Получение аминокислот с помощью иммобилизованных 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-α-амино-ε-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.

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 полиакриламидном геле. При оптимальных режимах выход аспарагиновой кислоты при таком способе достигает 12 000- 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.

Получение оптических изомеров аминокислот путём ацилаз микроорганизмов

Одним из способов разделения рецематов аминокислот на L- и D-изомеры является ферментативный путь с использованием микроорганизмов, обладающих специфической L-ацилазной ак­тивностью. Ацилазы разрывают пептидную связь у ацилпроизводных аминокислот или пептидов, в результате чего образуются соответствующие свободные аминокислоты и пептиды, а также органическая кислота.

При культивировании микроорганизмов, содержащих ацила­зы, необходимо соблюдать ряд условий. В частности, вводить в среды вещества, близкие по природе к субстрату действия ацилаз, например в случае превращения DL-лизина — ε-ацетил-L-лизин. Ацилазы грибов находятся внутри клеток. Поэтому их клетки необходимо предварительно подвергать дезинтеграции, например применяя ультразвук. Основой использования микробных ацилаз для гидролиза ацилпроизводных аминокислот является специфичность их действия относительно оптической конфигурации и структуры субстрата. Соответственно характеру асимметрического деацетилирования субстрата различают L- и D-ацилазы, причем у микроорганизмов наиболее часто обнаруживаются L-ацилазы. В зависимости от характера отщепляемого ацильного радикала различают ацетил-, бензоил-, хлорацетил-, сукцинил- и другие производные аминокислот. Поскольку наибо­лее распространенными являются ацетил- и бензоилацилазы, именно эти производные аминокислот предпочтительно исполь­зовать в реакциях. Необходимо иметь в виду специфичность ацилазы к аминокислотному остатку. Указанные особенности ацилаз позволяют использовать их для выделения нужной ами­нокислоты из смеси многих ацилпроизводных.

Остающиеся ацил-рацемат и ацил-D-аминокислота легко от­деляются от оптически активной аминокислоты вследствие раз­личий в физико-химических свойствах, например растворимости в органических растворителях и воде, способности сорбироваться на ионитах. Использование D-изомеров теоретически возможно, если иметь в виду дальнейшее применение рацемаз или химиче­ских способов. Например, некоторые N-ацетил-D-аминокислоты могут легко превращаться в N-ацетил-DL-аминокислоты путем нагревания в присутствии уксусного ангидрида. Процесс раце­мизации может быть реализован также путем применения иммо­билизованных ферментов.