Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

ридоксальфосфат. В организм животных для его образования должен поступать пиридоксаль, пиридоксамнн или пиридоксин (91) — оита-

91

Пиридоксин превращается в пиридоксальфосфат путем окисления NADP* катализируемого пиридоксин 4~deiudpoiena30u, и фосфорилирования с участием пиридоксалъкиназы.

Кофактор карбоксилаз биотин сам является витамином (витамин И). Его суточная доза для человека 0,15 — 0,3 мг. Как и в случае пантотеновой кислоты, острый дефицит биотина возникает лишь при недостаточно эффективно работающей кишечной флоре, которая в норме производит биотин и обеспечивает потребности в нем организма хозяина.

Наряду с перечисленными соединениями, обеспечивающими потребности ферментативных превращений животных и человека, в малых количествах необходимы и некоторые другие вещества, также относимые к категории витаминов. Например, витамин А — ретинол (92 а)

необходим для образования ретиналя, который в сочетании с белком опсипом образует родопсин — зрительный пурпур, участвующий в, первичном акте поглощения света в фоторецепторных клетках глаза (палочках и колбочках). Ретинол окисляется до ретиналя с участием ???)+ как окислителя с помощью фермента ретинол дегидрогепазы. Ретипаль в составе родопсина при действии света переходит из 11-уис-формы (92 б) в траис-форму (92 в):

СНО

п-цце-ретиналь транс -ретиналь

92S 920

К витаминам традиционно относят также аскорбиновую кислоту (93' а) — випамин С, — которая не вырабатывается приматами, в том числе человеком, а Также морскими свинками, но вырабатывается другими млекопитающими. Аскорбиновая кислота принимает участие в некоторых важных окислительных процес-Сах. например в качестве второго донора -электронов при окислении остатков

ПППЛи.._ .....~......~_________ ' О ? 1 \ ??----------- ...... nr.nmVJ-

щается в дегидроаскорбиновую кислоту (93 б), которая восстанавливается аскорбата с помощью специальной редуктазы:

-2 ? +2 ?

снон-сн2он

93а

СНОН—СН2 ОН 936

4.8. ПРИМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ В МЕДИЦИНЕ ¦ И БИОТЕХНОЛОГИИ Щ

Высокая каталитическая активность, специфичность и разнообразие ферментов, их способность осуществлять биохимические превращения в мягких условиях, в том числе близких к физиологическим, открывают перспективу их использования в качестве медицинских препаратов. Эти же особенности делают ферменты весьма привлекательными для осуществления различных технологических процессов.

Пищеварительные ферменты уже ряд лет используют в качестве препаратов для компенсации их недостаточности при некоторых заболеваниях желудочно-кишечного тракта. Лекарственная форма обычно содержит смесь ферментов -пепсина, трипсина, химотрипсина, а-амнлазы, липазы. Нротеолитическне ферменты применяют для лечения осложненных ран и гиоппо-пекротическпх процессоп, поскольку они гидролнзуют денатурированные белки в омертвевших тканях, в то же время мало затрагивая нативные внутриклеточные белки, отделенные клеточными мембранами и менее чуствнтельиые к действию протеаз благодаря компактной третичной структуре. Некоторые специальные протеазы, например фермент фибринолизин, катализирующий гидролиз фибрина — основного белка кровяного сгустка, образующегося при свертывании крови, используют для рассасывания тромбов, возникающих в кровяном русле и угрожающих закупоркой кровеносных сосудов.

Некоторые нуклеазы применяют для лечения вирусных заболеваний. Вирусные нуклеиновые кислоты в составе инфицированных клеток, особенно в период интенсивной репликации, транскрипции, биосинтеза вирусных белков, более доступны действию нуклеаз, чем нуклеиновые кислоты клетки, находящиеся преимущественно в виде комплексов с белками. Например, панкреатическая РНКаза применяется для лечения такого тяжелого заболевания, как клещеио1"1 энцефалит. Панкреатическая ДНКаза оказалась эффективной при лечении ряДа заболеваний, вызываемых вирусом герпеса и аденовирусом. Вследствие сравнительно небольших размеров этих ферментов они ие вызывают сильного иммунного ответа, что позволяет использовать сравнительно дешевые препараты, добываемые из поджелудочных желез крупного рогатого скота па мясокомбинатах' Аналогичное применение нашли нуклеазы и в борьбе с вирусами, поражающим11 животных. Например, эндонуклеаза из микроорганизма Serralia marcesccns оказалась эффективной против вирусного паралича пчел, приносящего болым ущерб пчеловодству. В данном случае вследствие отсутствия ? пчел пазвг

иМмунной системы стало возможным применение бактериального препарата, который можно получить в практически неограниченном количестве на предприятиях микробиологической промышленности *.

На проведении реакций, катализируемых системами ферментов основаны многие крупномасштабные процессы в пищевой промышленности. Классическим примером является получение этанола и содержащих его продуктов винно-водочной промышленности, в ходе которого дрожжи с помощью набора ферментов гликолиза (см. § 8.2) превращают сахар в пируват и далее при действии пируват декарбоксилазы и алкогольдегидрогеназы — в этиловый спирт. В основе применения различных видов молочнокислых бактерий в молочной промышленности лежит их способность осуществлять гликолиз и восстановление пирувата с помощью лактатдегидрогеназы.

Использование очищенных индивидуальных ферментов в промышленности длительное время сдерживалось их дороговизной и невысокой устойчивостью. Ситуация стала изменяться с появленинем ферментов, иммобилизованных на нерастворимых носителях. Применение ферментов, достаточно прочно связанных (иммобилизованных) с нерастворимыми полимерными материалами, прежде всего сделало процессы более технологичными. Появилась возможность использовать непрерывные процессы, основанные на пропускании раствора субстрата через колонку с иммобилизованным ферментом. Исчезла проблема отделения прореагировавших компонентов от фермента, резко повысилась эффективность использования фермента. Оказалось также, что связывание с носителем часто повышает термическую устойчивость фермента. В случае протеаз иммобилизация существенно, ослабляет взаимодействие между отдельными молекулами фермента, приводящее к самоперевариванию (автолизу).

Предложено большое число разнообразных методов иммобилизации, основанных как на физической сорбции, так и на ковалентном присоединении белков к носителям. Одним из наиболее полулярных химических приемов является обработка глутаровым альдегидом смеси фермента и полимерного носителя, содержащего аминогруппы. При этом молекулы глутарового альдегида образуют основания Шиффа с аминогруппами белка (в первую очередь ?-аминогруппами остатков лизина) и носителя, которые далее могут быть восстановлены до соответствующих аминов:

О

?—??2 + Зс-(СН2)3-С^ +МН2-Полимер —> E-N=CH-(CH2)3-CH=N-rionMMep—> —- ?—NH—(CH2|S-NH—Полимер

К носителям, содержащим карбоксильные группы, фермент может быть присоединен путем обработки каким-либо растворимым в воде карбодиимидом, например (94), что приводит к образованию амидной связи с аминогруппами белка:

'Применение нуклеаз в медицине и сельском хозяйстве разработано в институте цитологии и ГиНетики под руководством академика РАН Р.И. Салганика

н3с

/ \ \/~\

Е—NH2 +-00С—Полимер + (У- N-C-N-CH2 CH2-N^ 0 —-

54

?-??-СО-Полимер + <^ ^NH-fi-NH-CH; CH?-N^_^O

Поскольку у белков, как правило, имеется несколько однотипных аминокислотных остатков, в частности и остатков лизина, то разные молекулы фермента оказываются связанными с носителем через разные аминокислотные остатки. Если такой остаток расположен вблизи активного центра фермента или даже в самом активном центре, иммобилизация может привести к частичной или полной потере каталитической активности. Если же иммобилизация прошла по участку, удаленному от активного центра, то активность у фермента чаще всего остается. Поэтому в целом значительная часть иммобилизованных молекул частично или полностью сохраняет способность катализировать ферментативное превращение и наблюдается лишь падение суммарной активности фермента, ковалентно связанного с полимерным носителем. В связи с этим важной задачей является выбор такого типа иммобилизации, который приводит к наименьшим потерям активности.

В качестве примера реализованного с помощью иммобилизованных ферментов технологического процесса можно привести получение глюкозо-фруктозного сиропа из кукурузного крахмала. Этот сироп широко спользуется для получения кондитерских изделий. Процесс осуществляется с помощью трех иммобилизованных ферментов: а-амилазы, катализирующей гидролиз крахмала до олиго-сахаридов небольшой длины, амилоглюкозидазы, с помощью которой эти олиго-сахариды гидролизуются до глюкозы, и глюкозоизомеразы*, которая превращает глюкозу в равновесную смесь глюкозы и фруктозы.

Второй пример — получение 6-аминопенициллановой кислоты из природного пенициллина G (бензилпенициллина)

12-СН-НС^СчСНз + С6Н5 CHjCOOH (а. 53)

0/ N Чоон

с помощью иммобилизованной пенициялинамидазы. Образующаяся 6-аминопени-циллановая кислота используется как сырье для получения широкого спектра полусинтетических пенициллинов, в том числе таких, которые действуют на микроорганизмы, устойчивые к природным пенициллинам. Этот пример особенно наглядно демонстрирует достоинство ферментативных методов, поскольку в данном случае в результате высокой специфичности фермента удается гидролизовать

C6H5CHjCO-NH-CH-HC

¦соон

*Этот фермент по рекомендованной номенклатуре называется ксилозоизомеразой, пос-

-------.-.-----......-----------------Д--,,------- П ....,.„„„,, „ T\_,„.„TTt,T,™,,

амидную связь, образуемую экзоциклической аминофуппой, не затрагивая существенно менее устойчивую амидную связь в ?-лактамном цикле.

Применение иммобилизованных ферментов вместо растворимых оказалось в ряде случаев предпочтительным и при использовании ферментов в качестве медицинских препаратов. Такие препараты в силу большей устойчивости дольше удерживаются в организме (обладают пролонгированным действием). Кроме того, можно создавать разнообразные удобные для применения формы таких ферментов. Например, иммобилизация пр

страница 38
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(22.07.2017)