Холестериннен стероидты гормондар түзілуі

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 20 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:

Кіріспе

1 Стероидтарды алу технологиясы
Стероидтардың биологиялық рөлі, шығу тарихы, қолдану мүмкіншілігі
Стероидтардың микробиологиялық трансформациясы
Холестериннен стероидты гормондар түзілуі
Стероидтардың негізгі микробиологиялық айналулалары
1.3 Микробиологиялық трансформация үрдістерін жүргізу технологиясы
Микробиологиялық трансформация технологиясы
S затынан гидрокортизонды алу технологиясы
Қорытынды
Қолданылған әдебиеттер тізімі

4

6

6
8
9
10

12
13
14
22
23

АНЫҚТАМАЛАР
Биотрансформация -- бастапкы заттың құрылымына ұқсас белгілі өнімдерге әкелетін микробиологиялық айналу үрдісі.
Инокулят - жаңа қоректік ортаға көшірілетін микроорганизмдер себіндісі
Культфа - белгілі бір микроорганизмдер тобының таза линиясы
Мутант - мутагендер әсерінен генетикалық дәрежеде өзгеріске ұшыраған организмдер
Стероид - молекуласында спецификалық цикл түріндегі қаңқасының - циклопентанпергидрофенантрен болуымен сипатталатын өте күрделі органикалық қосылыстар.
Субстрат -- мақсатты өнім алуға кажетті қоректік ортаға қосылатын негізгі шикізат (белгілі бір микроорганизмдер культурасы)

Кіріспе

Стероидтар (стероиды) -- тірі табиғатта кең тараған органикалық қосылыстар (көпциклді спирттер, кетондар, қышқылдар және т.б. органикалық заттар).
Стероидтарға: адам мен жануарлар организдерінде кездесетін стериндер, от қышқылдары, D тобының витаминдері, жыныс гормондары, бүйрекүсті безі қыртысты затының кортикостероидты гормондары жатады. Стероидтар стероидты гликозидтер, олардың ішінде жүрек гликозидтері молекулаларының құрамына кіреді [1].
Стероидтар - ең қызық кеңінен таралған және құрылымы бойынша аса күрделі табиғи қосылыстар. Көптеген жылдар бойы стероидтар синтезі терең зерттеліп, медицинанык 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) микроорганизмдердік 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 ңолайлы. 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 безінін 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, технологнялық үрдістердің ыңғайлылығы және экономикалық тиімділігі. Бұл әдістердін 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 1β-гидроксилираттау.

1 Стероидтарды алу технологиясы

1.1 Стероидтардың биологиялық рөлі, шығу тарихы, қолдану мүмкіншілігі.

Стероидтар - өте күрделі органикалық қосылыстар. Олардың көп класының молекуласында спецификалық цикл түріндегі қаңқасының - циклопентанпергидрофенантрен болуымен сипатталады. Ол төрт сақинадан тұрады, оның үшеуі алты мүшеден (А,В және С) және біреуі бес мүшеден (D) тұрады. Бұл сақинаның әр түрлі қалпын белгілеу үшін келесі нумерация қабылданған. Стериндерге (стеролдарға) өзінің қалпында С-3 гндроксильді топты тасымалдайтын стероидтар жатады
Стероидты препараттардың негізгі өкілдері:
кортикостероидтар (гндрокортизон. 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: эндкронологияда. онкологияда, ревматологияда, офтальмологияда, дерматологияда, гематологияда, реаниматологияда, гпнекологияда ж.т.б.
Табиғи стериндер - албағалы дәрцик препаратуда қолданылатын шикізаттар. Ең маңызды және ең жақсы зерттелген стериндерге холестерин (зоостерин класы) жатады. Брутто формуласы С27Н46О. Ол адамдар мен жануарлардың барлық дерлік мүшелерінде кездеседі. Холестерин тірі жасушада болатын физиологиялық үрдістерге қатысады, оның қатысынсыз өсіп келе жатқан ағза дами алмайды. Адамның оттегі 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 оттегі тастардан 1782 ж бөліп алынған [3].
Табиғатта кездесетін басқа стериндер холестериннен өзінін 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 С24-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, санырауқұлақтарының, 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 дейн болады.
Стигмастерин С29Н48О -- ең кеңінен таралған фитостериндер түрі, әсіресе соялық майда және қант қамысында көп мөлшерде болады. Құрылымы бойынша холестерниннен 22- және 23-көміртек атомдарында қос байланыс болуы мен 24-те этил тобының болуымен ерекшелінеді.
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 корғаушы фактор деп жазылған.

1-кесте. Кейбір стериндердің касиеттері

Атауы
Балқу темп-сы, оС
[α]D (СНСlз)
Холестерин
β-ситостерин
Стигмастерин
Брассикастерин
Эргостерин
Ланостерин
149
140
170
148
165
139
-390
-370
-510
-640
-1350
+600

1.2 Стероидтардың микробиологиялық трансформациясы.

Стероидты қосылыстардың айналулары аймағында биологиялық катализаторлар құндылығы аса айқын көрінеді. Ұзақ уақыт бойы микробиологиялық трансформация стероидтар химиясының ерекше әдісі болып саналатын.
Микроорганизмдер көмегімен стероидтар трансформациясы жайлы ең алғашқы хабарлар стероидтардың негізгі өкілдерінің құрылымы анықталғаннан бұрын пайда болған. XIX ғасырдың аяғының өзінде жануарлардың ішегінің бактериалдық флорасы холестеринді копростеринге айналдыратыны белгілі болған.
1908 жылы Еsсһеrіһiа соli ішек таяқшасының стероидты қосылыстардағы гидроксильді топтарын ыдырата алу қасиеті анықталды.
1913 жылға холестериннің микобактериялар көмегімен толық ыдырауы туралы ашу жатады. Ал тек 30-жылдары, негізгі стероидты гормондардың құрылымы анықталғанда, осы қосылыстарды препаративті жолмен алу мақсатында микроорганизмдердің трансформациялық қасиеттерін қолдана бастады.
1948 жылы стероид молекуласына микробиологиялық жолмен гпдроксильді топтарды енгізу жасалды. Бірақ тек прогестероннан Rhizopus nigricans культурасының ферментациясы арқылы 11α -гидроксипрогестерон алғаннан кейін ғана (1952 жылы, Петерсон және Меррей) стероидтардың микробиологиялық трансформациясы өзіне көп назар аудартты.
Ал 1955 жылы Нобил ғалымы микробиологиялық 1,2-дегидрлену үрдісі арқылы преднизолонды Соrinebacterium simplex микроорганизм тобының қатысуымен кортизоннан бөліп алды [4].
Жоғарыда көрсетілген трансформацпя химиялық әдістерге карағанда микробиологиялық әдістердің артықшылығын айқын түрде көрсетті: химпялық синтез кезіндегі стероид молекуласының белгілі бір бөлігіне (С-11) оттектік функцияны енгізу аса қиын міндетті туғызады және ол көптеген химиялық операцияларды қажет етті. Ал микробиологиялық әдіс кезінде осы күрделі процесстердің барлығын тек бір ғана сатымен алмастыруға болады -- ферментативті гидроксилираттау. Осы жылдары мо көмегімен ферментативті гпдроксилираттаумен қатар кортизонның терапиялық құндылығының анықталуы осы саладағы микробиологтардың, химиктардың және дәрігерлердің көңілін аудартты. Микробиологиялық синтезді стероидты гормондарды алу үрдісінде қолдану фармацевтикалық өндірісте түбегейлі өзгерісті тудырды; көп есе бағалы препараттар бағасын арзандатуға мүмкіндік берді.

1.2.1 Холестериннен стероидты гормондар түзілуінің негізгі жолдары.

