62 Сурет - Глюкозидті байланыстың түзілуінің сызба – нұсқасы
Полимеризация дайын полисахаридтер түзілгенге дейін жүреді. Процесс арнайы гликозилтрансферазалармен катализденеді, ал полимердің басқа толық түзілмеген полисахаридтің сызықша тізбегінің фрагментін ыдыратып, оны дәл сол немесе соған ұқсас (аналогы) тізбегінің белгілі бір жеріне ауыстырып, басқа гликозилтрансферазалармен катализденеді (сурет).
Гетерополисахаридтер биосинтезі жағдайынан екі мүмкіндік туады: әртүрлі мономер бірлігінің кезектесіп реттеліп келуі немесе донорға байланысып қалатын ди-және олигосахаридтердің алдын – ала синтезделуі кейіннен полимеризациялануы.
Полисахаридтер биосинтезінде акцептор болып олигосахар және толығымен құрастырылмаған гликандар келіп түседі. Көбінесе біріншілік акцептор болып олигосахар саналады. Бұл мысалға, декстрандар мен ливандардың (сахароза), целлюлозалардың (целлодекстриндерге), хитиннің (хитодекстриндер) синтезінде болады. Кейде біріншілік акцептор тек толығымен құрастырылмаған полисахарид – «затравка» ғана бола алады.
63 Сурет- Тармақталған полисахаридтердің түзілуінің сызба – нұсқасы
Моносахаридті қалдықтардың доноры әртүрлі табиғатқа ие болады. Кейде бұл олигосахар болады. Сонымен, декстрандер мен левандар биосинтезінде сахароза донор бола алады. Бірақ көбінесе сахар – донорлары активтелген формада болуы тиіс.
Мономерлі бірліктерді активирлеу нуклеозидтрисфосфат көмегімен жүреді де, нуклеозиддифосфатсахарлар (НДФС) түзіледі, олар ең көп тараған глюкозильді қалдықтың әмбебап доноры болып есептеледі. Сонымен, Acetobacter xylinum целлюлозаның биосинтезінде уридиндифосфатглюкоза қатысады, Neurospora crаssa– уридиндифосфат - N – ацетилглюкозамин, ашытқы маннанында – гуанозиндифосфатманноза хитин биосинтезіне қатысады. Гетерополисахаридтер биосинтезінде глюкозильдік қалдықтың бірнеше донорлары қатысады. Моносахаридтердің өзара өзгеруі НДФС деңгейінде жүреді. Қандайда бір фермент жетіспеген жағдайда полисахаридтер биосинтезінің бір бөлігі тоқтап (оқшауланады) қалады. Дефектлі жарамсыздау полимер түзіледі немесе ол мүлдем түзілмейді. НДФС тек моносахаридті ғана емес, сондай-ақ олигосахаридті қалдықтарды да бере алады.
Көптеген микроорганизмдерде полисахаридтер биосинтезі тізбегінің міндетті түрдегі компоненті болып,НДФС –пен бірге басқа да глюкозил түзуші липидтер – активтендірілген қантты интермедиаттар болып саналады. Құрылысы бойынша бұл полиизопренолфосфатсахары. Көпшілік прокариоттарда 11 изопреноидты қалдықтары – ундекапренолдар (С55) бар полипренолды тасымалдағыштар басымырақ болады, микобактерияда 10(С50) қалдықтары бар тасмалдағыштар болады. Полипренолдар эукариотта жоғарғы молекулярлы болады. Мысалға, Sacch. сerevisiae 16-18 құрайды, ал Asp. niger-де 19-21 изопреноидты қалдықтарды құрайды. Микроорганизмдерде полипренолмонофосфатсахары және полипренолпирофосфатсахары болады, соңғылары көбірек болады.
Гликозил түзуші липидтердің саны жасуша массасының бар жоғы оннан бір пайызын құрайды. Бірақ олардың рөлі маңызды және көптүрлі. Олар моно- немесе олигосахарид қалдығының арасында тасымалдағыш қызметін атқара алады, оларды НДФС-тен қабылдап, құрастырып жатқан полисахарид акцепторына береді. Полипренолмонофосфатсахары қосылады да, тек моносахаридті қалдыққа ауыстырады, ал полипренолпирофосфатсахары ди-, три-, және тетрасахаридті бөлшектерге ауысады. Кейбір жағдайларда моно- және олигосахаридті қалдықты акцепторға ауыстыру глюкозидті байланыс конфигурациясының өзгеруімен жүреді. Полипренолпирофосфатта полисахаридті тізбектің алғашқысы жинала бастауы мүмкін. Бұл синтездің бірінші сатысында – НДФС қатысуымен олигосахарид құрайды, содан соң олигосахаридті компоненттердің полимеризациясы жүреді, олардың алғашқысы липидпен байланысы сақталады да, ал қалғандары акцепторға беріледі. Гликозил түзуші липидтер жасуша қабырғасы мен мембранасының сыртқы жағына қантты тасымалдауға қатысады. НДФС мембранадан өтуге қабілеті жоқ.
Полисахарид биосинтезі көптеген жағдайларда тек НДФС есебінен іске асырылуы мүмкін деп есептеледі, бірақ мембрананың липидті фазасы мен судың арасындағы беткі бөлігінде жүретін реакцияда глюкозил түзуші липидтердің қатысуына міндетті болып келеді.
Органикалық қышқылдардың қалдықтары тиісті коферментті формадағы полисахарид молекуласына қосылады. Бірақ гликан құрылысына полимер молекуласында белгілі бір қышқыл қалдығына модифицирленетін пируват қана кіре алады.
Полисахарид қатарының биосинтезінің орны туралы сұраққа әсіресе клетка сыртындағыдан соңына дейін шешімін тапқан жоқ. Көптеген гликандардың биосинтезі (белгілі) нақты бір жасуша құрылысымен байланысты, демек сәйкес ферменттер, НДФС және глюкозил түзуші липидтер цитоплазмалық мембрана ауданында локализденген. Олар жасуша қабырғасының фракциясында да табылады. Бірақ клетка сыртындағы ферментті полисахарид синтездеуші жүйе де іске асырылады. Бұл көптеген микроорганизмдердің декстран және левансахарозаға сәйкес полисахаридтерді түзуші.Көрсетілген ферменттер барлық уақытта жасушадан толығымен бөлініп алынбайды (Gluconobacter oxydans-та культуральды сұйықтықта 80% жуық левансахароза табылады), декстрандар мен левандардың жиналуы айтарлықтай деңгейде клетка сыртында жүреді. Бірақ, көптеген белгілі экзополисахаридтердің синтезі жасуша ішінде локализацияға ие. Экзогетерогликандар үшін клетка сыртындағы синтез мүлдем белгісіз. Жасушаның қай аумағының бөлігінде полимерлердің жиналуы жүретіндігі және оның қалай сыртқа шығаратындығы жайлы бірнеше жорамал ойлар бар. Соның біріне сүйенсек гликан полимеризациясы болуы мүмкін, ал оны цитоплазмалық мембрананың сыртына, жасуша қабырғасының саңлаулары арқылы шығаруы мүмкін.
Басқа гипотеза бойынша полисахарид цитоплазманың ішіндегі болатын мембраналық көпіршіктерде түзіледі, ал содан соң олардың көмегімен жасушадан кері пиноцитозбен шығарылады. Егер тиісті ферменттер жасуша перифериясында локализденген болса, онда клетка сыртындағы полисахаридтер кейде клетка қабырғасы гликандарының жоғары синтезінің нәтижесі деп қарастырылады. Бұл жағдайда клетка қабырғасының және клетка сыртындағы полисахаридтер ұқсас сәйкестендірілген болуы тиіс. Бірақ бұл сирек байқалады.
Капсула полисахаридтері мен бос слиз құрылысы мен құрамы жөнінде де бірдей, сонымен бірге слиз капсулалық материалды ығыстыру нәтижесінде түзіледі деген жорамал да бар.
Қысқартулар: Глю-глюкоза, Гал-галактоза, Глю-6-ф-глюкоза-6-фосфат, УМФ-уридинмонфосфат, УДФ-уридиндифосфат, ГНЛ-гликоза түзуші липид.
Қоректік орта құрамы
Көміртегі көзі. Көптеген микроорганизмдер өздерінің өсуін қамтамасыз ететін барлық көміртегі көздерінен: көмірсулардан, спирттерден, карбон қышқылдарынан, аминқышқылдарынан, көмірсутектерден, С1-қосылыстардан полисахаридтерді синтездейді. Қазіргі уақытта микроорганизм арқылы көмірсутегі және С1 -қосылыстары ортасында полисахаридтердің түзілуіне ерекше көңіл бөлінуде. Н-алканды орталарда экзополисахаридтер көптеген артробактериялар және сапротрофты микобактерия өкілдерімен, кейбір коринебактериялар, Candida ашытқыларымен синтезделеді. Метилотрофты бактериялар қатары құрамында метанолы бар ортада өсу барысында біраз мөлшерде клетка сыртындағы полисахаридтер түзіледі. Methylococcus capsulatus метанды қолданғанда полисахаридті капсулаларды түзеді.
Жағымды көміртегі көзі бар орталарда өсетін полисахаридтерді синтездейтін микроорганизм басқа олардың кейбіреулерін қолдану арқылы гликандар түзетін организмдер де бар. Мысалы, Leuconostoc mesenteroidies мүмкін өседі, бірақ ол сахарозасы бар ортада ғана декстранды синтездей алады.
