Биокатализаторы

Роль катализа в природе и технике колоссальна. Трудно перечислить примеры использования катализаторов в химической технологии это и контактный способ получения серной кислоты, и окисление аммиака, и многие другие крупнотоннажные производства. Достаточно сказать, что более 70% продукции химической промышленности производится с применением каталитических процессов. Без катализа было бы невозможно существование жизни на Земле. Биокатализаторы — ферменты — управляют жизненными процессами всех живых организмов. Они обладают исключительной активностью и высокой селективностью, т. е. способностью ускорять только опреде- [c.155]

Эти свойства ферментов обусловлен весьма сложным механизмом их действия, многие стороны которого еще до конца не раскрыты. Представления о механизмах ферментативного катализа получили наиболее существенное развитие лишь в последние 10—20 лет. Еще в начале XX в. считали,- что биокатализаторы не принадлежат ни к одному из известных классов органических соединений. Более того, многие ученые полагали, что существует определенная связь между высокой эффективностью биокатализа и открытым в то время явлением радиоактивного излучения [8]. Лишь в 1926 г. Самнер установил, что ферменты представляют собой белки. [c.7]

Наряду с химическим все большую роль играет микробиологический синтез — процесс образования новых химических веществ иод воздействием выделяемых микроорганизмами (бактериями, дрожжами, микроскопическими грибами) ферментов, играющих роль биокатализаторов. Микробиологическим синтезом получают некоторые аминокислоты, витамины, антибиотики, бактериальные удобрения, средства защиты растений и другую продукцию. [c.18]

Согласно современной классификации ферменты делятся на шесть классов — оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиа-зы, изомеразы и лигазы (синтетазы) [1]. Практически в любом классе можно обнаружить немалое количество ферментов, катализирующих реакции превращения полимерных субстратов. Исключение, видимо, представляют лишь ферменты первого класса, оксидоредуктазы, где более чем из 500 известных к настоящему времени биокатализаторов можно условно выделить несколько ферментов, которые способны действовать с заметной скоростью [c.6]

В электрокаталитических процессах наряду с металлическими испытаны и различные неметаллические катализаторы неорганические системы (оксиды, карбиды, силициды, сульфиды и др.), углеродистые материалы, химически модифицированные электроды, органические комплексы, биокатализаторы. [c.301]

Этерификация проводилась целыми клетками микроорганизмов, предварительно обработанными ацетоном. Конверсия гептанола-2 составила 20-25% при продолжительности реакции 48 часов. В настоящее время ведутся работы, направленные на повышение селективности исследуемых биокатализаторов. [c.59]

В промышленности используют комплексные биокатализаторы. Развивается новое направление в науке — химическая бионика. [c.244]

Ферменты как биокатализаторы обладают рядом уникальных свойств, которые выделяют их на фоне обычных органических катализаторов гомогенного типа. Прежде всего следует указать на их необычайно высокую каталитическую эффективность. Так, например, добавка незначительной концентрации фермента (10" —10 М) приводит к ускорению катализируемой им реакции между двумя субстратами иногда более чем в 10 раз (табл. 1). Органические катализаторы [c.5]

Таким образом, если принять во внимание уже достигнутые успехи как химии экстремальных состояний, так и каталитической химии, а тем более успехи в таких областях, как металлокомплексный катализ, моделирование биокатализаторов, химия и технология иммобилизованных систем, динамика химических процессов , важным звеном которой должна стать теория саморазвития открытых каталитических систем, то в ближайшей перспективе можно видеть богатейшие возможности развития поистине новой химии. Эта новая химия будет способна решить такие задачи, для реализации которых до сих пор еще вовсе не было предпосылок. В част- [c.210]

Пятый этап только начинается в связи с требованиями современного высокоразвитого производства. Химия использует в производстве самые высокоорганизованные химические системы, какие только возможны в предбиологическом синтезе. Она применяет каталитический опыт живой природы. Такой подход приводит к созданию учения о целенаправленных химических процессах с получением веществ с заданными свойствами, предварительным подбором растворителей, моделированием биокатализаторов и т. п. [c.10]

Второй путь, ведущий к решению конкретных задач освоения каталитического опыта живой природы, заключается в определенных успехах моделирования биокатализаторов. В, Лангенбеку в ГДР, Л. А. Николаеву в СССР и другим исследователям путем искусственного отбора структур удалось построить модели многих ферментов, характеризующиеся высокой активностью и селективностью, иногда почти такой же, как и у оригиналов, и вместе с тем большей простоты строения. Полное представление о работах в этой области можно получить из книги Л. А. Николаева [19], который уже давно и успешно занимается изучением биокатализа и моделированием биокатализаторов. Из обзора этих работ вытекают два очевидных вывода. [c.181]

Что же касается второго вывода, то оп не так уж пессимистичен. Речь идет о замене биокатализатора в биосистеме искусственной моделью. Такая задача, конечно, невероятно трудна она сравнима с задачей создания искусственных органов, например сердца, для организма человека. Однако любая попытка ее решения и любой лаже отрицательный результат, полученный при этом, имеют несомненную познавательную ценность. [c.182]

Во-первых, даже в с учае хорошо изученных биокатализаторов имитация их конструкций далеко не всегда дает должный эффект, так как активность и особенно специфичность биокатализаторов определяется рядом других компонентов биосистемы, например белковым носителем, структурой органеллы, средой клетки и т. д. Все эти стороны биокатализаторов, как отмечает Николаев, практически не моделировались вовсе. [c.182]

Во-вторых, бывает немало случаев недостаточной изученности тех или иных фрагментов тонкой структуры и тем более закономерностей функционирования биокатализаторов. И тогда просто недостает надежного объекта моделирования. [c.182]

И, в-третьих, принципы функционирования биокатализаторов и катализаторов, применяемых в химических лабораториях, существенно различны. [c.182]

По-видимому, уже из этого суждения следует вывод о необходимости изучения законов химической эволюции и законов биогенеза для решения проблемы освоения каталитического опыта живой природы. Небезынтересно в связи с этим напомнить, что даже наиболее оптимистически настроенные химики, которые с успехом моделируют биокатализаторы, все же считают, что они проявили бы легкомыслие, если бы утверждали, что изолированное изучение биокатализаторов— ферментов достаточно для получения исчерпывающей информации о том, что такое биокатализ [ 9, с. 13 . Да, конечно, фермент можно выделить из биосистемы можно точно определить его структуру, во всяком случае не менее точно, чем, например, структуру витамина А или какого-либо стероида. Фермент можно ввести в реакцию и заставить осуществлять каталитические функции. Но, получая фермент в чистом виде и с облегчением выбрасывая остатки исходных материалов, мы жертвуем новым ради привычного — разрушенная клетка со всем ее ферментным аппаратом более интересный объект, чем одна, грубо удаленная деталь (там же). Если в изучении биокатализа идти последовательно, то аналитическая стадия неизбежна. Однако задержка только на этой стадии означает отказ от познания механизма действия ферментативного аппарата в целом. Важно., не останавливаться на данных анализа, — говорит далее Л, А, Николаев,— и попытаться связать в одно целое сведения, относящиеся к деталям. Тогда окажется, что биокатализ нельзя отделить от проблемы биогенеза, и какими бы трудными ни казались эти вопросы, у исследователя остается утешение, что, не теряя их из виду, он все же сделает меньше ошибок, чем если вовсе забудет об их существовании (там же). [c.183]

Третьей областью применения теории саморазвития открытых каталитических систем может стать моделирование и перенесение в промышленные реакторы моделей ферментативных систем, представляющих если не всю, то часть живой клетки, обеспечивающей стабильную работу биокатализаторов. Речь идет об освоении каталитического опыта живой природы в том отношении, которое касается стабилизации ферментов и их синтетических аналогов не путем искусственной иммобилизации, а посредством закономерностей, присущих естественному отбору в ходе химической эволюции. [c.210]

Так, например, конформационные изменения в активном центре биокатализатора способны вызвать реакцию, сопровождаемую значительными энергетическим и энтропийным эффектами, в то время как само по себе изменение конформации отвечает ничтожной убыли энтропии. Именно поэтому кодовые механизмы, развившиеся в эру слабых взаимодействий, приобрели особое значение и стали основой для дальнейшей эволюции, в которой сохранились молекулярные остовы соединений, возникших в эру сильных взаимодействий (углеродные п пептидные цепи, полифосфатные эфиры и др.). [c.8]

Для осуществления гармоничной работы ряда ферментов и регулирующих систем необходима макроструктура, которая могла бы поддерживать молекулы биокатализаторов в определенном взаимном положении. Все детали клетки, на которых размещены ферменты, построены из мембран, содержащих белковые и липидные компоненты. Мембраны не сразу привлекли внимание биофизиков и биохимиков. Лишь мало-помалу раскрылись их необыкновенные свойства и функции. [c.386]

Синтонами многих низкомолекулярных биорегуляторов являются различные оптически активные спирты. Наиболее эффективными способами получения таких соединений в современном органическом синтезе считается кинетическое разделение их рацемических смесей с помощью препаратов липаз и карбоксилэстераз. Такие ферменты не требуют кофактора и могут быть использованы для катализа этери-фикации спиртов в органических растворителях, проявляя при этом в ряде случаев высокую стереоселективность. В настоящее время применение в органическом синтезе нашли лишь некоторые коммерческие препараты липаз и карбоксилэстераз, которые не всегда удовлетворяют требованиям, предъявляемым к промышленным биокатализаторам. В связи с этим является актуальной разработка новых биокатализаторов, способных катализировать стереоселективную этерификацию рацемических спиртов. [c.58]

Низкая активность биокатализатора, полученного диспергированием полимеризующейся смеои в толуоле с хлороформом, объясняется, по-ВИДИМОМУ, длитежным пребыванием клеток в контакте с агрессивными растворителями (толуол, хлороформ) без доступа кио-168 [c.168]

Рис.4. Схема установки для получения биокатализатора меха-ничеокш/разделением

К каталитическим относятся и многочисленные реакции, проходящие при воздействии катализаторов биогенного происхождения—различных биокатализаторов—энзимов, или ферментов. Такие биокаталитические реакции лежат в основе многообразных жизненных процессов, происходящих в животных и растительных организмах и являющихся предметом изучения биологической и физио-1Г0гическ0Й ХИМИИ. [c.12]

В зеленом листе растения под воздействием солнечной радиации протекает целый комплекс фотохимических процессов, в результате которых из воды, углекислого газа и минеральных солей образуются крахмал, клетчатка, белки, жиры и другие сложные органические вещества. Процесс фотосинтеза о гень сложен. Он осуществляется при непосредственном участии важнейшего природного фотокатализатора — хлорофилла и сопровождается целым циклом химических превращений, не зависящих от солнечной радиации. В этих превращениях участвует большое число разнообразных биокатализаторов— ферментов. Суммарное уравнение фотосинтеза обычно выражают в виде реакции превращения двуокиси углерода и воды в гексозу [c.176]

Ферменты - это биокатализаторы, образующиеся в клетке и представляющие собой либо простые белки, либо сложные, содержащие неаминокислотные компонен1ъл. [c.274]

Катализаторами в химии выступают, как правило, бертоллидные системы. Только они обладают столь широким набором раз-.1ИЧНЫХ активных центров, что среди этого набора почти всегда найдутся центры, способные обеспечить как структурное, так и энергетическое соответствие (по принципам Баландина). Поэтому в химическом катализе широко распространены случаи каталитической активации одним и тем же ката.жзатором (например, оксидом хрома, хлоридом алюминия, фторидом бора, платиной) целой гаммы реакций и, наоборот, один и тот же субстрат может активироваться самыми различными катализаторами. Совсем иное дело в биокатализе. Биокатализаторами являются особого рода системы, в некотором роде промежуточные между бертоллидными и дальто-нидными — молекулярными их бертоллидные качества состоят в [c.182]

Ныне в связи как с достижениями, так и с трудностями моделирования биокатализаторов взгляды на роль проблемы химической эволюции в изучении катализа существенно изменились. При моделировании биокатализаторов теперь принимаются во внимание уже не только некоторые общие закономерности биогенеза , но по возможности и вся совокупность такого рода закономерностей. Принципы искусственного отбора структур в направлении совершенствования моделей все более приближаются к принципам естественного отбора. Но, что весьма суидественно, одновременно с этим в самой каталитической химии накапливается все больше эмпирического материала, не укладывающегося в рамки отправных постулатов классической кинетики о неизменности химического состава, энергетических параметров и специфичности действия катализаторов. Изо дня в день появляется все больше работ, результаты которых свидетельствуют о физических и химических изменениях катализаторов, о самоприспособлении их к требованиям каталитической базисной реакции. [c.184]

Третий путь к освоению приемов , которыми пользуется живая природа в своих лабораториях in vivo, состоит в значительных, причем полученных в самые последние годы, достижениях химии иммобилизованных систем. Как было уже сказано, энзимология давно уже накопила информацию об уникальных качествах биокатализаторов. Но вместе с тем она указала и на их крайнюю лабильность, неустойчивость при хранении и быструю потерю активности при перенесении в реакционные системы, функционирующие in vitro. Ведь именно поэтому техническая биохимия не могла пойти далее нескольких ограниченных областей промышленности, где применяются преимуп ественно гидролитические ферменты, выделяемые микроорганизмами. Эти области — производство вин, пива, чая, хлеба и некоторых других пищевых продуктов, обработка кожи. Все попытки использовать богатейший набор ферментов, которым располагает природа, для осуществления лабораторных и промышленных процессов наталкивались на, казалось бы, неразрешимые проблемы 1) трудную доступность чистых ферментов и их непомерно высокую стоимость 2) их нестабильность при хранении и транспортировке 3) быстро наступающую потерю их активности в работе, даже если удалось их выделить и пустить в дело. Но теперь оказалось, что эти проблемы удается решить. Благодаря успехам микробиологической промышленности стало возможным получать многие ранее трудно доступные или недоступные ферменты по ценам в 100—1000 раз ( ) ниже цен на ферменты растительного и животного сырья. Но, главное, теперь открыты пути стабилизации ферментов, и именно это обстоятельство стало основанием химии иммобилизованных систем, или биоорганического катализа . Сущность этого открытия и всех последующих исследований, направ- [c.184]

Справочник Химия изд.2 (2000) -- [ c.244 ]

Учебник органической химии (1945) -- [ c.283 ]

Общая микробиология (1987) -- [ c.217 ]

Биологическая химия Издание 3 (1960) -- [ c.108 ]

Биологическая химия Издание 4 (1965) -- [ c.112 ]

Органическая химия 1971 (1971) -- [ c.442 ]

Основные начала органической химии Том 2 1957 (1957) -- [ c.703 ]

Основные начала органической химии Том 2 1958 (1958) -- [ c.703 ]

Органическая химия Издание 6 (1972) -- [ c.366 ]

Общая химия Биофизическая химия изд 4 (2003) -- [ c.262 ]

Высокомолекулярные соединения Издание 2 (1971) -- [ c.25 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология