Микроорганизмдер трансформациясы

Пән: Биология
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 11 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:

Кіріспе

Негізгі алу технологиясы
Стероидты

Қорытынды

Кіріспе

Стероидтар - ең қызық, кеңінен таралған және құрылымы бойынша аса күрделі табиғи қосылыстар. Көптеген жылдар бойы стероидтар синтезі терең зерттеліп, медицинаның түрлі салаларында, ауыл шаруашылығында теориялық және практикалық қолданыс тапты. Стероид алудың осы уақытқа дейін зерттелген көптеген әдістерін негізгі төрт топқа бөлуге болады: табиғи көздерден бөліп алу, микробиологиялық синтез, стероидты қаңқасы бар табиғи шикізат негізіндегі жартылай синтез, және құрылымы жағынан қарапайым стероидтардан химиялық синтезбен қажетті түрлерін алу. Осының ішінде әрине қазіргі кезде кең қолданылатын және әлдеқайда тиімді болып табылатын әдіс - микробиологиялық синтез.

Микроорганизмдерді синтезді қолдану салаларын екі негізгі бағытқа бөлуге болады:

1) микроорганизмдердің толық биосинтезі нәтижесінде биологиялық белсенді заттар мен өнімдерді (антибиотиктер, ферменттер, дәрумендер, стериндер, аминқышқылдар т. б) алу;

2) микробиологиялық трансформациялар, яғни химиялық және микробиологиялық жетістіктерді қолдана отырып, көп сатылы дәрілік препараттар және басқа да бағалы заттарды өндіру.

Экзогенді органикалық қосылыстарды түрлі пайдалы өнімдер мен физиологиялық белсенді заттарға айналдыра алатын микроорганизмдерді белсенді полиферментті жүйелерді тасымалдағыш ретінде қолдану өте қолайлы. Себебі, олар 20 химиялық кезеңді қажет ететін өте маңызды айналуларды бір ғана кезеңде жүзеге асыра алады. Сонымен қатар химиялық синтезбен жасауға келмейтін реакцияларды да оңай жүзеге асыруға болады.

1930 жылы жануарлардың бүйрек үсті безінің қыртысынан гормональды зат - кортизон бөліп алынды. Он жыл өткен соң кортизонның (бұқа бүйрек үсті безінен бөліп алынған) емдік әсері ревматоидты артритте көрсетілген. Дезоксихолин қышқылынан гормонның химиялық өндірісі жүзеге асқан, технология 37 сатыдан тұрған. Ең бір маңызды сатысы прогестеронның гидрооксилденуімен байланысты. Ол үшін оттегі атомын прогестеронның 11 α деңгейіне орналастыру керек, оны химиялық жолмен жеткілікті дәрежеде асыру қиын және шығынды болды.

Соңғы онжылдықта химиялық реакцияларға қарағанда микробиологиялық айналулардың артықшылығы анық байқалады: күрделі молекулаларды құрастыра алу, технологиялық үрдістердің ыңғайлылығы және экономикалық тиімділігі. Бұл әдістердің жиынтығы әсіресе стероидтар химиясында кеңінен қолданылады. Стероид молекулаларының күрделігі және мөлшерінің үлкендігі химиялық жолмен ең оңай модификацияларды жүргізудің өзіне де қиындық туғызады. Микроорганизмдер болса стероидты табиғаты бар дәрілік препараттар синтезінде ерекше реакцияларды жасай алады, дәлірек айтқанда, 1, 2-дегидрлеу мен 11β-гидроксилираттау.

Негізгі бөлім

Гормондар дегеніміз - ішкі секреция бездерінде түзілетін және қанға, лимфаға немесе ішкі ағыс жолдары арқылы тиісті организм қуысына бөлінетін заттар. Жануарлар ұлпаларының көптеген биологиялық заттары гормондар тәріздес әсер етеді, олар гормоноидтар деп аталады. Гормональдық заттардың жетіспеушілігі көптеген жүйелер мен мүшелердің бұзылуына, ауыр науқастарға соқтырады.

Гормоналдық препараттар:

Эстрогендік препараттар
Гестагендік препараттар
Андрогендер
Гипофизден алынатын препараттар
Стероидтар
Ұйқы безінің гормональдық препараттары
Қалқанша безінің препараттары
Қалқанша безі маңы препараттары

Стероидтар - өте күрделі органикалық қосылыстар. Олардың көп класының молекуласында спецификалық цикл түріндегі қаңқасының - болуымен сипатталады. Ол төрт сақинадан тұрады, оның үшеуі алты мүшеден (A, B және C) және біреуі бес мүшеден (D) тұрады. Бұл сақинаның әр түрлі қалпын белгілеу үшін келесі нумерация қабылданған. Стериндерге (стеролдарға) өзінің қалпында С-3 гидроксильді топты тасымалдайтын стероидтар жатады:

Стероидты препараттардың негізгі өкілдері:

кортикостероидтар (гидрокортизон, преднизолон),
прогестогендер (прогестерон, оксипрогестерон),
андрогендер (тестостерон, метилтестостерон),
эстрогендер (эстрон) .

