Применение ферментов

Обладая высокой степенью избирательности, ферменты используются живыми организмами для осуществления с высокой скоростью огромного разнообразия хи­мических реакций; они сохраняют свою активность не только в микропространстве клетки, но и вне организма. Ферменты нашли широкое применение в таких отрас­лях промышленности, как хлебопечение, пивоварение, виноделие, чайное, кожевенное и меховое производства, сыроварение, кулинария (для обработки мяса) и т. д. В послед­ние годы ферменты стали применять и в тонкой химической индустрии для осу­ществления таких реакций органической химии, как окисление, восстановление, дезаминирование, декарбоксилирование, дегидратация, конденсация, а также для раз­деления и выделения изомеров аминокислот L-ряда (при химическом синтезе обра­зуются рацемические смеси L- и D-изомеров), нашедших применение в промышлен­ности, сельском хозяйстве, медицине. Следует подчеркнуть, что овладение тонкими механизмами действия ферментов, несомненно, предоставит неограниченные возмож­ности получения в огромных количествах и с большой скоростью полезных веществ в лабораторных условиях почти со 100% выходами.

В настоящее время развивается новая отрасль науки — промышленная этимо­логия, являющаяся основой биотехнологии. Фермент, ковалентно присоединенный («пришитый») к любому органическому или неорганическому полимерному носителю (матрице), называют иммобилизованным. Техника иммобилизации ферментов допускает решение ряда ключевых вопросов энзимологии: обеспечение высокой спе­цифичности ферментов и повышение их стабильности, простоту в обращении и воз­можность повторного использования и применения в синтетических реакциях в по­токе. Применение подобной техники в промышленности получило название инже­нерной энзимологии. Имеется ряд примеров, свидетельствующих об огром­ных возможностях инженерной энзимологии в различных областях промышленности, медицины, сельского хозяйства. В частности, иммобилизованную Р-галактозидазу, присоединенную к магнитному стержню-мешалке, используют для уменьшения со-_ держания молочного сахара в молоке, т. е. решают проблему непереносимости лак­тозы. Обработанное таким образом молоко, кроме того, хранится в замороженном состоянии значительно дольше и не подвергается загустеванию.

Разработаны проекты получения пищевых продуктов из целлюлозы, превраще­ния ее с помощью иммобилизованных ферментов — целлюлаз — в глюкозу, кото­рую можно превратить в пищевой продукт — крахмал. С помощью ферментной тех­нологии в принципе можно также получить продукты питания, в частности углеводы,

из жидкого горючего (нефти), расщепив его до глицеральдегида и далее при участии ферментов синтезировав из него глюкозу и крахмал. Имеет несомненно большем будущее моделирование при помощи инженерной энзимологии процесса фотосинте за, т. е. природного процесса фиксации СО₂; помимо иммобилизованных ферментов, этот жизненно важный для всего человечества процесс потребует применения ряда; специфических иммобилизованных коферментов.

Ниже представлена схема непрерывного процесса получения аминокислоты ала-нина и регенерации кофермента в модельной системе, в которую исходный субстрат (молочная кислота) подается при помощи насоса в камеру-реактор, содержащий иммобилизованные на декстране НАД⁺ и две НАД-зависимые дегидрогеназы: лак-тат- и аланиндегидрогеназы; с противоположного конца реактора продукт реакции-аланин — удаляется с заданной скоростью методом ультрафильтрации:

Дата добавления: 2014-12-27