47)Получение аминокислот с помощью аммобилизованных клеток и ферментов

В последние годы внимание исследователей привлекают методы получения аминокислот с использованием,иммобилизованных ферментов. Способ имеет ряд преимуществ, в частности, конечный продукт отличается высокой концентрацией и чистотой, нет опасности заражения в ходе реакции посторонними микроорганизмами, в результате синтеза образуются только природные изомеры, имеется возможность осуществления непрерывных технологических процессов.  Микроорганизмы являются основными источниками ферментов, переводимых в иммобилизованную форму. Имея в виду преимущества иммобилизованных ферментов, необходимо учитывать, что они всегда будут дороже растворимых, но их внедрение экономически оправдано при удовлетворении даже одного из приводимых ниже условий: повышение стабильности фермента, обеспечивающее его многократное применение и тем самым сокращение расходов на препарат; улучшение качества продукта благодаря отсутствию в нем следов фермента и предотвращению нежелательных побочных реакций.  Из уже перечисленных способов получения аминокислот можно обратиться к превращению DL-a-амино-е-капролактама в лизин. Ферменты, участвующие в реакциях гидролиза и рацемизации, могут быть иммобилизованы на ионообменных полисахаридах путем ковалентного связывания. Одно из серьезных технологических затруднений при осуществлении ферментативных реакций на носителях — возможность регенерации кофакторов (если реакция идет при их участии).  Наиболее широкое распространение имеет ферментативный метод получения аспарагиновой кислоты из фумаровой и аммония благодаря активности аспартазы, катализирующей эту реакцию:  HOOC-CH  + NH3  ±соон  Фумаровая кислота  НС—COOH  351  Поскольку аспартаза, заключенная в полиакриламидный гель, относительно быстро теряет исходную активность, иммобилизации подвергают микробные клетки, обладающие аспартазной активностью. Хорошим продуцентом аспартазы признаны некоторые штаммы Escherichia coli, клетки которой фиксируются в полиакриламидном геле. При оптимальных режимах выход ас-парагиновой кислоты при таком способе достигает 12 ООО— 16 ООО мкМ/ч-г сухих клеток. Отмечено существенное повышение активности аспартазы клеток Е. coli после их иммобилизации.  Ферментативные методы используются также при синтезе L-аланина декарбоксилированием L-аспарагиновой кислоты с помощью Pseudomonas dacunhae

48)Микробиологический синтез атф

Микробиологический синтез, промышленный способ получения химических соединений и продуктов (например, дрожжей кормовых), осуществляемый благодаря жизнедеятельности микробных клеток. Иногда к микробиологический синтез относят также промышленные процессы, основанные на использовании иммобилизованных клеток (см. Инженерная энзимология).

Некоторые продукты микробиологического синтеза, например пекарские дрожжи, давно использовались человеком, однако широкое применение микробиологический синтез началось в 40-50-х гг. 20 в. в связи с освоением производства пенициллина. К этому же времени относится возникновение новой отрасли народного хозяйства - микробиологической промышленности.

В микробиологическом синтезе сложные вещества образуются из более простых в результате функционирования ферментных систем микробной клетки. Этим он отличается от брожения. в результате которого также образуются различные продукты обмена веществ микроорганизмов (спирты, органические кислоты и др.), но преимущественно в результате ферментативного распада органическиех веществ.

Микробиологический синтез использует способность некоторых организмов размножаться с большой скоростью (выделены бактерии и дрожжи, биомасса которых увеличивается в 500 раз быстрее, чем у самых урожайных сельскохозяйственных культур) и к "сверхсинтезу" - избыточному образованию продуктов обмена веществ (аминокислот, витаминов и др.), превышающему потребности микробной клетки. Такие микроорганизмы выделяют из природных источников или получают их мутантные штаммы (напр., мутантные штаммы плесневых грибов продуцируют пенициллин в 100-150 раз быстрее, чем природные). В качестве продуцентов находят применение культуры, полученные методами генетической инженерии, в которых функционирует чужеродный для них ген. например: в бактерии кишечной палочки (Escherichia соli)-ген гормона роста человека.

Для микробиологического синтеза органических соединений в качестве сырья применяют наиболее дешевые источники азота (например, нитраты или соли аммония) и углерода (напр.,углеводы. орг. кислоты, спирты. жиры. углеводороды. в т.ч. газообразные). Микробиологический синтез включает ряд последовательных стадий. Главные из них-подготовка необходимой культуры микроорганизма-продуцента, выращивание продуцента, культивирование продуцента в заданных условиях, в ходе которого и осуществляется микробиологический синтез (эту стадию часто наз. ферментацией), фильтрация и отделение биомассы, выделение и очистка требуемого продукта (если это необходимо), сушка.

Ферментацию проводят в специальных реакторах (ферментерах), снабженных устройствами для перемешивания среды и подачи стерильного воздуха. Управление процессом может осуществляться с помощью ЭВМ. Наиболее удобно ферментацию осуществлять непрерывным способом - при постоянной подаче питательной среды и выводе продуктов микробиологического синтеза. Так производят, например, кормовые дрожжи. Однако большинство метаболитов получают периодическим способом - с выводом продукта в конце процесса.

Для выделения и очистки веществ, получаемых с использованием микробиологического синтеза, используют экстракцию из водной фазы органическими растворителями при различных значениях рН, хроматографические методы (в том числе ионообменную хроматографию), кристаллизацию, осаждение. При выделении продуктов белковой природы (ферменты, токсины) предварительно осаждают белки сульфатом аммония или орг. растворителями. Многие операции по выделению проводят на холоду вследствие нестабильности некоторых продуктов обмена веществ.

Н у к л е о з и д ф о с ф а т ы. Развитие микробиологический синтез нуклеотидов (инозиновой, гуаниловой и др. кислот) связано с перспективами получения искусственной пищи, где их используют в качестве вкусовых добавок. При введении в состав среды для культивирования микроорганизмов метаболических предшественников продуктов синтеза можно получать практически все известные нуклеозидфосфаты, в т.ч. АТФ. Накопление нуклеозидфосфатов происходит преим. вне клеток микроорганизмов.