Стероиды микробиологические реакции

В приведенных примерах из сравнительно простых веществ — субстратов питательной среды — с помощью микроорганизмов синтезируются сложные органические вещества. Последнее время при помощи микроорганизмов практикуют различные превращения молекул органических веществ — микробиологическую трансформацию. Отбирая особые культуры микроорганизмов (в специальных каталогах ферментативных реакций культур микроорганизмов указано, какие биохимические реакции осуществляет данная культура) можно провести самые различные химические реакции — окисление и восстановление, фосфорилирование, ами-нирование, специфический гидролиз и другие реакции, провести которые химическим путем очень трудно, а иногда и невозможно. В качестве примера можно привести превращение О-сорбита в Ь-сорбозу. Микробиологическая трансформация открыла большие возможности получения препаратов стероидов. Этот метод широко используется для промышленного получения кортизона, гидрокортизона, преднизолона и др. С помощью микробиологической трансформации можно превращать продукты химического синтеза в другие необходимые для народного хозяйства вещества. В последнее время интенсивно развивается новое направление в биотехнологии — иммобилизация на специальных носителях ферментов или клеток для продления срока их использования. [c.5]

В процессе микробиологической трансформации стероидов окисление содержащихся в них или вновь образующихся гидроксильных групп часто сопровождается сопутствующими реакциями, например [c.183]

Поскольку стероиды имеют большое коммерческое значение [1], их микробиологическое окисление наиболее изучено. Опубликован ряд очень хороших обзоров и монографий, посвященных этому вопросу. Здесь мы даем лишь краткий обзор, специально рассматривая те реакции, которые, по-видимому, представляют синтетическую ценность, поскольку они дают высокие выходы или приводят к образованию в основном одного вещества, относительно недоступного с помощью других способов. Известны, кроме того, многочисленные примеры окисления стероидов, происходящих с низкими выходами по мере развития процессов ферментации выходы могут быть, вероятно, значительно повышены. Если такие примеры интересуют читателя, то следует обратиться к указанным обзорам и монографиям. [c.10]

Условия проведения микробиологических трансформаций стероидов являются общими для всех реакций с микроорганизмами. Необходимой предпосылкой работы с чистыми культурами является стерильность всех операций, позволяющая избежать заражений. Стерилизация, в зависимости от объекта, осуществляется автоклавированием при 110—120°, [c.46]

Исследование каждой реакции превращения стероидного субстрата микроорганизмом проходит ряд стадий. От предварительных испытаний способности данного микроорганизма трансформировать стероид переходят к укрупненным лабораторным исследованиям, имеющим целью получить полное представление о составе продуктов реакции, и, наконец, в ряде случаев — к промышленному использованию реакции. Несмотря на большое различие в масштабе проводимых ферментаций (от нескольких миллиграммов до нескольких килограммов стероида), разнообразие осуществляемых процессов и различие в применяемых микроорганизмах, методы проведения микробиологических реакций принципиально не отличаются друг от друга. Каждая реакция требует одних и тех же операций выращивания культуры, добавления субстрата, проведения ферментации, выделения и очистки продуктов реакции. [c.39]

По данным табл. 8, из примерно 800 видов микроорганизмов, способных трансформировать стероиды, более /4 (27%) составляют бактерии и актиномицеты, а остальные /, принадлежат к грибам. Около 40% микробиологических реакций проведены с бактериями и около 60% — с грибами. Водоросли и простейшие представлены лишь единичными примерами (менее 1% общего числа видов и проведенных реакций). [c.40]

Большой объем работ выполнен в области микробиологической реакции Байера—Виллигера в ряду стероидов. Такое пре-вращение было открыто одновременно с гидроксилированием стероидов, но не нашло столь широкого практического примене-ния. Тем не менее это удобная препаративная реакция, область применения которой до сих пор еще окончательно не установлена. [c.144]

Изложенные данные позволяют сделать вывод о том, что основным физиологическим обоснованием существования трансформирующих стероиды ферментов можно считать их участие в полном расщеплении стероидов, доставляющем углерод для питания микроорганизмов, и в обезвреживании токсических для микроорганизма веществ. В то же время участие этих ферментов в метаболизме содержащихся в данном организме стероидов имеет место в крайне незначительной степени. Одно и то же превращение (окисление, дегидрирование и т. д.) может играть различную роль в жизнедеятельности микроорганизма — либо как реакция детоксикации, либо как составная часть процесса полного расщепления стероидного скелета. Поэтому не имеет смысла классификация микробиологических трансформаций стероидов по их физиологической роли для микроорганизма (в отличие от химической классификации по типам реакций, данной в следующем разделе). [c.24]

