В предложенном реферате речь пойдет о таком направлении биотехнологии, как инженерная энзимология. Многие проблемы технологии синтеза органических соединений, пищевой и медицинской промышленности, мониторинга человека и окружающей среды, защиты окружающей среды, энергетики не могут быть решены без использования ее методов. Инженерная энзимология разрабатывает и осуществляет промышленные методы получения химических веществ и продуктов (напр., пищевых), основанные на использовании в качестве катализаторов химических реакций ферментов. Прежде чем перейти к основной теме реферата, остановимся на понятии «фермент».
Ферментами (энзимами) обычно называют вещества биологического происхождения, представляющие собой соединения белковой природы и являющиеся специфическими катализаторами. По своей природе ферменты являются сложными соединениями. Для большинства из них структура не является до конца установленной. Однако существование так называемой белковой «составляющей» – неотъемлемой части биологического катализатора можно считать доказанным для большинства промышленно получаемых ферментных препаратов. Практически все попытки «очистить» эти препараты от соединений белковой природы приводили к потере ихкаталитической активности.
Все основные источники ферментов можно разделить на три группы:
1. Ткани животных как отход мясоперерабатывающей промышленности. Прежде всего, это богатые ферментами поджелудочная железа и слизистая оболочка желудка.
2. Некоторые растения. Например, такие гидролитические ферменты, как папаин и рицин извлекают соответственно из сока дынного дерева и инжирного дерева, из ячменя – амилазу .
3. Микроорганизмы.
целлюлаза
В качестве продуцентов ферментов, как правило, выбирают те штаммы-мутанты, полученные путем направленной селекции, которые обеспечивают максимальный выход целевого продукта при использовании стандартного оборудования. При этом штаммы-мутанты получают как традиционным путем с использованием таких широкоизвестных методов воздействия, как облучение УФ светом, γ — и рентгеновскими лучами, обработкой клеток различными химическими агентами: этилимином, диметилсуфатом, гидроксиламином, диазометаном, оксидом азота и пр., изменением температуры и величины рН, так и методами генной инженерии.
Общий белок, его значение и методы определения
... Служат резервом аминокислот; Выполняют регулирующую функцию (гормоны, ферменты и другие биологически активные белковые вещества). Клинико-диагностическое значение Нормопротеинемия – нормальное содержание ... гипопротеинемии. Для обеспечения нормальных процессов жизнедеятельности организм утилизирует альбуминовую фракцию белков плазмы крови. При усиленном расходовании альбуминов (в основном ...
Aspergillus
Технология получения ферментных препаратов микробным синтезом обязательно включает в себя стадию промышленного культивирования соответствующего микроорганизма. В условиях промышленного производства значительное количество продуцента получают одним из следующих двух способов:
- культивирование на твердых питательных средах (поверхностный способ выращивания продуцента);
- (См. Приложение 1).
ИММОБИЛИЗОВАННЫЕ ФЕРМЕНТЫ
Иммобилизованными ферментами называются ферменты, искусственно связанные с нерастворимым носителем, но сохраняющие свои каталитические свойства.
В1953 г. Н. Грубхофер и Д. Шлейт впервые осуществили ковалентные связывания амилазы, пепсина, РНКазы и карбоксипептидазы с нерастворимым носителем.
В 1971 г. на первой конференции по инженерной энзимологии был узаконен термин «иммобилизованные ферменты». Однако в понятие «иммобилизация» в настоящее время вкладывают более широкий смысл, чем связывание на нерастворимом носителе, а именно – полное или частичное ограничение свободы движения белковых молекул.
По сравнению с нативными ферментами иммобилизованные имеют ряд преимуществ:
1. Представляя собой гетерогенные катализаторы, легко отделяются от реакционной среды, что дает возможность остановить реакцию в любой момент, использовать фермент повторно, а также получать чистый от фермента продукт.
2. Ферментативный процесс с использованием иммобилизованных ферментов можно проводить непрерывно, регулируя скорость катализируемой реакции и выход продукта.
3. Модификация фермента целенаправленно изменяет его свойства, такие как специфичность (особенно в отношении макромолекулярного субстрата), зависимость каталитической активности от рН, ионного состава и других параметров среды, стабильность к денатурирующим воздействиям.
лактатдегидрогеназы
4. Можно регулировать каталитическую активность путем изменения свойств носителя действием физических факторов, таких как свет и звук.
5. Иммобилизованные ферменты долговечны и стабильнее свободных энзимов.
Все перечисленное обеспечивает высокую экономичность, эффективность и конкурентоспособность технологий, использующих иммобилизованные ферменты.
