WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 18 | 19 || 21 | 22 |   ...   | 49 |

«Т. Г. Волова БИОТЕХНОЛОГИЯ Ответственный редактор академик И. И. Гительзон Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в ...»

-- [ Страница 20 ] --

Глава 3. ИНЖЕНЕРНАЯ ЭНЗИМОЛОГИЯ В конце 60-х – начале 70-х гг. на базе технической биохимии, химической технологии, химической энзимологии и ряда инженерных дисциплин возникло новое научно-техническое направление биотехнологии – инженерная энзимология, к которой относят систему методов получения, очистки, стабилизации и применения ферментов. Основной задачей инженерной энзимологии является конструирование биоорганических катализаторов с заданными свойствами на основе ферментов или ферментных комплексов и разработка на их базе различных эффективных и экологически чистых биотехнологических процессов. Высокая субстратная специфичность ферментативного катализа и уникальная способность ускорять реакции в десятки и сотни раз в условиях нормального давления и физиологических температур позволяют получать высокие выходы продуктов и создавать практически безотходные биотехнологические процессы, не загрязняющие окружающую среду.

Эффективные биотехнологические процессы на основе ферментативного катализа используются все шире в различных сферах человеческой деятельности: пищевой промышленности, энергетике, медицине, биоэлектрокатализе и микроэлектронике.

3.1. ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ

Ферменты – это специфические катализаторы белковой природы, вырабатываемые клетками и тканями организмов. Они способны во много раз ускорять течение химических и биохимических реакций, не входя в состав конечных продуктов. Практические применения ферментов основаны на их высокой каталитической активности и более высокой по сравнению с небиологическими каталитическими системами субстратной специфичностью.

Источником ферментов служат растительные и животные ткани, микроорганизмы. Химический синтез ферментов в промышленных масштабах очень сложен, дорог и экономически не целесообразен. Микробиологический метод получения ферментов – наиболее перспективен. Его преимущества заключаются в следующем: 1) богатство ассортимента ферментов, синтезируемых микроорганизмами, 2) возможность управления ферментативными системами и составом производимых препаратов, 3) высокие скорости размножения микроорганизмов и возможность использования различных, в том числе доступных и недорогих субстратов. Ферменты в микробных клетках могут иметь как внутриклеточную локализацию, так и выделяться в окружающую среду. Последние более доступны для препаративного получения, поэтому в промышленных масштабах получают главным образом внеклеточные ферменты. Из описанных к настоящему времени более ферментов практическое значение имеют около 50.

Согласно современной классификации, все ферменты подразделяются на 6 классов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и линазы (синтетазы).

Негидролитические ферменты – оксидоредуктазы, лиазы, изомеразы и лигазы применяются сравнительно редко. Наиболее широкое применение получили микробные гидролазы, взаимодействующие с пептидами, гликозидами и другими соединениями с участием воды. Среди гидролаз – гликозидазы, протеиназы, липазы.

Гликозидазы катализируют гидролиз гликозидных соединений. Так, крахмал гидролизуют амилазы, продуцентами которых являются различные микроорганизмы (Bacillus, Aspergillus); декстраназа, взаимодействующая с гликозидными связями декстрана, синтезируется Penicillium purpurogenium; пуллоназа, гидролизующая пуллан, гликоген, декстрины, продуцируется бактериями Klebsiella; инвертаза синтезируется многими представителями рода Aspergillus; целлюлолитические ферменты, являющиеся сложным комплексом активных белков, воздействуют на различные участки молекулы целлюлозы. Фитопатогенные грибы Fusarium oxysporum, Erwinia образуют пектинолитические ферменты; анаэробные бактерии Clostridium felsineum продуцируют полигалактуроназу, пектинэстеразу. Очень разнообразны протеиназы, катализирующие разрыв пептидных связей белков с образованием пептидов и свободных аминокислот. Протеиназы различных микроорганизмов существенно различаются своими свойствами; среди продуцентов протеиназ – Aspergillus, Actinomyces, Clostridium, E.coli. Продуцентами липаз, осуществляющих гидролиз триацилглицеролов с образованием жирных кислот и глицерина, являются различные микроорганизмы (Aspergillus, Mucor, Rhizopus, Geotrichum, Candida). Фосфокиназы, синтезируемые бактериями Clostridium, Bacillus, расщепляют сложные связи между жирными кислотами, глицерином и фосфатидной кислотой.

