115359 (617502), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Какие компоненты используются при получении БВК?

2. Актуализация знаний

На предыдущем уроке мы познакомились с возможными путями обеспечения сверхсинтеза одного их продуктов метаболизма (какими?), а сегодня попытаемся рассмотреть конкретные производства.

3. Изучение нового материала

1. Производство аминокислот

Среди соединений, полученных биотехнологическими методами, аминокислоты занимают первое место по объему производства (500 тыс. т/год).

Белковые аминокислоты можно получить:

1. гидролизом природного белоксодержащего сырья, но кислотное воздействие разрушает некоторые аминокислоты;

2. химическим синтезом, в ходе которого получается трудноразделимая смесь целевого продукта и его аналогов;

3. микробиологическим синтезом, который обеспечивается возобновляемым сырьем и характеризуется строгостью чистоты получаемого продукта. Более 60% производимых аминокислот получают именно этим методом.

Промышленное производство аминокислот стало возможным после открытия способности некоторых микроорганизмов выделять в культурную среду значительные количества какой-либо аминокислоты (1955). Corynebacterium glutamicum был способен, кроме того, к сверхсинтезу глутамина, и в 1956 году этот микроорганизм был использован при организации первого в мире производства глутаминовой кислоты (НООС-СН₂-СН₂-СН(NH₂) COOH). Сейчас на глутамат натрия приходится 300 тыс. т/год, т.е. 60% производства аминокислот. Японцы называют глутамат натрия «солью вкуса», т.е. он значительно продлевает вкусовые ощущения.

Лизина производится 100 тыс. т/год. Данная аминокислота H₂N(CH₂)₄CH(NH₂) COOH – незаменимый компонент питания с/х животных. В клетках микроорганизмов лизин служит конечным продуктом разветвлённого метаболического пути, и эффекта накопления в среде целевой аминокислоты добиваются путем блокирования процессов, ведущих к синтезу побочных продуктов. Получаемые мутанты дефектны по ферменту разветвления метаболического пути, в результате чего накапливается только лизин. В качестве питательной среды используют молочную сыворотку или гидролизаты крахмала.

Некоторые аминокислоты синтезируют из предшественников, полученных химически и модифицированных ферментной системой организма (триптофан получают из антраниловой кислоты).

1. Производство витаминов

В настоящее время микробиологически синтезируют лишь особо сложные по строению витамины (В₂, В₁₂, β-каротин, D). Остальные либо синтезируют химическим путем, либо выделяют из природных источников.

Витамин В₂ (рибофлавин) вплоть до 30-х годов 20 века выделяли из природного сырья (1г из 1т моркови и 6г из 1т печени трески). В 1935 году был обнаружен активный продуцент рибофлавина – гриб Eremothecium, способный давать с 1т питательной среды 25 кг витамина. Отбор мутантов ведут по устойчивости к аналогу витамина В₂.

Витамина В₁₂ из 1т печени трески можно было выделить лишь 15 мг. В настоящее время витамин В₁₂ синтезируется только микробиологическим путем с использованием актиномицетов и одноклеточных водорослей.

β-каротин можно выделить из ряда растительных объектов: 1т моркови содержит 0,06 мг витамина, в то время как биомасса гриба Blaneslea накапливает β-каротин в количестве 8 мг/г.

1. Получение органических кислот

Объем мирового производства лимонной кислоты НООССН₂С(ОН) (СООН) СН₂СООН – 400 тыс. т/год. Данное производство относится к старейшим микробиологическим процессам: 1893 г. – год основания. Используют культуру гриба Aspergillus niger. Условиями высокого выхода лимонной кислоты является хорошая аэрация и дефицит фосфата в среде.

Одновременно с лимонной было налажено аналогичное производство молочной кислоты при участии молочнокислых бактерий Lactobacillus.

1. Получение антибиотиков

Вспомните, что такое антибиотики? Думаю, важность получения соединений данной группы нет необходимости доказывать.

В 1940 году было известно всего 6 антибиотиков, а в настоящее время описано свыше 12 000 соединений, из которых в клинике используется около 200 (остальные токсичны).

Биосинтез антибиотиков осуществляется:

1. добавлением в питательную среду подходящего предшественника (фенилуксусная кислота стимулирует биосинтез бензилпенициллина);

2. использованием блокированных мутантов, у которых отсутствует определенное звено в цепи реакций, ведущих к синтезу антибиотика. Следовательно, можно получить аналоги антибиотиков и модифицировать их химически (бензилпенициллин, ампицилин).

1. Вывод

Пока человек лишь приближается к моделированию природных биохимических процессов, а пока изыскивает новые пути использования существующих.

УРОК №6 по теме «Применение ферментов»

Задачи:

1. Образовательная: знакомство с иммобилизованными ферментами. Промышленное применение иммобилизованных ферментов.

2. Развивающая: а) развитие познавательного интереса;

б) формирование логического мышления в ходе знакомства с методами иммобилизации ферментов;

в) формирование умений и навыков умственного и практического труда.

3. Воспитательная: а) в целях формирования диалектического мировоззрения показать использование катализаторов белковой природы;

б) воспитание мотивации к обучению при акцентировании на современности и важности данной методики работы с ферментными препаратами.

Ход урока:

1. Организация класса

Какими способами можно получить белковые аминокислоты? Попытайтесь написать реакцию гидролиза белка в общем виде.

1. Актуализация знаний

Всем хорошо известно, что в морской воде много растворенного кислорода, но, тем не менее, его использование затруднено, и при погружении приходится использовать дополнительные источники кислорода. А что, если гемоглобин, выделенный из крови, использовать в качестве посредника между морской водой и газовой средой дыхательного аппарата?! Более того, модель «гемогубки» уже предложена и, возможно, в ближайшем будущем будут сконструированы эффективные искусственные жабры. Сегодня на уроке мы попытаемся разобраться, каким образом можно «направить в нужное русло» тот или иной фермент.

1. Изучение нового материала

Ферменты сохраняют свои уникальные свойства (какие?) и вне клеток, поэтому их традиционно широко применяют в практике.

Применение ферментов

Фермент	Химико-биологический процесс	Область применения
Амилазы	Гидролиз крахмала до мальтозы и глюкозы	Спиртовая промышленность, хлебопечение, получение глюкозы
Глюкоизомераза	Г люкоза фруктоза	Кондитерская промышленность
Липазы	Гидролиз жиров и масел	Пищевая и медицинская промышленность
Пептидогидролазы	Гидролиз белка	Получение аминокислот, производство сыра, выделка кожи, медицина
Целлюлазы	Гидролиз целлюлозы до глюкозы	Производство этанола, глюкозо-фруктозных сиропов
Сахараза	Гидролиз сахарозы	Сиропопроизводство

Но если смешать фермент с реагентами, то после окончания реакции его будет очень трудно отделить от продуктов. Еще в 1916 году Дж. Нельсон и Е. Гриффин показали, что сахараза, сорбированная на угле, сохраняла свою каталитическую активность, а уголь можно отделить от раствора продуктов без особых затруднений, и, следовательно, фермент можно применять многократно.

В настоящее время (с 1971 года) применяется термин «иммобилизация» – полное или частичное ограничение движения белковых молекул. Иммобилизованными ферментами называют ферменты, искусственно связанные с нерастворимым носителем, но сохраняющие свои каталитические свойства (под запись). Иммобилизованный ферментный препарат включает в себя непосредственно фермент и носитель (природные полимеры – целлюлоза, хитин, желатин; синтетические – полистирол, поливиниловый спирт; неорганические – керамика, силикагель, графит).

Примеры химической иммобилизации:

1. образование амидной связи:

H – C(O) Cl + H₂N – Ф = H – C(O) NHФ + HCl

1. образование дисульфидного мостика:

H – SH + 0,5O₂ +HS – Ф = H – S – S – Ф +Н₂О

1. образование оснований Шиффа:

H – C(O) H + H₂N – Ф = H – CH = N – Ф + Н₂О

Промышленное применение иммобилизованных ферментов:

1. Иммобилизованная сахараза работает до 10 лет, при этом активность фермента теряется незначительно:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

глюкоза фруктоза

инвертный сахар

1. Глюкоизомераза превращает глюкозу во фруктозу и таким образом получают глюкозо-фруктозный сироп (50 х 50).

1. Осуществлен промышленный синтез аминокислот из их аналогов на иммобилизованных ферментах:

Н ООС – СН = СН – СООNH₄ HOOC – CH₂ – CH(NH₂) – COOH

фумарат аммония аспарагиновая кислота

H OOC – CH₂ – CH(NH₂) – COOH H₃C – CH(NH₂) – COOH + CO₂

аспарагиновая кислота аланин

1. Яблочную кислоту – заменитель лимонной в продуктах питания – получают из химически синтезируемой фумаровой:

Н ООС – СН = CH – СООН + Н₂О НООС – СН(ОН) – СН₂СООН

фумаровая кислота яблочная кислота

1. Заключение

Итак, нам стало ясно, какое значение играют ферменты в современной химической промышленности. На следующем уроке мы попробуем сами получить иммобилизованный ферментный препарат.

УРОК №7 Практическая работа «Приготовление иммобилизованных ферментных препаратов»

Задачи:

1. Образовательная: освоение простейших методов получения ферментных препаратов в растворенном и иммобилизованном виде.

2. Развивающая: а) развитие познавательного интереса учащихся;

б) формирование логического мышления в ходе выполнения практической работы;

в) формирование умений и навыков умственного и практического труда.

3. Воспитательная: а) в целях формирования диалектического мировоззрения проведением качественных проб на ферменты показать реальность процесса иммобилизации;

б) воспитание мотивации к обучению.

Ход урока:

1. Организация класса

Какие способы иммобилизации ферментов вы знаете?

1. Постановка учебных задач

На сегодняшнем занятии вы попробуете самостоятельно выделить фермент из природного объекта и иммобилизовать его на полимерном носителе.

Класс делится на 3 группы, и каждая работает со своим ферментом.

1. Проведение работы (более подробно см. [13].

1. Получение ферментных препаратов:

10 г. природного объекта (пекарские дрожжи – сахараза; бобы фасоли без кожуры – уреаза; проростки пшеницы – комплекс амилаз) тщательно растирается в ступке с кварцевым песком и заливается 20–30 мл воды; перемешивание – 10 мин. Фильтрование через складчатый фильтр.

1. Иммобилизация:

После пояснения термина «катионит» берут 1 г его и в химическом стакане перемешивают с полученным ранее фильтратом 40–60 мин. После фильтрования (обычный фильтр) массу промывают 2 раза водой.

1. Проведение качественных проб:

(Заранее на доске приготовлена таблица)

Фермент	Субстрат	Реагент обнаружения	Признаки реакции
Сахараза	3 мл 5% сахарозы	Фелингова жидкость (2 мл)	Образование красного Cu2O при нагревании
Уреаза	5 мл 1% мочевины	2 капли спиртового фенолфталеина	Малиновая окраска
Амилазы	5 мл 1% крахмала	Фелингова жидкость (2 мл)	Образование красного Cu2O при нагревании

Контроль выполняют 3 человека из класса со смоченным водой катионитом.

1. Выводы

Итак, что вы можете сказать после проведения качественных реакций? Почему катионит не дал положительных результатов в контрольных опытах? Оформите дома работу, попробуйте написать химический процесс, катализируемый «вашим» ферментом, и ответьте на вопрос: какой вид иммобилизации мы использовали в ходе работы?

Характеристики

Список файлов курсовой работы