Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Понятие о биотехнологии

1.1 История развития биотехнологии

Люди применяли биотехнологические методы с древнейших времен. Уже до нашей эры человек научился выпекать хлеб, получать кисло - молочные продукты, сыр, вино, пиво уксус с помощью биотехнологических процессов брожения, ферментации. Описание процесса приготовления пива было обнаружено в 1981 г. при раскопках Вавилона на дощечке, которая датируется примерно 6-м тысячелетием до н. э. Шумеры изготовляли до двух десятков видов пива Естественно, что эта деятельность человека носила сугубо эмпирический характер.

Только в XIX в. великий французский ученый Луи Пастер (1822-1895) открыл микробную (ферментативную) природу брожения. С этого времени биотехнология стала на научный путь развития. Пастера считают основоположником биотехнологии, а почти столетний период с 60-х годов 19-го века до 40-х годов 20-го века часто называют пастеровской эрой. Пастер доказал, что спиртовое брожение сахара есть процесс, тесно связанный с жизнедеятельностью дрожжевых грибков, которые питаются и размножаются за счет бродящей жидкости, при этом часть сахара тратится на постройку дрожжевых клеток и образование побочных продуктов - глицерина и янтарной кислоты. Были установлены два типа бактерий - аэробные, требующие для своей жизни воздух, и анаэробные, развивающиеся без него. Позже Пастер опроверг теорию самозарождения микроорганизмов. Его работы по вопросу самозарождения имели очень большое значение для развития и применения антисептических методов в хирургии. Пастер предложил использовать нагревание для увеличения сроков хранения вина, пива и молока - этот процесс получил название “пастеризации”. На основе работ Пастера и его учеников были созданы производства этанола, бутанола, ацетона, глицерина, лимонной кислоты, многих вакцин, организованы процессы биологической очистки сточных вод. Начало следующему этапу развития биотехнологии положила работа английского микробиолога А. Флеминга (1928 г.), обнаружившего способность нитчатого гриба зеленой плесени (Penicillum notatum) вызывать гибель стафилококков. Дальнейшая работа привела к выделению в чистом виде первого антибиотика пенициллина, открывшего эру антибиотиков (1940-1960 гг.). За пенициллином последовало получение стрептомицина, тетрациклинов, эритромицина и других антибиотиков, начала развиваться микробиологическая промышленность. В 1953 г. в самостоятельную науку выделилась молекулярная биология. Это было связано с открытием Д. Уотсоном и Ф. Криком знаменитой двойной спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и постулированием матричного механизма ее синтеза. Затем (1960-1975 гг.) были созданы технологии получения аминокислот, витаминов B₂ и B₁₂, биогаза, микробиологического белка на парафинах, иммобилизованных ферментов. В 70-х годах 20-го века появился термин “биотехнология”. Начало современного этапа развития биотехнологии было положено в 1972 г. с рождением новой отрасли молекулярной биологии - генетической (генной) инженерии. Группе ученых под руководством П. Берга удалось получить in vitro рекомбинантную, т.е. созданную методами генетической инженерии, ДНК. Генетическая инженерия существенно расширила экспериментальные границы молекулярной биологии, поскольку позволила вводить в различные типы клеток чужеродную ДНК. Использование методов генетической инженерии позволило решить многие практически важные задачи. Прежде всего, это получение лекарственных средств, в частности, инсулина и интерферона путем бактериального синтеза. Большим достижением является создание диагностических препаратов для выявления СПИДа. Разработка методов получения так называемых трансгенных растений открывает новые возможности для растениеводства в создании сельскохозяйственных культур, устойчивых к экстремальным воздействиям и инфекциям. Это возможный метод решения проблемы обеспечения населения Земли продуктами питания, хотя и вызывает споры об их потенциальной опасности.