Многочисленные методы получения стероидных соединений до недавнего времени можно было разделить на три большие группы — выделение из природных источников, частичный синтез на основе природного сырья и полный химический синтез в лаборатории. В настояш,ее время получила широкое развитие четвертая группа методов получения стероидов — микробиологический синтез (см. обзоры [1—26]). Этот синтез основан на способности ферментных систем микроорганизмов трансформировать посторонние для данного организма вещества, например стероиды, добавленные в ферментационную среду. При этом ферменты микроорганизмов по существу выполняют роль химических реагентов, отличающихся высокой селективностью и стереоспецифичностью, что позволяет им проводить в одну стадию такие реакции, которые в лаборатории требуют длительного многостадийного синтеза. [c.9]

Цель данной главы — дать представление о средствах и методах проведения микробиологических реакций со стероидами, влиянии условий реакции на течение процесса и промышленном использовании трансформаций стероидов. В соответствии с характером монографии, отмеченным во введении, изложение этих вопросов проводится в возможно более краткой форме. Интересующихся более подробными сведениями о технике ферментационных процессов мы отсылаем к соответствующим обзорным работам [1—8]. [c.39]

Изучение микробиологического окисления алкалоидов не менее важно для практики, чем изучение тех же реакций для стероидов несмотря на это, до сих пор мало известно о таких реакциях среди этих соединений. [c.40]

Рассматриваемый вопрос находится на стыке трех научных дисциплин— органической химии, биохимии (энзимологии) и микробиологии. В данной монографии он разбирается прежде всего с позиций органической химии. Этот выбор не случаен — он определяется недостаточной изученностью микробиологического синтеза стероидов со стороны микро-<биологии и биохимии. Преимущественно химический подход к рассмотрению проблемы определяет и построение монографии по типам реакций, что позволяет наиболее полно выявить специфику каждого типа микробиологических превращений. [c.7]

При ферментации с микроорганизмами в молекулу стероида обычно вводится один, реже — два и совсем редко — три атома кислорода. Чрезвычайное разнообразие реакций микробиологического гидроксилирования серьезно затрудняет обобщение экспериментального материала. При рассмотрении его возможны два подхода со стороны специ- [c.60]

Способность микроорганизмов выступать в роли химических катализаторов впервые удалось использовать в полной мере для синтеза промышленно важных стероидов. В последние тридцать лет субстратная и стереоспецифичность ферментов нашла широкое применение в производстве стероидов при осуществлении разнообразных реакций гидроксилирования, дегидроксилирова-ния, эпоксидирования, окисления, восстановления, гидрогенизации, дегидрогенизации, этерификации, гидролиза эфиров и изомеризации. Целью всеобъемлющих исследований в этой области было осуществление специфических структурных перестроек стероидов при мягких условиях. Специфичность таких реакций определяется либо выбором оп-ределеннога вида микроорганизмов, либо химической модификацией субстрата, стереохимически исключающей другие реакции. Понимание зависимости между строением молекул субстрата и характером его перестройки, осуществляемой микроорганизмами, позволило сформулировать требования для каждой конкретной реакции, например для гидроксилирования, В определении скорости и направления реакции главную роль, как выяснилось, играют положение и ориентация замещающих групп в молекулах-стероидов. История развития методов микробиологического преобразования стероидов представляет собой прекрасный пример сочетания химического подхода со специфичностью и разнообразием биологических систем. Кроме того, на этой основе может быть осуществлен синтез новых стероидов, обладающих лучшими фармакологическими свойствами. [c.161]

В этой главе рассматривается группа ферментативных процессов, связанных с возникновением и превращениями двойных углерод-углеродных связей в стероидных молекулах. Наиболее изученным пз них является микробиологическое дегидрирование стероидов, поскольку эта реакция широко распространена как одна из начальных стадий полного или частичного расщепления стероидов микроорганизмами. Специфичность микроорганизмов и положения стероидного скелета, в которых протекает эта реакция, рассмотрены в разделе 1, а ее механизм и природа участвующих ферментов — в разделе 3 данной главы. [c.140]

