ЛЕКЦИЯ (методическая разработка)

для студентов 4 курса, специальность 060301 «Фармация», квалификация «специалист»

(очная форма обучения)

ТЕМА: Получение витаминов и аминокислот биотехнологическими методами

ЦЕЛЬ: способствовать формированию системы теоретических знаний по технологии производства лекарственных средств, основанные на жизнедеятельности микроорганизмов

ВРЕМЯ ЛЕКЦИИ: 2 часа

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. 1. Традиционные способы получения аминокислот: гидролиз белоксодержащего сырья и химический синтез.

2. Микробиологическое получение аминокислот на примере лизина и триптофана.

3. Химико-ферментативный способ получения аминокислот.

4. Получение L-аминокислот из их рацемических смесей. Получение аминокислот с помощью иммобилизованных клеток и ферментов.

5. Получение аскорбиновой кислоты.

6. Синтез витаминов В₂, В₁₂.

7. Производство витаминов D и A.

ВЫВОДЫ.

В промышленном масштабе аминокислоты получают:

1) гидролизом природного белоксодержащего сырья;

2) химическим синтезом;

3) микробиологическим синтезом;

4) биотрансформацией предшественников аминокислот с помощью микроорганизмов или выделенных из них ферментов (химико-микробиологический синтез).

Основным недостатком традиционных способов получения аминокислот является получение рацемических смесей. Данными методами целесообразно получать глицин, не имеющий стереоизомерных форм, и метионин, метаболизм которого не стереоизберателен.

Наиболее перспективен и экономически выгоден микробиологический синтез аминокислот. Его основное преимущество – возможность получения L-аминокислот на основе возобновляемого сырья. В роли суперпродуцентов аминокислот используют ауксотрофные и регуляторные мутанты.

Химико-энзиматический способ в сравнении с микробиологическим более специфичен, не требует процедуры очистки аминокислот от побочных продуктов и сточных потоков. Однако по стоимости сырья и ферментативных препаратов он еще уступает микробиологическому способу.

Разделение рацематов аминокислот осуществляют с помощью аминоацилазы, иммобилизованной на ДЕАЕ-целлюлозе. В качестве исходных соединений в данном превращении используют N-ацилированные производные D-, L-аминокислот.

В настоящее время для крупномасштабного производства L-аскор­биновой кислоты (витамина С) используют преимущественно трудоем­кий процесс, включающий одну микробиологическую стадию и не­сколько химических. Необходимость микробиологической стадии обусловлена необходимостью перевода исходных субстратов из D-формы в L-форму.

Активным продуцентом рибофлавина являются культура дрожжеподобного гриба Eremothecium ashbyii и Ashbya gossipii. Сверхсинтез рибофлавина можно получить, если действовать на дикие штаммы мутагенами, нарушающими механизм ретроингибирования синтеза витамина В₂, флавиновыми нуклеотидами, а также изменением состава культуральной среды.

Продуцентом витамина В₁₂ являются пропионовокислые бактерии из рода Propionibacterium. Применение мутантов и добавление в среду предшественника витамина В₁₂ - 5,6 диметилбензимидазола (5,6 ДМБ) резко повышает продуктивность продуцента.

Продуцентами эргостерина являются дрожжи, мицеллиальные грибы – аспергиллы и пенициллы. В качестве продуцентов каратиноидов можно использовать бактерии, дрожжи, мицелиальные грибы. Более часто применяют зигомицеты Blakeslea trispora и Choanephora conjuncta.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ СТУДЕНТОВ:

1. Структура и функции аминокислот.

2. Получение аминокислот гидролизом белоксодержащего сырья.

3. Химический синтез аминокислот и разделение рацемических смесей.

4. Приведите примеры рационального использования аксутрофных и регуляторных мутантов в качестве продуцентов аминокислот.

5. Химико-энзиматический синтез аминокислот: преимущества и недостатки.

6. Традиционный способ синтеза аскорбиновой кислоты.

7. Получение витамина С с помощью рекомбинантного штамма Erwinia herbicola.

8. С какой целью применяется розеофлавин при скрининге продуцентов рибофлавина?

9. Что такое предшественник целевого метаболита и какое соединение выступает в этом качестве при производстве цианкобаламина?

10. Опишите процессы получения эргостерина и каротиноидов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фармацевтическая биотехнология / Под ред. В.А. Быкова. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 2009. – С. 147-181.

2. Основы фармацевтической биотехнологии / Т.П. Прищеп [и др.]. – Ростов н/Д.: Феникс; Томск: Изд-во НТЛ, 2006. – С. 87-93.

3. Сазыкин Ю.О. Биотехнология / Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева. - М.: ИЦ «Академия», 2007.- 254 с.

4.

ЛЕКЦИЯ ПОДГОТОВЛЕНА: доц. В.С. Савостиным

Методическая разработка утверждена на заседании кафедры

№_____ от «____________________»

Зав. кафедрой организации фармацевтического дела,

клинической фармации и фармакогнозии, доц. Г.И. Шведов

Лекция 7. Получение витаминов и аминокислот биотехнологическими методами

Вопросы лекции:

1. Традиционные способы получения аминокислот: гидролиз белоксодержащего сырья и химический синтез.

2. Микробиологическое получение аминокислот на примере лизина и триптофана.

3. Химико-ферментативный способ получения аминокислот.

4. Получение L-аминокислот из их рацемических смесей. Получение аминокислот с помощью иммобилизованных клеток и ферментов.

5. Получение аскорбиновой кислоты.

6. Синтез витаминов В₂, В₁₂.

7. Производство витаминов D и A.

1. Традиционные способы получения аминокислот: гидролиз белоксодержащего сырья и химический синтез.

Аминокислоты играют большую роль в здравоохранении, животноводстве и легкой промышленности. По значению для макроорганизма аминокислоты подразделяют на заменимые и незаменимые. К незаменимым относят те аминокислоты, которые не синтезируются в человеческом и/или животном организме, они должны быть привнесены с пищей или кормом для животных. Заменимые синтезируются in vivo из аммиака и различных источников углерода. Микроорганизмы сами синтезируют все необходимые им аминокислоты из аммиака и нитратов, а углеродные "скелеты" — из соответствующих интермедиатов.

Аминокислоты — структурные единицы белков. Природные аминокислоты вовлечены в биосинтез ферментов, ряда гормонов, витаминов, антибиотиков, алкалоидов, токсинов и других азотсодержащих соединений (пурины, пиримидины, гем и пр.).

В промышленном масштабе белковые аминокислоты получают:

1) гидролизом природного белоксодержащего сырья;

2) химическим синтезом;

3)микробиологическим синтезом;

4) биотрансформацией предшественников аминокислот с помощью микроорганизмов или выделенных из них ферментов (химико-микробиологический синтез).

При гидролизе белоксодержащее сырьё нагревают с растворами кислот или щелочей при температуре 100-105 °С в течение 20-48 ч. Чаще всего используют 20 %-й раствор соляной кислоты, обеспечивающий глубокий гидролиз белка. Кроме того, для ускорения реакции гидролиза белков используют иммобилизованные протеолитические ферменты и ионообменные смолы. В ходе кислотного гидролиза белков происходят рацемизация и разрушение некоторых составляющих их аминокислот. При кислотном гидролизе полностью разрушается триптофан и достаточно значительны потери цистеина, метионина и тирозина (10—30 %). Лучшим способом уменьшения потерь аминокислот при гидролизе является проведение его в вакууме или в атмосфере инертного газа, а также соблюдение высокого соотношения количества кислоты, взятой для гидролиза, и массы белка (200:1). Рациональное использование сырья при гидролизе, характерное для многих других биотехнологических производств, обеспечивает создание безотходных технологий и способствует оздоровлению окружающей среды.

Существенный недостаток методов химического синтеза аминокислот состоит в получении целевых препаратов в виде рацемической смеси D- и L-стереоизомерных форм. Подавляющее большинство природных аминокислот относится к L-ряду. D-a-аминокислоты обнаружены лишь в составе гликопротеинов клеточных стенок бактерий, антибиотиков и некоторых токсинов. Проницаемость L-аминокислот в клетке в 500 раз превышает таковую ее антипода. Стереоспецифичны также транспорт и метаболизм аминокислот. Исключением в этом отношении является лишь метионин, метаболизм которого нестереоизбирателен, благодаря чему данная аминокислота получается преимущественно путем химического синтеза. Разделение рацематов других аминокислот - дорогая и чрезвычайно трудоемкая процедура.

Дата добавления: 2015-07-07