Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
составляющих имеет важное практическое значение. Известно, что для этого
можно использовать соответствующие физико-химические методы (механическое
разделение, избирательная кристаллизация, хроматографическое разделение)
и химические подходы (фракционная кристаллизация солей диастереомеров),
но гораздо более эффективными и удобными оказываются процессы, основанные
на стереоспецифичности ферментов. Укажем некоторые из используемых здесь
приемов.
1. Получение асимметричных производных, например образование амидов Ы-
ацил-Б-аминокислот, катализируемое папаи-ном, бромелином или фицином.
Так; взяв анилин и папаин, мы
170
Глава 4
получаем нерастворимые L-анилиды аминокислот. Их можно гидролизовать
химическим способом и получить L-изомер.
2. Асимметричный гидролиз. В этом случае осуществляется
стереоспецифический гидролиз производных аминокислот, в результате
которого образуется лишь один энантиомер. Эфиры L-аминокислот гидролизуют
протеолитическими ферментами (например, химотрипсином); нужный продукт и
не вступающие в реакцию D-эфиры разделяют по растворимости.
3. Использование амидаз. Эти ферменты из почек и поджелудочной железы
млекопитающих или из микроорганизмов стереоспецифически гидролизуют амиды
L-аминокислот, которые затем отделяют методом дифференциальной
растворимости. Амиды менее склонны к спонтанному гидролизу, чем эфиры, и
с помощью этого метода получают оптически более чистые препараты
аминокислот.
4. Стереоспецифический гидролиз Ы-ацил-Ь-аминокислот. В этом случае
используются аминоацилазы или карбоксипеп-тидазы, и в результате
образуются L-аминокислоты. Ацилазы получают из самых разных
микроорганизмов. Иммобилизованная аминоацилаза одного из грибов успешно
использовалась в установке для непрерывного ферментативного разделения.
В конце 60-х годов в промышленности стали применять метод разделения
рацемических смесей эфиров терпенов при помощи гидролаз: было обнаружено,
что ферментативный гидролиз этих эфиров идет только в том случае, если
эфирная связь экваториальна или же легко принимает эту конформацию.
Разделение по оптическим свойствам зависело также от положения
диастереомерных центров; оно шло успешно в случае эпимеров вторичных
спиртов. В качестве катализатора применяли дрожжи, иммобилизованные в
полиуретане. Опыт проводили с DL-ментолсукцинатом, для которого в
водонасыщенном н-геп-тане степень конверсии составила 72,6%. В результате
был получен оптически чистый L-ментол. Этот метод разделения с
производительностью 800 кг был запатентован. Рацематы терпенов можно
разделять и путем обращенного гидролиза: сначала при участии липазы
получают эфиры, а затем гидролизуют их химическим методом.
Будущее технологии иммобилизованных ферментов
Сегодня в промышленности реализовано всего четыре крупномасштабные
технологии на основе иммобилизованных ферментов (глюкозоизомеразы,
аминоацилазы, пенициллинацилазы и лактазы). Последнюю иммобилизовали на
частицах кремнезема и применяли для конверсии лактозы сыворотки в глюкозу
и га-
Химия и технология
171
лактозу. В обозримом будущем иммобилизованные ферменты могут быть
использованы для следующих целей.
1. Холинэстераза может применяться для определения пестицидов. Степень
ингибирования этого фермента в присутствии пестицидов оценивают
электрохимическими или колориметрическими методами.
2. Аналогичным образом другие ферменты могут использоваться для
определения токсических веществ. Так, карбоангид-раза очень чувствительна
даже к малым концентрациям хлор-производных углеводородов, гексокиназа -
к хлордану, линдану и токсафену.
3. Иммобилизованная диизопропилфторфосфатаза нервных клеток кальмара
может найти применение для обезвреживания фосфоорганических нервных газов
(зомана, зарина).
4. Иммобилизованная гепариназа может применяться для предотвращения
тромбообразования в аппаратах искусственного кровообращения.
5. Иммобилизованная билирубиноксидаза может использоваться для удаления
билирубина из крови новорожденных, страдающих желтухой.
6. Предложен новый способ применения иммобилизованного гемоглобина. Суть
его состоит в том, что включенный в полиуретановую матрицу белок образует
"гемогубку", способную поглощать кислород прямо из воды с эффективностью
80%. Далее кислород высвобождается из полимера под действием слабого
электрического разряда или в вакууме. Предполагается, что такая система
может снабжать кислородом водолазов либо работающие под водой двигатели.
7. Возможно, вскоре удастся создать системы из нескольких
иммобилизованных ферментов. Так, если заключить в микрокапсулы три
фермента - уреазу, глутаматдегидрогеназу и глю-козодегидрогеназу, то их
можно будет использовать для удаления мочевины из крови больных с
почечной недостаточностью.
8. Иммобилизованные ферменты найдут дальнейшее применение в молочной
промышленности. При производстве сыра могут использоваться
иммобилизованные свертывающие молоко белки - реннин и пепсин. Для
