Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
Мутации, вызываемые путем сайт-специфичного воздействия,, используют
сегодня для проверки адекватности результатов; структурных исследований.
В некоторых случаях с их помощью-удалось показать, что структурная
стабильность белка и его" каталитическая активность могут быть разобщены.
Накопив достаточное количество информации о взаимосвязи между
стабильностью структуры белка и его функцией, мы, возможно, сумеем
осуществлять тонкую регуляцию активности биологических катализаторов и
создавать полностью синтетические их аналоги. Недавно появилась работа, в
которой сообщалось о клонировании первого синтетического гена фермента,
кодирующего активный фрагмент молекулы рибонуклеазы.
Биологический катализ в неводных средах
Известно, что биологический катализ осуществляется в природе в водной
среде, но сфера применения ферментов в биотехнологии не может
ограничиваться только этими условиями. Нередко нужно подвергнуть
изменению структуры липофильных или водонерастворимых веществ, например
стероидов или углеводородов. Применение органических растворителей может
не только увеличить каталитическую активность определенного фермента
путем повышения доступности субстрата, но и сместить равновесие
соответствующей химической реакции.
Главным фактором здесь является стабильность биокатализатора в
органическом растворителе. Активность ферментов во многих не
смешивающихся с водой органических растворителях.
Химия и технология
185
нередко сильно падает. Так, в качестве катализаторов реакции
дегидрирования стероидов в среде бензола и гептана использовали разные
виды Nocardia. Для увеличения их стабильности применяли иммобилизацию;
при этом нужно было учитывать гидрофобность носителя. Бактерии,
заключенные в гидрофобные гели, обладали большей каталитической
активностью, чем находящиеся в гидрофильном окружении, что определялось
характером распределения субстрата между гелем и окружающим его
растворителем. Сегодня мы умеем конструировать носители е нужной степенью
гидрофобности: для этого используются фо-тосшиваемые преполимеры смол и
уретановые преполимеры. Иммобилизация фермента на поверхности или внутри
твердого носителя повышает его устойчивость к действию органических
растворителей, препятствуя разрушению третичной структуры белка в таких
средах. Многие ферменты, катализирующие реакции превращения липофильных
субстратов in vivo, локализуются в мембранах, и иммобилизация как бы
имитирует их стабилизированное связанное состояние в мембранах. Так, для
синтеза этилового эфира Ы-ацетил-Ь-триптофана из этанола и Ы-ацетил-Б-
триптофана использовали химотрипсин в хлороформе. •Липаза,
иммобилизованная на гидрофобном полимере, катализирует в н-гексане
реакцию переэтерификации. Таким путем из оливкового масла и насыщенных
высших жирных кислот получают заменитель кокосового масла.
Комбинируя разные описанные в этой главе способы, мы сможем существенно
расширить границы применения биологических катализаторов в производстве и
анализе химических веществ, применяемых в промышленности.
4.4.2. Конфигурация реактора
Оптимизация биокатализатора
Особенности конфигурации биореактора, используемого в биотехнологическом
процессе, определяются биохимическими и биофизическими свойствами
избранного биокатализатора. От его природы зависит также и способ
дальнейшей переработки полученного продукта. В этой связи при разработке
процесса особое значение приобретает улучшение свойств катализатора
методами генетической инженерии, например изменения тех физических
параметров, которые определяют его способность работать в определенной
среде, специфичность и производительность, а также локализацию
синтезируемого продукта (вспомним о внеклеточном образовании некоторых
веществ клетками растений). Более подробно роль генетических методов в
решении задач биотехнологии разбирается в гл. 7.
186
Глава 4
Регулировать особенности протекания процесса можно также путем разумного
выбора катализатора. Сегодня большие усилия затрачиваются на выделение,
изучение свойств и способов использования термофильных микроорганизмов и
их ферментов во многих уже применяющихся в промышленности био-
катализируемых реакциях. Получаемые при этом преимущества определяются
увеличением стабильности белков и их более высокой каталитической
активностью. Модернизировать процессы можно и путем применения
организмов, обитающих в экстремальных условиях (например, при низких pH
или высоких концентрациях солей). Так, для производства органических
кислот имеет смысл попытаться использовать ацидофильные гало-филы;
галофильные виды уже сейчас применяются при выработке полиолов
(образование глицерола при участии Duniella).
Применение иммобилизованных биокатализаторов как в составе целых
организмов, так и в виде изолированных ферментов будет играть все большую
роль в разработке и проведении биотехнологических процессов, поскольку
это облегчает работу с ними, повторное их использование и отделение