Дальнейший прогресс биотехнологии связан с достижениями микробиологии, химии, генетики, молекулярной биологии, иммунологии, химической технологии. Большую роль в развитии биотехнологии сыграла техническая микробиология. Одним из важных этапов развития биотехнологии явились использование культур животных и растительных клеток, разработка способов их промышленного культивирования. Наконец, венцом современной биотехнологии стала генетическая и белковая инженерия, которые позволили получать разнообразные биологически активные вещества, используя рекомбинантные штаммы бактерий и вирусов, а также синтез их в бесклеточной системе.

1.2 Предмет и задачи биотехнологии

Биотехнология (от греч. bios - жизнь, tecen - искусство, logos - наука) - это область знаний, которая на основе изучения биологических процессов, протекающих в живых организмах и системах, использует эти процессы, а также сами биообъекты (главным образом, бактерии, вирусы, грибы, растительные и животные клетки) для получения в промышленных условиях необходимых ценных для человека продуктов или создания процессов и материалов, ранее не встречавшихся в природе.

Биотехнология - это наиболее быстро развивающаяся наука, которая на ближайшие десятилетия будет определять уровень научно-технического прогресса всего человечества. Связано это с тем, что она решает такие важные проблемы, как: создание принципиально новых эффективных и экономичных технологий получения необходимых в жизни человека веществ и материалов, в том числе медикаментозных средств; создание новых сложных материалов; осуществление процессов, ранее неизвестных в природе; поиски оригинальных путей решения экологической безопасности на планете и новых источников энергии; повышение продуктивности сельскохозяйственных растений и животных и т.д.

Биотехнология является междисциплинарной областью знаний, базирующейся на микробиологии, биохимии, молекулярной биологии, биоорганической химии, биофизике, вирусологии, иммунологии, генетике, инженерных науках и электронике и объединяет целый ряд направлений:

Медицинская биотехнология решает следующие задачи:

а) создание профилактических, диагностических и лечебных препаратов на основе современных экономичных и эффективных технологий с использованием биообъектов (микробные, растительные и животные клетки, органы животных, растения) и продуктов их жизнедеятельности (первичные и вторичные метаболиты). Это, прежде всего, создание и производство антибиотиков, вакцин, витаминов, гормонов, иммуномодуляторов, антигенов, антител, нуклеиновых кислот, диагностических систем, иммунокомпетентных клеток, препаратов крови и др.;

б) разработка и использование в практике новых приборов, аппаратуры, а также материалов, восполняющих дефекты в работе отдельных органов и тканей человека. В качестве примера можно привести создание искусственной кожи из культуры клеток эпидермиса для восполнения дефектов при ожогах; создание искусственной почки, сердца и других органов; восстановление работы иммунной системы с помощью пересадки иммунокомпетентных клеток и т.д.;

в) разработка на основе знаний о геноме человека проблем генодиагностики, генотерапии и генопрофилактики наследственных и других заболеваний путем пересадки генов;

г) создание принципиально новых методов для проведения лабораторных и клинических анализов с помощью биосенсоров. Принцип работы биосенсоров сводится к регистрации точными и чувствительными приборами (детекторами) физических, химических и биологических эффектов взаимодействия биореагентов (например, ферментов, антител, антигенов) с клетками или молекулами-мишенями, т.е. с определяемым детектируемым веществом. Например, взаимодействие антигенов со специфическими антителами может сопровождаться экзотермической реакцией, которая улавливается точными приборами, и по силе этой реакции можно судить о количественных характеристиках ее компонентов.

Сельскохозяйственная биотехнология: в области растениеводства - разработка биологических средств защиты растений, бактериальных удобрений, микробиологических методов рекультивации почв (для повышения урожайности);

в области животноводства - разработка и производство диагностических, профилактических и лечебных ветеринарных препаратов; создание эффективных кормов из растительной, микробной биомассы и отходов сельского хозяйства (благодаря разработке методов получения белка одноклеточных (кормового белка) переработкой парафинов или другого доступного сырья (целлюлозы, агропромышленных и сельскохозяйственных отходов, сточных вод)); повышение продуктивности сельского хозяйства путем выведения с помощью генной инженерии новых сортов ранений и пород животных (трансгенные растения и животные).

