ИНЖЕНЕРНАЯ ЭНЗИМОЛОГИЯ
, разрабатывает и осуществляет пром. методы получения хим. в-в и продуктов (напр., пищевых), основанные на использовании в качестве катализаторов хим. р-ций ферментов, выделенных обычно из биол. объектов или находящихся внутри клеток, к-рые искусственно лишены способности роста.
И. э. - одно из направлений биотехнологии
. Теоретич. основы И. э. - биоорг. химия, биохимия, микробиология и хим. технология.
Широкое применение ферментов в орг. синтезе стало возможным благодаря использованию иммобилизованных ферментов
, а также иммобилизов. клеток микроорганизмов (использование в пром-сти последних иногда относят к др. направлению биотехнологии - микробиологическому синтезу
). Иммобилизация придает ферментам качества гетерог. катализаторов, что позволяет удалять их из реакц. смеси (отделять от субстратов и продуктов ферментативных р-ций) простой фильтрацией. Появилась возможность перевести мн. периодич. ферментативные процессы (напр., получение 6-аминопенициллановой к-ты) на непрерывный режим, используя колонны или проточные аппараты с иммобилизов. ферментами. Важно также, что мн. иммобилизов. ферменты значительно устойчивее к внеш. воздействиям, чем р-римые ферменты. Сочетание уникальных каталитич. св-в ферментов с их устойчивостью и нерастворимостью в воде в иммобилизов. виде послужило основой для возникновения И. э.
Применение принципа иммобилизации не только к ферментам, но и к их субстратам, ингибиторам и кофакторам, т. е. в-вам, имеющим избирательное сродство к ферментам, позволило создать методы выделения и очистки последних, основанные на аффинной хроматографии. Тем самым существенно расширяются возможности получения чистых ферментов для использования в И. э.
Препараты иммобилизов. клеток представляют собой также гетерог. биокатализаторы. Преимущество иммобилизов. клеток микроорганизмов по сравнению с иммобилизов. ферментами состоит гл. обр. в том, что при использовании иммобилизов. клеток отпадает необходимость выделения, очистки и иммобилизации ферментов - стадий часто наиб. дорогостоящих при осуществлении пром. процесса. Ферменты в микроорганизмах находятся в своем естеств. окружении, что повышает их термостабильность и т. наз. операционную стабильность (продолжительность работы в условиях технол. процесса). Известно мн. примеров, когда ферменты после выделения из организма быстро теряют активность, а иногда их вообще не удается выделить в активной форме. В то же время в составе клеток микроорганизмов они сохраняют каталитич. св-ва достаточно долго. Иммобилизация клеток обычно осуществляется путем их адсорбции на водонерастворимых носителях (обычно на ионообменных смолах), ковалентной сшивкой с помощью бифункциональных реагентов (напр., глутарового
альдегида) или захвата их в полимер, как правило, с послед. формованием в виде частиц определенного размера и конфигурации. Иммобилизация клеток микроорганизмов предотвращает их размножение и обычно увеличивает срок их работы в реакц. среде по сравнению с необработанными клетками.
Осн. направления исследований в области И. э.: синтез и модификация орг. соед. с помощью иммобилизов. ферментов и клеток, в т. ч. в несмешивающихся двухфазных системах (вода - орг. растворитель, полимер - полимер); получение из растит. сырья продуктов для пищ., микробиол. и мед. пром-сти, а также с. х-ва.
Пром. внедрение процессов И. э. осуществляется обычно в тех случаях, когда продукт р-ции практически не м. б. получен без участия ферментов. Стоимость продукта определяется гл. обр. расходами на выделение ферментов и их иммобилизацию (этим объясняется повыш. интерес к иммобилизации с помощью простой адсорбции и к применению иммобилизов. клеток микроорганизмов).
В пром-сти И. э. служит гл. обр. для получения глюкозо-фруктозных сиропов (фермент глюкозоизомераза), разделения рацемич. смесей аминокислот (фермент аминоацилаза), синтеза L-аспарагиновой и L-яблочной к-т (ферменты соотв. аспартаза и фумараза в иммобилизов. клетках), получения 6-аминопенициллановой к-ты (используется в синтезе полусинтетич. пенициллинов) из прир. пенициллина (фермент пенициллинамидаза) и диетич. безлактозного молока (фермент лактаза, или b-галактозидаза).
Перспективно пром. использование И. э. для получения глюкозы из частичных гидролизатов крахмала с использованием иммобилизов. глюкоамилазы; глюкозо-фруктозных сиропов из сахарозы с использованием иммобилизов. инвертазы; глюкозы из целлюлозы с использованием ферментов целлюлазного комплекса, адсорбированных на целлюлозе; превращ. глюкозы в этанол с использованием иммобилизов. дрожжевых или бактериальных клеток и др.
Лит.: Введение в прикладную этимологию, М., 1982; Березин И. В., Клёсов [Клесов] А. А., "Вестник АН СССР", 1983, № 4, с. 108-19; Биотехнология, под ред. А. А. Баева, М., 1984, А. А. Клёсов [Клесов].
|
