Курс лекций по биотехнологии - часть 30

 

  Главная      Учебники - Разные     

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 



 

 

содержание   ..  28  29  30  31   ..

 

 

Курс лекций по биотехнологии - часть 30

 

 

 

233

делать  или  по  медицинским  показаниям,  или  в  силу  каких-либо 

соображений,  когда  человек  питается  только  растительной  пищей 

(растительными  белками).  Эту  пищу  можно  оптимизировать  и  улучшить  её 

питательные свойства, сбалансировав её по аминокислотному составу, путем 

добавления  туда  лизина,  треонина,  метионина  (например,  в  пищу  для 

вегетарианцев).  Помимо  того,  что  аминокислоты  имеют  огромное  значение 

для  нашей  пищи,  они  также  широко  используются  и  в  традиционной 

клинической практике. (табл.2) 

Таблица 2.  Моно и комплексные лекарственные препараты на основе 

                    аминокислот

Название   

   Действие 

Применение 

 

 

 

 

  глицин 

 

Обладает 

ноотропным 

и 

седативным 

эффектом; 

снижает 

проявления 

абстиненции 

у 

больных 

алкоголизмом. 

в  клинике  нервных  и 

психических  заболеваний; 

в 

наркологии - для 

стимуляции 

умственной 

деятельности 

(некоторые 

студенты 

проводят 

терапию  глицином  перед 

экзаменами). 

 

 

 

 

 

 

 

 

глутамин 

обеспечивает 

формирование 

высших психических функций; 

участвует  в  многообразных 

реакциях  переаминирования, 

т.е. 

обеспечивает 

синтез 

других 

заменимых 

аминокислот); 

активно 

связывает  образующиеся  в 

процессе 

метаболических 

реакций 

ионы 

аммония, 

в  клинике  нервных  и 

психических  заболеваний, 

а  также  при  задержке 

умственного  развития  у 

детей;  входит  в  состав 

комплексных 

препаратов 

для  профилактики  стресса, 

например, 

препарат 

глутамивит 

наряду 

с 

витаминами 

и 

 

234

которые  являются  токсичными 

и  накопление  их  в  клетках 

головного 

мозга 

вызывает 

процесс возбуждения. 

микроэлементами, 

содержит 

также 

и 

глутаминовую кислоту. 

 

 

 

 

 

метионин 

является  донором  метильной 

группы 

в 

различных 

биохимических  реакциях.  В 

частности, 

при 

участии 

метионина 

осуществляется 

синтез  холина  (соединение 

входящее  в  состав  клеточных 

мембран)  из  жиров;  обладает 

липотропным  и  гепатропным 

эффектом 

при  циррозах  и  гепатитах 

печени  (не  рекомендуют 

применять  при  вирусных 

формах  гепатита  в  острой 

фазе); лицам  

преклонного  возраста,  у 

которых имеются признаки 

атеросклероза 

цистеин 

приостанавливает    процесс 

помутнения хрусталика 

в 

начальных 

стадиях 

развития катаракты; входит 

в  состав  глазных  капель  -  

витайодурол и др. 

тимоген 

иммуностимулирующее;  

усиливает 

неспецифическую 

резистентность организма. 

для  стимуляции  репара 

тивных  процессов  после 

тяжелых  травм  (в  т.ч. 

переломов костей)  

 

 

Церебро- 

лизин 

регулирует 

процессы 

регенерации в головном мозге 

после  травм  головного 

мозга; 

инсультов 

и 

ишемического  голодания 

головного  мозга;  а  также 

при  задержке  умственно- 

го развития у детей 

 

корректор 

метаболизма  при артритах и артрозах 

 

235

румалон 

костной и хрящевой ткани 

 

 

раверон 

регулирует  обмен  веществ  в 

предстательной железе 

воспалительные  болезни  и 

гиперплазия 

предстательной железы 

Эмбрио- 

бласт 

усиливает 

метаболические 

процессы 

для 

профилактики 

и 

коррекции 

возрастных 

изменений  кожи  лица  и 

шеи 

Препарат 

NCTC-109 

создаёт  благоприятную  среду 

для метаболических процессов 

для  ускорения  заживления 

и  восстановления  кожных 

покровов. 

 

 

 

 

Перечень  препаратов  на  основе  аминокислот  и  их  комплексов 

постоянно  растет  и  расширяется.  Очень  хорошую  перспективу  для 

успешного  развития  имеют  препараты  для  парентерального  питания 

содержащие  комплексы  аминокислот.  Они    назначаются  в  случаях,  когда 

питание «естественным» образом противопоказано, так как оно стимулирует 

секрецию  пищеварительных  желез.  Например,  при  остром  панкреатите 

человек не должен ни пить, ни есть, поскольку любая стимуляция секреции 

может привести к самоперевариванию поджелудочной железы.  

Тенденция  сегодняшнего  дня - это  использование  препаратов,  содержащих 

весь  комплекс  аминокислот  (или,  по  меньшей  мере 18-ть  из  них),  то  есть  в 

оптимальном для человеческого организма соотношении.  В  основном,  это 

импортные  препараты:  аминоплазмаль,  кетостерил,  валин  (Германия); 

аминостерил  КЕ(Финляндия);  аминосол  (Югославия).  Некоторые  из  этих 

препаратов  помимо  аминокислот,  содержат  также  глюкозу  и  витамины. 

Соотношение аминокислот в них оптимальное и, в зависимости от возраста, в 

организме  человека  синтезируются  белки  соответствующего  состава, 

например,  для  детей - аминокислотный  состав  у  этих  препаратов 

 

236

приближается к таковому у грудного молока матери; у взрослых -  несколько 

иной состав.  

В настоящее  время  установлено, что  в любом органе  и ткани  имеются свои 

пептиды (соединения состоящие из небольшого количества аминокислотных 

остатков),  которые  образуются  и  выделяются  при  их  разрушении  и,  как 

правило, стимулируют процессы регенерации в этих тканях. В  соответствии 

с этим, из того или иного органа животных готовят экстракты, и на их основе 

производят  лекарственные  препараты,  которые  используются  для  терапии 

заболеваний этих органов. Общим для всех этих препаратов является то, что 

действующим началом у них являются пептиды. В частности, в препарате на 

основе тимуса – тимогене, таким действующим началом является глутамил-

триптофан  (дипептид  состоящий  из  глутаминовой  кислоты  и  триптофана). 

Аминокислоты  также  входят  в  состав  комплексных  препаратов, 

применяемых 

в 

косметологии. 

Существуют, 

так 

называемые, 

космоцевтические  медицинские  препараты,  для  получения  которых 

используется  фармацевтическое  сырьё,  к  чистоте  которого  предъявляются 

повышенные  требования.  При  этом  известно,  что  особо  чистыми  являются 

вещества,  полученные  биотехнологическими  методами,  например,  с 

помощью специально выведенных штаммов-микроорганизмов.  

Иллюстрацией  вышесказанного  может  служить  препарат  эмбриобласт, 

получаемый  из  эмбриональной  зубной  ткани  овец.  Данный  препарат 

содержит  как  биостимуляторы  (факторы  роста,  цитокины  и  другие),  так  и 

необходимый  «строительный  материал» - аминокислоты,  нуклеотиды, 

витамины, минералы.  

В  настоящее  время  используются  следующие  методы  получения 

аминокислот: 

1.  биологический (применение гидролиза белок содержащих субстратов) 

2.  химический (тонкий органический синтез) 

 

237

3.  химико-энзиматический  (энзиматическая  трансформация  химически 

синтезированных  предшественников  аминокислот  с  образованием  

биологически активных L-изомеров) 

4.  прямой микробиологический (получение L-аминокислот) 

 

Древнейший  способ  получения  аминокислот – это  кислотный, 

щелочной  или  ферментативный  гидролиз  белок  содержащих  субстратов 

(мясо,  молоко  и  т.д.).  При  высокой  температуре  белок  расщепляется  на 

соответствующие  аминокислоты  или  фрагменты,  состоящие  из  нескольких 

аминокислот.  При  этом  образуется  смесь  аминокислот  и  пептидов. 

Извлечение из этой смеси какой-либо определенной аминокислоты является 

довольно сложной, но тем не менее, выполнимой задачей. Здесь необходимо 

отметить,  что  само  по  себе  сырье  (мясо  и  белок  молока - казеин)  является 

дорогостоящим  продуктом,  однако  этот  метод  применяется  до  сих  пор  в 

случаях,  когда  имеют  дело  с  "бросовым"  сырьем,  то  есть – с  отходами 

производства.  Таким  сырьем  являются  рога,  копыта,  волосы,  перья  и  пух, 

которые  состоят  из  кератина,  в  котором  содержится  очень  много 

серусодержащей  кислоты  цистеина,  и  в  небольших  количествах - других 

аминокислот.  

Следующий способ получения чистых аминокислот - это химический синтез. 

Их синтезируют подобно другим органическим кислотам и в этом плане они 

не являются сложными для синтеза. Однако, в процессе химического синтеза 

получается  смесь D и L стереоизомеров  (иногда  получается  и  большее 

количество  изомеров),  а  как  известно  в  белках  человека  биологически 

активными  являются  только L стереоизомеры  аминокислот,  поэтому 

существуют  трудности  разделения  этих  изомеров.  Кроме  того,  химическое 

производство аминокислот, как правило, связано с использованием: 

- дорогостоящего оборудования;  

- нередко агрессивных, токсических соединений в качестве исходного сырья;  

 

238

-  процесс  протекает  при  высокой  температуре  и  требует  дорогостоящих 

катализаторов;  

-  как  и  всякое  химическое  производство - производство  аминокислот 

сопровождается  образованием  побочных  продуктов  и,  соответственно, 

загрязняет окружающую среду; 

-  и  последнее,  как  любое  химическое  производство  оно  небезопасно  и 

небезвредно для обслуживающего персонала.  

Тем  не  менее,  некоторые  аминокислоты  получают  путем  химического 

синтеза,  например,  глицин,  а  также D,L метионин, D-изомер  которого - 

малотоксичен,  поэтому  медицинский  препарат  на  основе  метионина 

содержит D и L формы, хотя за рубежом в медицине используется препарат 

содержащий  только L-форму  метионина.  Там  рацемическую  смесь 

метионина  разделяют  путем  биоконверсии D-формы  в L-форму  под 

влиянием специальных ферментов живых клеток микроорганизмов. 

Следующий способ получения аминокислот - химико-энзиматический метод. 

Как видно из названия, этот метод получения аминокислот предполагает два 

этапа.  Сначала  химическим  методом  синтезируется  предшественник 

(соответствующая  карбоновая  кислота),  а  затем  эта  карбоновая  кислота 

(обычно  в  присутствии  аммиака)  превращается  в  соответствующую 

аминокислоту.  Эта  биотрансформация  (биоконверсия)  осуществляется 

ферментами  живых  клеток.  Причем,  полученные L-стереоизомеры 

аминокислот  сами  по  себе  являются  необходимыми  для  жизнедеятельности 

этих  клеток,  то  есть  фактически  этот  способ  наполовину - 

биотехнологический.  Таким  методом  получают,  например,  аспарагиновую 

кислоту  (на  основе  фумаровой  кислоты).  Раствор  фумаровой  кислоты 

пропускают через колонки,  в которых иммобилизованы или ферменты, или 

клетки  микроорганизмов  с  высокой  активностью  аспартазы,  например, 

Esherihia Coli или Serratia marcesceus; туда  же  подается  аммиак  и 

осуществляется биотрансформация.  

