- •Содержание
- •Предисловие
- •Предисловие ко 2-му изданию
- •Введение
- •Этапы развития биотехнологии
- •Биотехнология сегодня
- •Биотехнологическое производство пищевых продуктов
- •Алкогольные напитки
- •Пивоварение
- •Ферментация в пищевой промышленности
- •Пищевые продукты и молочнокислое брожение
- •Этиловый спирт
- •1-Бутанол, ацетон
- •Уксусная кислота
- •Лимонная кислота
- •Молочная и глюконовая кислоты
- •Аминокислоты
- •L-Глутаминовая кислота
- •D,L-Метионин, L-лизин и L-треонин
- •Антибиотики
- •Антибиотики: источники, применение и механизмы действия
- •Антибиотики: получение. Устойчивость к антибиотикам
- •β-Лактамные антибиотики: промышленное получение
- •Гликопептидные, полиэфирные и нуклеозидные антибиотики
- •Аминогликозидные антибиотики
- •Тетрациклины, хиноны, хинолоны и другие ароматические антибиотики
- •Поликетидные антибиотики
- •Получение новых антибиотиков
- •Специальные продукты
- •Витамины
- •Нуклеозиды и нуклеотиды
- •Биодетергенты и биокосметика
- •Микробные полисахариды
- •Биоматериалы
- •Биотрансформация
- •Биотрансформация стероидов
- •Ферменты
- •Ферменты
- •Ферментативный катализ
- •Ферменты в клинических анализах
- •Тесты с помощью ферментов
- •Применение ферментов в промышленных технологиях
- •Ферменты в производстве моющих средств
- •Ферменты, расщепляющие крахмал
- •Ферментативное расщепление крахмала в промышленности
- •Ферментативное превращение сахаров
- •Утилизация целлюлозы и полиозы
- •Использование ферментов в целлюлозно-бумажной промышленности
- •Пектиназы
- •Ферменты в производстве молочных продуктов
- •Использование ферментов в хлебобулочной и мясоперерабатывающей промышленности
- •Ферменты в кожевенной и текстильной промышленности
- •Перспективы получения ферментов для промышленных технологий
- •Белковая инженерия
- •Пекарские и кормовые дрожжи
- •Пекарские и кормовые дрожжи
- •Белки и жиры из одноклеточных организмов
- •Аэробная очистка сточных вод
- •Анаэробная очистка сточных вод и переработка ила
- •Биологическая очистка газовых выбросов
- •Биологическая очистка почв
- •Микробиологическое выщелачивание руд и биокоррозия
- •Инсулин
- •Гормон роста и другие гормоны
- •Гемоглобин, сывороточный альбумин и лактоферрин
- •Факторы свертывания крови
- •Антикоагулянты и тромболитики
- •Ингибиторы ферментов
- •Иммунная система
- •Стволовые клетки
- •Тканевая инженерия
- •Интерфероны
- •Интерлейкины
- •Эритропоэтин и другие факторы роста
- •Другие белки, имеющие медицинское значение
- •Вакцины
- •Рекомбинантные вакцины
- •Антитела
- •Моноклональные антитела
- •Рекомбинантные и каталитические антитела
- •Методы иммуноанализа
- •Биосенсоры
- •Биотехнология в сельском хозяйстве
- •Животноводство
- •Перенос эмбрионов и клонирование животных
- •Картирование генов
- •Трансгенные животные
- •Генетическая ферма и ксенотрансплантация
- •Растениеводство
- •Культивирование растительных клеток: поверхностные культуры
- •Культивирование растительных клеток: суспензионные культуры
- •Трансгенные растения: методы получения
- •Трансгенные растения
- •Вирусы
- •Бактериофаги
- •Микроорганизмы
- •Бактерии
- •Некоторые бактерии, важные для биотехнологии
- •Грибы
- •Дрожжи
- •Усовершенствование штаммов микроорганизмов
- •Основы биотехнологических методов
- •Микроорганизмы: рост в искусственных условиях
- •Кинетика образования продуктов метаболизма и биомассы в культуре микроорганизмов
- •Технология ферментации
- •Промышленные процессы ферментации
- •Культивирование животных клеток
- •Биореакторы для культивирования животных клеток
- •Биореакторы с иммобилизованными ферментами и клетками
- •Очистка биотехнологических продуктов
- •Очистка биотехнологических продуктов: хроматографические методы
- •Экономические аспекты биотехнологического производства
- •Методы генетической инженерии
- •Структура ДНК
- •Функции ДНК
- •Эксперимент в генетической инженерии
- •Методы выделения ДНК
- •Ферменты, модифицирующие ДНК
- •ПЦР: лабораторная практика
- •ДНК: химический синтез и определение размера молекул
- •Секвенирование ДНК
- •Введение ДНК в живые клетки (трансформация)
- •Идентификация и клонирование генов
- •Экспрессия генов
- •Выключение генов
- •Геном прокариот
- •Геном эукариот
- •Геном человека
- •Функциональный анализ генома человека
- •ДНК-анализ
- •Белковые и ДНК-чипы
- •Маркерные группы
- •Тенденции развития
- •Генная терапия
- •Поиск биологически активных веществ
- •Протеомика
- •Обмен веществ
- •Метаболомика и метаболическая инженерия
- •Системная биология
- •«Белая» биотехнология
- •Сертификация биотехнологической продукции
- •Этические аспекты генетической инженерии
- •Патентование в биотехнологии
- •Биотехнология в разных странах
- •Биотехнология в разных странах
- •Литература
- •Источники иллюстраций
- •Указатель микроорганизмов
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Специальные продукты
72
Биотрансформация стероидов
ВВЕДЕНИЕ. Одним из примеров экономически выгод- |
мышленного использования такой реакции является |
||
ной биотрансформации является получение стерои- |
гидроксилирование одного из промежуточных проду- |
||
дов из стеролов. |
ктов синтеза гидрокортизона – соединения Рейх- |
||
СТЕРОИДЫ. К группе стероидов относятся более |
штейна «S» (вещество названо по имени Тадеуша |
||
10 000 природных и синтетических соединений, |
Рейхштейна – швейцарского химика, лауреата Нобе- |
||
многие из которых имеют важное фармацевтическое |
левской премии 1950 г., который впервые выделил |
||
значение. В качестве примеров можно привести |
кортизон и установил его структуру). Реакция проте- |
||
витамин D2 (кальциферол), кортикостероиды (проти- |
кает в клетках плесневого гриба Curvularia lunata. |
||
вовоспалительные средства), эстрогены и гестагены |
Чтобы предотвратить гидроксилирование по 7α- |
||
(женские половые гормоны), спиронолактон (моче- |
и 14α-атомам, «S»-вещество предварительно ацети- |
||
гонное средство). В промышленном синтезе сте- |
лируют по 17-гидроксигруппе. В процессе фермента- |
||
роидов используются различные типы биотранс- |
ции реакция биотрансформации идет с высокой сте- |
||
формации: например, отщепление боковой цепи |
реоспецифичностью. |
|
|
β-ситостерола с образованием андроста-4-ен- |
БИОСИНТЕЗ ПРЕГНЕНОЛОНА ИЗ САХАРОВ. При созда- |
||
3,17-диона (АД) или андроста-1,4-диен-3,17-диона |
нии рекомбинантного дрожжевого штамма, синтези- |
||
(АДД) и гидроксилирование 11-β-атома кортексоло- |
рующего прегненолон из сахаров, был использован |
||
на (также называемого соединением Рейхштей- |
новый экспериментальный подход. В процессе обра- |
||
на «S»). Аналогично получению индиго в клетках |
зования микостерола в дрожжах синтезируется эрго- |
||
E. coli, возможно осуществить процесс синтеза пре- |
стерол. В рекомбинантных штаммах были произведе- |
||
гненолона из сахаров в клетках дрожжей, и хотя эти |
ны следующие перестройки генома: во-первых, |
||
методы пока не используются в промышленности, |
выключен ген фермента, ответственного за окисли- |
||
очевидно, что в будущем биотрансформация станет |
тельное отщепление боковой цепи в |
-22-ненасы- |
|
очень важным технологическим приемом. |
щенных продуктах; во-вторых, в геном встроены три |
||
ОТЩЕПЛЕНИЕ БОКОВЫХ ЦЕПЕЙ. Традиционно основ- |
гена ферментов, участвующих в синтезе стеролов |
||
ным сырьем для производства стероидов служит |
крупного рогатого скота, и ген Arabidopsis thaliana |
||
диосгенин – природный стерол растительного проис- |
(резуховидка, двудольное травянистое растение), ко- |
||
хождения, главный поставщик – Мексика. Другие |
дирующий |
-7-редуктазу. Полученные рекомбинант- |
|
источники – желчные кислоты, которые поставляет |
ные штаммы, в которых экспрессируются все эти |
||
мясоперерабатывающая промышленность, и стигма- |
ферменты, обладают способностью синтезировать |
||
стерол – побочный продукт производства витамина Е |
прегненолон при росте на D-глюкозе. Кроме того, |
||
из соевого масла. Процессы превращения этих ве- |
если в |
клетках осуществлять |
коэкспрессию |
ществ в важные фармацевтические продукты (корти- |
3β-гидроксистероид-дегидрогеназы человека, из пре- |
||
костероиды, половые гормоны или спиронолактон) |
г-ненолона образуется прогестерон. Клонирование |
||
состоят из множества стадий. Поэтому для отщепле- |
гена монооксигеназы P450, которая осуществляет |
||
ния боковых цепей, в частности от β-ситостерола из |
избирательное гидроксилирование, приводит к гидро- |
||
соевого или рапсового масла, представляется пер- |
ксилированию молекулы прогестерона по положе- |
||
спективным использование таких микроорганизмов, |
ниям 11β-, 17α- и 21. Таким образом рекомбинант- |
||
как Mycobacterium, Nocardia, Arthrobacter или Cory- |
ный штамм дрожжей синтезирует гидрокортизон из |
||
nebacterium. В результате ферментативной реакции |
сахаров. Научные достижения, основанные на фунда- |
||
образуется андроста-4-ен-3,17-дион и андроста-1,4- |
ментальных исследованиях в области молекулярной |
||
диен-3,17-дион – предшественники эстрогенов и ге- |
биологии, используются в разработках компании |
||
стагенов, а также кортикостероидных гормонов. Дру- |
Sanofi-Aventis при оптимизации штаммов дрожжей |
||
гие источники сырья для производства стероидов, |
методами метаболической инженерии. Это приводит |
||
такие как холестерол или желчные кислоты, также |
к появлению конкурентоспособной технологии. |
||
могут быть использованы для биотрансформации, |
|
|
|
однако пока эти методы экономически невыгодны.
ГИДРОКСИЛИРОВАНИЕ 11β-АТОМА. Гидроксилирование – одна из важнейших стадий синтеза стероидов с заданной структурой. В настоящее время получены обширные коллекции микроорганизмов, в каждом из которых гидроксилирование протекает по определенному положению, что позволяет осуществлять гидроксилирование предшественников стероидов по всем возможным положениям. Важным примером про-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Биосинтез стеролов |
|
|
Дезоксихолевая кислота |
Диосгенин |
Стигмастерол |
26 стадий |
5 стадий |
|
|
|
4 стадии |
Кортизон |
Прогестерон |
β-Ситостерол |
|
7 стадий |
|
Реакции гидроксилирования, |
|
|
осуществляемые различными |
|
|
микроорганизмами |
|
|
|
11-α-Гидроксипрогестерон |
Андроста-4-ен-3,17-дион (АД) |
|
Химические реакции |
Половые гормоны |
|
|
|
|
Ферментация |
Доступное промышленное сырье |
Гидроксилирование соединения Рейхштейна «S» |
|
|
в положении 11β в клетках Culvularia lunata |
|
|
17-Ацетат соединения |
17-Ацетат гидроксикортизона |
Гидрокортизон |
Рейхштейна «S» |
|
|
Ацетилирование субстрата по 17-гидроксигруппе препятствует |
|
|
гидроксилированию в положениях 7α и 14α. |
|
|
Синтез стероидов в рекомбинантных штаммах дрожжей |
|
Сахар |
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
|
|
|
11 |
17 |
|
|
3β-Гидроксистероид- |
|
|
|
|
дегидрогеназа, |
|
|
Эргостерол |
Прегненолон |
P450 моноокси- |
Био-гидрокортизон |
|
геназы CYP17A1, |
||||
Обмен веществ дрожжей |
|
CYP21A1, CYP11B1 |
|
|
|
|
|
|
|
Клонированные гены крупного рогатого скота, человека и растений |
|
|
||
Клонированный ген млекопитающих |
|
|
|
73 |
|
|
|
|