Ферментативный органический синтез

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]

Горизонты энзимологии. В литературе появляются работы, в которых делаются попытки прогнозирования дальнейшего развития энзимологии на ближайшее десятилетие. Перечислим основные направления исследований энзимологии будущего. Во-первых, это исследования более тонких деталей молекулярного механизма и принципов действия ферментов в соответствии с законами югассической органической химии и квантовой механики, а также разработка на этой основе теории ферментативного катализа. Во-вторых, это изучение ферментов на более высоких уровнях (надмолекулярном и клеточном) структурной организации живых систем, причем не столько отдельных ферментов, сколько ферментных комплексов в сложных системах. В-третьих, исследование механизмов регуляции активности и синтеза ферментов и вклада химической модификации в действие ферментов. В-четвертых, будут развиваться исследования в области создания искусственных низкомолекулярных ферментов —синзимов (синтетические аналоги ферментов), наделенных аналогично нативным ферментам высокой специфичностью действия и каталитической активностью, но лишенных побочных антигенных свойств. В-пятых, исследования в области инженерной энзимологии (белковая инженерия), создание гибридных катализаторов, сочетающих свойства ферментов, антител и рецепторов, а также создание биотехнологических реакторов с участием индивидуальных ферментов или полиферментных комплексов, обеспечивающих получение и производство наиболее ценных материалов и средств для народного хозяйства и медицины. Наконец, исследования в области медицинской энзимологии, основной целью которых является выяснение молекулярных основ наследственных и соматических болезней человека, в основе развития которых лежат дефекты синтеза ферментов или нарушения регуляции активности ферментов. [c.117]

Перспективы ферментативного органического синтеза [c.66]

Число примеров ферментативного асимметрического синтеза можно было бы во много раз увеличить. Эти примеры показывают тот путь, по которому в живых организмах воспроизводится и размножается асимметрия. Сделаны и первые успешные попытки использовать стереоспецифичные катализаторы — ферменты, для воспроизведения асимметрических синтезов в лабораторных условиях для этого используются так называемые иммобилизованные (закрепленные на полимерном носителе) ферменты [161]. В то же время ферментативный асимметрический синтез не дает ответа на вопрос, как появилось на Земле первое оптически активное органическое вещество. [c.160]

Перспективы катализа необозримы. Благодаря тонкой избирательности некоторых катализаторов осуществлены и осуществляются различные многостадийные процессы, недоступные методам классической органической химии и осуществляющиеся как бы в одну стадию (синтез углеводородов, поликонденсации, полимеризации, синтезы на базе олефинов и ацетиленов и т, д.). Микрогетерогенные или ферментативные реакции, происходящие в организмах животных и растений, протекают очень сложны.ми и часто еще не достаточно ясными путями. Вероятно, в недалеком будущем настанет время, когда и эти процессы будут осуществлены обычными каталитическими путями, что явится, новой победной главой в эволюции катализа. [c.780]

Ферментативный органический синтез находится только на начальном этапе своего развития. Одна из причин этого заключается в психологии, в том, что лишь малая часть исследователей, занимающихся ферментами, смотрят на них, как на самые обычные химические катализаторы, которыми можно управлять и которые следует использовать. Только в последние несколько лет наметилась важная новая тенденция — желание пересмотреть сложившиеся представления о свойствах ферментов, о специфичности и энантиоселективности их действия. При более широкой проверке оказалось, что многие ферменты способны на каталитические превращения гораздо большего числа субстратов, они могут функционировать в значительно более широком диапазоне условий. Эти наблюдения дают основания полагать, что сфера практического использования биокатализа в ближайшие годы существенно расширится. Представляет интерес внедрение ферментов в крупнотоннажный синтез (табл. 7). Следует ожидать также широкого применения в синтезе полиферментных систем. В принципе уже сегодня бесклеточная энзимология может провести ряд сложных последовательных превращений подобно тому, как действуют при биосинтезе целые клетки. Успехи в этой области будут связаны прежде всего с углублением наших знаний о поведении полиферментных систем и с умением управлять такими системами. [c.66]

Несмотря на то, что основная масса работ в области химии иммобилизованных систем появилась относительно недавно, в этой области в значительной степени благодаря систематическим исследованиям И. В. Березина и его сотрудников достигнуты большие успехи. Решены вопросы использования иммобилизованных ферментов в тонком органическом синтезе, в трансформации стероидов, в модификации малостабильных соединений, в разделении рацематов на оптически активные формы. Некоторые из названных процессов реализованы в промышленных масштабах. Намечаются пути применения иммобилизованных оксидаз, выделенных микроорганизмами, для тяжелого органического синтеза, в частности, для получения на основе парафинов и ароматических углеводородов спиртов, альдегидов, кетонов, кислот, оксидов. Изучаются перспективы ферментативного обезвреживания сточных вод. Подробно о достижениях химии иммобилизованных систем см. в книге, посвященной истории моделирования опыта живой природы, Биокатализ (М., 1984). [c.185]

Этанол получают путем ферментативного гидролиза углеводов этот способ, несомненно, наиболее старый крупномасштабный органический синтез, известный человечеству с древнейших времен. Для получения этилового спирта человек издавна использовал различные фрукты виноград, инжир, финики. [c.406]

Успехи органического синтеза позволили создать новые типы пестицидов, флотационных реагентов, красителей, лекарств и душистых веществ. Развитие биоорганической химии и молекулярной биологии привело к появлению новых катализаторов для химической технологии (ферментативный катализ). [c.9]

Однако рамки инженерной энзимологии гораздо шире, чем создание катализаторов нового типа. Цель этой дисциплины, ее стратегическая задача состоит в том, чтобы разработать научные основы применения ферментативных катализаторов для создания новых биотехнологических процессов в промышленности, новых методов в терапии н медицинской диагностике, анализе, органическом синтезе и в других областях практической деятельности. [c.146]

Однако В настоящее время ферментативные процессы находят ограниченное применение, поскольку обычно в них используются водные растворы с низкой концентрацией реагентов и продуктов реакции. Последнее затрудняет выделение и очистку образовавшегося продукта. Существование мощной угледобывающей промышленности и многотоннажного производства кокса, необходимого для получения стали и других стратегических материалов, в которых нуждались основные страны — участники первой мировой войны, послужило базой для создания промышленности углехимического синтеза. В то же время нефть в полтора раза превосходит каменный уголь по теплотворной способности, не дает при сгорании золы и обладает более высокой плотностью и лучшими характеристиками горения. По этим причинам многие отрасли промышленности, а также транспорт позднее перешли в значительной степени на использование продуктов переработки нефти. В результате исследований, проведенных в США в 1916—1918 гг., и развития нефтяной промышленности, обусловленного в основном ростом числа автомобилей в этой стране, были созданы необходимые предпосылки для возникновения нефтехимической промышленности. Процесс перехода химической промышленности США на нефтяное сырье непрерывно набирал силу, а другие страны следовали в этом отношении за США. К настоящему времени нефть вследствие своей относительной дешевизны, которая объясняется низкой стоимостью ее транспортировки на далекие расстояния большими танкерами и по нефтепроводам, стала основным источником сырья для промышленности органического синтеза. К тому же по мере повышения жизненного уровня цены на каменный уголь, подобно ценам на сельскохозяйственное сырье, увеличиваются по сравнению с ценой на нефть, так как его добыча более трудоемка. Кроме того, нефтехимическая промышленность извлекает большую выгоду из технических и научных достижений нефтедобывающей промышленности и из повышения экономических показателей своих собственных предприятий при переходе их на использование непрерывных процессов и более крупных установок. [c.20]

Число примеров ферментативного асимметрического синтеза можно было бы во много раз увеличить. Эти примеры показывают тот путь, по которому в живых организмах сохраняется, воспроизводится и размножается оптическая активность. Ферменты—это не что иное, как вырабатываемые живыми организмами катализаторы, способные осуществлять синтезы гораздо более стереоспецифичные, чем те, которые удавалось до последнего времени проводить искусственно в лабораториях. Однако ферментативный асимметрический синтез еще не дает ответа на вопрос, как появилось первое оптически активное органическое вещество. Этому вопросу посвящен следующий раздел. [c.577]

Гормоны принадлежат к различным классам органических соединений, синтезируемых в эндокринных железах или железах внутренней секреции. Это биологически активные вещества, оказывающие регуляторное влияние на обмен веществ. Это влияние проявляется разными путями гормоны могут изменять скорость ферментативных реакций, скорость синтеза белков, влиять на проницаемость клеточных мембран. [c.176]

За открытие ферментативной активности рибонуклеиновых кислот. За развитие теории и методологии органического синтеза. [c.628]

Ферменты и ферментативные системы традиционно применяются в самых различных областях практической деятельности в пищевой, фармацевтической, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, в медицине, сельском хозяйстве, органическом синтезе, химическом анализе и т. д. Тем не менее развитие прикладной энзимологии долгое время сдерживалось дороговизной или полным отсутствием на мировом рынке нужных ферментов, особенно их чистых препаратов. Очевидно, можно ожидать в недалеком будущем благодаря успехам микробиологии коренного решения вопроса производства соответствующих ферментов в достаточном количестве. [c.6]

Будучи вьщелены из организма, ферменты не утрачивают способности осуществлять каталитическую функцию. На этом основано их практическое применение в химической, пищевой, легкой и фармацевтической промышленности. Особое значение для химического производства имеет специфичность ферментов ведь до 80% затрат в производстве многих химических веществ приходится на отделение примесей, возникших в результате побочных реакций. Проведение синтеза при посредстве высокоспецифичного фермента, ускоряющего только ту реакцию, которая ведет к образованию нужного продукта, упрощает технологический процесс. Кроме того, ферменты позволяют осуществлять ряд процессов, выполнение которых обычными методами органического синтеза остается пока нерешенной проблемой. Так обстоит дело, например, при получении лекарственных препаратов путем ферментативной трансформации стероидов. [c.96]

Декарбоксилирование имеет большое значение как препаративный и промышленный методы синтеза органических соединений. Ферментативное декарбоксилирование играет важную роль в разнообразных процессах обмена веществ. [c.167]

Богатые энергией соединения, образующиеся в реакциях рассмотренных выще типов, представляют в большинстве случаев ангидриды фосфорной кислоты или тиоэфиры органических кислот. Последние используются для синтеза АТФ через ферментативную стадию образования соответствующих ацилфосфатов [c.208]

Анаболические пути — это процессы ферментативного синтеза, в ходе которых из относительно простых предшественников строятся сложные органические компоненты клетки синтез часто включает восстановительные этапы и сопровождается затратой свободной химической энергии (рис. 15.1). [c.189]

Важнейшей проблемой в направленном синтезе веществ, обладающих избирательным действием на живые организмы (лекарственные препараты, феромоны насекомых и др.) является энантиоселективный синтез физиологически активных энантио-меров. Эффективным способом получения таких соединений является кинетическое разделение их рацемических смесей с помощью липаз и карбоксилэстераз. Известны многие микробные липазы и карбоксилэстеразы, однако только единичные препараты находят применение в органическом синтезе. Ограничение использования большинства этих биокатализаторов связано с их недостаточной энантиоселективностью, невысокой ферментативной активностью, трудностями многоразового использования, низким выходом целевого продукта, небольшой стабильностью в органическом растворителе и т.д. [c.47]

Приведенные выше примеры иллюстрируют плодотворность молекулярного дизайна как для накопления и>1формации о специфических особенностях ферментативного катализа, так и для разработки бномиметических подходов к созданию применимых в препаративной практике органического синтеза инструментов. [c.496]

Изучение ферментативных реакций показало, что упорядоченность реагентов в пространстве - надежный (и единственный ) путь к повышению стереоселективности органического синтеза (in vitro). В своих опытах химики моделируют условия ферментативного биосинтеза, создавая пространственно упорядоченные реакционные системы. Такие условия оказалось возможным создавать в растворе с применением катализаторов, способных к комплексообразованию с субстратом, в мицеллах, образованных поверхностно-активными веществами, и в твердом кристалле. [c.465]