 

239

Аналогичным образом на основе коричной кислоты получают фенилаланин 

 

 (L-стереоизомер),  используя  для  этого  дрожжевые  клетки.  Химико-

энзиматически  можно  производить  практически  все  аминокислоты,  однако, 

из-за  дороговизны  и  сложности  получения  соответствующих  органических 

кислот-предшественников,  этот  метод  не  всегда  экономически  выгоден  и  в 

большинстве  случаев  уступает  методу  прямого  микробиологического 

синтеза.  

 

И,  наконец,  четвертый  способ  получения  аминокислот - прямой 

микробиологический  синтез  аминокислот.  Этот  метод  целиком  основан  на 

использовании биообъектов (то есть полностью биотехнологический метод). 

В  качестве  биообъектов  в  нем  применяются  штаммы-продуценты 

аминокислот.  В  настоящее  время  этим  методом  аминокислоты  чаще  всего 

получают на основе Esherihia Coli (кишечная палочка - симбионт человека), 

Bacillus subtilis (сенная  палочка - почвенный  микроорганизм)  и 

Corynebacterium glutamicum (почвенный  микроорганизм).  Все  эти 

микроорганизмы на сегодняшний день прекрасно изучены. Известна полная 

нуклеотидная    последовательность  всего  их  генома.  Для  кишечной  палочки 

разработаны  многообразные  способы  генетического  обмена,  позволяющие 

легко  комбинировать  разные  гены  и  изменять  процесс  метаболизма.  В 

меньшей степени это относится к Bacillus subtilis, и еще в меньшей степени к 

Corynebacterium glutamiсum.  Использование  этих  микроорганизмов  для 

получения  аминокислот  основано  на  их  способности  самостоятельно 

синтезировать  все  двадцать  аминокислот.  Также  они  являются 

гетеротрофными  бактериями,  которые  в  качестве  источника  углерода 

используют  органические  соединения  (углевод  или  какую-нибудь 

 

240

органическую  кислоту),  а  все  остальные  компоненты  они  получают  из 

неорганических соединений.  

Применение  микроорганизмов  гетеротрофов  позволяет  существенно 

сократить  по  времени  процесс  ферментации.  Так,  кишечная  палочка  в 

богатой  питательной  среде  делится  каждые 20-30 минут,  коринебактерии - 

каждый  час.  В  бедных  средах - время  регенерации  в 2 раза  больше  (для 

кишечной палочки - 1 час, для коринебактерий и сенной палочки 1,5-2 часа).    

Вместе с тем, существуют бактерии, так называемые, ауксотрофные мутанты 

-  микроорганизмы,  которые,  с  одной  стороны,  утратили  способность 

самостоятельно  синтезировать  необходимые  для  построения  всех 

компонентов своей клетки различные аминокислоты, а с другой - приобрели 

способность  к  сверхсинтезу  целевой  аминокислоты.  Такие  мутанты 

получают  либо  путем  воздействия  различных  мутагенов  физической  и 

химической природы на исходную культуру микроорганизма с последующей 

селекцией штамма по заранее заданным признакам, либо - методами генной 

инженерии.   

 

Известно,  что  аминокислоты  синтезируются  для  удовлетворения  

собственных  потребностей  клеток  бактерий  (для  синтеза  белка  и  других 

метаболических процессов), и синтезируется их в клетках бактерий столько - 

сколько  им  необходимо  для  собственных  нужд  (ни  больше,  ни  меньше).  В 

процессе  эволюции  (естественного  отбора)  выживали  только  те  формы,  в 

которых    метаболические  процессы  протекали  наиболее  экономно,  и  это 

обеспечивалось за счет механизмов регуляции этих процессов. Известно, что 

в  регуляции  и  управлении  метаболическими  процессами  используется 

принцип  обратной  связи.  Существуют  два  уровня  (механизма)  регуляции 

биосинтеза  конечного  (целевого)  продукта - ретроингибирование  и 

репрессия.  На  первом  уровне,  образующаяся  в  цепи  последовательных 

реакций  аминокислота  ингибирует  активность  одного  из  начальных 

ферментов  собственного  синтеза.  Если  этого  механизма  оказывается 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  28  29  30  31   ..