В будущем важную роль в контроле окружающей среды и в клинической диагностике должны сыграть такие методы, как биолюминесцентный анализ и иммуноферментный анализ.
В медицине иммобилизованные ферменты открыли путь к созданию лекарственных препаратов пролонгированного действия со сниженной токсичностью и аллергенностью. Иммобилизационные подходы способствуют решению проблемы направленного транспорта лекарств в организме.
Проблемы биоконверсии массы и энергии в настоящее время пытаются решить микробиологическим путем. Тем не менее, иммобилизованные ферменты вносят ощутимый вклад в осуществление фотолиза воды и в биоэлектрокатализ.
Заслуживает внимание и использование иммобилизованных ферментов в процессах переработки лигноцеллюлозного сырья.
Иммобилизованные ферменты могут использоваться и как усилители слабых сигналов. На активный центр иммобилизованного фермента можно подействовать через носитель, подвергая последний ультразвуковой обработке, механическим нагрузкам или фотохимическим превращениям. Это позволяет регулировать каталитическую активность системы фермент - носитель под действием механических, ультразвуковых и световых сигналов. На этой основе были созданы механо- и звукочувствительные датчики и открыт путь к бессеребряной фотографии.
Промышленные процессы с применением иммобилизованных ферментов внедрены, прежде всего, в пищевую и фармацевтическую промышленность. В пищевой промышленности с участием иммобилизованных ферментов идут процессы получения глюкозо-фруктовых сиропов, глюкозы, яблочной и аспарагиновой кислоты, оптически активных L-аминокислот, диетического безлактозного молока, сахаров из молочной сыворотки и др.
В медицине иммобилизованные ферменты используются также как лекарственные препараты, особенно в тех случаях, когда необходимо локальное воздействие. Кроме того, биокатализаторы широко используются в различных аппаратах для перфузионной очистки различных биологических жидкостей. Возможности и перспективы использования в медицине ферментов в иммобилизованном состоянии гораздо шире, чем достигнутые на сегодняшний день, именно на этом пути медицину ждет создание новых высокоэффективных методов лечения.
биообъект иммобилизованый фермент витамин
Вопрос 3. Биотехнология витаминов и коферментов. Биологическая роль витаминов. Достоинства и недостатки традиционных методов получения (выделение из природных источников, химический синтез) и микробиологического синтеза витаминов
Витамины (от лат. vita - жизнь + амины) - низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, абсолютно необходимые для нормальной жизнедеятельности организмов. Витамин являются незаменимыми пищевыми веществами, т.к. за исключением никотиновой кислоты они не синтезируются организмом человека и поступают главным образом в составе продуктов питания. Некоторые витамины могут производиться нормальной микрофлорой кишечника. В отличие от других жизненно важных пищевых веществ витамины не обладают пластическими свойствами и не используются организмом в качестве источника энергии. Участвуя в разнообразных химических превращениях, они оказывают регулирующее влияние на обмен веществ и тем самым обеспечивают нормальное течение практически всех биохимических и физиологических процессов в организме.
Коферменты (син. коэнзимы) - органические соединения небелковой природы необходимые для осуществления каталитического действия многих ферментов, соединяясь с белковой частью молекулы фермента - апоферментом, кофермент образует каталитически активный комплекс - холофермент. Прочно связанные с белками коферменты называются простетическими группами. Коферменты могут участвовать в активировании молекул субстрата, образуя с ними реакционно-способные соединения, которые затем подвергаются ферментативному превращению. Некоторые метаболиты, выступающие в ферментативных реакциях как обычные субстраты, в определенных условиях могут играть роль коферментов. Многие коферменты являются производными витаминов и, поэтому нарушение обмена веществ при витаминной недостаточности опосредовано через понижение активности определенных ферментов.
Коферменты, как правило, термостабильны, разнообразны по химическому строению и механизму действия.
