 |
Биотехнология стероидных гормонов.
|
|
|
|
Применение мо для синтеза лс делят на 2 направления:
1.Полный биосинтез мо БАВ(антибиотиков, витаминов, ферментов, стеринов)
2.Микробиологическая трансформация- когда совмест использ химические и микробиологические стадии.
*+* -упрощается синтез лс
- продукты более чистые без примесей
-осуществляется рентабильный промыш синтез
-большинство процессов макробиол синтеза приводит к перестройке молекул субстратов
-это трансфор может осуш-ся одним или неск ферментами.
Принята микробиологическая трансформация, по типу возникновения или отщепления функ группы.
Основные принципы микробиол трансформации:
1. окисление2.Восстановление3.Гидролиз4. дегидрирование5. декарбоксилирование6. дезаминирование7. образование гикозидов8.метилирование9. ацетилирование
Структура стер препар:
Производные этого циклического ряда-стерины, стеролы.
К ним относится стероиды, у которых в С3 имеется гидроксильная группа.
Предстовители:
-кортикосероиды(гидрокорт, преднизолон)
-Прогестерон(прогестерон, оксипрогестерон)
-андроген(тетстестерон,метилтестестер)
-эстроген(эстрон)
Все содержат в С3 кетогруппу. Кроме эстрогенов.
Андроген и эстроген содержит при С17 карбонильную или гидроксильную группу.
Из аналоги при С17 имеет алкильную или этинильную гр.
Прогестерон и кортикостерон принадлеж к замещенным прегнанам.
Источ получения:
Одним из наиболее изуч явл:
-холестерин(кл зоостерины)-обназ во всех органах и тканях, приним участие в разви растущ организмаю
Для получения стероидов примен:
- фитостерины (стерины растений) эргостерин отличается от халестерина в дополнит метильной гр при С24 и 2х допол двойных связей при С7 и С22, 23
|
|
|
-Эргостерин является провитамином витамина Д(строение установлено в 1934)
-Стигмастерин –содерж в соевом масле, сах таснике и отлич от холестен наличием этильной группы при С24.
B-ситостерин- наиболее экономичны, аналог сигмастерина получ из сахар тросника и хлоп масла, содержится во всех растениях и отходах древесины.
Для использов ситостерона в производстве стероидных гормонов осуществ направленное окисление боковой цепи стерина с образованием 17кетоандростона.
*стероиды трудно раствор в воде,. то и цеевой продукт трансформации практически на 99% выделяется в виде криссталов.
* культуральныю жидкость отфильтровывают и выделяют биомассу с целевым продуктом +ацетон, фильтруют отдел от биомассы целевой продукт 17 кетоадростан., затем ацет р-р концентрир и выделяют ад для послед перекристаллизации.
Приимущество биотрансформации перед химической трансормацией
- возможность реакций, недоступных дляхимического синтеза.
-превращение субстрата в биологически активные формы соединения в течении одной стадии процесса(в отличии от многостадийного и весьма затратного химиче синтеза)
- удобство, экономичность и экологичность производства.
Штаммы микроорганизмов., обладающие к способности к трансформации (биоконверсии) стероидов.
Исполь-ся естественные штаммы выделенные из почвы или др обьектов.,так процесс 11альфа-гидроксилирования способ осуществ придстовит 300 видов мо, причем 50% -несовершенные грибы, 20% фикомицеты. Наиболее извест относ к роду Absidia, beanveria,curvularia, cunninghamella,. Для дегидрирования в полож 1,2 примен corynebacterium simplex. Для изолир с одноврем окислением 3-оксигрупп в 3-кетогруппу испол штаммы сorynebacterium mediolanum.
Основная реакция:
Субстратами для провед трасормации могут служить и сами модифиц стероиды. В-во S Рейхштена его можно модифицир из в-ва R c пом-ю C.Mediolanum
Процесс превращения В-ва R в в-во S
*Гидролиз 21-ацетогруппы
|
|
|
*окисление 3бета гидроксигруппы в 3 кетогруппу
*перемещение двойной связи от С5к С4
Трансформация заканчивается практически количеством выходом в-ва S
При получении кортизона применяется реакция биотрансформации -11альфа гидроксилир-е,трансф-тор Rhizopus nigricans/
Получение 14альфа гидрокортикостероида при помощи бацилюс цериус явл примером гидроксилирования при помощи разных бактерий. Окисление гидроксильной группы чаще всего с помощью бактерий и актиномицет.
Гидролиз эфиров стероидов имеет практич значение тк ацетилирование стероидов явл промеж продуктом хим синтеза.
*-* необходимость селек удален насыш алиф боков цепи и сохранение ядра молекулы.
Подходы к решению селективности процессов биокнверсии:
1. Синтез модифициров стеринов, огранич действия микроорган
2.Инкубация стеринов в присутсвтвии соедин ингибир дейст фермент гидролиза.
3. получение мутант штаммов не действ на стероидное ядро.
Нераств-ть в воде: решение-орг.р-ли(ацетон), исп-е раст-хNa-солей, заключ-е в комплекс с циклодекстрином, прим-е УЗ для измел-я сырья в пудру.
Микробиологический синтез гидрокртизона, получение из него с путем биокнверсии преднизолона. Пути дальнейшего развития микробиологической трансформации стероидов.
Широко используется микробиологический синтез одного из освновных кортикостероидов-гидрокортизона и его синтетических аналогов: преднизолон и дексаметазон. В это случаи исходным продуктом для провед трансформации могут служить и сами модифиц стероиды. В-во S Рейхштена его можно из в-ва R
Процесс превращения В-ва R в в-во S
*Гидролиз 21-ацетогруппы
*окисление 3бета гидроксигруппы в 3 кетогруппу
*перемещение двойной связи от С5к С4
Трансформация заканчивается практически количеством выходом в-ва S.
Получ-е 11-альфа- гидроксипрогестерона при помощи Bacillus cereus яв-ся примером гидроксилир-я при пом бак-й.15-альфа-гидроксилир-е осущ-ся м/о родов Fusarium и Penicillum.Исп-ют реакцию дегидрогенизации стероида спом-ю бактерий и актиномицет-можно получить преднизолон из кортизона с выходом 86%.Бак-и и актиномицеты часто прим-ся для ок-я COOH в C=O.
Биотехнология аминокислот. Микробиологический синтез. Продуценты. Преимущества микробиологического синтеза перед другими способами получения. Общие принципы конструирования штаммов микроорганизмов-продуцентов аминокислот как первичных метаболитов. Основные пути регуляции биосинтеза и его интенсификации.
|
|
|
2 направления применения микроорганизмов
I. Полный биосинтез микроорганизмов БАВ
II. Микробиологическая трансформация
«+» использования м/о в биосинтезе:
· Упрощается синтез ЛС
· Продукты более чистые, без примесей
· Рентабильный промышленный синтез
· Большинство процессов м/б синтеза приводят к перестройке молекулы субстрата. Этот вид трансформации осуществляется одними или несколькими элементами.
Биотехнология а/к. 1 Методы получения а/к Современные методы оргсинтеза позволяют синтезировать L и Д формы а/к, но только как рацематы. Другой способ синтеза а/к - микробиологический синтез с использованием штаммов – продуцентов. Избыточное количество а/к (напр. L-лизин, L-глут.кислота, L-треонин, L-триптофан) экскретируются в культуральную среду.
Особенности культивирования штаммов продуцентов
1. Достигаются макс. высокие скорости синтеза а/к клетками продуцента
2. Достигается макс. длит-сь работы продуцента
3. Минимально образуется побочные продукты биосинтеза а/к
Механизмы регуляции биосинтеза а/к: при получении возможно ретроингибирование. Регуляция осуществляется за счет ингибирования активности одного из начальных ферментов избыточным продуктом (самой а/к), репрессируется весь комплекс ферм.
Биохимические цепочки метаболизма клетки. Необходимо нарушить эти механизмы
Биотехнология витаминов и коферментов. Биологическая роль витаминов. Традиционные способы получения (выделение из природных источников, химический синтез). Микробиологический синтез витаминов и конструирование штаммов-продуцентов методами генной инженерии.
С помощью биотехнологии производят особо сложные по строению витамины В2, В12, β-каротин, витамин РР, предшественник витамина D (эргостерина). В синтезе витамина С используют микроорганизмы, которые селективно окисляют D-сорбит в L-сорбозу.
|
|
|
Витамины представляют низкомолекулярные соединения, необходимые для жизнедеятельности организма, синтез которых в организме либо ограничен, либо отсутствует. Потребность в них для организма человека вполне достаточна в очень небольших количествах. Витамины служат активными биокатализаторами разных метаболических процессов в организме. Почти все витамины являются коферментами или кофакторами биохимических реакций, витамины А, Д, Е регулируют генетический аппарат клетки. В основе классификации витаминов находятся их физико-химические свойства, в соответствии с которыми все витамины делят на водо- и жирорастворимые.
Ведущее положение в производстве занимают химические методы, но в ряде производств в качестве их полноправного конкурента в нашей стране, так и за рубежом, выступают биотехнологические методы, появляются возможности сокращения части стадий химического синтеза за счет использования высокоактивных штаммов микроорганизмов-продуцентов.
Один из классических примеров промышленного использования микроорганизмов в получении витамина С* - превращение D-сорбита в L-сорбозу бактериями Gluconobacter oxydans. L-сорбоза является промежуточным продуктом синтеза аскорбиновой кислоты, проводимого обычно по методу Рейхштейна (рис. 2). Процесс получения L-сорбозы биотехнологическим способом основан на способности различных штаммов уксуснокислых бактерий к селективному окислению сорбита. В отличие от химического процесса, где в результате окисления сорбита получается смесь продуктов, окислительная трансформация уксуснокислых бактерий характеризуется необычайно точным воздействием на определенные группы в молекулах этих веществ. Наиболее сильной окислительной способностью обладают штаммы Gluconobacter oxydans и Acetobacter melanogenum. Для получения сорбозы G. oxydans выращивают в питательных средах, содержащих высокие концентрации сорбита и дрожжевой или кукурузный экстракт, которые служат источниками азота, витаминов и других веществ, обеспечивающих рост бактерий. Для роста продуцента и окисления сорбита в сорбозу необходимо постоянное поступление кислорода в культуральную жидкость. При высоких концентрациях сорбита лишь небольшая его часть затрачивается на синтез биомассы бактерий. Основное количество сорбита трансформируется в сорбозу, степень конверсии составляет 96-98%. В ходе процесса происходит снижение рН культуральной жидкости. По окончании трансформации фильтрат концентрируют в вакуум-аппаратах при 60 °С. При охлаждении сорбоза выпадает в осадок в виде кристаллов.
|
|
|
