ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Применение ферментовв медицине и биотехнологии из "Биологическая химия" Б предшествующих параграфах этой главы фигурировало значительное число сложных органических соединений — коферментов и кофакторов ферментов. Биосинтез каждого из них из простых исходных веществ проходит через значительное число стадий и требует наличия соответствующей системы специальных ферментов. [c.153] Растения и большая часть микроорганизмов, получающих из окружающей среды ограниченный набор исходных соединений, должны располагать этими системами. Для животных, в особенности высших, которые получают большой набор веществ, необходимых в качестве строительных элементов и энергетических ресурсов, в виде растительной или животной пищи, наличие многих из систем биосинтеза кофакторов и коферментов является ненужным излишеством. Либо сами кофакторы и коферменты, либо их близкие предшественники могут быть получены вместе с продуктами питания. Это означает, что вместе с основными компонентами — белками, жирами, углеродами — в продуктах питания животного должны присутствовать в очень небольших количествах, измеряемых миллиграммами или даже долями миллиграммов, все те коферменты и кофакторы, пути синтеза которых у данного вида животных отсутствуют, или вещества, легко их образующие. Речь идет именно о крайне малых количествах, поскольку, поступив в организм, эти соединения работают циклически и пополнение их запаса нужно лишь в связи с некоторыми неизбежными потерями. [c.153] Вещества, являющиеся обязательными компонентам пищи высших животных и человека, но необходимые в очень малых количествах, называют витаминами. Следует подчеркнуть, что витамин — это не химическое и не биохимическое понятие, оно имеет чисто физиологический смысл. [c.154] Необходимость во многих витаминах обусловлена их участием в формировании циклически работающих сложных органических молекул, в первую очередь кофакторов и коферментов. Ниже приведены краткие сведения о витаминах, необходимых для обеспечения работы основных групп ферментов, рассмотренных ранее. [c.154] Протопорфирин — органический компонент важного кофактора оксидоредуктаз, гема — необходим животным в значительных количествах, в первую очередь для получения гемоглобина, поэтому у всех животных, включая человека, функционирует система биосинтеза протопорфирина из недефицитных предшественников (см. рис. 111, 9.5). [c.155] Фосфорилирование 5-гидроксигруппы с помощью фермента рибофлавин киназы приводит к флавинмонЬнуклеотиду, реакция последнего с АТФ, катализируемая ферментом ФМН-аденилилтрансферазой- и совершенно аналогичная реакции (IV.47), приводит к флавинадениндинуклеотиду. Рибофлавин должен содержаться в продуктах питания и известен как витамин Дг- Суточная потребность человека в рибофлавине 1 — 3 мг. [c.155] Дпя завершающей стадии окислительного декарбоксилирования а-кетокислот необходима липоевая кислота, которую иногда называют витамином N. [c.155] Так как ее поставляют находящиеся в кишечнике бактерии (Е.соН), то острая потребность в ней возникает лишь при нарушениях микробной кишечной флоры. [c.155] Большая группа аминотрансфераз и декарбоксилаз аминокислот содержит в качестве кофактора пиридоксальфосфат. В организм животных для его образования должен поступать пиридоксаль, пиридоксамин или пиридоксин (91) — вита-Л1ин В . [c.156] Кофактор карбоксилаз биотин сам является витамином витамин Я). Его суточная доза для человека 0,15 — 0,3 мг. Как и в случае пантотеновой кислоты, острый дефицит биотипа возникает лишь при недостаточно эффективно работающей кишечной флоре, которая в тюрме производит б1ютин и обеспечивает потребности в нем организма хозяина. [c.157] Высокая каталитическая активность, специфичность и разнообразие ферментов, их способность осуществлять био.чимические 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. [c.158] 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 по- мощью лактатдегидрогеназы. [c.159] 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). [c.159] 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. [c.160] 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 олигосахаридов небольшой длины, амилоглюкозидазы, с помощью которой эти олигосахариды гидролизуются до глюкозы, и глюкозоизомеразы, которая превращает глюкозу в равновесную смесь глюкозы и фруктозы. [c.160] 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 протеаз на целлюлозе позволяет получать обладающие протеолитической активностью повязки и тампоны, что удобно при использовании таких ферментов для заживления ран, язв и прочих поражений тканей. [c.161] Вернуться к основной статье