Биотехнологические производства с использованием ферментов микроорганизмов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТИТЕТ

Биологический факультет

Кафедра биомедицины

 

 

Реферат

На тему:

Ферменты микроорганизмов

 

 

Выполнил:

Студент 41 группы

Кравченко П.Н.

Проверил:

Белякова М.Б.

 

Тверь, 2006 г.

Содержание

Содержание..................................................................................................... 1

Введение.......................................................................................................... 3

Биотехнологические производства с использованием ферментов микроорганизмов.......................................................................................................................... 5

1. Получение глюкозо-фруктозных сиропов.............................................. 5

2. Получение L-аминокислот....................................................................... 7

3. Получение L-аспарагиновой кислоты..................................................... 9

4. Получение L-яблочной кислоты.............................................................. 9

5. Получение безлактозного молока......................................................... 10

6. Получение сахаров из молочной сыворотки........................................ 11

7. Получение 6-аминопенициллановой кислоты....................................... 12

ФЕРМЕНТАТИВНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В САХАРА..... 13

Целлюлолитические микроорганизмы и ферменты.................................. 13

Выводы.......................................................................................................... 15

Список литературы....................................................................................... 16

Введение

Истоки современной биотехнологии уходят глубоко в прошлое. С незапамятных времен получали пищевые продукты и улучшали их качество с использованием биологических процессов и агентов. В качестве биологических агентов применялись различные организмы (от животных до микроорганизмов) На этом принципе основаны общеизвестные древнейшие способы получения молока, изготовления вин, уксуса, пивоварения, сыроделия, хлебопечения и т. д.

Хотя история пищевых технологий насчитывает тысячелетия, тем не менее совершенствование их постоянно продолжается. В последнее время наметились перспективы принципиального сдвига в технологии получения и улучшения качества пищевых продуктов. Это связано с переходом от использования целых биологических организмов на клеточный и молекулярный уровни. Появилась возможность конструировать биологические агенты, изменять структуру молекул, «резать» их на части и соединять по усмотрению исследователя-биотехнолога, извлекать биокатализаторы из естественного клеточного окружения и присоединять с помощью ковалентных или других связей к специальным носителям (тем самым опять-таки изменять структуру молекул) и т.д. В этом и заключается главное и принципиальное отличие традиционных пищевых технологий и их традиционного научного фундамента от современной биотехнологии. Следует, впрочем, иметь в виду, что четкую грань между технической биохимией и биотехнологией провести достаточно трудно.

Может возникнуть вопрос, почему в разделе, посвященном промышленным процессам инженерной энзимологии, речь идет в основном о получении пищевых продуктов. Дело в том, что иммобилизованные ферменты и клетки в основном используют в получении пищевых продуктов и в меньшей степени фармацевтических препаратов. Такое ограничение вызвано весьма малой доступностью (в широких масштабах) ферментов, способных катализировать реакции технологической значимости, на­пример, в органической или неорганической химии, нефтехимии, полимерной химии, фармацевтической промышленности и т. д. Напротив, традиционное использование растворимых ферментов в пищевой промышленности создало определенный фундамент для дальнейшего совершенствования методов в этой области.

 

Биотехнологические производства с использованием ферментов микроорганизмов

К настоящему времени семь процессов с использованием иммобилизованных ферментов или клеток нашли крупномасштаб­ное промышленное применение в ряде развитых стран мира:

1. Производство глюкозо-фруктозных сиропов и фруктозы из глюкозы.

2. Получение оптически активных L-аминокислот из их рацемических смесей.

3. Синтез L-аспарагиновой кислоты из фумаровой кислоты.

4. Синтез L-яблочной кислоты из фумаровой кислоты.

5. Производство диетического безлактозного молока.

6. Получение Сахаров из молочной сыворотки.

7. Полу­чение 6-аминопенициллановой кислоты (пенициллинового ядра) из обычного пенициллина (пенициллина G) для последующего производства полусинтетических антибиотиков пенициллинового яда.

