Ферменты - биотехнологии

1 слайд:

Ферменты, или энзимы – это биологические катализаторы, обладающие способностью специфично влиять на многие химические превращения как в живой клетке, так и вне организма.

Ферменты работают при нормальных условиях (значение рН близко к нейтральной реакции среды, температура от 20 до 40 ºС) с высокой скоростью, обладают стереоспецифичностью, избирательностью (образуется небольшое количество побочных продуктов, один фермент, как правило, катализирует одну реакцию или группу реакций) и высокой эффективностью действия, сохраняют свои свойства вне клетки.

Ферменты – это высокомолекулярные вещества с молекулярной массой от 10000 до 1000000. Ферменты, как и другие белки, чувствительны к изменениям рН и температуры, т.е. реакции, катализируемые ферментами, протекают при строго определенных оптимальных диапазонах рН и температуры (при которых скорость ферментативной реакции максимальна). При изменениях рН и температуры, выходящих за пределы оптимума, скорость реакции снижается.

[pic 1]

2 слайд:

В настоящее время около 100 из 3000 известных ферментов применяются в производстве. Фармацевтическая промышленность выпускает примерно 50 ферментных лекарственных средств, представляющих собой индивидуальные ферменты или смеси.

Ферменты широко используют для заместительной терапии при лечении большого числа заболеваний. Амилазы, липазы, пепсин, трипсин и химотрипсин (в виде ферментных лекарственных средств и их комбинаций – фестал, панзинорм, мезим и др.) применяют для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта и печени.

Протеазы – для лечения злокачественных новообразований.

Плазмин (фибринолизин), стрептокиназу, стрептодеказу, урокиназу, целиазу – для растворения тромбов в кровеносных сосудах.

3-галактозидазу – для восстановления способности к усвоению молочных продуктов у людей, страдающих недостаточностью этого фермента в желудочно-кишечном тракте.

Эластаза задерживает развитие атеросклероза.

Изменение уровня активности определенного фермента или соотношения его множественных форм и изоферментов позволяет проводить диагностику заболевания того или иного органа (энзимодиагностика). Например, повышение в сыворотке крови активности фруктозо-1,6-дифосфатальдолазы свидетельствует об инфекционном гепатите, раке печени, инфаркте миокарда; повышение в плазме крови активности креатинкиназы – о мышечной дистрофии, а возрастание активности аланинаминотрансферазы – о болезнях печени и т.д.

3 слайд:

Источниками для крупномасштабного выделения ферментов служат организмы, в которых содержание требуемого фермента составляет не менее 1%. К ним относятся бактерии, некоторые растения (проростки злаков, бобовых), отдельные ткани и органы животных (слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта).

Однако с точки зрения технологии получения и по экономическим соображениям выгоднее получать ферменты с помощью микроорганизмов, которые продуцируют более двух тысяч ферментов в больших количествах за короткое время с использованием дешевых исходных веществ.

Амилазы продуцируются различными микроорганизмами (Bacillus, Aspergillus); декстраназа синтезируется Penicillium purpurogenium; инвертаза синтезируется многими представителями рода Aspergillus.

Среди продуцентов протеиназ встречаются Aspergillus, Actinomyces, Clostridium и E. coli. Продуценты липаз – микроорганизмы (Aspergillus, Mucor, Rhizopus, Geotrichum, Candida).

При культивировании микроорганизмов, продуцирующих ферменты, имеет место катаболическая репрессия (глюкозный эффект) – подавление синтеза многих ферментов (α-амилазы, целлюлазы, глюкоамилазы, инвертазы) легкоусвояемыми углеводами (глюкозой, фруктозой, маннозой и т.п.).

Синтез ферментов, катализирующих превращение азотсодержащих субстратов, репрессируется ионами аммония и быстроусвояемыми аминокислотами. В анаэробных условиях аминокислоты индуцируют синтез декарбоксилаз.

Большая концентрация мочевины индуцирует синтез уреазы, введение в среду аргинина – аргиназы. Источниками органического азота для культуральных сред при получении ферментов служат пептон, триптон, дрожжевой экстракт, гидролизат казеина и их смеси.

4 слайд:

Биотехнологическое производство ферментов реализуется двумя способами: поверхностным и глубинным.