Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Шмид Р. Наглядная биотехнология и генетическая инженерия..pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
30.05.2021
Размер:
9.07 Mб
Скачать

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

 

 

 

 

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.