Көміртегі қосылыстарының табиғаты мен оның концентрациясы полисахаридтердің сандық шығымына әсер етуі мүмкін. Кейбір микобактериялар культурасында экзогликаның шығу мөлшері гексадеканды ортада ғана жоғары болады, ал полимер биосинтезі құрамында басқа да көмірсутектер, қанттар және көпатомды спирттер бар орталарда жүргізілуі мүмкін. Периодты культивирлеу жағдайында полисахаридтер синтезінде, әдетте ортада кейбір азот пен фосфордың тапшы болуына, көміртегінің артық мөлшері жағымды әсер етеді.
Бірақ, орта құрамында көміртегі субстратының жоғары болуы, экзогликандар биосинтезінің тұрақтануы белгілі бір аралықта ғана болуы мүмкін, егер де ол сол аралықтан жоғары болса, оңда эффект байқалмайды, ал кейбір жағдайларда процестің баяулап қалуы да байқалады. Хемостатты культивирлегенде кейбір микроорганизм көміртегі субстраты лимиттелген жағдайда, клетка сыртындағы гликандар түзіледі.
Гликан микроорганизмінің моносахарид құрамы көміртегі көзіне байланысты өзгермейді, тек құрамын және көміртегі емес компоненттердің қатынасы варьирлейді. Егер де микроорганизм бір-екіден көп экзогликанды синтездесе, көміртегі субстратының өзгеруі көп жағдайларда полимерлердің ішіндегі біреуінің синтезінің артуына әкеледі.
Мысалы, аубазидан және пуллуланның қатынасы A. pullulans культурасында әртүрлі қанттардан тұратын орта, күшті айрықшаланады. Көміртегі көзі концентрациясының өзгеруі – полисахарид синтезінің жылдамдығын және молекулярлық массасын реттеуі мүмкін.
Азот көзі. Полисахаридтердің түзілуі, талапқа сәйкес продуценттің белсенді өсуін ұстап тұруға қабілетті азот көздерін қолдану мүмкін. Бірақ азот көзінің табиғаты микроорганизмнің өсуін өзгертпей, гликандардың шығу мөлшеріне әсер етуі мүмкін. Микроорганизмнің өсуі үшін азот көзінің бір түрі, ал полисахарид биосинтезі үшін басқа түрі қолданылады. Ортада азот концентрациясы жоғары болса, ережеге сәйкес, полисахаридтер синтезіне теріс әсер етеді. Гликандардың сапалы құрамы, көрсетілгендей азот көзіне байланысты емес.
Қоректің ортаның басқа компоненттері. Полисахаридтер биосинтезіне микроорганизмдердің өсуі үшін қажет басқа да қоректік ортаның компоненттері әсер етеді. Гликандардың түзілуі үшін фосфордың маңызы зор. Ортада фосфордың құрамы жоғарыласа, көптеген полисахаридтердің синтезін тежейді. Бірақ фосфор концентрациясын белгілі бір шегіне дейін жоғарылатса, онда ол G.oxydans леванның жиналуына септігін тигізеді.
Әр түрлі иондардың да маңызы зор, олар субстратты жұтуға қажет немесе полисахаридтер биосинтезінің кофакторы ретінде қатысады. Темір катиондары Pseudomonas aeruginosa және Mеthylomonas mucosa, ортада левансахарозаны бөлетін G.oxydans полисахаридтерінің өніміне оң әсер етеді. Марганец иондары Rhyzobium japonicum глюканы және Sacch cerevisiae маннан түзілуі үшін қажет. Магний L.mesenteroides тармақталған декстрандер синтезіне қабілетті. Кальций ионының концентрациясы маннуронды және гулуронды қышқылдардың A.vinelandii экзополисахаридтер қатынасын қоректік ортада анықтайды.
Гликандардың түзілуі, ережеге сәйкес, продуценттің қалыпты өсуі үшін қосымша витаминдердің мөлшерін қажет етпейді. Полисахаридтердің биосинтезінің тұрақтануы үшін қосымша витаминдерді қосу кейбір жағдайларда ғана байқалады.
Қоректік ортаның физика – химиялық факторлары
Ортаның қышқылдығы. Әдетте микроорганизмдердің өсуі және полисахаридтердің синтезін жүргізу үшін рН-тың белгілі бір шегарасы болады: бұл интервалдар әр түрлі микроорганизмдер үшін бірдей емес. Бірқатар шегарасының көрсеткіштері, тіпті кейбір жағдайда гликандардың өсуі мен түзілуі үшін рН мәні сәйкес келеді, бірақ жеке жағадайларда олар әртүрлі болады. Ортаның қышқылдығының өзгеруі гликандардың шығым мөлшеріне, полисахаридтердің мөлшерлік қатынасына әсер етеді, егер де олардың бірнешеуі (аубазидан және пуллулан культурада A.pullulans) түзілсе, ортада олардың молекулярлық массасына әсер етеді. Мысалы, ортаның рН мәні 5,0-ден 8,0 дейін жоғарыласа әртүрлі стрептококка штамдары бар жоғарғы молекулярлы декстран фракцияларының түзілуіне қабілетті, бірақ гликандардың мономерлер құрамы, ортаның рН мәні өзгергенде өзгермейді.
Аэрация және температура. Аэрация мен температураның әсері полисахаридтер биосинтезі үшін әртүрлі. Аэрация және температураларының режимдері сол немесе басқа гликанның түзілуі үшін әртүрлі, күшті ерекшеленуі мүмкін.
Экзогликандарды түзетін көптеген микроорганизмдер – аэробты немесе факультативті анаэробты, сондықтан жақсы аэрация жағдайында осындай микроорганизм культурасында экзогликандардың шығымы жоғары. Бірақ аэрирлеу процесін көбейтсе онда олардың биосинтезін тежеуі мүмкін, ал көміртегі субстраты тез тотығады.
Температураның әсер етуі белгілі бір заңдылыққа сәйкес болады. Гликандардың максимальды түзілуі әдетте микроорганизмдердің өсуі үшін қолайлы температурадан төмен болған жағдайда жүреді. Сөйтіп, L.mesenteroides культурасындағы декстран мөлшері 30°С температурадан 10ºС тмператураға дейін төмендегенде жоғарылайды. Бірақ кейбір жағдайларда бактериялардың өсу температурасының оптимумы және олармен түзілетін экзогликандар температурасы сәйкес келеді.
Микроорганизмдерді культивирлеу температурасының өзгеруі кейде полисахаридтердің өзгерген қасиеті бар биосинтезге әкеліп соғады. Мысалы, стрептококкалардың белгілі штамы 22°С температурада синтезделетін клетка сыртындағы полисахарид, глюкозаминнің жоғарғы құрамымен ажыратылатын және имуунохимиялық қасиеттері басқа гликандарға қарағанда, 37°С температурада түзіледі.
Микробтық полисахаридтерді қолдану
Қазіргі кезде микроорганизмдер полисахаридтері іс жүзінде кеңінен қолданылады. Олар адам баласына қажет көптеген салаларында қолданылады: медицинада, фармацевтикада, тамақ, химия және тоқыма өндірістерінде, гидрометаллургияда, мұнай алуда және халық шаруашылығының бір қатар басқада аумақтарында қолданылады. Бұл жағдайдалардағы зерттеулерде және іс жүзінде клетка ішіндегі және клетка сыртындағы гликандарды демек, өндірістің техника –экономикалық жоспарда қолдану кең аумақты болып келеді.
Полисахаридтердің медицинада қолданылуының маңыздылығы мен болашағы оның жоғарғы дәрежедегі биологиялық активтілігі анықтайды.
Көптеген микробтық полисахаридтер емдеуде емдік қабілетке және профилактикалық іс әрекеттеріне ие: организмнің бактерияларға және вирус инфекциясына қарсы тұруын жоғарылатады, ісік ауруына қарсы активті, ұлпаның регенерациясына және жараның тез жазылуын қамтамасыз етеді, суыққа қарсы аурудың синдромын жояды, ренгенотерапияны және дәрілік препараттардың қосымша бөгде әрекетін төмендетеді. Емдік және қорғаныштыққа полисахаридтердің әсер етуін организмдегі иммунобиологиялық реактивтілігін жоғарылату қабілеттілігі анықталады, ішкі ортаның бір қалыпты ұстап тұрумен анықталады. Көптеген полисахаридтердің препараттары организмнің жұмысын жақсартады. Кейбір микробтық полисахаридтер тәжірбие жүзінде көптеген елдерде емдеу емқанасында қолданылады.
Елімізде жарақаттарды және жүйке жүйесінің бұзылу жағдайында, сонымен қатар күйіктерге немесе жарақат алған ауруларға пирогеналь - препараты кеңінен қолданылып жатыр.
Бұл препарат Salmonella typhi және Pseudomonas aeruginosa жасушасынан бөліп алынады. ФРГ және АҚШ-та осы мақсатпен әртүрлі патогенді бактериялардан алынған изолирленген липосахаридтер қолданылады. Бактериалды ЛПС сонымен қатар активті сәулелер жұмысына қарсы тұра алады.
Одақ кезінде ауруханаларда 20 жылдан астам уақыт Serratia marcescens жасушасынан бөліп алынған гетерополисахарид комплексі липидтер – продигиазан және глюканнан тұратын Sacch. cerеvisiae жасушасынан алынған зимозан - препараты, тейхои қышқылы және глюкоман қолданылып келуде. Бұл препараттар ісік ауруына қарсы сондай-ақ организмдегі иммунобиологиялық реактивтілікті жақсартуда қолданылады. Грам теріс бактериялар ЛПС қатарындағы агенті ісік ауруына қарсы, Astasia longa түссіз фитофлагеллят клетка ішіндегі глюкан парамилон (астазиан), жасуша сыртындағы полисахаридтер әр түрлі ашытқы туысы Lipomyces Сryptococcus, Bullera және т.б. сондай-ақ бактерия туысы Alcaligenes және Agrobacterium әсер етеді. Аталған қосылыстар клиникалық емдеуде қолдануға ұсынылған. Вирус активтілігіне қарсы продигизон препараты қолданылады. Атеросклероз ауруына қарсы жасуша сыртындағы Rhodotorula rubra полисахаридтың модифицирленген полярлы маннан (сульфатталған) қолданылады.
Полисахаридтердің, антигендік ерекшелігі медициналық тәжірбие жүзінде диагностикалық зат барысында қолданылады. Оларға мысал ретінде ашытқының Candida туысы патогенді және патогенді емес полисахарид препараты жатады. Сальмонеллезаға қарсы диагностикада модифицирленген ЛПС-антиген сальмонелл қолданылады.
Тазартылған арнайы полисахаридтерді А және С тобындағы менингококка (N-ацетил, О-ацетилманнозаминфосфат полимері) менингококка вакцинасын алу үшін қолданылады. Микробтық полисахаридтер жасанды вакцинаны құруда негіз бола алады. Бұл жасанды полиэлектролитпен конъюгация немесе конфигурацияны өзгерту жолымен алынады.
Шамамен молекулярлық салмақтағы 75 000 бейтарап декстрандер L.mesenteroides продуцирлеуші біздің елімізде және шет елдерде қанның плазмасын алмастырушы ретінде қолданылады.Сонымен қатар леван және плазма алмастырғыш пуллулан да тиімді. Декстрандердің белгілі құрылысы және көптеген басқа полисахаридтер сияқты организмнің қорғаушы реакциясын тұрақтандырады. Емханаларда әртүрлі ішек қуыс ауруларын емдеу барысында басқа препараттармен бірге қолданылады. Декстран сульфаты антикоагулирлеу іс-әрекетінде, гепариннің орнына қолданылады және антитромбогенді зат ретінде қолданылады. Антикоагулянт ретінде сонымен қатар хитин де қолданылады.
Микробтық полисахаридтерді фармацевтикада, парфюмерияда, тамақ өндірісінде қолданады және басқа өндіріс салаларында олардың қасиетін анықтап қолданады, демек тұтқырлығын, реологиялық сипаттамасымен, ісіну қабілеттілігімен, белгілі бір құрылысымен әрекеттесуін анықтап қолданады. Фармацевтикада оларды дәрі – дәрмек даярлауда қолданады: олар дәрілердің беріктігін ұзақ ұстайды және олардың әсер ету әрекетін тұрақтандырады. Кейбір микробтық препараттар дәрілердің бірнеше жылға дейін қасиетін ұстап тұрады: бутадион, күкірт, сульфаниламид, рентгенге түсіруге арналған барий сульфатының суспензиясы және т.б. Модифицирленген декстраннің макромолекулярлы конъюганттары ферментпен (стрептокиназа, трипсин, фибринолизин) бірге ферменттердің активтілігін тұрақтандырып аллергиялық іс әрекетін төмендетеді.
Микробтық полисахаридтер косметикалық заттарды дайындауда гель құраушы агенттер ретінде қолданылады, сонымен қатар бетке жағатын майларда, гидрофильді буферді құру үшін қолданылады. Кейбір гликандар қазіргі таңда натрий – карбоксицеллюлозаны тіс жуатын пастада биологиялық активтілікті құраушы компонент ретінде қолданады.
Тамақ өнеркәсібінде полисахаридтер микроорганизмі өнімдердің – сыртын қаптау қабықша қабығы ретінде қолданылады, мысалы ірімшіктердің кеуіп кетпеуінен сондай-ақ, балмұздақтардың, шырындардың және салаттарға арналған дәм беретін зат ретінде, джем және т.б. тағамдық өнімдердің активтілігін жоғарылатуда қолданылады. Мұнда әсіресе тиімді ксантан көптеп қолданылады. Швейцарияда Streptococcus lactis штамы өндірістерде кейбір жұмсақ ірімшіктерде қаймақтарды жасау барысында қолдаланады. Экзополисахаридтердің Saccharomyces және Cryptococcus ашытқы туысы және Azotobacter және Arthrobacter бактерияларының туысы нанның сапасын жоғарылату үшін қолданылады. Ұнға қосу барысында нанды пісіргенде олардың газды ұстау қабілеттілігін сонымен қатар реологиялық қасиетін жақсартады. Мұндай қамырдан пісірілген нанның меншікті көлемі ұлғаяды, арасы жақсы кеуектеніп тұрады.
Экзогликанның гельтүзуші агенттері ядерлық жанармай өндірісінде, фотографияда және рентгендік қабықша, тамақ өндірісінде, тоқыма, фармацевтикада және қағаз өндірістерінде қолданылады, сондай-ақ олар агардың орнына (құрамында глюкоза, галактоза, фруктоза глюкурон қышқылы және глюкоза және О-ацетил тобы бар Bac.subtilis және Ps.elodea гетерополисахаридтер) қолдаланылады.