Адам мен жануар ағзасында холестериннен маңызды 3 гормон тобы түзіледі: прогестиндер, жыныс гормондары және бүйрек үсті безінің қыртысындағы гормондары (кортикостероидтар).
Холестериннен стероидты гормондар түзілу үрдісінде ең бірінші прегненолон -- стероидтар және кортикостероидтардың негізгі аралық биосинтез өнімі түзіледі. Прегненолонның 3ОН тобынын С=О-ға тотығуы екіншілік байланыстын орын ауыстыруымен қатар жүреді; бұл кетостероидизомеразалық реакцияның өнімі - прогестерон -- плацента мен сары денешіктің гормоны.
Прегненолон одан басқа ер жыныс гормондарынын (тестостерон) және әйел жыныс гормондарының (эстрогендер - эстрон және эстрадиол) ізашары болып табылады. Бүйрек үсті безінің қыртысында прогестерон кортикостеронға және кортизолға айналады (гидрокортизон); ересек адамда кортизол секрециясы күніне 15-30 мг-ды құрайды. Бұл заттар ең алғаш рет бүйрек үсті безінің қыртысынан кристалл түрінде бөліп алынған.
Кортизол (гидрокортизон) және оның преднизолон және дексаметазон сияқты синтетикалық аналогтары өзінің ісуге қарсы, десенсибилизациялық қасиеттеріне және шокқа қарсы әрекетіне байланысты экстренді терапияның жана әдістерінің қатарына жатады. Химиялық құрылысы бойынша ол 11-дезоксистероидтар, 11-гидроксистероидтар, 11, 17- дигидроксистероидтарға (кортизон және гидрокортизон жатады) жіктеледі.

1.2.2 Стероидтардың негізгі микробиологиялық айналулары.

Жоғарыда айтылған бағалы дәрілік препараттарды өндірістік жағдайда өндіру тек микробиологиялық биоконверсияның әдістері, дәлірек айтқанда микробиологиялық трансформация әдісін жетілдіріп, дамытқан кезде ғана мүмкін бола бастады. Әдетте шикізат ретінде диосгенин (диоскорея өсімдігінен алынады), соялық бұршақтардан алынатын стигмастерин және соңғы кездері әрі арзан, әрі қолайлы субстрат - β-ситостерин қолданылады. 2-кестеде өндірісте қолданылатын стероидтардың кейбір трансформациялары берілген.
Белгілі бір әдіспен модифицирленген стероидтардың өзі де бір мақсатқа бағытталған трансформациясын жүзеге асыруда субстрат қызметін атқара алады. Мысалы, гидрокортизон, кортизон және преднизолон синтезіндегі негізгі зат -- Рейхштейннің S заты (4-прегнен-17α, 21-диол-3,2-диол) болып табылады. Оны қысқаша түрде S заты деп атайды. Ол өз кезегінде Соrinebacterium mediolanum культурасының көмегімен жүзеге асатын моноацетаттың биотрансформациясы нәтижесінде алынған (R заты -- 21-ацетат-5-прегнен-3α,17α,21-триол -20-ОН) модифиццирленген өнім болып келеді.

2-кесте. Өндірісте қолданылатын стероидтардың микробиологиялық трансформациялары.

Реакция
Субстрат
Өнім
Микроорганизм-
трансформатор
11α-гидроксилираттау
Прогестерон
11α-гидроксиирогестерон
Rhizopus nigricans
11β-гидроксилираттау
S заты
Г идрокортизон

Culvularia lunat
16α-гидроксилираттау
9α фторкортизол
9α-фтор-16α-
гидроксикортизол

Streptomyces roseochromogenus
1,2-дегидрлеу
Гидрокортизон
Преднизол
Arthrobacter simplex
Бүйірлік тізбекті ыдырату
β-ситостерин
Андростадиендиоп немесе андростендион
Mycobacterium spp.