Экологическая биотехнология разрабатывает экологически безопасные технологии очистки сточных вод, утилизации отходов агропромышленного комплекса; биологические системы деградации и обезвреживания вредных химических веществ, загрязняющих почву, водоемы, атмосферу. Например, уже получены штаммы микроорганизмов, утилизирующих нефть и нефтепродукты на водных поверхностях, фенол - в сточных водах и т. д.; разрабатывает системы экологизированной защиты растений.

Пищевая биотехнология призвана решать такие проблемы, как нехватка продуктов питания и дефицит белка. В настоящее время широко распространено выращивание дрожжей, водорослей и бактерий для получения белков, аминокислот, витаминов, ферментов. Перспективно создание принципиально новых процессов на основе ферментных систем микроорганизмов, в том числе для технологии пищевых добавок и пищевых целевых продуктов.

В дальнейшем на основе методов рекомбинантных ДНК биотехнология позволит освоить синтез растительных белков и добиться искусственного фотосинтеза и фиксации азота.

Биогеотехнология предусматривает внедрение биотехнологии в добывающую промышленность, что перспективно для извлечения из руд платины и других драгоценных и стратегически важных металлов, а также для увеличения извлечения нефти из скважин, удаления серы из угля, метана из шахт.

Генетическая инженерия (новейшее направление биотехнологии) - сводится по существу к процессу получения рекомбинантных ДНК, содержащих, помимо набора природных генов, присущего «хозяйской» ДНК, «чужой» ген или гены, взятые из другой ДНК.

В настоящее время уже разработаны сотни медицинских препаратов, полученных на основе генетической инженерии. Многие из них внедрены в практику и применяются в медицине.

Микробиологическая технология в результате разработки промышленных способов культивирования микробов позволила получать разнообразные медицинские препараты, пищевые продукты (сахар, сиропы, дрожжи), многие химические вещества (спирт, уксусная кислота, ацетон и др.).

Нанобиотехнология - соединение биотехнологии и нанотехнологий - радикально меняет стратегию создания новых препаратов. Например, создание биосенсоров для индикации биологически активных веществ.

Инженерная энзимология - позволяет при помощи ферментов получать ряд продуктов: фруктозный сироп, L-аминокислоты, медикаменты, да и сами ферменты служат медикаментами. Ферменты, или энзимы, катализируют миллионы химических превращений в клетках животных, растений, микроорганизмов и воздействуют на соответствующие субстраты вне клетки. Ферменты используются в пищевой промышленности и во многих областях деятельности человека.

1.3 Современное состояние биотехнологии в России и в мире

В настоящее время в мире действуют более 3000 биотехнологических компаний, и число их постоянно растет. В наиболее развитых странах мира по инвестиционной привлекательности биотехнологии уступают сегодня лишь информационным технологиям. Например, в США 70 процентов финансирования науки расходуется на исследования в области биотехнологий, это более 100 млрд. долл. в год. В Китае эта цифра составляет свыше 1 млрд. долларов, в России - всего лишь несколько десятков миллионов долларов. Доля нашей страны в объеме мировой биотехнологической продукции сегодня 0,2-0,5 %, хотя в конце 80-х годов она была в десять раз больше. Многие биотехнологические производства полностью исчезли. Примером тому является производство важнейшей кормовой добавки - лизина. СССР был лидером по выпуску этой аминокислоты и обгонял США в десять раз. Сегодня лизин в России вообще не выпускается и завозится только по импорту. Резко сократилось производство кормового белка. Закупается подавляющая часть биотехнологической продукции, использующейся в отечественной пищевой промышленности (это, прежде всего закваски для производства кисломолочных продуктов, дрожжи и ферменты для производства спирта и мясопереработки). Такая же ситуация сложилась и с медицинскими препаратами, производимыми на основе биотехнологий. До начала 90-х годов страна полностью обеспечивала себя антибиотиками. Сегодня почти все заводы по их производству либо устарели, либо вообще не работают. Для России сегодня важно не догонять западных производителей, а определить те разделы биотехнологии, которыми еще никто не занимается. За последний год Обществом биотехнологов России были выработаны приоритетные направления развития науки и производства. В России остался большой потенциал, потеряны еще не все позиции. Необходимо наращивать усилия по разработке новых перспективных биотехнологий. По мнению экспертов, продукция, получаемая с применением биотехнологий, составит к 2010 году около 30 % мирового рынка химикатов. Именно развитие биотехнологии будет определять качество жизни людей в XXI веке.

1.4 Роль биотехнологии в решении глобальных проблем человечества

Биотехнология позволяет существенно интенсифицировать производство, повышать эффективность использования природных ресурсов, решать экологические проблемы, создавать новые источники энергии, а в рамках международного сотрудничества - решать мировые кризисные проблемы, связанные с восполнением дефицита белка и энергии, предотвращением опасных заболеваний, охраной окружающей среды.

Учитывая важность биотехнологии на современном этапе существования человечества, в ее развитие вкладываются огромные средства. Более половины этих средств идет на развитие медицинской биотехнологии, так как она решает основные проблемы жизнеобеспечения человека.

1.5 Ферменты как биологические катализаторы

Многочисленные биохимические реакции в живых организмах протекают в мягких условиях при температурах, близких к 40 С, и значениях рН, близких к нейтральным. В этих условиях скорости протекания большинства реакций ничтожно малы, поэтому для их приемлемого осуществления необходимы специальные биологические катализаторы - ферменты (fermentum - закваска) или энзимы (enzume - в дрожжах).

Ферменты обладают высокой специфичностью по отношению к субстрату, т.е. тому соединению, превращение которого он ускоряет. Контакт фермента с субстратом происходит с помощью активного центра. Обычно это небольшая часть молекулы фермента, в которой выделяют две зоны: связывающую и каталитическую.

Строение ферментов. В 1963 г. была расшифрована первичная структура лизоцима - фермента животного происхождения. Было установлено, что этот белок состоит из 129 аминокислот.

Часть ферментов представляет собой сложные белки (протеиды), содержащие кроме белковой части (апофермента) небелковую (простетическую часть или кофермент). В качестве кофермента обычно выступают витамины или ионы металлов.

Ферменты синтезируются, как все белки, на рибосомах и локализуются в цитоплазме и в различных субструктурах, встроенных в мембраны; находятся на поверхности клетки или окружающей клетку среде.

Перед контактированием с ферментом в молекуле субстрата происходят некоторые изменения формы, которая точно «подгоняется» к форме активного центра фермента по принципу «ключа и замка».

1.6 Виды и свойства ферментов

Всего известно около 3 000 различных ферментов, их делят на 6 классов.

Основные классы ферментов

1.7 Ферментативный катализ и основы кинетики ферментативных реакций

Ферментативная реакция в целом состоит из трех последовательных стадий, а именно: образования фермент-субстратного комплекса; превращения этого комплекса в комплекс фермент - продукт и диссоциации промежуточного продукта.

Механизм действия ферментов состоит в снижении энергии активации, необходимой молекуле, чтобы вступить в реакцию. Согласно существующим теориям (промежуточных соединений, адсорбционной, цепных реакций) снижение энергии активации происходит в результате адсорбции реагирующих веществ на поверхности фермента с образованием промежуточного нестойкого соединения - фермент-субстратного комплекса, что вызывает глубокую деформацию разрываемой связи. При этом фермент является начальным, или «запальным», фактором реакции; в дальнейшем катализируемая им реакция идет уже самостоятельно. Это объясняет тот факт, что для ферментативной реакции достаточна незначительная концентрация энзима.

Характеристика энергетического состояния катализирцемой (1) и некатализируемой (2) реакции

Таким образом, добавление катализатора позволяет молекулам преодолеть активационный барьер (рис.) на более низком энергетическом уровне (способ «обходного» пути).

1.8 Влияние различных факторов на функционирование ферментов

Факторы, определяющие характер течения ферментативных реакций: концентрации фермента и субстрата, рН, температура, наличие активаторов или ингибиторов.

1. Влияние концентрации фермента. При данных условиях две молекулы фермента, действующие в растворе независимо друг от друга, за определенный промежуток времени вызовут превращение в два раза большего количества субстрата, чем одна молекула. Поэтому скорость (v) реакции прямо пропорциональна концентрации фермента Е:'

v = kE

В большинстве случаев графически это можно представить в виде линейных зависимостей, широко используемых в методах определения концентрации ферментов (рис. ).

2. Влияние концентрации субстрата на скорость ферментативной реакции базируется на теории Михаэлиса.

Фермент Е вначале образует со своим субстратом комплекс ЕS, который затем распадается с освобождением фермента и продуктов реакции:

k⁺¹ k⁺²

E + S - ES Е + Р

k^-1

Р - продукты реакции.

Представление об образовании фермент-субстратного комплекса является главным для всех современных концепций о механизме действия ферментов, которые объясняют закономерности изменения скорости ферментативной реакции.

При очень низких концентрациях субстрата скорость реакции очень мала, но постепенно возрастает по мере повышения концентрации субстрата.

Скорость, когда фермент «насыщен» субстратом, принимают за максимальную (v_maх). Однако сколько бы ни увеличивалась концентрация субстрата, скорость ферментативной реакции приближается к максимальной, но никогда не достигает ее. График зависимости между начальной скоростью реакции и концентрацией субстрата представляет собой часть равнобочной гиперболы (рис.).

Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата

Благодаря тому, что гипербола имеет одинаковую форму для большинства ферментов, Михаэлис и Mентен в 1913г. определили константу, Кт, для обозначения соотношения между концентрацией субстрата и скоростью катализируемой ферментом реакции. Величина Кт означает концентрацию субстрата, при которой данный фермент обеспечивает скорость реакции, равную половине ее максимальной скорости. Физический смысл Кт фактически показывает степень сродства фермента и субстрата. Характерная форма кривой насыщения фермента субстратом может быть выражена математически уравнением Михаэлиса-Ментен:

v₀ = v_max [S] / (K_m + [S]),

где v₀ - начальная скорость реакции при концентрации субстрата [S]; v_max - максимальная скорость реакции; К_т - константа Михаэлиса - Ментен для данного фермента, соответствующая определенному субстрату.

Это уравнение было выведено исходя из предположения о том, что стадией, лимитирующей скорость ферментативных реакций, является распад комплекса ЕS на продукты распада и свободный фермент. Уравнение Михаэлиса - Ментен составляет основу для анализа кинетики всех ферментативных реакций. Если известны величины К_т и v_max, то можно рассчитать скорость ферментативной реакции при любой заданной концентрации субстрата. Уравнение позволит определить количественные характеристики ферментов и провести анализ их ингибирования.

Для определения v_max и К_т по данным измерений скорости при различных концентрациях субстрата график уравнения Михаэлиса - Ментен может быть построен несколькими способами. Чаще всего используют метод графического изображения по Лайнуиверу - Бэрку. Если построить график зависимости 1/v от 1/[S] и воспользоваться методом двойных обратных величин, то получится уравнение прямой линии вида:

1 ₌ K_m 1 ₊ 1

v₀ v_max [S] v_max

Прямая пересекает ось ординат в точке 1/ v_max под углом, равным K_m/ v_max.

Величина К_т - ключевое звено в уравнении Михаэлиса - Ментен. Она характеризует действие данного фермента по отношению к тому или иному субстрату при определенных значениях рН и температуры.

Следует отметить, что одни ферменты требуют довольно высоких концентраций субстрата для достижения скорости, равной половине максимальной, другим достаточно очень низких концентраций субстрата.

Ферменты активны только в определенном интервале рН; в большинстве случаев для каждого фермента имеется свой определенный оптимум рН.

Это объясняется несколькими причинами:

1) истинное обратимое влияние рН на скорость реакции v (когда фермент насыщен субстратом);

2) влияние рН на сродство фермента к субстрату (в этом случае падение активности по обе стороны от оптимума рН будет следствием понижения насыщения фермента субстратом в силу понижения сродства):

3) влияние рН на стабильность фермента, который может необратимо инактивироваться при рН пo одну или обе стороны от оптимума Перечисленные факторы могут действовать и в комбинации друг с другом. Например, падение активности по одну сторону от оптимума рН может быть результатом уменьшения сродства фермента к субстрату, а по другую - результатом инактивации фермента.

Для всех известных ферментов зависимость относительной скорости реакции от рН графически выражается в виде «колоколообразной» функции (рис.).

Зависимость скорости ферментативной реакции от рН

Зависимость скорости ферментативных реакций от температуры также имеет колоколообразную форму в достаточно широком температурном интервале (рис.).

Влияние температуры на активность ферментов

Наличие температурного оптимума реакции объясняется наложением двух эффектов - возрастанием скорости реакции при увеличении температуры и ускорением тепловой денатурации белковой молекулы, приводящей к инактивации фермента при высоких температурах.

Действие большинства ферментов можно также подавить или полностью ингибировать определенными химическими реагентами. Очевидно, химические вещества, в широком ассортименте присутствующие в биологических объектах (пищевом сырье), во многом предопределяют направленность и эффективность суммарных ферментативных превращений.

Известно много ферментов, для которых естественные условия их действия не совпадают с оптимальными параметрами рН и температуры. Изучение влияния ингибиторов ферментов позволяет получить ценные сведения о субстратной специфичности энзимов, природе функциональных групп активного центра и механизмах их каталитической активности. Ингибиторы ферментов служат очень полезными инструментами при исследовании метаболических путей в клетках.

Ферменты повышают скорости катализируемых ими реакций в 10⁸ - 10²⁰ раз.

Механизм действия ферментов тесно связан со структурой и строением фермента и субстрата. Важную роль играет структура и строение белка, а именно: молекулярная масса, число пептидных цепей и последовательность аминокислот, упаковка и расположение пептидных цепей в молекуле фермента, число активных центров в молекуле белка, природа активного центра: химическая природа субстратсвязывающих и активизирующих групп, присутствующих в активном центре, а также небелковая часть, если она имеется.

2. Иммобилизованные ферменты

В 1971 г. на первой конференции по инженерной энзимологии был узаконен термин «иммобилизованные ферменты». Иммобилизованными ферментами называются ферменты, искусственно связанные с нерастворимым носителем, но сохраняющие свои каталитические свойства. Однако в понятие «иммобилизация» в настоящее время вкладывают более широкий смысл, чем связывание на нерастворимом носителе, а именно - полное или частичное ограничение свободы движения белковых молекул.

2.1 Носители для иммобилизации ферментов

По Дж. Порату (1974), идеальные материалы, используемые для иммобилизации ферментов, должны обладать следующими основными свойствами: нерастворимостью; высокой химической и биологической стойкостью; значительной гидрофильностью; достаточной проницаемостью как для ферментов, так и для коферментов, субстратов и продуктов реакции; способностью носителя легко активироваться (переходить в реакционноспособную форму). биотехнология катализатор фермент

В зависимости от природы носители делятся на органические и неорганические материалы.

Органические полимерные носители. Иммобилизация многих ферментов осуществляется на полимерных носителях органической природы. Существующие органические полимерные носители можно разделить на два класса: природные и синтетические полимерные носители. В свою очередь, каждый из классов органических полимерных носителей подразделяется на группы в зависимости от их строения.

Среди природных полимеров выделяют белковые, полисахаридные и липидные носители, а среди синтетических -- полиметиленовые, полиамидные и полиэфирные.

К преимуществам природных носителей следует отнести их доступность, полифункциональность и гидрофильность, а к недостаткам - биодеградируемость и достаточно высокую стоимость.

Из полисахаридов для иммобилизации наиболее часто используют целлюлозу, декстран, агарозу и их производные.

Из природных аминосахаридов в качестве носителей для иммобилизации применяют хитин, который в значительных количествах накапливается в виде отходов в процессе промышленной переработки крабов и креветок. Хитин химически стоек и имеет хорошо выраженную пористую структуру.

Синтетические полимерные носители. Благодаря разнообразию и доступности материалы этой группы широко используются как носители для иммобилизации. К ним относятся полимеры на основе стирола, акриловой кислоты, поливинилового спирта; полиамидные и полиуретановые полимеры.

Носители неорганической природы. В качестве носителей наиболее часто применяют материалы из стекла, глины, керамики, графитовой сажи, силикагеля, а также силохромы, оксиды металлов. Их можно подвергать химической модификации, для чего носители покрывают пленкой оксидов алюминия, титана, гафния, циркония или обрабатывают органическими полимерами. Основное преимущество неорганических носителей - легкость регенерации. Подобно синтетическим полимерам, неорганическим носителям можно придать любую форму и получать их с любой степенью пористости.

2.2 Методы иммобилизации ферментов

Существуют два принципиально различных метода иммобилизации ферментов: без возникновения ковалентных связей между ферментом и носителем (физические методы иммобилизации) и с образованием ковалентной связи между ними (химические методы иммобилизации).

Физические методы иммобилизации ферментов:

Адсорбция ферментов на нерастворимых носителях.

Иммобилизация ферментов путем включения в гель.

Иммобилизация ферментов в полупроницаемые структуры.

Химические методы иммобилизации ферментов.

Иммобилизация ферментов на носителях, обладающих гидроксогруппами.

Иммобилизация ферментов на носителях, обладающих амино-группами.

Иммобилизация на носителях, обладающих активированными производными карбоксильной группы.

Иммобилизация на носителях, обладающих сульфгидрильными группами.

2.3 Источники ферментов

Ферменты присущи всем живым организмам, но для их выделения используют те природные объекты, в которых содержание энзимов составляет не менее 1%. Для промышленного получения ферментов используют проросшее зерно различных злаков и бобовых, латекс и сок зеленой массы ряда растений, а также отдельные ткани и органы животных. Практически неограниченный источник ферментов - микроорганизмы (бактерии, грибы, дрожжи), содержание которых можно повысить в десятки и сотни раз методами мутагенеза, селекции и индукции биосинтеза.

Как известно, ферменты животного происхождения преимущественно выделяют из органов, в которых протекают интенсивные биохимические процессы. Из слизистой желудка свиней и крупного рогатого скота получают препарат пепсина. Из поджелудочной железы свиней получают смеси трипсина, хемотрипсина, липаз и амилаз. Из желудка телят выделяют сычужный фермент, широко используемый в сыроделии. Для нужд медицины и биохимии ферментные препараты выделяют из мышц, в том числе из сердца, печени, селезенки, почек, тонкого кишечника. Некоторые широко известные ферменты животного происхождения получают в виде различных препаратов (табл.).

Некоторые ферменты животного происхождения

Из ферментов растительного происхождения наиболее широко в народном хозяйстве используют амилазы и папаин. Условно ферментным препаратом можно назвать и ячменный солод, в котором содержится до 1% амилаз.

Растительная протеаза - папаин - содержится в плодах дынного дерева. Только в США ежегодно расходуют около 100 т папаина для обработки (тендеризации, т.е. размягчения) мяса. Папаин, а также протеазы фицин и бромелин, контактируя с мясом в течение 2 ч при комнатной температуре, расщепляют белки соединительной ткани - коллаген и эластин.

Некоторые ферменты растительного происхождения

На рис. представлено производство спирта из зерна. Зерно приходится дробить, но так, чтобы потом его частицы можно было отфильтровать. Приготовленная среда (ее называют «затор») осахаривается с помощью солодовых ростков ячменя, содержащего фермент глюкоамилазу, или с помощью фермента, полученного микробиологическим путем. Далее проводится анаэробная ферментация (брожение), в результате которой получается этанол и диоксид углерода. Этанол из образовавшейся бражки отделяют и концентрируют ректификацией. Газом заполняют баллоны, готовым спиртом - емкости, а кубовый остаток (барду) используют как корм. Иногда ее тоже сушат, хотя сейчас это стало дорого.

Размещено на Allbest.ru