Link slot gacor adalah pilihan unggulan untuk menikmatislot gacordengan fitur modern, RTP tinggi, dan kesempatan meraih maxwin setiap hari. Temukan keseruan bermainslot onlineserver Thailand yang terkenal stabil dan gacor di tahun 2025. Proses deposit instan memudahkan kamu menjajalslot qrisdengan RTP menguntungkan di IJP88. Saksikan juga serunyastreaming boladalam kualitas tinggi dan koneksi anti-lag di setiap pertandingan. Jangan lewatkan jugaslot gacor terbaruuntuk update game dan promo terkini dari situs terpercaya. Kamu juga bisa cobasitus slot gacordengan koleksi game lengkap dan RTP tinggi. Jangan lupa nikmati juga slot gacor maxwin yang bisa jadi pilihan utama di antara banyak situs populer. Untuk kemudahan transaksi, gunakan layananSlot Danasebagai metode deposit yang cepat dan aman. Coba juga berbagai slot demo gratis untuk latihan dan hiburan tanpa risiko.
ОКИСЛЕНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОВ ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ ОКСИДОРЕДУКТАЗАМИ | Евразийский Союз Ученых - публикация научных статей в ежемесячном научном журнале
Номер части:
Журнал
ISSN: 2411-6467 (Print)
ISSN: 2413-9335 (Online)
Статьи, опубликованные в журнале, представляется читателям на условиях свободной лицензии CC BY-ND

ОКИСЛЕНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОВ ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ ОКСИДОРЕДУКТАЗАМИ



Науки и перечень статей вошедших в журнал:
DOI:
Дата публикации статьи в журнале:
Название журнала: Евразийский Союз Ученых — публикация научных статей в ежемесячном научном журнале, Выпуск: , Том: , Страницы в выпуске: -
Данные для цитирования: . ОКИСЛЕНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОВ ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ ОКСИДОРЕДУКТАЗАМИ // Евразийский Союз Ученых — публикация научных статей в ежемесячном научном журнале. Химические науки. ; ():-.

Введение

Ароматические амины относятся к химическим соединениям, получаемым  из ароматических углеводородов (бензола, толуола, нафталина, антрацена, дифенила и т.д) заменой, по крайней мере, одного атома водорода аминогруппой –NH2. Этот класс веществ относится к токсичным соединениям, широко используемым в различных отраслях промышленности. С точки зрения профессиональной вредности одним из наиболее важных ароматических аминов является о-дианизидин (другие названия – прочный синий B, 3,3′-диместоксибензидин). Это соединение применяется в промышленности для получения большого числа диазокрасителей для шерсти, шелка, хлопчатобумажных тканей и других материалов [1, с. 87; 2, с. 156]. о-дианизидин относится к сильнейшим канцерогенам, вызывающим рак мочевого пузыря и почек, а также раздражающе действует на кожу и слизистые оболочки [3, c. 362]. Все эти факты делают проблему его утилизации (в том числе, удаления его из промышленных стоков) достаточно острой и актуальной. Задача удаления органических загрязнителей из промышленных стоков в настоящее время полностью не решена [4, c. 6]. Перспективным направлением исследований утилизации органических контаминантов водных ресурсов является использование гетерогенных катализаторов на основе иммобилизованных ферментов, прежде всего – оксидоредуктаз, способных переводить производные фенола и бензола в менее опасные полимерные продукты, выпадающие в осадок, что делает возможным их удаление из реакционной среды простым фильтрованием [5, c. 145; 6, c. 3013; 7, c. 960]. Оксидоредуктазы (К.Ф. 1; в  том числе — пероксидаза, тирозиназа, лакказа, каталаза и т.д.) – наиболее распространенные и стабильные ферменты с высокой субстратной специфичностью, доказавшие свою эффективность в реакциях окисления широкого спектра субстратов органической и неорганической природы [8, c.261].

Ферменты используются в промышленности как в свободном, так и в связанном (иммобилизованном) состоянии. Их использование в промышленных процессах очень выгодно как с экономической, так и с экологической точек зрения, поскольку ферментативные реакции проходят в мягких условиях без образования побочных продуктов. При этом иммобилизация во многих случаях является единственным способом повышения эффективности биокаталитических процессов. Активность иммобилизованного фермента обычно несколько ниже его активности в растворе, однако этот недостаток компенсируется возможностью многократного использования фермента. В то же время, не существует метода иммобилизации, который был бы универсален для всех ферментов и очень часто иммобилизация вносит дополнительные проблемы и в сам процесс, и в оценку его кинетических параметров. Для создания эффективных биокатализаторов целесообразно проводить их так называемый «рациональный дизайн» с учетом различных факторов: планируемой области применения, желаемых свойств поверхности носителя,  стабильности к различным воздействиям [9, c.105]. В нескольких работах исследователями была доказана возможность ковалентной иммобилизации оксидоредуктаз на  носителях различной природы [10, c. 189; 11, c. 1460]. Коллективом авторов статьи также ранее уже были получены данные об эффективности катализаторов на основе иммобилизованных оксидоредуктаз в окиcлении фенола и его производных [12, c. 80].

