44. Микробиологическое производство аминокислот (глютаминовой, лизина)

Аминокислоты являются структурными компонентами белка или его мономерами. Несмотря на то, что в природе известно свыше 150 аминокислот, белки состоят в основном из 20 аминокислот. Аминокислоты - соединения, содержащие по крайней мере одну амино- (в α-положении) и одну карбоксильную группу. Аминокислоты применяют для балансирования белкового питания, изготовления полимеров, производства пестицидов, лекарств.

В наибольших количествах в мире вырабатываются L-глутаминовая кислота, L-лизин, DL-метионин, L-аспарагиновая кислота и глицин. Ведущим производителем аминокислот в мире является Япония. Основными способами получения аминокислот являются следующие:

1)экстракция из белковых гидролизатов растительного сырья; 2)микробиологический синтез (В процессе культивирования продуцентов аминокислот непосредственно синтезируются L-аминокислоты); 3) хим синтез. (недостаток - получение рацемической формы аминокислот); 4) химико-микробиологический метод синтеза (исходное соединение получают в результате химических реакций, а конечная стадия осуществляется за счет активности ферментных систем соответствующих штаммов микроорганизмов). Наиболее распространенные продуценты аминокислот грамположительные бесспоровые бактерии, относимые к родам Corynebacterium, Micrococcus, Arthrobacter, Brevibacterium и др. Аминокислоты, обнаруживаемые в среде культивирования МО-в, представляют собой продукты синтеза. Сначала аминокислоты накапливаются внутри клеток, затем они включаются в конструктивный обмен микроорганизма. Их накопление в среде происходит с середины экспоненциальной фазы роста. Компоненты сред для культивирования продуцентов: 1)поверхностно-активные вещества; 2)биотин; 3)некоторые антибиотики. Функций биотина сводится к синтезу ненасыщенных жирных кислот, снижающих проницаемость клеточной мембраны для глутаминовой кислоты.

45. Получение аминокислот с помощью иммобилизованных клеток и ферментов.

Этот способ имеет ряд преимуществ: 1) высокая концентрация и чистота продукта; 2) безопасность заражения посторонними микроорганизмами; 3) образуются только природные изомеры; 4) непрерывность процессов; 5)повышение стабильности фермента. Основными источниками ферментов, переводимых в иммобилизованную форму, являются микроорганизмы. Наиболее широкое распространение имеет ферментативный метод получения аспарагиновой кислоты из фумаровой и аммония благодаря активности фермента-аспартазы. Хорошим продуцентом аспартазы признаны некоторые штаммы Escherichia coli, клетки которой фиксируются в полиакриламидном геле. Отмечено существенное повышение активности аспартазы клеток E.coli после их иммобилизации.

46. Особенности ферментов микроорганизмов. Регуляция образования ферментов.

Ферменты - это биологические катализаторы, синтезируемые в клетке и представляющие собой простые, либо сложные белки, в состав которых входят неаминокислотные компоненты.

Различают 6 классов ферментов: оксидоредуктазы (катализируют ОВР и переносящие электроны или протоны водорода); трансферазы -ферменты, переносящие ту или иную группу от одного соединения к другому; гидролазы - ферменты, катализирующие гидролитическое расщепление некоторых химических связей; лиазы - ферменты, отщепляющие от субстрата ту или иную группу с образованием двойных связей или наоборот; изомеразы - ферменты, катализирующие реакции изомеризации; лигазы (синтетазы) - ферменты, катализирующие соединение друг с другом двух молекул. К настоящему времени установлено наличие более двух тысяч ферментов, а несколько сотен из них получены как индивидуальные вещества.

МО в качестве продуцентов ферментов представляют особый интерес, поскольку их метаболизм осуществляется с очень.большой интенсивностью и скоростью прироста биомассы, используются дешевые субстраты. Содержание отдельных ферментов в клетках микроорганизмов может быть весьма высоким. Выделение ферментных препаратов из клеток, МО и особенно из культуральной среды после их выращивания проще и экономичнее, чем из растительных и животных тканей. Бактерии способны синтезировать ферменты, позволяющие им использовать метан, метанол, метилированные амины, окись углерода и другие одноуглеродные соединения в качестве субстратов для роста. Очистка окружающей среды от ряда загрязняющих ее веществ возможна благодаря способности ферментов, образуемых микроорганизмами, разрушать компоненты пластмасс, пестициды и другие ядовитые соединения. Анаэробы способны производить этанол, бутанол, метан, ацетат и другие полезные продукты при переработке растительных остатков и другого дешевого сырья. Свойством многих ферментов микробного происхождения является их индуцибельность. Внесение в среду определенных веществ (индукторов) приводит к синтезу ферментов. При удалении индуктора синтез так же быстро прекращается. Ферменты, катализирующие одну и ту же реакцию, но полученные из разных организмов, могут существенно различаться по свойствам.

Регуляция образования ферментов.

Основным критерием при отборе микроорганизмов-продуцентов ферментов как конечных продуктов - является уровень ферментативной активности, поэтому очень важна их селекция. Уровни накопления ферментов в клетках могут быть повышены в 100-1000 раз путем генетического обмена и подбора питательных сред. Культивирование продуцентов ферментов только тогда экономично, когда ферментационные циклы коротки, сравнительно дешевы питательные среды, а также высока специфичность внутри или внеклеточных ферментных белков.

Использование термофильных продуцентов позволяет вести технологический процесс в защищенных от посторонней мезофильной микрофлоры условиях, при повышенной растворимости субстратов и т.п. Если возникает необходимость вести процесс при экстремальных значениях рН, могут быть использованы микроорганизмы ацидофильные с оптимумом рН 2 -4, или алкалофильные с оптимумом рН 8-11.