashqari ligand boshqa birikmalar bilan o‘zaro bog‘lanmasligi, fakat matritsaga bog‘langan va yuvish, regeneratsiya jarayonlariga chidamli bo‘lishi shartdir.
Gelxromatografiya usuli. Gelfiltratsiya jarayonini amalga oshirish uchun dekstran asosida olingan gellardan foydalaniladi va ular yordamida razmeriga qarab har xil makromolekulalarni tez ajratish mumkin. Gel ochiq holdagi ko‘ndalang tikilgan uch o‘lchamli molekula turi bo‘lib, kolonkalarni oson to‘ldirish uchun yumaloq donachalar (granula) ko‘rinishida bo‘ladi. Donachalarda kichik teshikchalari bo‘lib, ularga faqat juda kichik molekulali birikmalar kiradi va yirik molekulalar esa kirmaydi. Bu usul gellarning aynan shu xususiyatiga asoslangandir.
Bu usul fermentlarni tozalash va ajratishda nafaqat laboratoriya, balki sanoat miqyosida ham keng qo‘llaniladi. Gelfiltratsiya uchun ko‘ndalang tikilgan dekstran (sefadekslar va sefakrillar) gellaridan, ko‘ndalang tikilgan poliakrilamid gellaridan (biogellar), akrilamid polimer zanjiri yopishtirilgan agaroza gellardan (ultragellar) va b. agaroza gellaridan foydalaniladi.
Kolonkada ferment eritmasining bir qismi gel donachalar orasida va bir qismi esa donachalarning teshikchalari ichida joylashadi. Gelfiltratsiya – bu tarqaluvchan xromatografiyaning bir shakli bo‘lib, eritilgan moddalar eritmaning bir muncha yuzada joylashgan harakatchan va ichki tomonida joylashgan kam harakatli qismlarida tarqalgan bo‘ladi. Kolonkada eritilgan moddaning ushlab qolinish darajasi uning gel teshikchalariga kira olish qobiliyatiga bog‘liqdir. Shuning uchun gelfiltratsiya jarayonida kolonkadan avval yuqori molekulali moddalar va keyin esa kichik molekulalilari birin-ketin chiqa boshlaydi. Bunda gel molekular to‘r vazifasini bajaradi Bu jarayon ideal ravishda olib borilishi uchun gel tayyorlangan material erigan birikmalar ta’siriga juda ham inert bo‘lishi kerak. Afsuski bugungi kunda ishlatilayotgan barcha gellar inert emas va ba’zan ma’lum pN ko‘rsatkichida ular surish qobiliyatini namoyon qilishi mumkin, masalan, shunday gellarga sefakrillarni kiritish mumkin. Gelfiltratsiya usuli bilan mayda gel donachalarida yuqori bosim ostida juda ko‘p har xil moddalarning, shu jumladan oqsillarning aralashmalari ajratilmoqda. Bu yangi yuqori bosim ostida suyuq xromatografiya uslubi qisqa vaqt ichida yuqori darajali ajratish imkonini beradi va u fermentlarni tozalashning oxirgi bosqichlarida juda ham unumlidir.
Nazorat uchun savollar

1. 
   Fermentlar injenerligining asosiy vazifasi tushintiring?
   
2. 
   Mikroorganizmlardan ferment preparatlarini ajratib olish usullari tushintiring?
   
3. 
   Tozalanmagan, kompleks ferment preparatlarining olinishi tushintiring?
   
4. 
   Cho‘ktirish usullari va uning nazariyasini tushintiring?
   
5. 
   Fermentlarni tozalash usullarini tushintiring?