ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
ФЕРМЕНТЫ И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯНИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ
В.К. Османов
ИНЖЕНЕРНАЯ ЭНЗИМОЛОГИЯ Учебно-методическое пособие
Нижний Новгород Издательство НижГМА
УДК 615.014У79 ББК Авторы:
доцент кафедры управления и экономики фармации и фармацевтической технологии НижГМА, д.х.н. В.К.Османов
Рецензенты:
Рекомендовано Центральным методическим советом НижГМА (протокол № от
Османов В.К. Инженерная энзимология: учебно-методическое пособие / В.К. Османов. - Н. Новгород: Изд-во Нижегородской гос. медицинской академии, 2014. - с. ISBN
Рассмотрены основные области использования ферментных препаратов и иммобилизованных биокатализаторов в медицине и производстве лекарственных препаратов и пищевых продуктов. Издание предназначено для студентов фармацевтических факультетов вузов по специальности 060301 «фармация», дисциплине «биотехнология»
УДК ББК
Османов В.К. Нижегородская государственная ISBN медицинская академия, 2014
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.................................................................................................5 Ферменты и способы их получения.....................................................6 Рибозимы...............................................................................................13 Инженерная энзимология, ее задачи...................................................17 Иммобилизованные ферменты............................................................19 1. Носители для иммобилизации ферментов........................................................19 2. Методы иммобилизации ферментов..................................................................21 Иммобилизация клеток.........................................................................25 Промышленные процессы с использованием иммобилизованных ферментов и клеток............................................27 1. Получение глюкозофруктозных сиропов...........................................................28 2. Биотрансформация других углеводов...............................................................28 3. Получение L-аминокислот из их рацемических смесей...................................31 4. Получение L-аспарагиновой кислоты................................................................32 5. Получение L-аланина...........................................................................................32 6. Получение органических кислот........................................................................33 7. Получение антибиотиков....................................................................................35 8. Трансформация стероидов..................................................................................38 9. Получение ферментов.........................................................................................39 10. Применение иммобилизованных клеток для утилизации отходов...........................................................................................40. 11. Биогеотехнология..............................................................................................43 12. Биосенсоры на основе иммобилизованных ферментов.................................45. 13. Иммобилизованные ферменты в медицине....................................................48. Реакторы с иммобилизованными клетками.......................................49 Мембранные реакторы.........................................................................54 Полимерные биоматериалы.................................................................56 1. Получение гемосовместимых полимерных материалов.................................56 2. Использование радиационного сшивания для получения полимерных биоматериалов................................................................................58 3.Получение полимерных имплантантов...............................................................60 4. Иммобилизация лекарственных препаратов.....................................................61 5. Иммобилизация компонентов крови...................................................................62 6. Получение “умных” полимеров и их использование для иммобилизации биологически активных веществ.........................................62. Рекомендуемая литература...................................................................64 Контрольные вопросы...........................................................................65 Тестовые задания...................................................................................66 Ответы на тестовые задания.................................................................68 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ масс.% – массовые проценты а.е.м. - атомная единица массы атм. - атмосфера рН - водородный показатель НАДН - кофермент никотинадениединуклеотид мм рт. ст. - миллиметр ртутного столба РНК - рибонуклеиновая кислота ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота М - молярность раствора АТФ - аденозинтрифосфорная кислота АДФ - аденозиндифосфорная кислота 6-АПК - 6-аминопеницилланова кислота БАВ - биологически активные вещества ВВЕДЕНИЕ
Инженерная энзимология – это новое научно-техническое направление в битехнологии, появление которого связано с необходимостью интенсификации биотехнологических процессов. Задачи инженерной энзимологии - конструирование органических катализаторов (энзимов) с заданными свойствами на основе ферментов и полиферментных систем, выделенных из клеток или находящихся в них. Термин "заданные свойства" имеет в виду, что эти свойства задаются практическими потребностями в данном катализаторе, условиями проведения ферментативного процесса, специфичностью, необходимой производительностью и т.д. Инженерная энзимология основана на принципах органического и ферментативного катализа, химической технологии, биотехнологии и биохимии и со времени своего зарождения целиком обращена к практике. Хотя основная направленность современной инженерной энзимологии – использование каталитической активности иммобилизованных ферментов и клеток, ее рамки гораздо шире. Цель этой дисциплины – разработка научных основ применения ферментных катализаторов для создания новых биотехнологических производств и прежде всего производства лекарств, новых методов в диагностике и терапии, органическом синтезе и др., а также решение фундаментальных проблем энзимологии при помощи иммобилизованных ферментов.