Биологическая роль витаминов
|
Название витамина |
Действие витамина на организм |
Содержится в продуктах |
|
Витамин А (Ретинол) |
Витамин А предотвращает проблемы со зрением, способствует здоровью иммунной системы, имеет весомое значение для роста клеток и улучшает состояние кожи. |
К основным источникам ретинола можно отнести печень, молоко, яйца и витаминизированные каши, зеленые и оранжевые овощи (например картофель, морковь, тыква и капуста), и оранжевые фрукты - персики, папайя, дыня, абрикосы или манго. |
|
Витамин В12 (Цианокобаламин) |
Витамин В12 помогает воспроизводству красным кровяным тельцам, нервным клеткам. Он участвует в делении клеток, поэтому без него невозможна регенерация тканей и рост мышц. |
В рыбе, красном мясе, мясе птиц, молоке, сыре и яйцах можно найти этот витамин. Его также добавляют в некоторые сухие завтраки. |
|
Витамин B6 (Пиридоксин) |
Для правильной работы мозга и других неврологических функций незаменим Витамин В6. Также он помогает организму расщеплять белки и вырабатывать эритроциты. |
|
|
Витамин В1 (Тиамин ) |
Тиамин служит катализатором для преобразования углеводов в энергию и необходим для мышц, для сердечной деятельности а также состояния нервной системы. |
Люди получают тиамин из различных продуктов, в том числе разных сортов хлеба, круп и макаронных изделий; постного мяса, сушеных бобов, соевых продуктов и гороха, а также из пророщенных зерен, таких например - как зародыши пшеницы. |
|
Витамин В3 (Никотиновая кислота) |
Никотиновая кислота помогает поддержанию здоровья кожи, а также в работе нервной системы. |
Вы найдете ниацин в птице, красном мясе, крупах, рыбе и арахисе. |
|
Витамин В2 (Рибофлавин) |
Рибофлавин нужен организму для роста, превращения углеводов в энергию, и в производстве эритроцитов. |
Некоторыми из источников рибофлавина являются молоко, мясо, яйца, бобовые (например горох и чечевица), орехи, зелень. А также: спаржа, брокколи и витаминизированные каши. |
|
Витамин B9 (Фолиевая кислота) |
Фолиевая кислота (B9) - содействует в выработке эритроцитов. Кроме того, она необходима, для воссоздания ДНК. |
Апельсиновый сок, печень, сушеные бобы и другие бобовые, зелень, спаржа - очень хороший источник этого витамина. А так же: хлеб, рис и зерновые культуры. |
|
Витамин С (Аскорбиновая кислота) |
Витамин С нужен для формирования коллагена (ткани, служащей для связывания клеток). Это важно и для здоровья десен, зубов и для роста костей. Также Витамин С - поддерживает в тонусе кровеносные сосуды. Он служит катализатором для усваивания железа организмом, стимулирует функции головного мозга и ускоряет заживление ран. |
Витамин С - есть в клубнике, киви, гуаве, перце, шпинате помидорах и брокколи. И конечно самый высокий уровень этого витамина - в цитрусовых! |
|
Витамин D (Кальциферол) |
Витамин D, служит укреплению костей, потому что помогает организму усваивать укрепляющий кости кальций и наращивать прочность скелета человека. |
Этот витамин является уникальным - ваше тело производит его, когда вы получаете солнечные ванны! Витамин D содержится также и некоторых продуктах, например он есть в жирной рыбе (такой как лосось) в яичных желтках, тунце или сардине а также в молоке коровьем, соевом молоке и апельсиновом соке. |
|
Витамин Е (Токоферол) |
Для выработки и поддержания красных кровяных телец в здоровом состоянии нужен витамин E. А еще токоферол - антиоксидант, и в его функции входит защита клеток от разрушений и повреждений. |
Токоферол есть в зелени и орехах, растительных маслах и авокадо. Также его достаточно в пророщенных зернах пшеницы и ячменя. |
|
Витамин K |
Помогает контролировать свертывание крови в организме и необходим для синтеза в печени белков, которые управляют свертыванием. Нехватка этого витамина - может привести к носовым и внутренним кровотечениям. |
Пополнить запасы витамина K - вам поможет брюссельская капуста, обычная капуста и брокколи, а также зелень. Много его в сое, рапсе и оливковом масле. |
Достоинства и недостатки методов получения витаминов
Производство витаминов в нашей стране организовано в начале 30-х гг. прошлого века. Вначале выпускались витаминные препараты из натурального сырья. Затем было освоено производство синтетических витаминов С и K3. С 1949 по технологии, разработанной советскими учёными, в промышленном масштабе стал осваиваться синтез других витаминов, например тиамина (витамин B1). В 1950 производство витаминов увеличилось по сравнению с 1940 в 5,6 раза. К 1955 г. были разработаны схемы синтеза всех известных основных витаминов. Дальнейшее развитие витаминной промышленности связано главным образом с разработкой и внедрением синтетических методов производства витаминов. Эти методы по характеру технологических процессов значительно сложнее, чем метод извлечения витаминов из натурального сырья, но они позволяют получать продукцию в химически чистом виде, что имеет большое значение для их лечебного применения и точных дозировок при изготовлении кормовых концентратов. Кроме того, издержки на производство синтетических витаминов ниже издержек на получение соответствующих витаминов из натурального сырья.
Метод выделения витаминов из природных источников, безусловно, проще с точки зрения производства, но не удобен тем, что требует переработки огромного количества сырья. Что касается химического синтеза, то недостатками его является все же: многостадийность процессов, значительная материалоёмкость, обусловливающая необходимость размещения предприятий вблизи сырьевых баз; необходимость выработки высокочистой продукции.
Витаминная промышленность нуждается в более эффективных технологиях, и такие технологии успешно создаются.
С помощью лишь генетических манипуляций (воздействием на регуляцию метаболизма) были получены штаммы микроорганизмов, которые производят в десятки тысяч раз больше витаминов, чем необходимо для их роста. Это штаммы Ashbya gossypii - продуцент рибофлавина, штаммы Pseudomonas denitrifikans и Propionibacterium freudonreichii, производящие витамин В12 и др. В России на базе бактерий рода Bacillus subtilis сконструирован эффективный продуцент витамина В2.
Для микробиологического синтеза органических соединений в качестве сырья применяют наиболее дешевые источники азота (например, нитраты или соли аммония) и углерода (напр., углеводы. орг. кислоты, спирты. жиры. углеводороды. в т.ч. газообразные).
Применение биосинтеза дает возможность сокращения стадий химического синтеза за счет использования высокоактивных штаммов микроорганизмов. Например производство витаминов В12, В2, В3 и D (эргостерина) стало возможным осуществлять в 1 стадию. БТ методы нашли применение в синтезе вит. С, убихинона, каротиноидов. В12 - получают и спользованием прокариотической микрофлоры - мутагенных штаммов пропионовых бактерий - 50 мг/л среды и его предшественника - ди метилбенимидазола - до 200 мг/л. В2, - (рибофлавин) поучают с использованием дрожжеподобных грибов Eremothecium и Ashbya - 3,8-6,4 г/л. В последнее время используется мутантный штамм Bacillus subtilis - 3,5-4,5 г/л. - bВ3 - (пантотеновая к-та) и синтез кофермента КоА актиномицетами из аланина и пантотената К с помощью иммобилизованных клеток бактерий Brevibacteria. Недостатки - небольшой выход готового продукта, для этого проводят совершенствование по направлениям: селекция мутантных штаммов, оптимизация состава и удешевление сред, оптимизация условий культивирования продуцента.
Используемая литература
1. Биотехнология: учеб. пособие для студ. высш. учеб. Заведений / Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева; под ред. А.В. Катлинского.-3-е изд.,- М.: Издательский центр «Академия», 2008-256 с.
2. Биотехнология лекарственных средств. Учебное пособие / Под ред. Быкова В.А. и Далина М.В. - М.: Медбиоэкономика- 303с.
. Основы фармацевтической биотехнологии: учеб. Пособие / под ред. Чучалин В.С. Прищеп Т.П. Белова Л.С. Зайков К.Л. Михалева Л.К.,- Ростов н/Д, «Феникс», 2006 г.