Целью данного исследования было создание и исследование физико-химических свойств и кинетических параметров эффективных катализаторов окисления о-дианизидина на основе пероксидазы хрена, иммобилизованной на различных твердых носителях.

Строение и механизм каталитического действия пероксидазы хрена

Пероксидаза хрена (HRP, молекулярный вес ~ 40 кДа, К.Ф. 1.11.1.7) представляет собой гликопротеид, состоящий из полипептидной цепи, формирующей двухдоменную глобулу, и гемовой простетической группы с атомом железа, располагающейся между доменами [13, c.199]. Механизм каталитического действия пероксидазы хрена хорошо изучен:

HRP + H2O2 → HRP-I (1)
HRP-I + RH2 → HRP-II + RH· (2)
HRP-II + RH2 → HRP + RH· (3)

В реакции (1) происходит окисление нативного фермента (HRP) перекисью водорода двумя электронами с получением соединения I (HRP-I), активной формы фермента, в котором Fe3+ окисляется до феррила (FeIV = O), а порфирин – до порфиринового радикала. В реакции (2) HRP-I принимает субстрат (RH2) в свой активный центр и выполняет его окисление. При восстановлении HRP-I образуется соединение II (HRP-II), содержащее оксоферрилимидазол. В реакции (3) HRP-II окисляет вторую молекулу субстрата и восстанавливается до HRP, содержащего Fe3+. Продуктами реакции окисления являются свободные радикалы RH·, которые могут самопроизвольно взаимодействовать между собой с образованием олигомеров или полимеров, выпадающих в осадок. При этом взаимодействие HRP-I c донором происходит гораздо медленнее, чем образование HRP-I, и соответственно, является лимитирующей стадией процесса [13, c. 204].

Методы и методики

Реактивы

В работе использовали следующие компоненты (в скобках – условное обозначение): источником ферментативной активности был препарат пероксидазы хрена (Fluka, 900 ед/мг); в качестве носителей использовались ионообменная смола КУ 2-8 и коммерческий носитель иммобилизации ферментов Sepabeads EC-HA403 (Resindion, Италия); модификатором являлся хитозан кислоторастворимый средней вязкости (Fluka); активирующий агент — глутаровый диальдегид (DC Panreac); субстраты для окисления – о-дианизидин (Д1, прочный синий В) (рисунок 1а) и о-дианизидин соль  (Д2, прочный синий В соль) (рисунок 1б).

 ОКИСЛЕНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОВ ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ  ОКСИДОРЕДУКТАЗАМИ  ОКИСЛЕНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОВ ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ  ОКСИДОРЕДУКТАЗАМИ

а

б

Рисунок 1. Субстраты для окисления: а – о-дианизидин; б — о-дианизидин дигидрохлорид

 

Оборудование и приборы

Изучение кинетики окисления о-дианизидина в присутствии нативной и иммобилизованной пероксидазы хрена осуществлялось в термостатируемом реакторе периодического действия с возвратно-поступательным качанием. Оптическая плотность реакционной смеси измерялась на Спектрофотометре СФ-2000 (ОКБ «Спектр»).

Синтез иммобилизованных биокатализаторов

Были синтезированы многослойные гетерогенные катализаторы, активный компонент которых — пероксидаза хрена — был присоединен к поверхности носителя (КУ 2-8 или Sepabeads EC-HA403). Иммобилизация пероксидазы хрена на КУ 2-8 проводилась по известной методике [12, c. 77]. Иммобилизация пероксидазы хрена на Sepabeads EC-HA403 проводилась в соответствии с сопроводительной документацией к данному носителю.

Иммобилизация проводилась в соответствии с выбранными схемами синтеза с промежуточной отмывкой дистиллированной водой от неспецифически связанных компонентов.