История применения ферментов уходит корнями в далекое прошлое.

Некоторые ферменты, содержащиеся в природных растительных материалах, издавна использовались человеком для получения пива, спиртных напитков, производства хлеба и кисломолочных продуктов. Практика, основанная на коллективном опыте людей, намного опередила получение знаний и разработку научных основ для создания данных технологических процессов. Промышленная отрасль получения ферментных препаратов из природного растительного сырья стала зарождаться только в конце XIX столетия, а эра современной инженерной энзимологии насчитывает около 30 лет. Тем не менее, ферменты настолько широко вошли в нашу жизнь и настолько широко применяются в различных промышленных отраслях, что представить без них наше существование сегодня не представляется возможным. Промышленное получение и применение ферментов в различных технологических процессах составляет в настоящее время один из важнейших разделов новейшей биотехнологии.

Огромное значение ферменты имеют в различных отраслях пищевой промышленности. В хлебопечении амилазы ускоряют процесс созревания и улучшают качество теста; их используют также для получения растворимого крахмала, патоки, декстрина. Грибные амилазы заменяют солод, лактазу используют для удаления молочного сахара из молока; инвертазы сахаров, предупреждающие кристаллизацию сахарозы, применяют в кондитерской промышленности. Комплекс ферментов – цитаз, используют для более полной экстракции соков из плодов и овощей, а также получения эфирных масел. Грибные глюкозидазы, освобождая продукты от остаточных сахаров, удлиняют сроки их хранения. С помощью каталазы из продуктов удаляют перекиси водорода, целлюлазы применяют для осахаривания крахмала из картофеля и зерна, а также увеличения выхода агарагара из водорослей. Протеолитические ферменты микробного происхождения заменяют реннин в сыроделии. Липазы находят применение в производстве сухого молока и для ускорения созревания сыров.



Пектинолитические ферменты издавна применяются для обработки льносоломы и получения из нее волокна. Амилолитические ферменты используют для удаления клея из тканей (расшлифовка); некоторые протеиназы применяют для удаления серицина и высвобождения шелковых волокон из шелка-сырца; для обезжиривания волокон используют липазы.

В кожевенной промышленности при помощи протеолитических ферментов производят обезволашивание шкур и мягчение голья, ускоряют также процессы получения высококачественной шерсти. Ферментные препараты применяют в сельском хозяйстве при производстве кормов. Пектиназы и гемицеллюлазы повышают доступность и усвояемость кормов, ускоряют процессы силосования трудно- и несилосующихся зеленых кормов.

Все большее применение ферменты находят в тонком органическом синтезе в процессах получения различных сложных соединений (аминокислот, пептидов, нуклеотидов, полусинтетических антибиотиков), а также в медицине. Ряд ферментов применяют в так называемой «заместительной терапии» для восполнения имеющегося ферментативного дефицита. Так, препараты протеиназ используют для удаления некротических тканей в ходе лечения гнойных ран и ожогов. Бактериальную аспарагиназу, расщепляющую аспарагин, необходимый лейкозным клеткам, применяют при ряде злокачественных заболеваний. Препараты протеиназ (террилин и стрептокиназа) обладают тромболитическим действием и применяются для борьбы с тромбозами. Холестеринэстераза гидролизует холестерин, локализованный на внутренних стенках кровеносных сосудов.

Особое место занимают высокоочищенные ферменты, используемые в аналитике, микроанализе, биоэлектрокатализе.

Таким образом, объемы и спектр выпускаемых ферментов, а также области их применения расширяются с каждым годом.

Микроорганизмы, являющиеся источником для получения разнообразных ферментов, существенно различаются между собой по способности синтезировать данные биологически активные соединения. Эти различия проявляются как в ассортименте синтезируемых ферментов тем или иным микробным видом, так и в их активности и исходных свойствах. Ферменты – вещества белковой природы, поэтому в смеси с другими белками определить их не представляется возможным. Наличие фермента устанавливают по протеканию той реакции, которую катализирует фермент; количественное определение фермента проводят по величине образовавшегося продукта реакции либо по расходу исходного субстрата. Принята так называемая стандартная единица активности (E или U) – это количество фермента, которое катализирует превращение 1 микромоля субстрата в минуту при заданных стандартных условиях.

Выбор продуцента необходимого фермента сопряжен с проверкой активности огромного количества культур, приводящей к отбору наиболее активного продуцента. Природные штаммы обычно не синтезируют ферменты в избыточных количествах, так как процесс их синтеза находится под строгим генетическим контролем. Исключение составляют конститутивные ферменты, например ферменты гексозомонофосфатного пути, которые синтезируются в больших количествах в любых условиях роста.

Наряду с отбором наиболее активных штаммов-продуцентов ферментов из микробных коллекций или выделенных из природных источников, продуцирующих конститутивные ферменты, широко используют индуцибельные и репрессибельные ферменты, которые синтезируются клетками в результате изменения условий ферментации или генетического аппарата клетки. К индуцибельным относятся многие ферменты, имеющие коммерческую ценность.

Индукция – это универсальный контроль для катаболических путей.

Процесс ферментации с целью получения индуцибельных ферментов ведут в присутствии субстрата-индуктора. Так, для получения амилаз в среду вносят крахмал, рибонуклеазы – РНК, липаз – жиры, инвертазы – сахарозу и т.д. В результате способности синтезироваться индуцированно в ответ на заданный субстрат, возможно использование одной культуры для получения различных ферментов (табл. 3.1). Это свойство широко используется в промышленности для получения различных ферментов.

Репрессии синтеза фермента конечным продуктом можно избежать, не допуская накопления последнего. При выращивании ауксотрофных штаммов на средах с дефицитом факторов роста накопления конечного продукта не происходит, и фермент дерепрессируется. В результате этого активность целевого фермента удается повысить многократно (табл. 3.2). Дерепрессии синтеза ферментов можно добиться, выращивая частичный аукТаблица 3. Синтез протеолитических ферментов в глубинной культуре Actinomyces fradiae на средах с различными индукторами (по Р. В. Фениксовой, 1973) Дерепрессия биосинтетических ферментов при ограниченном питании ауксотрофов сотрофный организм, который медленно растет на минимальной среде. Но стимулируется ростовым фактором. Возможно получение конститутивных мутантов, которые не репрессируются конечным продуктом. Такие мутанты получают, адаптируя организмы к токсическому аналогу конечного продукта с последующей селекцией на устойчивость.

Многие ферменты, в основном катаболического индуцибельного типа, репрессируются при быстром росте клеток на легко утилизируемом субстрате. Для того чтобы избежать катаболитной репрессии, в среду не вносят репрессирующий субстрат, и применяют мутанты, устойчивые к катаболитной репрессии.

Выход ферментов можно увеличить также с помощью новейших методов биотехнологии. С помощью плазмид или трансдуцирующих фагов можно увеличить копийность генов, кодирующих синтез целевых ферментов. Усиление экспрессии генов возможно также в результате включения сильных промоторов в ДНК.



Pages:     | 1 |   ...   | 18 | 19 || 21 | 22 |   ...   | 49 |
 



Похожие работы:

«СПРАВКА о наличии учебной, учебно-методической литературы и иных библиотечно-информационных ресурсов и средств обеспечения образовательного процесса, необходимых для реализации заявленных к лицензированию образовательных программ Раздел 2. Обеспечение образовательного процесса учебной и учебно-методической литературой по заявленным к лицензированию образовательным программам Уровень, ступень образования, Число вид образовательной обучающихся, программы воспитаннико № Автор, название, место...»

«Мониторинг и анализ технологического развития России и мира №4, 4 кв. 2013 г. январь 2014 Исследование осуществлено в рамках программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ в 2014 году Содержание Технологические тренды в мире 1. Мировой технологический радар i. Мониторинг технологического развития в мире ii. Венчурные инвестиции iii. Технологические тренды в России 2. Технологический радар России i. Мониторинг технологического развития в России ii. Венчурные инвестиции в России iii. Новое в...»

«В настоящее время значительно увеличилось мировое нефтяное потребление. По данным международного энергетического агентства доля нефти в общем потреблении энергоресурсов составляет 43% (данные 2006 г.). Большая доля нефти в мировой энергетике и постоянный рост нефтяного потребления неизбежно ведет к увеличению производства, который подчиняется закону спроса и предложения. Добыча нефти сейчас и особенно в будущем все больше переходит на шельф, что неизбежно приводит к загрязнению морских...»

«1 Школьные конкурсные проекты предлагают простые энергетические решения для сохранения климата Всероссийский конкурс SPARE 2011-2012 учебного года в рамках шестого международного конкурса школьных проектов по энергоэффективности Энергия и среда обитания проводился под лозунгом Сохраним климат с помощью простых энергетических решений. Цель конкурса: внедрение идей и методов энергосбережения в обществе, создание у школьников мотивации для сбережения ресурсов и энергии. Конкурс поддерживается...»

«УТВЕРЖДАЮ Директор ИНЭИ РАН чл.-корр. РАН С.П.Филиппов 2013 г. ГОДОВОЙ ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ за 2013 г. Москва, 2014 Содержание I ПЕРЕЧЕНЬ ИССЛЕДОВАНИЙ 1 Программы фундаментальных исследований Президиума РАН 2 Программа фундаментальных исследований ОЭММПУ РАН № 2 (Постановление Президиума РАН от 13 декабря 2011 г. № 264) 3 Научно-исследовательские работы, финансируемые за счет федерального бюджета 4 Научно-исследовательские работы, финансируемые за счет внебюджетных...»

«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОНОСИТЕЛИ ПРЕДПРИЯТИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Специальность: 140104.65 – промышленная теплоэнергетика Санкт-Петербург Издательство СЗТУ 2011 -2Утверждено редакционно-издательским советом университета ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОНОСИТЕЛИ ПРЕДПРИЯТИЙ: учебно-методический комплекс ( информация о дисциплине, рабочие учебные материалы, информационные ресурсы дисциплины, блок контроля освоения дисциплины) / сост. А.Л. Васильченко, Н.А. Лобастов. СПб. Изд-во СЗТУ, 2012.- с....»

«ПРОФЕССОР КОЧО человек эпохи Киев 2013 УДК 001(092)(477)+929Кочо ББК 63.3(4Укр)6-8Кочо К 85 Крыжановский К. С. К 85 Профессор Кочо человек эпохи./ К. С. Крыжановский – К.: Издательство Сталь, 2013. – 58 с. ISBN 978-617-676-038-2 Исторический очерк посвящен юбилейной дате, 100 летию со дня рождения выдающегося украинского ученого, профессора, доктора технических наук, изобретателя, Валентина Степановича Кочо, основателя нового научного направления и академической школы подготовки специалистов...»

«2 СОДЕРЖАНИЕ КНИГА 1 СОСТАВ ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ВВЕДЕНИЕ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРЕДПРИЯТИИ. 2. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ. 2.1. ОБЩЕСТВЕННОЕ ПИТАНИЕ. МЕДИЦИНСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ 2.2. ПОТРЕБЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ ПРИ 2.3. ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБЪЕКТА (В ГОДОВОМ ИСЧИСЛЕНИИ) ОСНОВНЫЕ ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ 3. ПЕРЕВООРУЖЕНИЮ ПРЕДПРИЯТИЯ. ПОТРЕБНОСТЬ В СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛАХ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА. 14 3.1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗДЕЛИЙ ПРОГРАММЫ...»

«Пролог Ускориться можно даже на последней капле бензина. Правда, Маркус Вестерманн не догадывался, что эта капля – последняя. Он ехал по автостраде 80, только что оставив позади мост через расселину Сускеханна, и собирался всего лишь обогнать этот грузовик с прицепом, который полз перед ним с изматывающей нервы скоростью в сорок семь миль в час. Итак, он выехал на левую полосу. Шёл дождь. А он держал возле уха мобильный телефон. – Подождите, слышите? – крикнул он. – Не кладите трубку. Поверьте...»

«Кафедра безопасности жизнедеятельности УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ Основной образовательной программы для специальностей: 140203 “Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем”, 140204 “Электрические станции”, 140205 “Электроэнергетические системы и сети” и 140211 “Электроснабжение”. Благовещенск 2012 2 Печатается по решению редакционно-издательского совета инженерно-физического факультета Амурского государственного университета А.Б....»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.