Эстрогендерден басқа жоғарыда аталғандардың барлығының құрылымында С-3 кетотобы болады. Андрогендер және эстрогендер құрамында С-17 алкилді және гидроксилді топтар болады. Олардың аналогтарында С-17 алкилді немесе этинилді топтары болады.

Стероидтар дәрілік препараттар арасында маңызды орын алады, ол түрлі ауруларды емдеуде және алдын-алуда медицинаның көптеген салаларында қолданылады: эндкринологияда, онкологияда, ревматологияда, офтальмологияда, дерматологияда, гематологияда, реаниматологияда, гинекологияда ж. т. б.

Табиғи стериндер -тарды албағалы дәрілік препаратуда қолданылатын шикізаттар . Ең маңызды және ең жақсы зерттелген стериндерге холестерин (зоостерин класы) жатады. Брутто формуласы С ₂₇ Н ₄₆ О. Ол адамдар мен жануарлардың барлық дерлік мүшелерінде кездеседі. Холестерин тірі жасушада болатын физиологиялық үрдістерге қатысады, оның қатысуынсыз өсіп келе жатқан ағза дами алмайды. Адамның өттегі тастары 99% осы холестериннен тұрады, сонымен қатар бүйрек үсті безі және басқа да мүшелер осы затқа бай. Ол басында спецификалық жануар стерині болып саналған, бірақ кейін ол кейбір өсімдіктерде, теңіз қызыл балдырында табылды. Бұл қосылыстың дәл құрылымдық формуласы 1932 жылы анықталды, алайда ең алғаш рет өттегі тастардан 1782 ж бөліп алынған.

Табиғатта кездесетін басқа стериндер холестериннен өзінің бүйірлік тізбегімен және қанықпа дәрежесімен ерекшеленеді.

Өсімдіктер стерині (фитостериндер) - өте маңызды қосылыстар тобы, көптеген бағалы стероидты препараттарды алудың көзі болып табылады.

Эргостерин құрылымы бойынша холестериннен С ₂₄ -тегі бүйірлік тізбекте қосымша метил тобының болуымен ерекшеленеді. Сонымен қатар екі тізбек болады: біреуі С-7-де, екіншісі бүйірлік тізбектегі 22- және 23-көміртек атомдарында орналасқан. Эргостерин D дәруменінің провитамині болып табылады. Эргостериннің құрылымы 1934 жылы анықталды:

Бұл стероид көптеген өсімдік әлемінің, саңырауқұлақтарының, микроорганизмдерінің өкілдерінде кездеседі. Әсіресе ашытқы микроорганизмдерінде мөлшері көп болады. Эргостеринді өндірістік өндіруде әдетте наубайханалық ашытқыларды пайдаланады, олардың құрамындағы эргостерин ашытқы түріне байланысты, қоректік орта мен культивирлеуге байланысты 0, 2-де 15%-ға дейін болады.

Стигмастерин С ₂₉ Н ₄₈ О - ең кеңінен таралған фитостериндер түрі, әсіресе соялық майда және қант қамысында көп мөлшерде болады. Құрылымы бойынша холестериннен 22- және 23-көміртек атомдарында қос байланыс болуы мен 24-те этил тобының болуымен ерекшеленеді.

Стериндер тірі ағзаның физиологиялық және биохимиялық функцияларының дұрыс атқарылуына қажет. Сонымен қатар мембраналық жүйелер, жасуша қабықшаларының және басқа да құрылымдық түзілу үрдістеріне қатысады. Кейбір деректерде стериндер көптеген табиғи қосылыстардың токсикалық әрекетіне қарсы қорғаушы фактор деп жазылған.