Для осуществления химических процессов с помощью иммобилизованных ферментов применяют колоночные, трубчатые, пластинчатые и танкерные реакторы разного объема и производительности. Иммобилизованные ферментные системы функционируют в биореакторе в виде неподвижной фазы, через которую протекает среда с субстратом, подлежащим химическому превращению (гетерогенный катализ).
В таких реакторах наряду с непрерывным режимом используется и периодический. Для эффективного перемешивания и газообмена биореактор снабжают мешалкой. Повреждающее действие мешалки на биокатализатор устраняют, закрепляя определенным образом его гранулы. Например, в биореакторе «корзиночного» типа мешалка вращается в полом цилиндре из сетчатой структуры (корзина), в ячейках которой закреплен иммобилизованный фермент. Во внутреннем объеме трубчатых реакторов рыхло расположены полые волокна, заполненные биокатализатором. Степень превращения субстрата в продукт (например, фумарата аммония в аспартат) в таких реакторах достигает 90 %.
Метаболизм как основа жизнедеятельности клетки
... метаболизма происходят в соответствии с генетической программой клетки, реализуя ее наследственную информацию. Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ Человек и животные получают энергию ... десятков последовательных реакций, каждая из которых обслуживается своим комплексом ферментов. Молекулы ПВК под действием ферментов (и кофермента НАД — никотинамидадениндинуклеотида) поэтапно окисляются сначала ...
ИММОБИЛИЗАЦИЯ КЛЕТОК
Методы иммобилизации универсальны для всех видов иммобилизованных биокатализаторов – индивидуальных ферментов, клеток, субклеточных структур, комбинированных препаратов.
Наряду с иммобилизацией ферментов в последнее время все большее внимание уделяется иммобилизации клеток и субклеточных структур. Это объясняется тем, что при использовании иммобилизованных клеток отпадает необходимость выделения и очистки ферментных препаратов, применение кофакторов; создается возможность получения полиферментных систем, осуществляющих многостадийные непрерывно действующие процессы.
В промышленных процессах чаще используют покоящиеся клетки. Действительно, многие хозяйственно-ценные продукты синтезируются главным образом в стационарной фазе развития клеточных культур. Растущие клетки нарушают структуру носителя. Образующиеся при делении дочерние клетки, покидая носитель, загрязняют целевой продукт. Для подавления роста иммобилизованных клеток растений используют дефицит фитогормонов, а рост клетки бактерий тормозят добавлением антибиотиков.
Иммобилизованные клетки микроорганизмов применяют для биотрансформации органических соединений, разделения рацемических смесей, гидролиза ряда сложных эфиров, инверсии сахарозы, восстановления и гидроксилирования стероидов. Преимущество иммобилизованных клеток микроорганизмов по сравнению с иммобилизованными ферментами состоит главным образом в том, что при использовании иммобилизованных клеток отпадает необходимость выделения, очистки и иммобилизации ферментов – стадий часто наиболее дорогостоящих при осуществлении промышленного процесса. Ферменты в микроорганизмах находятся в своем естественном окружении, что повышает их термостабильность и так называемую операционную стабильность (продолжительность работы в условиях технологического процесса).
Известно множество примеров, когда ферменты после выделения из организма быстро теряют активность, а иногда их вообще не удается выделить в активной форме. В то же время в составе клеток микроорганизмов они сохраняют каталитические свойства достаточно долго.
оксидоредуктазы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Важным этапом развития инженерной энзимологии стала разработка способов получения и использования иммобилизованных ферментов и иммобилизованных клеток.
Создание биокатализаторов нового поколения, имеющих ряд существенных преимуществ, открыло перед прикладной энзимологией новые перспективы. Иммобилизация – это методический прием, при котором молекулу биокатализатора включают в какую-либо фазу, отделенную от фазы свободного раствора, но способную обмениваться с ней молекулами субстрата, эффектора или ингибитора. Успешное использование иммобилизованных ферментов в значительной мере определяется выбором подходящего сочетания носителя и метода иммобилизации, а также знанием кинетики реакций с участием таких катализаторов.
Многие проблемы технологии синтеза органических соединений, пищевой и медицинской промышленности, мониторинга человека и окружающей среды, защиты окружающей среды, энергетики не могут быть решены без использования методов современной инженерной энзимологии. Бесспорно нужно и далее развивать это направление биотехнологии, в силу его перспективности.
Генно-инженерная технология
... (организмы)», под которыми понимаются продукты питания содержащие результаты генно-инженерной деятельности. 1. Технология ГМО 1.1 Технология получение ГМО Процедура получения ГМО включает в себя несколько ... кукуруза. Поэтому разработаны и другие способы. Например, можно ферментами растворить толстую клеточную оболочку растительной клетки, мешающую прямому проникновению чужой ДНК, и поместить такие ...
Приложения., Приложение 1.
Рис.1 Принципиальная технологическая схема процесса глубинного культивирования микроорганизмов
1 – смеситель питательной среды;
2 – колонна для непрерывной стерилизации потока питательной среды острым паром;
3 – теплообменник – выдерживатель;
4 – теплообменник для охлаждения потока питательной среды;
5 – инокуляторы (посевные аппараты);
6 – индивидуальный фильтр для очистки воздуха, подаваемого в инокулятор;
7 – реактор – ферментер;
8,9 – насосы;
10 – масляный фильтр для предварительной очистки воздуха;
11 – компрессор;
Рис.4. Схема иммобилизации фермента химическим методом, Приложение 3.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/injenernaya-enzimologiya/
1. Березин И.В., Клесов А.А., Швядас В.К. и др. Инженерная энзимология. М.: Высшая школа, 1987. 144 с.
2. Клесов А.А. Применение иммобилизованных ферментов в пищевой промышленности//Биотехнология. М.: Наука, 1984.
3. Березин И.В., Яцимирский А.К. «Биотехнология и ее перспективы
(инженерная энзимология)». Москва, Издательство «Знание», 1986. 62 с.
4. http://www.libsid.ru
http://www.biotechnolog.ru
Инженерная энзимология
студентка гр.3-28
Степанова М. А.
доц. Найденко Е. В.
Иваново, 2012
Содержание
Введение ………………………………………………………………. 3
Глава 1. Инженерная энзимология ……………………………………… 5
1.1. Задачи инженерной энзимологии ………………………………….. 7
1.2. Иммобилизированные ферменты ………………………………….. 7
1.3. Носители для иммобилизации ферментов …………………………. 9
1.4. Методы иммобилизации ферментов ……………………………… 11
1.5. Иммобилизация клеток ………………………………………….. 16
1.6. Применение иммобилизированных ферментов …………………… 17
Заключение …………………………………………………………… 19, Приложения
Список используемой литературы ……………………………………… 22
ВВЕДЕНИЕ
В предложенном реферате речь пойдет о таком направлении биотехнологии, как инженерная энзимология. Многие проблемы технологии синтеза органических соединений, пищевой и медицинской промышленности, мониторинга человека и окружающей среды, защиты окружающей среды, энергетики не могут быть решены без использования ее методов. Инженерная энзимология разрабатывает и осуществляет промышленные методы получения химических веществ и продуктов (напр., пищевых), основанные на использовании в качестве катализаторов химических реакций ферментов. Прежде чем перейти к основной теме реферата, остановимся на понятии «фермент».
Ферментами (энзимами) обычно называют вещества биологического происхождения, представляющие собой соединения белковой природы и являющиеся специфическими катализаторами. По своей природе ферменты являются сложными соединениями. Для большинства из них структура не является до конца установленной. Однако существование так называемой белковой «составляющей» – неотъемлемой части биологического катализатора можно считать доказанным для большинства промышленно получаемых ферментных препаратов. Практически все попытки «очистить» эти препараты от соединений белковой природы приводили к потере ихкаталитической активности.
Основные мероприятия по предотвращению или сведению к минимуму ...
... нефтесодержащими водами около 700 тыс.т нефти. Охрана морской среды от загрязнения предусматривает комплекс мероприятий, направленных на ... работе представлены системы сбора и очистки нефтесодержащих вод и мойки танков, а также ... не могут быть использованы обычным способом и для утилизации которых требуются специальные ... судном понимаются не только морские суда, но также «суда на подводных крыльях, суда на ...
Все основные источники ферментов можно разделить на три группы:
1. Ткани животных как отход мясоперерабатывающей промышленности. Прежде всего, это богатые ферментами поджелудочная железа и слизистая оболочка желудка.
2. Некоторые растения. Например, такие гидролитические ферменты, как папаин и рицин извлекают соответственно из сока дынного дерева и инжирного дерева, из ячменя – амилазу .
3. Микроорганизмы.
целлюлаза
В качестве продуцентов ферментов, как правило, выбирают те штаммы-мутанты, полученные путем направленной селекции, которые обеспечивают максимальный выход целевого продукта при использовании стандартного оборудования. При этом штаммы-мутанты получают как традиционным путем с использованием таких широкоизвестных методов воздействия, как облучение УФ светом, γ — и рентгеновскими лучами, обработкой клеток различными химическими агентами: этилимином, диметилсуфатом, гидроксиламином, диазометаном, оксидом азота и пр., изменением температуры и величины рН, так и методами генной инженерии.
Aspergillus
Технология получения ферментных препаратов микробным синтезом обязательно включает в себя стадию промышленного культивирования соответствующего микроорганизма. В условиях промышленного производства значительное количество продуцента получают одним из следующих двух способов:
— культивирование на твердых питательных средах (поверхностный способ выращивания продуцента);
— (См. Приложение 1).