Методика проведения  кинетических экспериментов

Для проведения кинетических экспериментов в каталитическом реакторе смешивались раствор исходного фермента (или катализатор, приготовленный из того же количества экстракта), раствор о-дианизидина (или о-дианизидина соли) необходимой концентрации, фосфатный буферный раствор (рН = 7,0) и раствор перекиси водорода (10 %-ный избыток относительно о-дианизидина) в соотношении 1:1:1:1 (об.). Первичные кинетические данные представляли собой зависимость от времени оптической плотности раствора при l = 460 нм, увеличивающейся в процессе окисления вследствие образования окрашенных продуктов. Начальная скорость реакции и другие кинетические параметры определялась методом двойных обратных координат после пересчета оптической плотности в концентрацию субстрата [14, c. 92].

Результаты и обсуждение

Определение оптимальных условий проведения процесса окисления

По результатам варьирования условий реакций окисления о-дианизидина и о-дианизидина соли при С0 = 20 ммоль/л были выявлены оптимальные условия: температура — 25ºС, интенсивность перемешивания – 300 мин-1, и рН – 7,0 , которые и использовались при изучении кинетики.

Сравнение эффективности биокатализаторов различного состава

В результате иммобилизации были получены гетерогенные катализаторы «КУ 2-8 – хитозан – глутаровый диальдегид – пероксидаза» (К1)  и «Sepabeads EC-HA403 – хитозан – глутаровый диальдегид –  пероксидаза» (К2), схемы которых представлены на рисунке 2.

а

 ОКИСЛЕНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОВ ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ  ОКСИДОРЕДУКТАЗАМИ

б

 ОКИСЛЕНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОВ ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ  ОКСИДОРЕДУКТАЗАМИ

Рисунок 2. Схема разработанных гетерогенных катализаторов:

а) «КУ 2-8 – хитозан – глутаровый диальдегид – пероксидаза» 

б) «Sepabeads ECHA403 – хитозан – глутаровый диальдегид –  пероксидаза»; обозначения: Н – носитель, М – хитозан, А – глутаровый диальдегид, Е – пероксидаза хрена

Для оптимизации состава биокатализаторы на основе ионообменных смол были испытаны в реакции окисления о-дианизидина при постоянных исходных концентрациях о-дианизидина и Н2О2, рН, температуре и концентрации катализатора.  Эксперименты показали, что наибольшую активность в реакции окисления фенолов показали биокатализаторы, приготовленные с использованием 0,1%-ного раствора хитозана, 25%-ного раствора глутарового диальдегида.

Для наиболее эффективных катализаторов по результатам кинетических экспериментов при варьировании начальной концентрации субстратов при оптимальных условиях реакции были получены кинетические параметры, приведенные в таблице 1. Активность катализаторов исследовалась в реакции окисления о-дианизидина и о-дианизидина соли (С0 = 20 ммоль/л).


Таблица 1.

Сравнение кинетических параметров катализаторов различного состава

Параметр Субстрат Нативный фермент Иммобилизованный катализатор
К1 К2
Vm, ммоль/л·с Д1 1.15 0.43 0.22
Д2 1.23 0.34 0.15
Кm, ммоль/л Д1 1,52 15,36 19.79
Д2 1,78 17,18 26,54
Кcat, с-1 Д1 7.30 2,73 1.75
Д2 8.80 2,51 1.96
Активность биокатализатора,

ед. ак. (при Со=20 ммоль/л)

Д1 4,51 1,88 1,31
Д2 4,89 1,74 1,12

Таким образом, более эффективными в окислении о-дианизидина являются катализаторы на основе ионообменной смолы КУ 2-8. Активность иммобилизованных катализаторов несколько ниже активности нативного фермента, что связано с гетерогенизацией фермент и затруднением доступа молекул субстрата к активным центрам фермента. Однако синтезированные катализаторы достаточно стабильны (снижают свою активность на 10-15% в последовательных экспериментах), а гетерогенизация делает фермент более удобной для применения в технологических процессах. Синтезированные биокатализаторы эффективно работают в диапазоне концентраций ароматических аминов, в котором они чаще всего встречаются в водных объектах – 1-30 ммоль/л.

Выводы

  Таким образом, получены следующие результаты:

— синтезированы многослойные гетерогенные катализаторы на основе пероксидазы хрена, иммобилизованных на ионообменную смолу КУ 2-8 и Sepabeads EC-HA403, оптимизирован компонентный состав катализаторов;

— определены кинетические параметры синтезированных катализаторов, выявлено, что наиболее эффективным из синтезированных биокатализаторов является система «катионит КУ 2-8–хитозан–глутаровый альдегид–пероксидаза»;

— остаточная активность иммобилизованной пероксидазы ниже активности нативного фермента, однако катализаторы стабильны в последовательных экспериментах, а иммобилизация делает фермент более удобным для применения в технологических процессах.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований.