1 -кесте. Кейбір стериндердің қасиеттері

Атауы

Балқу темп-сы, ⁰ С

[α] _D (CHCl ₃ )

Атауы:

Холестерин

β-ситостерин

Стигмастерин

Брассикастерин

Эргостерин

Ланостерин

Балқу темп-сы,0С:

149

140

170

148

165

139

[α]D(CHCl3):

- 39 ⁰

- 37 ⁰

- 51 ⁰

- 64 ⁰

- 135 ⁰

+ 60 ⁰

Стероидтар негізінен пероральдық және инъекция түрінде қабылданады. Стероидтар қабыну процесін жояды және иммундық жүйенің белсенділігін төмендетеді. Қабыну дегеніміз - бактерия, вирустар және инфекциялардан лейкоциттер мен басқа ферменттер организмді қорғау процесі. Стероидтар әр түрлі жағдайларда қолданылады: организмнің қорғаныш жүйесі бұзылғанда, буын ұлпалары бұзылғанда. Ол мынадай қабыну процестерін емдеуде қолданады: васкулит (қан тамырларының қабынуы), миозит (бұлшық еттерінің қабынуы), ревматоидты артрит, волчанка, Серген синдромы және подагра.

S затынан гидрокортизонды (кортизол) алу . Гидрокортизон - медицинада және ветеринарияда кеңінен қолданылатын қабынуға қарсы және антиаллергиялық препарат. Сонымен қатар ол метилпреднизолон, преднизолон, дексаметазон, триамцинолон сияқты белсенділігі жоғары кортикостероидтар синтезінің бастапқы шикізаты болып табылады. Бұл технология C. lunata (қосымша В) микроорганизм культурасы арқылы жүзеге асады. 11β позициясына гидроксильді топты енгізуге жауапты фермент цитохром-p-450-монооксигеназалар (Cyt p-450) тобына жатады. (Cyt p-450) ферментінің ингибиторы - азольды фунгицид - кетоконазол болып саналады. С. lunata-дағы (Cyt p-450) синтезіне жауапты геніне нүктелік мутация жасау арқылы азольды төзімділігін арттыруға болады. Алайда саңырауқұлақтардың мицелиальды формаларының мутациясы оның күрделі жасушалық қабықшасына және конидияларының көп ядролығына байланысты нәтижесіз болады. Бұл проблеманы шешу үшін бір ядролы протопласттар алынады. Лабораториялық зерттеулер нәтижесінде кетоконазолға төзімді Сurvularia lunata-ның жаңа штамы - Сurvularia lunata ВКМ f-644 алынды. Жалпы гидрокортизонды алу үрдісі төмендегі кезеңдерден тұрады:

Трансформациялаушы культураны өсіру кезеңі

1-генерацияның 2-генерацияның 3-генерацияның

лабор-лық инокуляты инокуляты инокуляты

Себінді материалды (микроорганизмдер культурасын) дайындау - кез келген биотехнологиялық процестің ең маңызды сатысының бірі. Микроорганизмдердің ферментерда дамуы мен антибиотиктің биосинтезі себінді материалдың сапасы мен мөлшеріне тікелей байланысты. Әдетте гидрокортизон продуцентінің ең жоғары физиологиялық белсенділігін тудыру үшін құрамында сахароза, ашытқы автолизаты және бейорганикалық тұздар қоспасы болатын бай табиғи қоректік орталарда өсіреді. Себінді материалды дайындау - көп сатылы үрдіс (1-сурет)

1-сурет. Көп сатылы себінді материалды дайындау схемасы. А - флакондарда өсіру, Б - шайқағыш колбаларда (Herold, 1957)

1 - консервіленген бастапқы материал, 2 - қиғаш қатырылған агары бар пробиркада генерациялау, 3 - Ру ыдысында тығыз ортада ІІ стопорлы генерация, 3а, 3б - колбада сұйық ортадағы І және ІІІ генерациясы, 4 - алдын-ала инокурлеу ферментері, 5 - инокурлеу ферментері, 6 - негізгі ферментер.

Бұл жерде микроорганизмдерді өсіру үш кезекті қоректік орта генерациялау арқылы жүзеге асатынын көруге болады. Микроорганизмді алдымен пробиркада агарлы қоректік ортада өсіреді (2), сосын сұйық қоректік ортасы бар колбаға себінді жасайды да, шайқағыштарда тереңдік қабатта генерациялайды. Әр генерация 2-3 тәулік бойы жүреді ( 3а. 3б ) . Екінші генерациядан кіші инокуляторға (10 л) себінді жасалады, жақсы өсіп-дамыған культураны кейін үлкенірек инокуляторға (100-500 л) ауыстырады (5) . Содан кейін пайда болған биомассаның 5-10%-ын (инокулят деп атайды) негізгі ферментерға тасымалдайды (6) .