Часто встречающийся при микробиологических трансформациях стероидов сдвиг двойной связи из А - в А -полон ение стероидного скелета долгое время рассматривался как неферментативный и происходящий лишь при выделении продуктов реакции [150]. Только в 1955 г., после получения препарата А -А -3-кетостероид-изомеразы, была признана ферментативная природа этой реакции [151]. [c.163]

Ниже приводится таблица, в которой собраны все микробиологические превращения стероидов, проведенные как с цельными культурами микроорганизмов, так и с выделенными из них ферментами, и опубликованные в периодической литературе до начала 1964 г. В таблицу включены реакции идентифицированных микроорганизмов, приводящие к соединениям, сохраняющим стероидный скелет реакции полного расщепления стероидов не рассматриваются. [c.210]

Основные научные работы относятся к химии стероидов. Открыл реакцию конденсации вин11лкарби-нолов с 3-дикетонами (реакция Торгова), которая стала основой промышленного метода синтеза стероидных гормонов. Исследуя микробиологические трансформации стероидов, решил проблему получения оптических изомеров природных и модифицированных стероидов. Разработал (1962) простой и короткий синтез эстрона. Изучал энзиматические превращения стероидов, и в частности выяснил механизм переноса водорода под действием изомеразы, контролирующей одну из ключевых реакций стероидного метаболизма. [c.496]

Несмотря на разнообразие биотраисформаций стероидов, методы проведения микробиологических реакций довольно единообразны. При поисковых работах, где не требуется или нет возможности применять большие количества вещества, ограничиваются проведением реакции в колбах на качалках, загрузка ст1ероида в колбу составляет 100—200 мг. Для загрузок порядка 1—2 г стероида применяют стеклянные ферментеры. В промышленности и на опытных установках применяют стальные аппараты, оборудованные аэрирующими и перемешивающими устройствами. [c.99]

Во Всесоюзном научно-исследовательском химяко-фармацевтическом институте с помощью полярографического метода контролируют микробиологические реакции получения в полузаводских условиях преднизона из кортизона, преднизолона из гидрокортизона и дианабола из метилтестостерона, а также оптимальные условия экстракции получаемых стероидов из культуральных жидкостей. [c.189]

Практикуемые в настоящее время микробиологические методы трансформации стероидов, к сожалению, не вытекают из глубокого понимания микробиологических превращени веществ, которые характерны для того или иного организма, а опираются на эмпирический подбор культур путем испытания большого числа чаще всего почвенных обитателей без достаточного изучения их специфических особенностей. В большинстве случаев, чисто случайно, удается при этом встретить микроорганизм, в культуре которого протекает нужная для трансформации реакция. А между тел1 в культурах почти всех микроорганизмов можно отметить фазы развития, характеризующиеся резкой сменой превалирования одного над другим окислительного или восстановительного режима в зависимости от стадии развития. [c.5]

Стероиды, изопреноиды, алкалоиды, углеводороды и другие типы молекул успешно окисляются под действием микробиологических реагентов . Для обсуждения реакций гидроксилиро-вания эта глава разделена в соответствии с упомянутыми выше классами соединений. [c.9]

Микробиологическое гидроксилирование стероидов кардено-лидного и буфадиенолидиого типов наиболее часто включает окисление в положениях 7р и (или) 12р, хотя наблюдаются также реакции окисления при 1р, 5р, Пр, 12а и 16р. В приведенных ниже примерах выходы достаточно высоки, хотя обычно выходы совсем низкие. [c.28]

В Институте органической химии АН СССР И. Н. Назаров, И. В. Торгов, Л. Д. Бергельсон и В. Ф. Кучеров с сотр. в конце 40-х годов начали исследования с целью полного синтеза стероидных соединений диеновой конденсацией 1-винил-9-метил-г ыс- (или г/>анс-) А -окталона-6(7) с а, -непредельными циклическими кетонами, в том числе хиноиами. Эти работы появились как результат развития И. Н. Назаровым того направления химии ацетилена, которое основано на реакции Фаворского — конденсации кетонов с винилацетиленом. В дальнейшем стероидное направление работ И. Н. Назарова развивалось И. В. Торговым, В. Ф. Ку-черовым, Л. Д. Бергельсоном, С. И. Завьяловым и В. И. Максимовым. Микробиологические и энзиматические превращения стероидов были предметом исследований Г. К. Скрябина и Н. Н. Суворова с сотр. [c.103]

Новые микробные производства. Классические виды брожения дополняются новыми применениями микробов в химических производствах. Из грибов получают каротиноиды и стероиды. Когда выяснилось, что oryneba terium glutami um из сахара и соли аммония с большим выходом синтезирует глутаминовую кислоту, были получены мутанты и разработаны методы, с помощью которых можно в больших масштабах производить многие аминокислоты, нуклеотиды и реактивы для биохимических исследований. Микроорганизмы используются химиками в качестве катализаторов для осуществления некоторых этапов в длинной цепи реакций синтеза микробиологические процессы по своей химической специфичности и по выходу продукта превосходят химические реакции ферменты, применяемые в промышленности,-амилазы для гидролиза крахмала, протеиназы для обработки кож, пектиназы для осветления фруктовых соков и другие-получают из культур микроорга-низмов. [c.18]

В первых десяти главах изложены методы определения строения стероидов (ультрафиолетовая спектроскопия, инфракрасная спектроскопия, молекулярное вращение, дисперсия по спектру и др.), а также особенности протекания реакций присоединения и замещения в ряду стероидов. Остальные главы имеют описательный характер в них рассказывается об истории выделения, методах определения строения, частичных и полных синтезах, фармакологическом действии и о применении в медицине, о микробиологических превращениях, биосинтезе различных стероидов (стеринов, метилсте-ринов, желчных кислот и спиртов, андрогенов, стероидных алкалоидов) и о многих других вопросах. [c.367]

За последние 15—20 лет в химико-фармацевтической промышленности с успехом начали применять микробиологические процессы для химических превращений. Стало возможным заменять некоторые сложные стадии химического синтеза более простым биологическим синтезом, используя для этой цели различные микроорганизмы. В настоящее время биосинтез в химико-фармацевтической промышленности используется для построения молекул антибиотиков, витаминов, стероидных гормонов, алкалоидов и кровезаменителей. Изоляция 6-аминопенициллановой кислоты в процессе микробиологического образования пенициллина разрешит задачу получения химическим путем производных пенициллина с новыми свойствами. Исключительное значение в практическом отношении имеют реакции гидроксилирования и дегидрирования стероидов. Глубокое проникновение Микро- [c.200]

Сз и С4 (она может быть также получена окислением холестенона Наблюдалось подобное же превращение Зр-окси-Д -холеновой кислоты, дегидроэпиандростерона и Д -андростендиола. В последнем случае получаются в качестве главного продукта реакции тестостерон (42 /о) и некоторое количество Д -андростен-3,17-диона (6 /о)- Копростанол окисляется в холестерин. Это первый случай микробиологического окисления стероидов с длинной боковой цепью. [c.460]

Химическое отделение Заведующий J. D. Donald Направление научных исследований радиационная химия окисление платины в водной среде коррозия металлов реакции различных азотсодержащих соединений с ионами переходных металлов и галогенидами непереходных металлов каталитические свойства кислот Льюиса в неводных растворах механизм каталитического гидролиза эфиров и ангидридов микробиологическое гидроксилирование стероидов. [c.253]

Неоднозначность микробиологических трансформаций стероидов ставит задачу разделения и очистки выделенных продуктов реакции. Эта задача обычно решается путем кристаллизации, хроматографирования или противоточного распределения. В случае превращения прогестерона в андростадиен-1,4-дион-3,17 [80] очистка была достигнута путем образования легко кристаллизующегося молекулярного комплекса стероида с а- или р-нафтолом. После очистки комплекса нафтол удалялся промывкой 0,5%-ным раствором NaOH. [c.49]

Общая характеристика микробиологических трансформаций стероидов, которой посвящен этот раздел монографии, требует рассмотрения таких вопросов, как типы ферментативных реакций со стероидами, характер трансформирующих стероиды ферментов и физиологическая роль их в яшз-недеятельност микроорганизмов. Помимо этого, кратко рассматривается также история развития микробиологического синтеза стероидов. Для читателей — неспециалистов в области химии стероидов, в конце введения изложены основные принципы номенклатуры этих соединений. [c.9]

Большинство микробиологических трансформап ий стероидных соединений, за исключением реакций гидролиза, происходит внутри клетки, т. е. эндоцеллюлярно, вопреки прежним данным [186]. Локализация транс- формирующих ферментов в клетке изучена лишь на примере стероид- [c.26]

При сравнении химических и ферментативных реакций в области стероидов можно отметить некоторые различия. Прежде всего химическая активация реагирующей связи, т. е. аллильное положение к двойной С=С-связи или вицинальное положение к карбонильной группе, по-видимому, имеет второстепенное значение при микробиологических трансформациях. Поскольку связывание стероида с с >ерментом происходит одновременно в нескольких точках, протекание реакции может в первук> очередь определяться стереохимией всей стероидной молекулы, а не только конкретной реагирующей группировки. Поэтому к оценке специфичности ферментативных реакций лишь в очень немногих случаях можно подойти с обычными химическими критериями. Те положения стероидного скелета, которые являются наиболее реакционноспособными для атаки химических реагентов, могут быть недоступны для атаки фермента и наоборот. [c.28]

Если стероид обладает изолированной двойной С=С-связью, то микроорганизмы, которые вводят в соответствующее гидрированное соединение аксиальную оксигруппу, присоединяют по двойной связи кислород с образованием а-окиси. Эта реакция имеет аналогии не только в организме млекопитающих (16а,17а-эпоксидирование А -эстрогенов срезами печени крысы [10]), но и в организмах рыб (25,26- и 26,27-окиси стеринов из желчи карпа [И, 12]), земноводных (14р,15р-окисные группировки в молекулах маринобуфагина и резибуфогенина из ядов жаб [11 ]), насекомых (эпоксидирование альдрина в дильдрин тканями комара [13]) и высших растений (а-окиси каротиноидов в листьях [14]). Микробиологический синтез и раскрытие а-окисей стероидных соединений рассмотрены в разделе 4. Наконец, последний раздел этой главы посвящен рассмотрению микробиологических трансформаций, приводящих к удалению оксигрупп из стероидных субстратов. [c.61]

Большинство работ по микробиологическому гидроксилированию стероидов охватывает преимущественно химическую сторону проблемы, в то время как механизм этой реакции и природа участвующих в ней ферментов остаются недостаточно изученными. Это положение в значительной мере объясняется тем, что до сих пор из микроорганизмов не удалось выделить чистых препаратов ферментов, ответственных за гид-роксилирсвание, и даже активные бесклеточные экстракты были получены лишь в самое последнее время [139, 140]. Стероид-гидроксилазы оказались крайне неустойчивыми так, частично очищенные препараты ИР- и 14а-стероид-гидроксилаз теряли активность за 24 часа даже при выдерживании на холоде (от —30 до 0°) [139]. Поэтому выводы о природе ферментов приходилось делать на основании изучения цельных культур, что приводило к различным противоречиям. [c.85]

Реакции микробиологического дегидрирования стероидных соединений привлекают внимание не только из-за своего широкого распространения, но и вследствие большого практического значения. Введение в стероиды двойных связей вызывает глубокие изменения физиологической активности. Так, преднизон и преднизолон, являюш,иеся 1,2-дегидропроизводными соответственно кортизона и кортизола, имеют по сравнению с последними повышенную антиревматическую и антивоспали-тельную активность и дают меньше побочных эффектов при терапевтическом использовании [3]. [c.141]

Ферментативные методы расщепления рацематов основаны на способности культур микроорганизмов или изолированных ферментов в процессе реакций окисления, восстановления или гидролиза проводить различие между оптическими антиподами стероидов или полупродуктов их синтеза. Как правило, в случае рацемических стероидов микроорганизмы проявляют абсолютную специфичность по отношению к природным эиантиомерам. Так, в рацемическом соединении (282) гидроксилируется, в соединении (283) дегидрируется, а в соединении (284) росстанавливается только d-энан-тиомер. Последний, очевидно, может быть в каждом случае, ввиду существенного различия в полярности, легко отделен от непрореагировавшого /-энантиомера исходного соединения (схемы 66, 98). Для расщепления рацематов было предложено использовать микробиологическое восстановление и окисление кислородных функций в положениях 3, 17 и 20, образование А -связей и введение оксигрупп в положения 6, 7, 9, 11, 14, 15, 16, 17 или 21 [106-111]. [c.70]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология