Улучшение свойств ферментов

Технология рекомбинантных ДНК позволяет выделять гены любых белков, существующих в природе, экспрессировать их в специфическом хозяйском организме и получать чистые белковые продукты. Однако физические и химические свойства таких природных белков часто не удовлетворяют условиям, обеспечивающим возможность их промышленного применения. Иногда для получения белков, обладающих нужными свойствами, в качестве источника соответствующих генов используют организмы, растущие в необычных, зачастую экстремальных условиях. Например, для синтеза а-амилазы, не утрачивающей своей активности при высокой температуре, выделили ее ген из Ba illus stearothermophilus — бактерии, естественной средой обитания которой являются горячие источники с температурой воды 90 °С. Полученная таким образом а-амилаза оставалась активной при температурах, при которых осуществляют промышленное производство этилового спирта из крахмала. Для получения белков с заранее заданными свойствами можно использовать также мутантные формы генов. Однако число мутантных белков, образующихся в результате замены отдельных нуклеотидов в структурном гене с помощью обычного мутагенеза, чрезвычайно велико. Мутагенез с последующим отбором редко приводит к существенному улучшению свойств исходного белка, поскольку большинство аминокислотных замен сопровождается снижением активности фермента. [c.158]

Традиционные методы повышения активности микроорганизмов путем использования ферментов или новых штаммов с улучшенными свойствами, полученных, например, при помощи рекомбинантных ДНК, слишком дороги, а новые штаммы имеют ограниченное применение. Воздействие электротоком в виде отдельных пульсаций позволяет быстро и без больших затрат, по мнению японских специалистов, повысить активность микроорганизмов и ускорить культивирование. Напряжение не играет большой роли и находится в пределах 1 - 10 В. [c.21]

Улучшение свойств ферментов [c.97]

Современная биотехнология, видимо, лишь в малой степени может способствовать развитию этих традиционных производств. Все произошедшие здесь изменения заключались обычно в уменьшении времени ферментации в отдельных случаях процессы стали безмикробными. Впрочем, возможно дальнейшее усовершенствование процессов путем улучшения штаммов и контроля за ферментацией. Кроме того, соевые бобы могут стать тем сырьем, из которого на основе традиций восточной кухни для рынка как Запада, так и Востока можно будет получать совсем новые продукты ферментации. В этих случаях перерабатываются целые бобы, однако известны уже и полученные с помощью биотехнологии новые продукты из белков сои. Их вырабатывают путем контролируемого гидролиза белков сои ферментами микроорганизмов. Свойства таких продуктов (растворимость, вкус и т. д.) можно в определенной мере регулиро- [c.126]

Примеры использования современных технологий для улучшения свойств ферментов, важных для биотехнологии [330] [c.456]

Ферменты, в том числе, с улучшенными свойствами [c.169]

При селекции продуцентов ферментов генетики промышленных микроорганизмов стремятся улучшить желаемые их свойства высокий выход фермента, стабильность фермента, независимость синтеза фермента от индуктора, легкое его извлечение из среды и т. п., тогда как нежелательные качества стараются устранить или ингибировать. К числу последних относятся наличие вредных побочных метаболитов, неприятный запах, нежелательный цвет препарата и т. п. Сложная генетическая техника, однако, еш,е не нашла широкого применения и большинство производств использует главным образом приемы мутагенеза в сочетании с хорошо отработанными селекционными методами. Обш,им недостатком большинства промышленных микроорганизмов является их малая генетическая изученность, что, естественно, снижает возможности улучшения полезных свойств продуцентов ферментов за относительно короткий период времени. Однако технология переноса генов вместе с белковой инженерией способны изменить эту ситуацию и обусловить развитие новых направлений в области ферментной технологии. [c.82]

В области биотехнологии молекулярная генетика создает фундаментальные основы для создания продуцентов различного рода веществ по двум направлениям. Во-первых, в ходе идентификации новых генов человека и других организмов выявляются все новые биорегуляторы и их рецепторы, которые можно использовать в качестве лекарственных препаратов для ветеринарии и медицины. Во-вторых, совершенствуются системы экспрессии различного рода генов в разнообразных клетках и организмах, что в свою очередь создает две перспективы создание клеток (бактериальных и эукариотических) и организмов (растений и животных), продуцирующих различного рода вещества, которые далее могут использоваться как лекарства, пищевые добавки, ферменты в заводских процессах или компоненты диагностикумов или вакцин, а также для создания организмов с улучшенными свойствами, например, трансгенных растений, устойчивых к засухам или имеющих повышенную переносимость к засоленным почвам, или животных, устойчивых к инфекциям. Наиболее впечатляющим достижением в области создания новых продуцентов можно назвать создание живых ферментеров - животных, секретирующих лекарственные препараты в молоко. Развитие технологий создания трансгенных животных делает процедуру создания такого ферментера достаточно рутинной. Эти технологии базируются на достижениях генетики соматических клеток и в последнее время намечается тенденция использования для этих целей систем клонирования животных. Можно сказать, что развитие молекулярной генетики перевело биотехнологию на уровень целых организмов, заложило предпосылки экологически чистых технологических процессов и интенсивных сельскохозяйственных технологий. Это особенно важно ввиду намечающихся демографических и экологических кризисов перенаселенной планеты. [c.8]

С целью адаптации разработанных ранее методов кинетического разделения рацемических смесей с помощью коммерческих липаз микроорганизмов к промышленным условиям в последние годы получило развитие новое направление улучшения свойств таких биокатализаторов - генетическая иммобилизация ферментов в клетках подходящих микроорганизмов или на их поверхности [78, 79]. [c.294]

Согласно имеющимся данным использование такой системы работы ведет к существенному понижению числа операций, сопровождающихся фаголизисом, и как следствие к существенному повышению качества и стандартности конечного продукта (поскольку в этом случае нет ротации, видовой состав смеси постоянен). У такой схемы работы есть и другое преимущество. Использование определенных хорошо охарактеризованных штаммов бактерий в смеси позволяет начать планомерную научно-исследовательскую работу по улучшению свойств каждого из штаммов. В частности, известно, что некоторые технологически важные свойства бактерий определяются наличием специфических плазмид. Например, плазмиды биодеградации контролируют способность бактерий разлагать сложные и часто очень токсичные химические соединения. Плазмиды бактерий, используемых в сыроделии, контролируя образование протеолитических ферментов, высвобождающих свободные аминокислоты из белков молока, обеспечивают хороший рост бактерий и образование ими молочной кислоты. Ограничение состава смеси определёнными штаммами позволяет вести длительную работу по изучению соответствующих плазмид и регуляции активности генов (ответственных за данный признак) с целью улучшения свойств производственных штаммов в смеси. [c.212]

Целью конструирования гибридных белков является улучшение свойств, имеющихся у исходных макромолекул, для более производительного их использования в биотехнологии, а также создание белков и ферментов с новыми свойствами. Работы в области гибридных белков, с одной стороны, направлены на изменение кинетических параметров ферментов, их субстратной специфичности, оптимума pH, термостабильности и других биотехнологических параметров. При другом подходе усилия исследователей сосредоточены на создании бифункциональных и многофункциональных белковых молекул, объединяющих в одной полипептидной цепи несколько функционирующих доменов. [c.375]

Многие из перечисленных веществ оказывают химико-физическое воздействие не только на казеин. Они также активны и по отношению к микроорганизмам, и не только к ним, но и к выделяемым ими ферментам. Прибавлением так называемых пластикаторов достигается локализация действия микроорганизмов, а следовательно предупреждается разрушение казеина и образование продуктов распада его, вредно действующих на пластические свойства геля, f,. Таким образом вещества, прибавляемые в казеиновые замесы с целью улучшения его пластических свойств, действуют на казеин денатурирующе, предупреждают распад его, инактивируя ферменты и убивая микроорганизмы, и изменяют pH смеси. [c.140]

Использование в общественном питании разнообразных ферментных препаратов в ряде стран организовано уже сейчас. Оно быстро расширяется и дает, кроме улучшения качества продукции, значительный технологический и экономический эффект. При применении ферментов значительно улучшаются основные свойства вьшускаемых блюд, а также упрощаются и резко ускоряются процессы их изготовления. [c.293]

Для производства спирта из зернового сырья (кукурузы или пшеницы) необходимо подготовить крахмал к сбраживанию, то есть осуществить затирание и осахаривание крахмала. Достигается это путем измельчения сырья с последующими вымачиванием (затиранием) и тепловой обработкой, которая осуществляется при повышенном давлении (обычно 2,5-4 атм) и при высоких температурах (135-150 °С) в варочных аппаратах периодического или непрерывного действия. Тепловая обработка с использованием периодических технологий длится около 3 ч, а непрерывных —менее 1 ч. Для способствования разжижению крахмала и улучшения его свойств к нему можно добавить около 1 % ячменного солода [6]. Поскольку при производстве нейтрального спирта не обязательно обрабатывать цельные зерна (как при производстве виски), допускается возможность перед затиранием извлекать из зерен отруби и белки, которые могут использоваться в других целях на смежных производствах. Затирание, разложение крахмала на декстрины, а затем — на сбраживаемые сахара происходит при участии либо нативных ферментов солода, либо промышленных ферментов [17]. Получаемое в результате сусло готово к сбраживанию. Если в качестве источника углеводов используется свекольная или тростниковая меласса, то перечисленные выше процедуры не нужны, поскольку углеводы уже находятся в сбраживаемом состоянии. [c.375]

Направление научных исследований синтез органических соединений серы, фосфора, фтора, производных ацетилена, разных специальных продуктов, биологически активных веществ, биологически разлагаемых детергентов полимеризация и изучение свойств высокомолекулярных соединений (привитые сополимеры, термостойкие полимеры, ионообменные мембраны, адгезивы) разработка и внедрение новых методов синтеза на пилотных установках, методов анализа в области применения ядохимикатов улучшение техники контроля и техники безопасности исследования в области ферментов и ферментационных процессов изучение микроструктуры соединений с помощью рентгеновских лучей, электронной микроскопии, ядерного магнитного резонанса, УФ-, ИК-спектроскопии и спектров комбинационного рассеяния микроанализ физико-химические исследования полимеров (хроматография, техника адсорбции, кинетика реакций, катализ) изучение свойств твердых тел (например, углей, графитов), аэрозолей очистка воды и воздуха от промышленных загрязнений. [c.341]

Несшитые полимерные гели. Этот способ иммобилизации основан на свойстве природных полисахаридов, таких, как крахмал, агар-агар, каррагинан и агароза, образовывать гели при охлаждении их горячих водных растворов. Методика состоит в том, что водную суспензию полисахарида нагревают до температуры 80—90°С, добиваясь его полного растворения, и полученный горячий раствор медленно охлаждают. Непосредственно перед началом гелеобразования (обычно между 30 и 50°С) в систему добавляют водный раствор фермента. При дальнейшем охлаждении образуется гель, содержащий иммобилизованный фермент. Для улучшения механических свойств иммобилизованного препарата процесс гелеобразования иногда проводят в порах вспененного полиуретана. [c.60]

До появления клонотек пептидов улучшение их биологических свойств осуществляли путем последовательного синтеза большого числа аналогов и проверкой их биологической активности, что требовало больших затрат времени и средств. В последние годы появилась возможность с помощью автоматических синтезаторов создавать за короткое время тысячи различных пептидов. Разработанные методы направленного мутагенеза также позволили резко расширить число белков, получаемых одновременно и последовательно тестируемых на биологическую активность. Однако только недавно разработанные подходы к созданию клонотек пептидов привели к получению миллионов последовательностей аминокислот, требуемых для проведения эффективного скрининга с целью выявления пептидов, максимально удовлетворяющих предъявляемым критериям. Такие клонотеки используются для исследования взаимодействия антител с антигенами, получения новых ингибиторов ферментов и антимикробных агентов, конструирования молекул, обладающих требуемой биологической активностью, или придания новых свойств белкам, например, антителам. [c.337]

Использование химических методов для направленного изменения свойств ферментов, по-видимому, началось в 1966 г. с работ Л. Полгара и М. Бендера [145], а также К. Ниита и Д. Кош-ланда [146], которые применили своеобразный химический мутагенез на уровне белковой молекулы для превращения остатка Ser в ys в каталитической триаде активного центра субтилизина. Интерес к этому направлению исследований был стимулирован во второй половине 1980-х гг. опытами Е. Кайзера, в частности, присоединившего флавиновый кофермент к папаину, что привело к превращению протеиназы в оксидоредуктазу [147]. Сегодня ковалентные и нековалентные химические модификации белковых молекул являются широко распространенным подходом к изменению их свойств [148]. Ниже будут кратко рассмотрены три современных подхода к улучшению свойств ферментов разными химическими методами. [c.369]

Эти данные показывают, что несмотря на всю сложность прогнозирования результата специфических аминокислотных замен, с помощью описанного подхода все же можно идентифицировать боковые группы, замена которых приведет к улучшению кинетических свойств фермента. Кроме того, стало очевидно, что сродство данного фермента к субстрату, а также каталитическую эффективность реакции можно повысить in vitro, внося соответствующие изменения в клонированный ген. [c.172]

Изменение специфичности фермента Олигонуклеотид-направленный мутагенез используют в основном для улучшения уже суше-ствуюших свойств ферментов, но, вероятно, с его помошью можно изменять ферменты таким образом, чтобы они преобретали другую специфичность. Например, таким способом на основе относительно неспецифичной эндонуклеазы Еок были получены новые сайтспецифичные эндонуклеазы. [c.173]

Направленный мутагенез и синтеэ генов сделали реальным создание белков, обладающих измененной биологической активностью. например получение ферментов с улучшенными свойства- [c.380]

Для улучшения свойств сельскохозяйственных растений необходимо внедрение в них такой генетической информации, которая делала бы их устойчивыми к засухе, заморозкам, позволяла расти на засоленных почвах, придавала способность фиксировать азот и устойчивость к сельскохозяйственным вредителям. Это осуществляют переносом соответствующих генов из растений, обладающих подобными свойствами. Так, в качестве примера можно привести создание петунии (Ре1ип1а) или табака (N oliana 1аЬасит), устойчивых к гербициду глифосату, путем введения в клетки растений гена, дающего резистентный к этому веществу фермент. Полученные клетки были затем превращены в целые растения. Внедрение полезной генетической информации осуществлено с помощью Т -плаз-миды. [c.442]

Катализ реакции переноса фосфата от АТФ (аденозинтрифосфат) к воде или к другим акцепторам — это интересный пример электрофильного катализа металлами [106]. Ион металла в реакциях такого рода может вести себя по-разному 1) экранироватр (гасить) отрицательные заряды на фосфатной группе, которые в противном случае стремились бы препятствовать атаке электронной пары нуклеофила, особенно в случае анионного нуклеофила 2) увеличивать реакционную способность атакуемого атома, оттягивая на себя электроны 3) способствовать улучшению свойств уходящей группы 4) служить связующим звеном между нуклеофилом и субстратом 5) изменять рХ и реакционную способность нуклеофила 6) изменять, по-видимому, геометрию молекулы субстрата таким образом, чтобы облегчить протекание реакции. Катализ ионами металлов является важным для многих ферментативных процессов и включает, по-видимому, эти же факторы. Кроме того, ион металла может участвовать и в связывании субстрата на ферменте в правильном положении. Применение методов ЭПР и ЯМР к исследованию непосредственного окружения иона металла позволило различить эти возможные механизмы как в ферментативных, так и неферментативных реакциях [107, 108]. [c.95]

В первой части (8 глав) обсуждаются биологические компоненты и принципы построения на их основе различных биосенсорных систем. Наряду с классическим ферментным электродом описаны также сенсоры на основе органелл, целых микроорганизмов, растительных и животных тканей. Значительный интерес представляют главы, посвященные способам иммобилизации биокомпонентов в сенсорах и перспективным исследованиям, нацеленным на улучшение свойств биокомпонентов (прежде всего ферментов) методами генной и белковой инженерии. [c.7]

Параллельно с анализом структуры ДНК изучались особенности ее ферментативного синтеза, приведшие в 1958 г. к обнаружению, в том числе, фермента ДНК-полимеразы. В 1959 г. С.Очоа и его ученику А.Корнбергу были присуждены Нобелевские премии за открытие механизмов биологического синтеза рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислот . Хотя в настоящее время в молекулярной биологии более широкое применение находят несколько иные ДНК полимеразы с улучшенными свойствами (либо позже обнаруженные в природе, либо слегка измененные или даже сконструированные исследователями), сами принципы ферментативного построения новых молекул ДНК in vitro остались неизменными. И уникальную возможность саморазмножения молекул ДНК при определенных условиях в системе in vitro с учетом комплементарности азотистых оснований также смело можно отнести к одной из ее важных черт. [c.9]

При замешивании теста от одной до двух третей липидов щеки связываются с белками [86, 87]. Эта связь предопределяет реологические свойства теста, которое без липидов не годилось бы для выпечки. К тому же замешивание теста вызывает значительное повышение активности липоксигеназ [73] за счет воды, которая благоприятствует проявлению ферментативной активности за счет окисления среды. Этот эффект усиливается благодаря присутствию муки конских бобов, богатой ферментом липокси-геназой, которую добавляют в пшеничную муку для улучшения хлебопекарных качеств. Гидроперекиси линолевой кислоты, про- [c.286]

Вайтейкер [117] и Ричардсон [89] в книге Пищевые белки улучшение химической и ферментативной модификаций уже дали обзор работ, изучавших действие ферментов на функциональные свойства белков. Позднее Филлипс и Беша [86] в работе Функциональность белков в пищевых продуктах представили обзор по действию протеаз различного происхождения на функциональные свойства белков сои, арахиса, рапса, хлопка, сезама, гороха, конских бобов и люцерны. Функциональные свойства этих белков, такие, как растворимость, способность к образованию пены и эмульсий, устойчивость пены и эмульсий и водоудерживающая способность, в большинстве случаев удавалось улучшать с помощью протеаз. [c.597]

Подтверждением правильности нашего предположения может служить содержание жира в казеине. Нам известно, что жнр в количестве большем 3,5% делает некоторые сорта казеина совершенно непластичными, но не всегда. С другой стороны, в казеин можно вводить дополнительно касторовое масло, маслянистую, нерастворимую в воде ж 1Дкость— пандойль , минеральное масло и др. в количестве до 6%) без заметного изменения пластических свойств, а иногда с улучшением их, и без влияния на цвет получаемого галалита. Вероятнее всего, что жир в казеине ухудшает пластические свойства и цвет галалита не сам по себе, а в результате своих химических превращений под действием ферментов. [c.107]

Здесь обращает на себя внимание тот факт, что соединения, которые по отношению к БуХЭ являются наименее активными, для АХЭ, наоборот, оказались более активными. Можно думать, что такой ход зависимости обусловлен тем, что при реакциях ФОС с АХЭ главную роль играют полярные факторы. При увеличении электроноакцепторных свойств заместителя К увеличивается соответственно и дипольный момент группировки С—О—Аг, что приводит к улучшению условий сорбции ингибитора на активной поверхности фермента за счет усиления ион-дипольного взаимодействия между упомянутой дипольной группой и анионным центром АХЭ. [c.341]

Изучение. инактивации дало сведения об активной области некоторых гидролитических ферментов, в частности химот1рипсина и ацетилхолинэстеразы. а-Амино-кислоты или некоторые функциональные производные этих соединений, которые являются специфическими субстратами или конкурирующими ингибиторами для а-химотрипсина, могут быть описаны общей формулой R HR R", где R, R и R" — группы, определяющие свойства этих молекул соответственно а-амино- и.чи ацил-аминогруппа, боковая цепь а-аминокислоты и карбоксильная группа или производное карбоновой кислоты. Было высказано предположение [346], что вышеупомянутые специфические субстраты и конкурируюшие инги- биторы могут соединяться с ферментом путем взаимодействия групп R, R, R" и определенного ряда центров рь р2 и рз, которые, как предполагается, составляют каталитически активную область фермента. Полагают, что степень, с которой любое данное вещество будет связываться с активной областью фермента, зависит от того, в какой мере молекула и асимметрическая каталитическая поверхность дополняют друг друга, и также от того, насколько присоединяющаяся молекула и активная область способны изменять свои поверхности для улучшения контакта. Результаты кинетических исследований с применением ряда субстратов и конкурирующих ингибиторов а-химотрипсина согласуются [c.135]

Иммобилизация на предварительно модифицироваиных носителях. Предварительная модификация носителя во многих случаях позволяет существенно повысить прочность связывания адсорбционно-иммобилизованного фермента. Следует подчеркнуть, что помимо увеличения эффективности сорбции модификация носителя нередко обеспечивает также улучшение каталитических свойств иммобилизованного фермента благодаря созданию для его молекул благоприятного микроокружения. Более того, без предварительной модификации носителя иногда вообще не удается сохранить каталитическую активность фермента при адсорбционной иммобилизации. Например, если фермент обладает низкой стабильностью в кислой области pH, то при его адсорбции на силикагеле может произойти потеря каталитической активности, поскольку поверхность этого носителя имеет кислый характер(рН 4). Для предотвращения инактивации фермента силикагель перед проведением иммобилизации необходимо выдержать некоторое время в буферном растворе с таким значением pH, которое является оптимальным для данного фермента. Аналогичная проблема часто возникает при адсорбционной иммобилизации ферментов, которым для нормального функционирования необходимо присутствие в активном центре иона ме- [c.51]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология