Курс лекций по биотехнологии - часть 28

 

  Главная      Учебники - Разные     

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 



 

 

содержание   ..  26  27  28  29   ..

 

 

Курс лекций по биотехнологии - часть 28

 

 

 

217

кислород  через  дыхательную  цепь;  потребление  кислорода  происходит 

стехиометрически.  Биотрансформация  гидрокортизона  в  преднизолон 

осуществляется  штаммами Mycobacterium globiforme, дегидрогеназы 

которых  обладают  широкой  субстратной  специфичностью,  что  позволяет 

получать целевые продукты с высоким количественным выходом - до 85 %.. 

Поэтому  данный  процесс  экономически  выгоден  и  в  целом  обеспечивает 

рентабельность производства. 

Возможны  случаи,  когда  для  биотрансформации  требуются  смешанные 

культуры или последовательное добавление микробных штаммов или видов, 

каждый  из  которых  строго  индивидуален  в  осуществлении  каждой 

специфической  стадии.  Значительный  эффект  биотрансформации  связан  с 

использованием  иммобилизованных  клеток  (более  стабильных,  чем 

ферменты  или  клеточные  культуры).  В  пользу  данного  метода  говорит  тот 

факт,  что  участвующие  в  этом  процессе  ферменты - дегидрогеназы 

представлены довольно лабильными белками, выделение и очистка которых 

является  трудоемкой  и  дорогой  процедурой.  Кроме  того,  интактные  клетки 

микроорганизмов обладают более совершенными защитными механизмами и 

возможностью  регенерировать  кофакторы  необходимые  для  проведения 

ферментативных реакций. Также этот метод позволяет положительно решать 

проблемы, связанные с нерастворимостью стероидных субстратов. Наконец, 

данный 

метод 

дает 

возможность 

многократного 

использования 

иммобилизованных  клеток  с  применением  последующей  автоматизации 

процесса,  что  в  конечном  итоге  приводит  к  значительному  уменьшению 

затрат на выделение и очистку продуктов реакции. К методам применяемой 

иммобилизации 

относятся 

адсорбция, 

ковалентное 

связывание, 

микрокапсулирование, а также включение в различные полимеры. Например, 

включение в альгинатные гели относится к мягким методам иммобилизации, 

то  есть  клетки  после  иммобилизации  остаются  жизнеспособными  и  могут 

осуществлять  полиферментные  процессы.  Положительным  качеством  геля 

 

218

является возможность размножения в нем клеток, а также его способность к 

растворению  при  изменении  рН  и  температуры,  что  позволяет  выделять 

жизнеспособные клетки. 

В  заключение  необходимо  отметить,  что  в  промышленном  производстве 

стероидных  препаратов  биотехнологические  методы  имеют  конкретные 

преимущества перед методами химического синтеза:  

-  возможность  проведения  реакций,  практически  недоступных  для  методов 

химического синтеза; 

-  превращение  субстрата  в  биологически  активную  форму  соединения  в 

течение  одной  стадии  процесса  (в  отличие  от  многостадийного  и  весьма 

затратного химического синтеза); 

- удобство, экономичность и экологичность производства. 

8.2.    Витамины 

   Витамины  представляют  собой  низкомолекулярные  органические 

соединения, необходимые для жизнедеятельности организма, синтез которых 

в  организме  либо  ограничен,  либо  отсутствует.  Не  подлежит  сомнению 

исключительно высокая биологическая активность витаминов. Потребность в 

них  для  организма  человека  вполне  достаточна  в  очень  небольших 

количествах  (от  нескольких  микрограммов  до  нескольких  десятков 

миллиграммов  в  день).  Они,  не  являясь  пластическим  материалом  или 

источником  энергии,  в  тоже  время  активно  выступают  в  роли 

биокатализаторов различных метаболических процессов в организме. Почти 

все  водорастворимые  витамины,  а  также  жирорастворимый  витамин  К, 

являются  коферментами  или  кофакторами  биохимических  реакций. 

Витамины А, Д, Е осуществляют регуляцию генетического аппарата клетки. 

Помимо  этого,  абсолютно  каждому  витамину  свойственна  своя, 

специфическая  функция  в  организме.  Все  это  говорит  о  том,  что  витамины 

незаменимы для жизнедеятельности организма. 

 

219

В 

современных 

социально-экономических 

условиях 

вследствие 

индустриализации  и  достижений  цивилизации,  человек  изменил  характер 

питания  и  стал  употреблять  много  рафинированных  и  консервированных 

продуктов,  обладающих  меньшей  витаминной  ценностью.  В  качестве 

примера,  можно  привести  муку  высших  сортов,  при  производстве  которой 

теряется  до 80-90% всех  витаминов.  Другой  пример,  при  операции 

экстрагирования,  дезодорирования  и  осветления  растительных  масел, 

разрушаются жирорастворимые витамины. Витамины А, Е, К и каротин хотя 

и достаточно устойчивы к термообработке, но весьма чувствительны к свету 

и кислороду воздуха. 

Для  стран  со  слабо  развитой  экономикой  дефицит  витаминов  приобретает 

массовое  явление  вследствие  достаточно  низкого  прожиточного  минимума 

для  большинства  населения  этих  стран,  одновременно  с  этим  снижается 

качество  питания  из-за  отсутствия  в  нем  свежих  овощей,  фруктов,  мяса, 

рыбы. 

Широкое  распространение  полигиповитаминозов,  снижение  резистентности 

организма  к  болезнетворным  микроорганизмам,  сопровождающееся  

вредными 

экологическими 

факторами 

(радиация, 

канцерогены, 

промышленные  токсины) - все  это  повышает  роль  витаминов  в 

профилактической  и  лечебной  работе  врачей,  поэтому  в  экономически 

развитых  странах  стали  реализовываться  государственные  программы 

искусственной витаминизации пищевых продуктов (мука, хлеб, молоко, соки 

и др.) 

В  основе  классификации  витаминов  (табл.11)  находятся  их  физико-

химические  свойства,  в  соответствии  с  которыми  все  витамины  делят  на 2 

группы: водорастворимые и жирорастворимые  

 

220

Табл.11. 

Классификация витаминов. 

Буквен

ные 

обозна

чения 

Химическое 

название 

Активная форма витамина 

Лечебный 

эффект 

Водорастворимые витамины 

В 

1

 

Тиамин 

Тиаминпирофосфат 

(ТПФ), 

кокарбоксилаза, 

тиаминтрифосфат (ТТФ) 

Антинев- 

ритный 

В 

2

 

Рибофлавин  ФМН,ФАД 

Витамин 

роста 

В 

3

 

Пантотено- 

вая кислота 

КоА-SH,  дефосфоКоА, 4-

фосфопантетеин 

Антидер- 

матитный 

В

5

 (РР)  Ниацин 

НАД 

+

 и НАДФ

+

 

Антипел- 

лагрический 

В 

6

 

Пиридоксин  Пиридоксальфосфат, 

пиридоксаминофосфат 

Антидер- 

матитный 

В 

12

 

Кобаламин  Метилкобаламин, 

дезоксиаденозинкобаламин 

Антиане- 

мический 

С 

Аскорбино- 

вая кислота 

Аскорбиновая 

и 

дегидроаскорбиновая 

кислоты 

Антискор-

бутный, 

регулятор 

метаболичес- 

ких 

процессов, 

иммуности-

мулятор 

 

221

Жирорастворимые витамины 

А 

Ретинол 

Ретинол/ретиналь 

Антиксе- 

рофталь- 

мический 

Д 

Кальцифе- 

рол 

 

Антирахити-

ческий 

Е 

Токоферол 

α-,  β-,  γ-,  δ-  токоферолы, 

токотриенолы 

Анти-

оксидантный 

К 

Филохинон  Дифарнезилнафтохинон 

Антигемор- 

рагический 

 

Известно,  что  водорастворимые  витамины  в  тканях  не  накапливаются  (за 

исключением витамина В

12

) , из чего следует необходимость их ежедневного 

поступления  в  организм.  Что  касается  жирорастворимых  витаминов,  то  они 

имеют способность накапливаться в тканях, поэтому их недостаточность или 

дефицит  встречаются  реже.  Также  для  них  не  свойственна  и  коферментная 

функция  (кроме  витамина  К).  Интересно  то,  что,  выполняя  функцию 

индукторов  синтеза  белков,  представители  жирорастворимых  витаминов 

проявляют  сходство  со  стероидными  гормонами,  особенно  это  имеет 

отношение  к  витамину  Д.  И,  наконец,  все  жирорастворимые  витамины 

являются  структурными  компонентами  клеточных  мембран,  проявляя 

антиоксидантное действие. 

Обращаясь  к  источникам  витаминов,  можно  сказать,  что  приоритет  в  этом 

случае  остается  за  растениями.  Не  секрет,  что  на  содержание  витаминов  в 

пищевых  продуктах  существенно  влияет  тот  или  иной  сезон  календарного 

года  и  кулинарная  обработка,  что  опять  нас  возвращает  к  вопросу 

организации рационального и сбалансированного питания. 

Научные  исследования  последних  лет  показали  не  только  высокую 

биологическую  активность  витаминов,  но  и  то,  что,  как  правило,  этой 

 

222

активностью  обладают  не  сами  витамины,  а  их  производные - коферменты, 

которые нашли широкое применение в медицинской практике. 

Если  говорить  о  производстве  основной  части  витаминной  продукции,  то 

ведущее  положение  здесь  занимают  химические  методы,  но  в  ряде 

производств в качестве их полноправного конкурента как в нашей стране, так 

и  за  рубежом,  выступают  биотехнологические  методы,  использование 

которых  более  предпочтительно  в  связи  с  ужесточением  экологических 

требований  к  фармацевтическому  производству.  Кроме  того,  при 

применении  биотехнологических  методов  появляются  возможности 

сокращения  части  стадий  химического  синтеза,  за  счет  использования 

высокоактивных 

штаммов 

микроорганизмов-продуцентов. 

Например, 

производство витаминов В

12

, В

2

, В

и Д (эргостерина) осуществляется в одну 

стадию.  Также  микроорганизмы  нашли  свое  применение  и  в  синтезе 

витамина С, убихинонов, каротиноидов. 

Витамин В

12

 (кобаламин). 

 

В настоящее время производство витамина В

12

 в мире осуществляется чисто 

биотехнологическими  методами.  Витамины  группы  В

12 

являются 

производными 

внутреннего 

кобальтового 

комплекса 

нуклеотида 

бензимидазола  и  макроциклической  корриновой  системы.  Способность 

синтезировать  соединения  корриноидной  природы  широко  распространена 

среди  прокариотических  микроорганизмов.  Так,  некоторые  мутантные 

 

223

штаммы  пропионовых  бактерий  из  рода Propionibacterium способны 

продуцировать свыше 50 мг витамина В

12

 на 1 литр среды, а в присутствии 

его  предшественника 5,6-диметилбензимидазола (5,6-ДМБ)  способны 

накапливать  до 200 мг  на 1 литр  культуральной  жидкости.  Культивируют 

продуценты  витамина  В

12

  на  средах  приготовленных  из  пищевого  сырья 

(кукурузный  и  мясной  экстракты,  соевая  и  рыбная  мука).  Однако,  в 

настоящее время успешно ведется поиск активных продуцентов, образующих 

достаточное  количество  витамина  на  средах  из  непищевого  сырья,  когда  в 

качестве источника углерода и энергии используются изопропиловый спирт, 

метанол  и  др.  Выращивание  пропионовых  бактерий  производится 

периодическим  методом  в  анаэробных  условиях  на  среде,  содержащей 

помимо пищевого сырья также глюкозу, соли кобальта и сульфат аммония. В 

процессе  ферментации  образуются  кислоты,  которые  затем  нейтрализуют, 

непрерывно  подавая  в  ферментер  раствор  щелочи.  Через 72 часа  после 

начала ферментации в питательную среду вносят предшественник (5,6-ДМБ), 

так  как  без  добавления  последнего  вместо  витамина  В

12 

синтезируется 

фактор  В  (кобинамид)  и  не  обладающий  терапевтическим  эффектом 

псевдовитамин В

12

, у которого азотистым основанием служит аденин. Общее 

время  ферментации - 6 суток.  После  её  окончания  витамин  В

12 

остается  в 

клетках бактерий, то есть в биомассе, которую далее сепарируют и целевой 

продукт экстрагируют подкисленной водой. Здесь необходимо отметить, что 

в  качестве  новых  перспективных  разработок  создан  высокопродуктивный 

штамм Propionibacterium ari, способный  в  отличие  от  ранее  известных 

подуцентов,  выделять  витамин  В

12

  в  культуральную  среду.  Для 

предотвращения образования коферментной формы витамина В

12

 в качестве 

стабилизатора добавляют нитрит натрия. Далее следуют стандартные стадии 

выделения  и  очистки,  поэтому  подробно  на  них  останавливаться  не  будем. 

Полученный 

продукт 

используется 

для 

изготовления 

различных 

 

224

лекарственных  форм  препарата  и  в  производстве  поливитаминных 

препаратов.  

Витамин В

2

 (рибофлавин). 

 

Биосинтез  флавинов  осуществляется  как  растительными,  так  и  многими 

бактериальными  клетками,  а  также  плесневыми  грибами  и  дрожжами. 

Благодаря  именно  микробному  биосинтезу  рибофлавина  в  желудочно-

кишечном  тракте  жвачные  животные  не  нуждаются  в  этом  витамине.  У 

человека  синтезирующихся  флавинов  недостаточно  для  предупреждения 

гиповитаминоза. Что касается свойств витамина В

2 ,

то он хорошо растворим 

в  воде,  устойчив  в  кислой  среде,  но  легко  разрушается  в  нейтральной  и 

щелочной среде, а также под действием УФ-облучения. Для этого витамина 

характерно 

функционирование 

в 

коэнзимных 

формах: 

флавиномононуклеотид  (ФМН)  и  флавиноадениндинуклеотид  (ФАД) 

Именно на примере выделения рибофлавина в культуральную жидкость было 

открыто явление сверхсинтеза. При промышленном получении рибофлавина 

используют  культуры  дрожжеподобных  грибов Eremothecium ashbyii и 

Ashbya gossipii, синтезирующих  до 3,8 г/л  и 6,4 г/л  рибофлавина 

соответственно. Однако серьёзным недостатком этих культур является их не 

стабильность при хранении на твердых средах во всем диапазоне температур 

- от комнатной до температуры лиофилизации, в результате чего они теряют 

способность  к  сверхсинтезу  рибофлавина.  Поэтому  для  сохранения 

активности штамма приходится систематически проводить рассев на твердые 

среды,  отбирая  колонии  с  высокой  активностью.  Сейчас  вместе  с 

вышеуказанными культурами при промышленном получении рибофлавина в 

помощью  методов  используется  мутантный  штамм  продуцент - Bacillus 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  26  27  28  29   ..