Инокулятор қақпағын себінді жасар алдында формалин сулы ерітіндісімен өңдейді, аппарат және бөлмені бактерицидті лампамен сәулелендіреді және трансформациялық культураны өсірудің барлық процесін стерильді жағдайда жүргізеді. Содан кейін алынған трансформациялаушы культураны сепараторға жібереді, ол жерде судан бөлініп алынған мицелийлер негізгі реакция жүретін ферментерға тасымалданады.

2. S затының трансформациясы да ферментерді және ауа фильтрін формалин ерітіндісімен стерилизациялаудан басталады. Стероидты ұнтақтап, стерильді суда 1 г/л мөлшерінде суспензияны жасауда аса сақ болу керек. Бөгде микрофлораның дамып кетпеуін қамтамасыз ету үшін антибиотикті қосады.

3. Трансформация өнімін - гидрокортизонды бөліп алу кезеңі. Мицелиймен бірге дақылдық сұйықтық 2-кезеңнен кейін сепарацияға жіберіледі. Бөліп алынған мицелий дистилденген сумен шайылады. Мақсатты өнімді екі түрлі әдіспен бөліп алуға болады:

Органикалық еріткіш көмегімен ферментациялық суспензияны экстракциялаудың дәстүрлі әдісі;
Макрокеуекті ионогенсіз сорбентті кезекті органикалық еріткішпен десорбциялауды қолдану арқылы ферментациялық суспензияның сорбциясы.

Бастапқы субстратты 2, 5-4 г/л мөлшерінде енгізген жағдайда: трансформация уақыты - 48-72 сағат; конверсия - бастапқы кортексолондағы негізгі зат мөлшерін ескере отырғанда 95%-дан кем емес. Гидрокортизон шығуы - техникалық сапалығы 60%-дан кем емес.

Гидрокортизонның преднизолонға трансформациялануы:

M. globiforme трансформациялаушы культурамен жоғарыда айтылғандай аппараттарда, дәл сондай аэрация және араластырғыш қондырғылары бар жағдайда гидрокортизонның трансформациясын жүргізеді. Мақсатты өнім - преднизолонды дақылдық сұйықтықтан экстракция-сепарация әдісімен бөліп алады. [6]

Қазіргі кезде стероидтар алу технологиясында иммобилизденген микроорганизмдерді кеңінен қолданып келеді. Табиғатты көптеген микроорганизмдер бекіген, иммобилизацияланған жағдайда кездеседі: шырышқа батқан микроколония немесе тығыз субстратта буылтық түзеп биоқабыршық құрайды. Биотехнологияда иммобилизацияланған микроорганизмдерді пайдалану тиімді, себебі қажетті өнім алу үшін субстратты тұрақтандырады, белсенділігін ұзаққа созады, жылдам және толық мақсатты өнімді бөліп алуына және т. б көмектеседі. Ең алдымен инактивацияланған немесе тірі, стационарлық даму сатысындағы тыныштық күйіндегі клеткаларды қолданады. Биотехнологияда иммобилизацияланған микрорганизмдер арқылы органикалық заттарды биотрансформациялайды, аминқышқылдарының рацемиялық қоспаларын айырады, бірқатар күрделі эфирлердің гидролизін және т. б атқарады.

Клеткаларды иммобилизациялау әдістері: адсорбция, ковалентті және көлденең байлау, түрлі полимерлерге енгізу әдістері, микрокапсулдеу. Полимерлерге, әсіресе целлюлозалы талшықтарға енгізу технологиясына қазіргі кезде аса көңіл бөлінеді. Ал экономикалық жағынан ең тиімді болып каппа-каррагинин деп аталатын Rhodohyceae, Ginartinaceae балдырларынан алынатын полисахарид саналады. Гельге енгізілген интактты жасушалар қоректік ортада белсенді түрде көбейеді және полиферментті жүйе ретінде бірнеше мәрте қолданыла алады. [7]

Стероидты қосылыстарды иммобилизденген клеткалардан алу өте қолайлы. Дәл осы стероидты субстраттарды ең алғаш рет иммобилизденген жасушалар арқылы трансформациялауға қол жеткізді. Ресейде микроорганизмдердің иммобилизденген жасушалары көмегімен мынандай стероидтар трансформация үрдістері жасаланады: 1, 2-дегидрлеу, 1, 2-қайта түзу, 20-қайта түзу (Arthobacter globiforme), стереоспецификалық 17β-қайта түзу (Saccahromyces cerevisae), 20α- және 20β-қайта түзу (B. megateruim), 11α- және 11β-гидроксилдеу (Tieghemella orchidis) .

Стероидты препараттар - гормондар негізіндегі қабынуға қарсы препараттар. Стероидты препараттар организмге келесі түрде әсер етеді:

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.