Гидроксилді топты енгізу. Микробиологиялық гидроксилдеу - жиі қолданылатын маңызды әдіс. 3, 11, 16, 17 көміртек атомдарындағы гидроксилді топтардың болуы көптеген гормональды препараттардың физиологиялық белсенділігіне тікелей әсері бар.
Стероидтарды гидроксилдеу көптеген микроорганизм түрлерімен жүзеге асады, ең жиі қолданылатын - саңырауқұлақтар, тіпті олардың кейбір түрлерінің конидиялары да гидроксилдеу белсенділігіне ие. Стероидтарды Rhizopus nigricans саңырауқұлағы көмегімен гидроксилдеу -- кеңінен таралған, микроорганизмдердің спецификалық әрекетін айқындайтын микробиологиялық әдіс.
Rhizopus nigricans бейнесі
11α-гидроксилдеу кортизон алудың аса маңызды әдісі болғандықтан, толығымен зерттеліп, өнідірісте кеңінен қолданылып келе жатыр және бұл әдіс көмегімен өнім шығыны өте жоғары болады.
T.orchidis культурасының көмегімен S Рейхштейн затынан тереңдік өсіру арқылы гидрокортизон алу тәсілінің мақсатты өнім шығуы жоғары болады. 17-сағаттық культура 10 сағатта 70%-ға дейін Рейхштейн затын алуға мүмкіндік береді, ал ондағы гидрокортизон шығуы - шамамен 52%.
Васillus cereus микроорганизмі көмегімен 14α-гидроксипрогестерон алу -- бактериялар көмегімен гндроксилдеудің аз ғана мысалдардың бірі. Ал 15α-гидроксилдеу көптеген микроорганизмдер көмегімен жүзеге асады, негізгілері - Fusarium және Реnicillum түрлері.

3.3 Микробиологиялық трансформация үрдістерін жүргізу технологиясы.

Микробиологиялық трансформацияны жүргізу үшін алдымен 100-200 мг мөлшерінде стероидты шайқағыш колбаларға енгізеді. 1-2 г стероидты шыны ферментерларға салады. Өндірісте көбінесе аэрациялайтын қондырғымен, араластырғыштармен қамтамасыз етілген болаттан жасалған аппараттарды қолданады.
Шыны ферментерға катаң түрдегі асептикалық жағдайда алдын-ала трансформациялайтын культура қосылған стерильді қоректік ортаны құяды. Қоректік орта стерилизациясын бокста 110-1200С-та бактериацидті лампамен жасайды. Қоректік ортаны құю, үлгіні іріктеу операцияларын газды жанарғының жалынында жүзеге асырады. Микроорганизм-трансформатордың өсу уақыты оның максимальды трансформациялық белсенділігімен анықталады, культураға байланысты ол бірнеше сағаттан бірнеше күнге дейін созылуы мүмкін.
Стериндердін суда ерігіштігі өте нашар. Қазіргі кезде тотықтыруға арналған стернндерді аздаган мөлшерде (1 гл шамасында) уыттылығы аз, сумен араласқан еріткішпен (ацетон, спирт, диметилформамид) төмен концентрацияда қосады. Жоғары концентрация болған жағдайда (1 гл-ден көп болса) майда ұнтақ түрінде ортаға қосады; ол үшін арнайы аппаратта стеринді оңдейді және ультрадыбыспен талқандайды.

1.3.1 Микробиологиялық трансформация технологиясы

Микроорганизмдер көмегімен трансформациялау мо-дің стериндерді көмірсу көзі ретінде пайдалану арқылы стериндердің ыдырауы нәтижесінде түзілген өнімдердің шығуын жоғарылатуға негізделген. Процесс ортаны оттекпен байыту арқылы ынталандырылады. Қоректік ортаға кейбір майларды (соялық, жержаңғак, рапс, зәйтүн майлары) жалпы массадан 1-3 % мөлшерінде қосу трансформация өнімінің шығуын жоғарылатады. Одан басқа жануар немесе өсімдік текті глицеридтерді (тристеарин, триолеин, трипальмитин) қосу дәл сондай нәтиже береді. Глицеридтердің ондай әсері микробиологиялық үрдістерде кеңінен қолданылатын ББЗ (твин) сияқты стериндердің гидрофобтық қасиетін жою механизміне негізделген. Стероидтардың микробиологиялық трансформациясы үрдісі кезінде басқа көпшілік микробиологиялық үрдістерде қолданылатын температура болуы кажет -- 24-330С. Ортаның рН жағдайы мо штамына байланысты түрлі болып келеді.
Трансформация аяқталғаннан кейін мицелийден (немесе басқа биомассадан) ажыратылған дақылдық сұйықтық стероид түріне байланысты таңдалатын органикалық еріткіш көмегімен (этплацетат, метиленхлорид не хлороформ) экстракцияланады. ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.