Анионды полисахаридтер (ксантан, занфло-клетка сыртындағы гетерогликан Erwinia tahitica, глюкозадан және галактозадан, урон қышқылынан тұратын және т.б.) эмальді, сулы бояудың кеуіп кетуінен сақтап тұрақтандырады. Кейбір гликандар, мысалға Corynebacterium egui var mucilagenosus гетерополисахаридтердің тұтқырлығы жоғары және басқа да желімдерді қолдану үшін қолданылады. Декстран бояушы зат ретінде де қолданылады.
Негізгі тұрақтылығымен ерекшеленетін сулы ерітіндідегі полисахаридтер, агрессивті ортаның шартына және температураға байланысты өзгеруі мүмкін, мұнай және газ алу өндірістерінде қолданылады. Шамамен 15 жылдан астам бұрын АҚШ-та мұнайдың көбін полисахаридтердің көмегімен алған, негізгі болып ксантан саналған. Өндірістерде сынама жасау Scleratium түрінің саңырауқұлақтарын түзетін склероглюкан-нейтральды капсулалы тізбекте глюканмен жүзеге асырылған. Мұнай алуда полисахаридтерді қолдану өндірістерде техникалық жағынан өте тиімді болып табылады.
Микроорганизмдер (пуллулан A.pullulansm Methylomonas түрінің бактериясы гетерополисахарид және т.б.) қатарындағы полисахаридтер флоккулирлеуші агент болып табылады және гидрометаллургияда гель түріндегі металдың компоненттерін алу үшін қолданылады. Процесс металл концентрациясын олардың тұзды ерітіндісінен немесе тұз қоспасынан бөліп алуға, тазартуға негізделген.
Декстран негізінде сефадекс алады және гельфильтрация үшін тәжірбие жүргізетін лабораторияда кеңінен қолданылады. Суды ауыр металдардан тазалау үшін, сонымен қатар органикалық еріткіштерден синтез полимерін бөліп алу үшін өндірістерде полианионды гликандар, ксантан, хитин қолданылады. Хитинді сонымен қатар ағын суларды тазалау үшін пайдалануға болады.
Иммобилизацияланған α – амилаза тасымалдағыш ретінде аубазидан қолданылады. Ферменттерді иммобилизациялау үшін курдлан және хитин тиімді.
Маннан ашытқысынан маннозаны, Д-глюкозамин және N-ацетил-Д-глюкозамин қосылыстарынан – хитин фруктозаның таза препаратын алудың негізгі көзі микробтық левандар болып табылады.
Кейбір бактерияның полисахаридтері, мысалға Bac.роlymyxa леванды ауыл шаруашылығында қолдану тиімді. Олар өсімдік ұрығының өсуін және топрақтағы ылғалдылықты ұстап тұрады. Сондай-ақ кейбір өсімдіктердің ұрығын сақтап және тасмалдау барысында кеуіп кетпеуінен де сақтайды.
Іс жүзінде микробтық полисахаридтерді қолдану толығымен ашылмаған. Микробиологиялық өндірістің аумағын кеңейту барысында гликандар зертеліп жоспар бойынша жаңа перспективасы барысында жұмыстар жүргізіліп жатыр.
Микробтық полисахаридтерді өндірістен алу
Микробтық полисахаридтер қатарын кеңейту, олардың өндірісінің аумағын ұйымдастыру мол табысқа жеткізеді.
Қазіргі кезде көптеген елдер микробиологиялық өндірісте экзогликандардың бірнеше бағалы қатары шығарылуда: декстрин (шет елдерде), ксантан (АҚШ, Франция), пуллулан (Жапония), склероглюкин немесе «политран» (АҚШ), занфло (АҚШ), курдлан (Жапония).
Жартылай өндірістік масштабта өндірілетін және тәжірбие жүзінде тексерілген, лабораториялық жағдайда зерттелген полисахаридтердің басқа да қатарын өндірістерде өндіру жайлы сұрақтар шешімін табуда.
Әр түрлі полисахаридтер өндірісі бірдей емес. Әр гликан үшін өнімнің физиологиясымен, локализациясымен және полимердің физико – химиялық құрамымен, оның қолданылу аумағымен анықталатын өзінің ерекшеліктері бар.
Экзополоисахаридтерді алудың жасуша ішіндегі заттарды алуға қарағанда артықшылығы басым, себебі экзогликандар, негізінен мол мөлшерде түзіледі, биомассадан оңай бөлінеді және қоспалардан оңай тазартылады. Бірақ экзогликандар өндірісінің өзінің технологиясының қиыншылықтары бар. Ортада полисахаридтердің жиналуы жасушалардың оттегімен тыныс алуын қиындатады. Аэробты микроорганизмдерде бұл энергетикалық балансты төмендетеді және полисахаридтер синтезін тоқтатады. Ортаның жоғары тұтқырлығы нативті культуральды сұйықтықтағы продуцент клеткадан полисахаридтерді бөліп алуға мүмкіндік бермейді. Оны он ретке жуық сумен араластыруға тура келеді, клеткаларды жойғаннан соң бастапқысына дейін немесе аз мөлшерге дейін концентрлейді. Бұл проблемалар қосымша шығын жұмсау арқылы шешіледі.