ФЕРМЕНТЫ И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ Ферментами называются вещества биологического происхождения, представляющие собой соединения белковой природы и являющиеся специфическими катализаторами. Для большинства из них структура не является до конца установленной. Однако существование так называемой белковой "составляющей" - неотъемлемой части биологического катализатора можно считать доказанным для большинства промышленно получаемых ферментных препаратов. Практически все попытки "очистить" эти препараты от соединений белковой природы приводили к потере их каталитической активности. Все основные источники получения ферментов можно разделить на три основные группы: 1. Ткани животных как отход мясоперерабатывающей промышленности. Прежде всего, это богатые ферментами поджелудочная железа и слизистая оболочка желудка. 2. Некоторые растения. Например, такие гидролитические ферменты, как папаин и рицин извлекают соответственно из сока дынного и инжирного дерева, из ячменя - амилазу. 3. Микроорганизмы (бактерии, дрожжи, микрогрибы). Выбор источника получения того или иного фермента предполагает учет ряда требований, предъявляемых к чистоте получаемого препарата, потребности в нем, стоимости сырья, проведения процессов выделения и очистки готового продукта. Из всех вышеперечисленных источников ферментов наибольшее практическое значение имеют микроорганизмы - продуценты ферментов. Их широкое использование обусловлено, прежде всего, их доступностью, возможностью организовать более эффективное промышленное производство на относительно дешевом сырье и управление, процессом биосинтеза, используя, различные продуценты ферментных препаратов. Использование микроорганизмов значительно расширило круг получаемых ферментных препаратов с различным спектром действия. Только с их помощью удалось получить такие ферменты, как целлюлазы и глюкозоизомеразы. В качестве продуцентов ферментов, как правило, выбирают те штаммы-мутанты, полученные путем направленной селекции, которые обеспечивают максимальный выход целевого продукта при использовании стандартного оборудования. При этом штаммы-мутанты получают как традиционным путем с использованием таких широкоизвестных методов воздействия, как облучение УФ светом, γ - и рентгеновскими лучами, обработкой клеток различными химическими агентами (этилимином, диметилсуфатом, гидроксиламином, диазометаном, оксидом азота и пр.), изменением температуры и величины рН, так и методами генной инженерии. В качестве продуцентов ферментов могут использоваться различные микроорганизмы. Для получения амилолитических и протеолитических ферментных препаратов в промышленности наиболее часто используют различные штаммы гриба рода Aspergillus и бактерий Bacillus. У бактерий короче цикл развития, на их основе легче получать мутанты. Технология получения ферментных препаратов микробным синтезом обязательно включает в себя стадию промышленного культивирования соответствующего микроорганизма. В условиях промышленного производства значительное количество продуцента получают одним из следующих двух способов: - культивирование на поверхности твердых питательных средах (поверхностный способ выращивания продуцента), - культивирование соответствующего продуцента в большом объеме жидкой фазы, содержащей все необходимые для нормального роста и развития микроорганизма питательные вещества (глубинный способ выращивания продуцента).
Рис.1 Принципиальная технологическая схема процесса глубинного культивирования микроорганизмов Смеситель питательной среды; 2 – колонна для непрерывной стерилизации потока питательной среды острым паром; 3 - теплообменник – выдерживатель; 4 – теплообменник для охлаждения потока питательной среды; 5 – инокуляторы (посевные аппараты); 6 – индивидуальный фильтр для очистки воздуха, подаваемого в инокулятор; 7 – реактор – ферментер; 8,9 – насосы; 10 – масляный фильтр для предварительной очистки воздуха; 11 – компрессор; 12- головной фильтр для очистки воздуха Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|