Очевидно, всюду, где это возможно, следует использовать менее энергоемкие процессы и материалы, в частности ферментативные процессы и неорганические полимеры. В последние годы в индустриально развитых странах начинает развиваться промышленность основного органического синтеза на основе растительных углеводов. Японский полимер поллулэн получается на основе триглюкополи- [c.207]

В монографии проанализированы с физико-химических позиций связи между ферментативным (биологическим) и гомогенным (химическим) катализом и подчеркивается общность их механизмов. Наряду с теоретическими аспектами освещено современное состояние и перспективы применения ферментов, особенно в иммобилизованном виде, в органическом синтезе, химическом анализе (биолю-минесцентный метод), медицине и химической технологии. [c.152]

Изучение химических реакций в мицеллярных системах открывает следующие возможности [64] а) лучше понять факторы, которые влияют на скорость и механизм органических реакций б) проникнуть в механизм ферментативных реакций в) испогпьзовать мицел— лярные системы в органическом синтезе. [c.24]

Большое число недавно опубликованных исследований в этой области расширило наши представления о деталях асимметрических процессов, и, хотя наши знания далеко еш,е не полны, особенно в количественном отношении, настало время для обобщения всего материала в виде полной сводки. В нашем обзоре будет дана оценка известных асимметрических реакций в отношении их вклада в изучение механизма реакций, их ценности для предсказания конфигураций и полезности для изучения стереохимического контроля реакций синтеза в органической химии. По этим общим вопросам 14, 5, 16—26], а также по специальным аспектам асимметрических превращений [27—34] опубликован ряд обзоров. Ферментативные асимметрические синтезы, например, подробно рассмотрены в недавно опубликованном двухтомнике Р. Бентли [34]. Мы особенно рекомендуем обратиться к этим обзорам для дополнительного подробного ознакомления с историей вопроса [4, 25, 26, 30], а также с биохимическим [28, 29], гетерогенно-каталитическим [21, 22] и полимеризационным [33, 34] аспектами этой проблемы, которые мы и не будем пытаться сколько-нибудь полно осветить в нашей книге. [c.14]

В последние годы системы сопряженных ферментативных реакций находят все большее применение в тонком органическом синтезе. В качестве примера назовем реакцию окисления стероидов в присутствии 17-р-оксистероиддегидрогеназы. [c.142]

Показаны достижения и перспективы инженерной энзимологии. Рассмотрено получение и использование биокаталнзаторов в тонком органическом синтезе, производстве новых лекарственных средств, ферментативном получении сахаров и других продуктов из целлюлозосодержаших отходов промышленности и сельского хозяйства, в биохимическом и нммуноферментном анализе для целей медицинской диагностики, контроля технологических процессов и окружающей среды [c.4]

ФОТОСИНТЕЗ — синтез растениями органических веществ (углеводов, белков, жиров) из диоксида углерода, воды, азота, ( юсфора, минеральных солей и других компонентов с помощью солнечной энергии, поглощаемой пигментом хлорофиллом. Ф.— основной процесс образования органических веществ на Земле, определяющий круговорот углерода, кислорода и других элементов, а также основной механизм трансформации солнечной энергии на нашей планете. В процессе Ф, растения усваивают вгод4 101 туглерода, разлагают 1,2 х X 10 т воды, выделяют 1 10 т кислорода и запасают 4-102° кал солнечной энергии в виде химической энергии продуктов Ф. Это количество энергии намного превышает годовую потребность человечества в ней. Ф.—сложный окис-лительно-восстановительный процесс, сочетающий фотохимические реакции с ферментативными. Вследствие Ф. происходит окисление воды с выделением молекулярного кислорода и восстановление диоксида углерода, что выражается [c.268]

Наиболее значительных успехов с точки зрения тонкого органического синтеза удалось добиться при использовании двухфазных водно-органических систем для биокаталитической переэте-рификации и в ферментативном синтезе пептидов. В результате реакций переэтерификации, катализируемых различными липазами, стало возможным получать большое число оптически активных сложных эфиров и спиртов или проводить обогащение жиров необходимыми компонентами. [c.65]

Комбинированный, или энзиматический, способ получения -лизина. Предложен в 70-е годы японской фирмой Тойо Рейон ( Торей ). С его помош,ью получают с 95%-ным выходом и 99%-ной оптической чистотой -лизин, причем содержание аминокислоты в реакционной смеси может достигать 200 г/л, что практически более чем вдвое выше его содержания в культуральной жидкости, получаемой в одну стадию при направленном микробиологическом синтезе в наилучших производственных ферментациях. Технология процесса включает в себя органический синтез ), -a-aминo-e-кaпpoлaктaмa из циклогексана и его ферментативный гидролиз. Химическая схема получения -лизина по этой технологии следуюш,ая [c.13]

Данная схема производства предполагает использование двух ферментов L-гидролазы и рацемазы. Первый селективно гидролизует 0,/,-(х-амино-е-капролактам, получаемый в процессе органического синтеза, второй осуществляет рацемизацию неза-трагиваемой -гидролазой D-формы в -форму. Максимально вочможная эффективность такого производства будет наблюдаться в том случае, когда скорости обоих ферментативных процессов достаточно высоки, причем скорость рацемизации должна быть но ниже скорости гидролиза амидной связи в -а-амино-е-капро-лактаме. [c.14]

Изложенная концепция, которая качественным образом вскрывает причины специфичности фермента по отношению к структуре субстрата, представляет собой синтез взглядов ряда научных школ, рабо-таюш,их в области физико-органической химии и ферментативного катализа (Бендер, Дженкс, Брюс, Блоу, Ноулис, Бернхард, Гесс и др.). Ее количественное кинетико-термодинамическое обоснование (в приложении к химотрипсину, как одному из наиболее изученных ферментов) было получено прежде всего в исследованиях, проводимых в Московском университете [15]. В последующих параграфах будут детально рассмотрены наиболее важные, по-нашему мнению, аспекты этой проблемы. При этом будет сконцентрировано внимание именно на взаимосвязи между структурой и реакционной способностью субстратов и оставлены, по-существу, вне поля зрения ингибиторные подходы , изложенные весьма подробно в [16]. [c.135]

Синтез клеточной массы в процессе биологической очистки про-сходит с использованием органических веществ загрязнений как троительного материала и энергии, выделяемой при реакции кисления органического вещества. Часть энергии выделяется акже в процессе эндогенного окисления клеточного вещества, ходе которого клетки разрушаются [21]. Таким образом, имеет [есто сложная система взаимосвязанных процессов, физической транспорт питательных веществ), химической (химические реак-ии) и биохимической природы (ферментативные реакции), что ллюстрирует схема на рис. 1.3. [c.11]

Экспериментатьные исследования путей биосинтеза дают обширную информацию о химии этих процессов. Эти знания обеспечивают твердую основу для всей области бномиметических путей синтеза разнообразных природных соединений, которые используют стратегические принципы, разработанные Природой (см., например, синтез морфина, разд. 3.2.1). Однако, несмотря на многочисленные экспериментальные данные о механизме основных биохимических трансформаций, нам все еше слишком мало известно о способе действия фермента как катализатора. Был предложен целый ряд гипотез ддя объяснения замечательной способности ферментов осуществлять высоко эффективный и селективный катализ. Это было предметом многочисленных исследований по созданию специальных химических моделей ферментативного катализа (см, ниже). Кроме того, имеются еще более важные аспекты ферментативного катализа, а именно способность ферментов в нужный момент узнавать свой субстрат среди тысяч органических соединений, присутствующих в клетке, и регулируемость активности ферментов. Деятельность сотен и тысяч ферментов, одновременно оперируюшлх в любой живой системе", требует же -сткого управления с тем, чтобы в каждый данный момент и в каждом конкрет- [c.476]

Современный этап развития органической химии обогащен электронной теорией механизмов химических реакций, углубленны > пониманием стереохшлии, новыми методами проведения химических реакций - от применения лазерной техники и ультразвука до ферментативных процессов, это позволяет осуществлять синтезы сложнейших природных соединений ч их аналогов, а также веществ, ле встречающихся в природе. Среди этих последних видное место занимают соединения с высоконапряженным остовом, получение которых имеет целью проверку предсказательной силы результатов квантово-химических расчетов и может рассматриваться как новый [c.7]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология