Зачёт. Стрра, свва, механизм действия биокатализаторов. Классификация и номенклатура. Сходство от синтетических
 Скачать 110.13 Kb.
|
|
Получение сиропов с помощью глюкоизомеразы. Катализирует реакцию изомеризации глюкозы во фруктозу и используется в производстве глюкозо-фруктозных сиропов. Глюкоза, получаемая при гидролизе кукурузного или картофельного крахмала. Глюкозо-фруктозный сироп: глюкоза (51 %), фруктоза (42–43 %) и ди- или олигосахариды (не более 6 %). Сиропы затем используются при производстве тонизирующих и ацидофильных напитков, мороженого, кондитерских изделий, хлеба, консервированных фруктов и т. д. Иммобилизованная глюкозоизомераза помещается в реактор. 1–9 тонн глюкозо-фруктозного сиропа на 1 кг иммобилизованной глюкозоизомеразы. Биохимические параметры 1. Активность. 2. Стабильность фермента в процессе работы реактора. 3. Производительность фермента. 4. Оптимальная концентрация субстрата. 5. Влияние концентрации олигосахаридов. 6. Влияние растворенного кислорода. 7. Минимальное и максимальное время контакта с субстратом. 8. Образование побочных продуктов реакции. 9. Чувствительность к изменению рН и температуры. 10. Устойчивость иммобилизованной глюкозоизомеразы при хранении. 11. Вымывание фермента. 12. Рост микроорганизмов. 13. Характеристика потока на выходе (состав, цвет, запах, содержание белков, рН и т. д.). Механические параметры 1. Размер, форма частиц и их распределение по размерам. 2. Набухание. 3. Сжимаемость. 4. Истирание частиц. Гидромеханические параметры 1. Перепад давлений. 2. Тип потока (восходящий, нисходящий). 3. Уплотнение слоя. 4. Каналообразование. 5. Расслаивание. 6. Отношение длины к диаметру. Наиболее распространенный технологический вариант реактора – проточная колонна с направлением потока сверху вниз. Высота до 5 метров, диаметр до 1,5 метра. Иногда при получении глюкозо-фруктозных сиропов используют реактор в виде серии кассет небольшой толщины, снижающих сопротивление потока (при нисходящем потоке реакционной смеси слой биокатализатора может сжиматься под давлением). Размер частиц должен удовлетворять двум требованиям. С одной стороны, частицы биокатализатора должны быть достаточно малы, чтобы скорость диффузии не лимитировала скорость всего процесса. С другой стороны, их размер должен быть достаточно велик, чтобы свести к минимуму перепад давлений на реакторе колонного типа. В смеси, поступающей в реактор, должно быть достаточно высокое содержание глюкозы (93–96 %). Присутствие более 10 % олигосахаридов в смеси в значительной степени снижает активность иммобилизованного фермента. Время контакта E с S варьирует в диапазоне 0,5–4 часов. Это связано с постепенной инактивацией фермента. Поэтому по мере инактивации фермента увеличивают время его контакта с субстратом с помощью уменьшения скорости потока. Удается обеспечить необходимое качество конечного продукта, несмотря на постепенную инактивацию биокатализатора. Важную роль играет температурный режим процесса. При ступенчатом увеличении температуры на 2 °С от 60 до 70 °С в течение 14 суток продуктивность процесса возрастает на 42 % по сравнению с изотермическим температурным режимом (постоянные 60 °С в течение такого же времени). Несмотря на относительно большие затраты на изготовление носителя, получение и иммобилизацию фермента, производство глюкозо-фруктозных сиропов из кукурузного крахмала с помощью иммобилизованной глюкозоизомеразы в полтора раза более экономично, чем получение сахара из сахарной свеклы по обычной технологии.
Абзимы – антитела, обладающие каталитической активностью. Ферменты и антитела имеют определенные сходства, обусловленные тем, что они являются белками, обладающими характерной пространственной структурой и способностью связывать лиганды. В отличие от активного центра фермента антигенсвязывающий центр антитела “предсуществует”, а не формируется в результате взаимодействия со специфическим лигандом. Т.е., активный центр антитела структурно соответствует основному состоянию лиганда (почти как ключ и замок). В то же время взаимодействие антитела с лигандом может включать элементы индуцируемого соответствия и деформации лиганда, характерные для взаимодействия фермента с субстратом. Подобие в структуре лигандсвязывающих участков антител и ферментов: полости, характерные для центров, связывающих гаптены; выемки или бороздки, образующиеся в случае пептид-, ДНК-, полисахаридсвязывающих центров; плоские области, формирующиеся активными центрами антител, взаимодействующими с белками. Чертой, объединяющей антитела и ферменты, является доступность антигенов и субстратов для молекул воды (молекулы воды в ряде случаев выступают в качестве необходимого элемента, формирующего структурную комплементарность антитела и антигена). Основное предназначение антитела – как можно прочнее связать антиген, чтобы удалить его; а функциональная роль фермента заключается в связывании субстрата с целью обеспечить его дальнейшее превращение в продукт. Поэтому очень прочное связывание субстрата невыгодно для эффективного катализа, так как движущей силой ферментативного катализа является увеличение энергии связывания лиганда по мере перехода субстрата к переходному состоянию. Абзимы, каталитическая активность которых основана только на стабилизации переходного состояния реакции: феррохелатаза обеспечивает включение иона железа в состав протопорфирина (гема). N-метилпротопорфирин ингибирует феррохелатазу (предположительно имитирует структуру переходного состояния). был использован в качестве гаптена для выработки каталитических антител. Полученные абзимы всего лишь в 10 раз уступают естественному ферменту в активности. Каталитические свойства антител могут быть усовершенствованы с помощью следующих экспериментальных подходов. - Введение в активный центр абзимов функциональных групп, присутствующих в активных центрах соответствующих ферментов: Прямые подходы (иммунологические): 1) “bait and switch” (приманить и включить) – иммунизация животных гаптеном – аналогом переходного состояния, несущим дополнительный заряд. Например, если заряд положительный, возможно образование антител, содержащих в участке связывания отрицательно заряженные группы. 2) Иммунизация животных ферментом, обладающим нужной каталитической активностью. “Доработка” свойств абзимов: 1) направленная модификация антигенсвязывающего участка абзимов на уровне кодирующих их генов путем сайт-направленного мутагенеза; 2) селективная химическая модификация активного центра абзимов (введение функциональных групп, молекул кофакторов, ионов металлов). Это всё может обеспечить существенное изменение каталитических свойств абзима, приближая их по эффективности катализа к естественному ферменту. Перспективность практического использования каталитических антител прежде всего связана с тем, что они могут быть выработаны для катализа почти всех хим. Р-ий. Эта уникальная особенность выгодно отличает абзимы от других биологических катализаторов. Потенциальное число таких хим. превращений несравненно выше, чем число реакций, катализируемых соответствующими ферментами. Абзимы могут найти самое широкое применение: 1. В органическом синтезе: • увеличение специфичности катализа; • разделение энантиомеров; • катализ трудно идущих химических превращений. 2. В медицине: • “улучшение” иммунной системы (антитела, способные не только связывать, но и катализировать разрушение токсинов, бактерий, раковых клеток и т. д.) благодаря введению в организм либо готового абзима, либо безвредного гаптена, обеспечивающего выработку абзимов с нужной каталитической активностью. У живых организмов существуют катализаторы небелковой природы, которые состоят только из РНК. Рибозим – это молекула РНК, содержащая каталитический активный центр. Сейчас широко эксплуатируется идея возможного применения рибозимов в качестве терапевтических агентов. Предполагается, что рибозимы могли бы инактивировать молекулы РНК, ассоциированные с различными заболеваниями. |