Қазір кезде кеңінен қолданылатын полисхаридтер – декстран мен ксантан өндірісінің негізгі сатыларын қарастырамыз. Декстрандардан плазма алмастырғыштарды келесі атаулармен шығарады: клиникалық декстран, полиглюкин, синкол, макродекс, плазмодекс, хемодекс және т.б. Декстрандарды алу үшін Leuconostoc mesenteroides штаммын қолданады. Ферментацияны 10-30% сахарозасы бар ортада завтравка – декстранмен, ашытқы экстрактымен, минералды тұздармен жүргізіледі.
Плазмоалмастырғыш ретінде қолданылатын декстранның сол формасының синтезінің жүруіне тиімді жағдай жасайды, мысалға құрамында массасы 90 % бар α-1,6-байланыс пен молекулярлық массасы 60-80 мың сызықты глюкан бар.Осы үшін ортада тармақталған декстрандар синтезін тұрақтандыратын магний құрамын шектейді, молекулярлық массасы 20-30 мың декстран түріндегі «затравка» (затравка деп субсртат қажет синтездің жүруіне бағыт береді) қосады. Плазма алмастырғыш ретінде қолданылатын, декстранның сондай формада синтезделуіне жағдай жасайды: молекулярлық массасы 60-80 % болатын α-1,6-гликозидті байланысы 90% болады. Тармақталған декстран синтезін тудыратын молекулярлық массасы 20-30 мың болатын декстран түрінде «затравканы» енгізеді, ол үшін ортадағы магний құрамын шектейді. Мұндай акцептор қажет полимерлердің басымырақ түзілуін қамтамасыз етеді.
Құрамында 70% жуық α-1,6-гликозидті байланысы бар, яғни көбірек тармақталған декстрандардың биологиялық активтілігі жоғары болады. Биологиялық активті декстрандардың синтезін магниден басқа, сахарозаны мелассамен алмастыру арқылы жүргізуге болады. Продуценттің өсуіне қажетті қолайлы рН мәні 6,5-8,0 аралығында, ал декстран сахарозаның жиналуы үшін мәні – рН 7,0 шамасында болады. Әдетте ортаның рН мәнін 7,0-8,0 интервал аралығында тапсырма береді.
Бактериялар сахарозаны глюкозаға және фруктозаға ыдыратады. Фруктоза гетероферментативті сүт қышқылды ашу типі бойынша ашиды да, сүт және сірке қышқылы, маннит және СО2 түзіледі. Глюкоза декстранға полимеризацияланады. Процесс тез жүреді және өнімді 24 сағаттан кейін бөліп алуға болады.
Декстранды культуральды сұйықтықтан бөліп алады, мысалға метанолмен. Нақты бір әдісті қолдануға болады, мысалға, тіпті молекулярлық массасы әр түрлі декстрандар қоспасынан молекулярлық массасы 60-80 мың клиникалық декстран фракциясын тұндыруға болады. Өнімді толығымен тұндыруға болады, оны суда ерітіп, қажет декстранды фракционирлеу арқылы изолирлейді. Қажет болған жағдайда бөліп алынған декстран (ферментативті, термиялық өңдеумен немесе ультрадыбыспен) деполимеризацияланады. Декстранды тазарту үшін декстранды бірнеше рет ерітіп, метанолмен тұндырады да фракциялайды.
Декстрансахароза белгілі бір дәрежеде ортаға бөлініп және полимер синтезі жасушадан тыс жүретіндіктен, декстрандарды ферментативті жолмен де алады. Бұл үшін продуцент жасушадан тыс ферментативті комплекстің жоғары активтілігін қамтамасыз ететін жағдайда өсірілуі тиіс. Декстрансахароза активтілігінің максимальды периодына культуральды сұйықтықты жасушалардан бөліп алады және рН мәні 5,0 - 5,2 дейін төмендету арқылы консервирлейді.
Мұндай қышқылдықта және 15ºС-қа жуық темпертурада культуральды сұйықтық құрамындағы декстрансахароза өзінің активтілігін бір айдан кем емес мерзімде сақтайды. Кеңес Одағы кезінде жартылай тазартылған декстрансахарозаны алу технологиясы өңделіп жасалған. Ферментациялық орта құрамында сахароза мен декстран – «затравка» болуы керек. Синтез процесі шамамен 8 сағатқа созылады. Ферментативті әдіс микробиологиялыққа әдіске қарағанда ыңғайлы, себебі оны қатаң бақылауға және реттеуге болады, сахароза мен ферменттің бастапқы концентрациясын тек варирлеу арқылы ғана, сондай-ақ процесс температурасы бірден қажет молекулярлық массасы бар декстранды алуға мүмкіндік жасайды. Бұл келесі технологиялық процестерді айтарлықтай қысқартады және арзандатады. Иммоболизденген декстрансахароза өндірісте кең көлемде қолданыс табуы мүмкін.
Xanthomonas campestris продуцуирлейтін ксантанды келесі атаулармен шығарады: Хс биополимер, келцан, ксантан, келтрол. Бактерияларды ортада құрамында 1-5 % көмірсулар (жүгері крахмалы, қант –шикізаты, меласса және т.б.), азоттың органикалық қосылыстары, екеулік араластырылған калий фосфор қышқылы мен микроэлементтері бар, рН 6,5-7,2 ортада культивирленеді. Инкубацияны аэробты жағдайда, 28°С температурада, 72 сағат бойы жүргізеді. Полисахаридтердің қасиетін жақсарту үшін ортаға ферментация кезінде формальдегид қосады. Қоспа арқылы әр түрлі қолайсыз факторларға, әсіресе температура мен тұздауға тұрақтылығын жоғарылатылған гликандарды алуға мүмкіндік береді. Полимерді тұтқыр культуральды сұйықтық ерітіндісі түрінде немесе ыстық ауада кептірілген ұнтақ түрінде қолданады. Соңғы кезде полисахаридті жасушадан центрифугирлеп, электролиттің қатысуымен этанолмен, метанолмен немесе ацетонмен тұндырып, тазалап бөліп алады. Ксантан тәрізді полисахарид продуценті қарқынды іздестірілуде. Xanthomonas бактериялардың ішінде активті продуцент. Өндірістік масшабта отандық ксантан алу технологиясы өңделуде.
Көбінесе нативті полисахаридтердің қажет қасиеттері болмайды. Олар мысалға, онша активті емес немесе эффективтілігі жоғары бола тұра нашар ериді немесе улы, бұл олардың қолданылуына кері кедергі болады және т.б. Полисахаридті препараттардың әсерін жақсарту, қажетсіз әсерлерді жою немесе төмендету үшін, яғни қажет қасиеттерге ие препараттарды алу үшін, бөліп алынған полисахаридтер кейде химиялық модификацияға ұшырайды. Сонымен, антикоагулирлеуші активтілік беру үшін декстранды сульфаттайды. A.faecalis var. myxogenes нативті гликанын тұрақтандырушы агенттермен өңдеу арқылы алдын – ала қыздырусыз гель түзетін туындыны алуға мүмкіндік береді. A.pullulans глюканы мен R.rubra маннанның ерігіштігін карбоксиметилирлеу арқылы жоғарылатуға болады. Serratia piscatorum культуральды сұйықтықтан ақуызды – липо–полисахаридті комплексті ісікке қарсы препараттың улылығын төмендетуге арналған, оны сілтімен өңдеу арқылы алуға болады.
Экзогликандар өндірісі үшін продуценттерді үздіксіз культивирлеу әдісі кеңінен қолданыс тауып келеді. Оның көмегімен бір қатар елдерде іс жүзінде тиімді көптеген полисахаридтерді алуда (ксантан, курдлан және т.б.). Бұл өте тиімді және эффективті, себебі максималды жиналу аралығында ұзақ уақыт өнімді алуға субстратты толығымен қолдануға мүмкіндік береді.
Әдетте лимидтеуші фактор ретінде хемостатта азотты, сонымен қатар фосфор мен күкіртті қолданады. Бұл экзогликандардың қарқынды жиналуын қамтамасыз етеді. Қолайлы жағдайды дұрыс таңдаудың арқасында ксантанды жүздеген сағат бойы продуцентті үздіксіз культивирлеу арқылы алады.
Қазіргі уақытта бір қатар іс жүзінде бағалы полисахаридтер өндірісі жасалуда. Полисахаридтерді микробиологиялық өндірісте алудың алдында бір қатар мәселелерді шешу керек. Солардың ішіндегі маңыздыларының бірі – қымбат қанттарды – дәстүрлі көміртегі көзін көптеген полисахарадитерді арзан шикізаттан алу үшін алмастыру. Осыған байланысты этанол мен метанолды көмірсуларды қолдану арқылы микроорганизм өсетін және полисахаридтерді түзетін микроорганизмдерді іздестіру жұмыстары жүргізілуде. Спирттер көміртегі көзі ретінде қолданылатын көмірсулар қолайлы, себебі олар суда жақсы ериді, бұл өнімді бөлу және тазарту технологиясын жеңілдетеді. Культивирлеуде құрамы өте қарапайым жасанды және диализделген орталарды қолдануға болатын ортада микроорганизмдерді культивирлейді, жақсы жоғары тазартылған антигендерді алу үшін қажет.
Арзан субстрат торф гидролизаты - пуллулан өндірісі үшін қолданылады.Микроорганизмдер шын мәнінде сарқылмайтын полисахаридтер көзі болғандығына күмән жоқ, осы полимерлердің ішінен химиялық құрамы жағынан мінсіз және іс жүзінде өте бағалы заттардың бар екені анық.