Список литературы

  1. Гурвич Я.А., Кумок М. Химия и технология промежуточных продуктов и органических красителей. М.: Высшая школа, 1968. 360 с.
  2. Венкатарман К. Химия синтетических красителей: В 2-х т.: т.1. Пер. с англ. Л.: ГНТИ Хим. лит., 1956. 804 с.
  3. Быховская М.С., Гинзбург С.Л., Хализова О.Д. Методы определения вредных веществ в воздухе (Практическое руководство). М.: Медицина, 1966. 595 с.
  4. Wilberg K.Q., Nunes D.G., Rubio J. Removal of phenol by enzymatic oxidation and flotation // Braz. J. of Chem. Eng. 2000. Vol. 17. P. 4-7.
  5. Karam J. Nicell J.A. Potential applications of enzymes in waste treatment // J. Chem. Tech. Biotechnol. Vol. 69. P. 141–153.
  6. Caza N., Bewtra J.K., Biswas N., Taylor K.E. Removal of phenolic compounds from synthetic wastewater using soybean peroxidase // Wat. Res. 1999. Vol. 33. P. 3012–3018.
  7. Cooper V.A., Nicell J. Removal of phenols from a foundry wastewater using horseradish peroxidase // Wat. Res. 1996. Vol. 30 (4). P. 954-964.
  8. Schmid A., Hauer B., Kiender A., Wubbolts M., Witholt B. Industrial biocatalysis today and tomorrow // Nature. 2001. Vol. P. 258-268.
  9. Tischer W., Wedekind F. Immobilized enzymes: methods and applications // Top. Curr. Chem. 1999. Vol. P. 95-126.
  10. Ensuncho L. , Alvarez-Cuenca M., Legge R.L. Removal of aqueous phenol using immobilized enzymes in a bench scale and pilot scale three-phase fluidized bed reactor // Bioprocess. Biosyst. Eng. 2005. Vol. P. 185-191.
  11. Bindhu L.V., Abraham Bindhu T. E. Immobilization of horseradish peroxidase on chitosan for use in nonaqueous media // J. Appl. Polym. Sci. 2003. Vol. P. 1456-1464.
  12. Сидоров А.И., Лакина Н.В., Сульман Э.М., Ожимкова Е.В., Манаенков О.В., Тихонов Б.Б. Очистка сточных вод от фенолов с использованием иммобилизованных оксидоредуктаз растений и грибов // Вестник Тверского государственного университета. Серия «Биология и экология». Тверь: ТвГУ, Вып. 21(№2). 2011. С. 74-81.
  13. Dunford H.B., Stillman J.S. On the function and mechanism of action of peroxidase // Coord. Chem. Rev. 1976. V.19. N P.187-251.
  14. Варфоломеев С.Д. Химическая энзимология [Текст]. М.: Academa, 2005. 472 с.[schema type=»book» name=»ОКИСЛЕНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОВ ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ ОКСИДОРЕДУКТАЗАМИ» description=»Целью исследования было создание и исследование физико-химических свойств и кинетических параметров эффективных катализаторов окисления о-дианизидина на основе пероксидазы хрена, иммобилизованной на различных твердых носителях. В результате работы были синтезированы многослойные гетерогенные катализаторы на основе пероксидазы хрена, иммобилизованной на ионообменную смолу КУ 2-8 и Sepabeads EC-HA403, оптимизирован компонентный состав катализаторов, определены кинетические параметры синтезированных катализаторов, выявлено, что наиболее эффективным из синтезированных катализаторов является система «катионит КУ 2-8–хитозан–глутаровый альдегид–пероксидаза». Кроме того, выявлено, что остаточная активность иммобилизованной пероксидазы ниже активности нативного фермента, однако катализаторы стабильны в последовательных экспериментах, а иммобилизация делает фермент более удобным для применения в технологических процессах.» author=»Тихонов Борис Борисович, Стадольникова Полина Юрьевна, Сидоров Александр Иванович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-23″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_25.07.15_07(16)» ebook=»yes» ]
Список литературы:


Записи созданы 9819

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх
404: Not Found404: Not Found
slot gacor slot gacor slot gacorslot gacor slot gacor slot gacor slot gacor slot gacor slot gacor slot gacor streaming bola slot gacor slot demo slot gacor slot gacor slot gacor slot gacor