Получение L-аминокислот

Аминокислоты — главный строительный материал организма, из которого формируются пептиды и белки. Растения и микро­организмы способны сами синтезировать все нужные им амино­кислоты из более простых химических соединений. Однако чело­веческий организм способен синтезировать лишь 12 из 20 амино­кислот, необходимых ему для жизнедеятельности. Остальные 8 аминокислот получили название незаменимых и должны по­ступать в организм извне — с пищей. При нехватке хотя бы од­ной из незаменимых аминокислот замедляется рост организма, проявляется патология. Поэтому важно синтезировать эти ами­нокислоты в промышленных масштабах для корректировки рационов питания, в лечебных и профилактических целях и т. д. Кроме того, аминокислоты (как заменимые, так и незаменимые) являются важнейшим сырьем для обеспечения многих биотехно­логических процессов.

Производство многих аминокислот, в том числе и незаме­нимых, —крупнотоннажная отрасль химической промышленности. Однако с помощью химических методов получается смесь опти­ческих изомеров аминокислот, иначе говоря, смесь L- и D- аминокислот, молекулы которых в L- и D-форме представляют собой зеркальные изомеры. В химических реакциях эти изомеры прак­тически неразличимы, однако человеческий организм усваивает лишь L-аминокислоты (за исключением метионина). Для боль­шинства биотехнологических процессов D- аминокислоты также не представляют ценности.

Разделение смеси L- и D- аминокислот, так называемой ра­цемической смеси, на составляющие их изомеры стало первым процессом в мире, осуществленным с помощью иммобилизован­ных ферментов на промышленном уровне. Этот процесс был реализован в Японии на предприятии, принадлежащем компании «Танабе Сейяку» в 1969 г. В течение 15 предшествующих лет данный процесс проводился с применением растворимого фермента аминоацилазы, но он был недостаточно экономичен. После перехода на иммобилизованную аминоацилазу экономическая эффективность процесса возросла в полтора раза, и в настоящее время компания осуществляет на промышленном уровне производство пяти L-аминокислот, из них четыре незаменимые (метионин, валин, фенилаланин, трипто­фан).

В качестве исходного вещества используются ацилированные D, L-аминокислоты, полученные с помощью обычного химиче­ского синтеза. Фермент аминоацилаза гидролизует один ацил-L-изомер, отщепляя от него объемную ацильную группу, и тем са­мым резко увеличивая растворимость образующейся L-амино­кислоты по сравнению с присутствующим в реакционной системе ацил-Д-изомером. После этого вещества легко отделяются друг от друга путем известных физико-химических методов. Так выделяется чистая L-аминокислота.

Остающаяся ацил-О-аминокислота при нагревании рацеми-зуется, т. е. переходит опять в смесь ацилированных D, L-амино­кислот, и процесс повторяют сначала. Таким образом, в итоге единственным продуктом является L-аминокислота. Оказалось, что для аминоацилазы не имеет значения, какую аминокислоту ей гидролизовать, важно лишь строение ацильной части, к кото­рой фермент имеет строгую специфичность. В результате этого одна и та же реакционная колонна с иммобилизованной амино-ацилазой может быть применена в производстве самых различ­ных L-аминокислот.

Иммобилизованный фермент легко готовить, так как он легко адсорбируется на специальной смоле, которую затем помещают в реакционную колонну. Время полуинактивации иммобилизо­ванного фермента в промышленных условиях составляет 65 сут. Когда активность катализатора падает ниже нормы, в колонну добавляют раствор свежего фермента (раз в несколько месяцев), который опять адсорбируется на носителе. Устойчивость поли­мерного носителя высокая; так, на предприятии японской ком­пании «Танабе Сейяку» он используется более 8 лет в одной и той же колонне без замены (I. Chibata, 1978).

 

 

Выводы

Благодаря высокой скорости роста, сравнительно простому строению клеток и несложной структуре генетического аппарата бактерии стали од­ним из наиболее удобных объектов в биохимических исследованиях низ­ших организмов. Многие бактериальные культуры хорошо известны как активные продуценты внеклеточных гидролаз и применяются при про­мышленном получении ферментов. Практическое использование бактери­альных ферментов в значительной степени способствовало интенсификации исследований по изучению условий их продуцирования, а также локализа­ции.

Список литературы

 

1. Безбородов А.М., Астапович Н.И. Секреция ферментов у микроорганизмов. – М.: 1984 г.

2. Биотехнология: Учебное пособие для ВУЗов в 8 кн./ под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова. Кн. 7: Иммобилизованные ферменты. – М.: 1987 г.

3. Биотехнология: Учебное пособие для ВУЗов в 8 кн./ под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова. Кн. 8: Инженерная энзимология. – М.: 1987 г.

4. В.М. Богданов, Р.С. Баширова и др. Техническая микробиология пищевых продуктов. – М.: 1968 г.

5. С. Прескотт, С. Дэнс Техническая микробиология. – М.: 1952 г.

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТИТЕТ

Биологический факультет

Кафедра биомедицины

 

 

Реферат

На тему:

Ферменты микроорганизмов

 

 

Выполнил:

Студент 41 группы

Кравченко П.Н.

Проверил:

Белякова М.Б.

 

Тверь, 2006 г.

Содержание

Содержание..................................................................................................... 1

Введение.......................................................................................................... 3

Биотехнологические производства с использованием ферментов микроорганизмов.......................................................................................................................... 5

1. Получение глюкозо-фруктозных сиропов.............................................. 5

2. Получение L-аминокислот....................................................................... 7

3. Получение L-аспарагиновой кислоты..................................................... 9

4. Получение L-яблочной кислоты.............................................................. 9

5. Получение безлактозного молока......................................................... 10

6. Получение сахаров из молочной сыворотки........................................ 11

7. Получение 6-аминопенициллановой кислоты....................................... 12

ФЕРМЕНТАТИВНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В САХАРА..... 13

Целлюлолитические микроорганизмы и ферменты.................................. 13

Выводы.......................................................................................................... 15

Список литературы....................................................................................... 16

Введение

Истоки современной биотехнологии уходят глубоко в прошлое. С незапамятных времен получали пищевые продукты и улучшали их качество с использованием биологических процессов и агентов. В качестве биологических агентов применялись различные организмы (от животных до микроорганизмов) На этом принципе основаны общеизвестные древнейшие способы получения молока, изготовления вин, уксуса, пивоварения, сыроделия, хлебопечения и т. д.

Хотя история пищевых технологий насчитывает тысячелетия, тем не менее совершенствование их постоянно продолжается. В последнее время наметились перспективы принципиального сдвига в технологии получения и улучшения качества пищевых продуктов. Это связано с переходом от использования целых биологических организмов на клеточный и молекулярный уровни. Появилась возможность конструировать биологические агенты, изменять структуру молекул, «резать» их на части и соединять по усмотрению исследователя-биотехнолога, извлекать биокатализаторы из естественного клеточного окружения и присоединять с помощью ковалентных или других связей к специальным носителям (тем самым опять-таки изменять структуру молекул) и т.д. В этом и заключается главное и принципиальное отличие традиционных пищевых технологий и их традиционного научного фундамента от современной биотехнологии. Следует, впрочем, иметь в виду, что четкую грань между технической биохимией и биотехнологией провести достаточно трудно.

Может возникнуть вопрос, почему в разделе, посвященном промышленным процессам инженерной энзимологии, речь идет в основном о получении пищевых продуктов. Дело в том, что иммобилизованные ферменты и клетки в основном используют в получении пищевых продуктов и в меньшей степени фармацевтических препаратов. Такое ограничение вызвано весьма малой доступностью (в широких масштабах) ферментов, способных катализировать реакции технологической значимости, на­пример, в органической или неорганической химии, нефтехимии, полимерной химии, фармацевтической промышленности и т. д. Напротив, традиционное использование растворимых ферментов в пищевой промышленности создало определенный фундамент для дальнейшего совершенствования методов в этой области.

 

Биотехнологические производства с использованием ферментов микроорганизмов

К настоящему времени семь процессов с использованием иммобилизованных ферментов или клеток нашли крупномасштаб­ное промышленное применение в ряде развитых стран мира:

1. Производство глюкозо-фруктозных сиропов и фруктозы из глюкозы.

2. Получение оптически активных L-аминокислот из их рацемических смесей.

3. Синтез L-аспарагиновой кислоты из фумаровой кислоты.

4. Синтез L-яблочной кислоты из фумаровой кислоты.

5. Производство диетического безлактозного молока.

6. Получение Сахаров из молочной сыворотки.

7. Полу­чение 6-аминопенициллановой кислоты (пенициллинового ядра) из обычного пенициллина (пенициллина G) для последующего производства полусинтетических антибиотиков пенициллинового яда.