Амилолитические ферменты

CoolReferat.com

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

УКРАИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО -ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ

И БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

ТЕМА: АМИЛОЛИТИЧЕСКИЕ ФЕРМЕНТЫ

Выполнил………………………………………………………ст.гр.5-Ф-69

                                                                                                       Клименко Е.О.

Проверил……………………………………………профессор Лихолат Е.А.

                                                    Днепропетровск

2009 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1.      Введение……………………………………………………………………4

2.      Общая часть ………………………………………………………………8

    2.1. Основные понятия энзимологии ………………………………………...8

2.1.1. Понятие о ферментах как о биологических катализаторах………8

2.1.2. Классификация и номенклатура ферментов……………………....8

2.1.3. Химическая природа и строение ферментов. …………………….9

2.1.4. Механизм действия ферментов и их специфичность…………….9

2.1.5. Кинетика ферментативных реакций. ……………………………..12

2.1.6. Ингибирование ферментов………………………………………...13

2.1.7.Активация ферментов………………………………………………14

2.1.8. Единицы активности ферментов………………………………….15

2.1.9. Внутриклеточная регуляция ферментативной активности……...15

2.1.10.Методы определения активности ферментов……………………16

2.1.11. Получение ферментных препаратов…………………………….19

3. Амилолитические препараты..................................................................21

3.1. Источники получения амилаз………………………………………….21

3.2. Механизм действия и свойства амилаз………………………………...21

3.3. Компьютерное моделирование структуры амилолитических ферментов……………………………………………………………….26

4. Получение микробных ферментных препаратов……………………32

4.1. Основные сведенья…………………………………………………….32

4.2. Микроорганизмы – продуценты ферментов…………………………..32

4.2.1. Микроскопические грибы…………………………………………32

4.2.2. Дрожжеподобные организмы……………………………………..34

4.2.3. Бактерии……………………………………………………………34

4.3. Производственные способы культивирования                                               микроорганизмов – продуцентов ферментов…………………………34

4.3.1. Поверхностное культивирование микроскопических

грибов……………………………………………………………………..35

4.3.2. Глубинное культивирование микроорганизмов…………………40

4.4. концентрирование ферментных растворов……………………………42

4.5. Оборудование для получения амилолитических ферментов…………43

4.5.1Назначение…………………………………………………………..43

     4.5.2.Области применения………………………………………………..43

4.5.3.Устройство………………………………………………………….44

4.5.3.1Модуль для приготовления питательной среды (МПС)………..44

4.5.3.2.Модуль стерилизационный (МС)……………………………….45

4.5.3.3.Модуль ферментационный (МФ)………………………………45

4.5.3.4.Модуль интерактивного управления (МУ) ……………………45

4.5.3.5.Выполняемые функции…………………………………………46

4.5.3.6.Примеры использования ОКА-01………………………………47

        Литература………………………………………………………………..49

                                         1. Введение

Изучение ферментов представляет особый интерес, так как эта область знания находится на стыке биологических и физических наук. С одной стороны, ферменты имеют исключительное значение в биологии. Жизнь зависит от сложной совокупности химических реакций, осуществляемых специфическими ферментами, и любое изменение деятельности ферментов может повлечь за собой серьезные последствия для живого организма. С другой стороны, ферменты как катализаторы все больше и больше привлекают внимание физико-химиков. Изучение механизма действия ферментов составляет само по себе одну из самых увлекательных областей современного научного исследования.

В настоящее время наука о ферментах  - энзимология превратилась в большую бурно развивающуюся отрасль знания с многочисленными ответвлениями, тесно связанную со многими науками, особенно с биохимией, физической химией, бактериологией, микро-биологией, генетикой, ботаникой, сельским хозяйством, фармакологией, токсикологией, патологией, физиологией, медициной и химической технологией. Кроме того, она имеет важное практическое применение в столь различных областях, как, например, пивоварение и другие бродильные производства, борьба с вредителями в сельском хозяйстве и химическая война.

Многие научные работники в различных частях света посвятили себя изучению различных энзимологических проблем; учреждены специальные институты по изучению ферментов, существует целый ряд энзимологических журналов, и по отдельным вопросам энзимологии к настоящему времени имеется обширная литература.

Иногда трудно себе представить, что энзимология возникла сравнительно недавно; зарождение этой области науки можно отнести к первой половине XIX в., но особенно бурное развитие она претерпела в течение последних 35 лет. Хотя явления брожения и переваривания были известны с незапамятных времен, первое ясное представление о ферменте, по-видимому, было дано только в 1833 г. Пайоном и Персо, когда они обнаружили в осадке, образующемся при добавлении спирта к солодовому экстракту, термолабильное вещество, обладающее способностью превращать крахмал в сахар. Это вещество, которое мы теперь называем амилазой, было названо ими диастазой (от греческого слова — разделять) благодаря его способности отделять растворимый декстрин от нерастворимой оболочки крахмальных зерен. Название «диастаза» впоследствии было распространено на все ферменты как видовое наименование.

В 1898 г. Дюкло предложил последние три буквы этого видового названия (суффикс «аза»)прибавлять к корню названия того вещества, на которое данный фермент действует. Этот принцип был положен в основу применяемой ныне номенклатуры ферментов; однако несколько названий

пищеварительных ферментов, оканчивающиеся на «ин», удержались оканчи-

вающиеся на «ин», удержались до настоящего времени. Поскольку число известных ферментов продолжает увеличиваться, в названии фермента стали указывать не только природу вещества, на которое он действует, но также и характер катализируемой им реакции (например, лактатдегидрогеназа).

Сразу же после открытия ферментов многие исследователи обратили внимание на сходство между их действием и действием дрожжей при бро-жении. Поэтому к агентам, вызывающим брожение, стали применять термин «фермент». Во второй половине XIX в. разгорелся большой спор между Либихом, придерживавшимся того взгляда, что брожение и сходные процессы обусловлены действием химических веществ, и Пастером, утверждавшим, что брожение неотделимо от жизнедеятельности клеток. Отсюда возникло разделение ферментов на «неорганизованные» и «организованные», т.е., как сказали бы мы теперь, на экстрагируемые ферменты и ферменты, функционирующие в живой клетке. Для того чтобы избежать применения этих неудобных наименований, В. Кюне  в 1878 г. ввел в употребление термин «энзим». Поскольку среди ученых имели хождение неправильные представления о причинах, побудивших Кюне предложить этот термин, мы цитируем высказывание самого Кюне:

«Таким образом, мы не намереваемся выдвигать какую-либо особую гипотезу, а только констатируем, что в дрожжах имеется что-то, что обладает той или иной ферментативной активностью. Это название, однако, применимо не только к инвертину дрожжей. Оно должно подчеркнуть, что более сложные организмы, из которых можно получить такие ферменты, как пенсин, трипсин и т. п., не столь резко отличаются от одноклеточных организмов, как это иногда принято думать».

Спор Пастера и Либиха был разрешен, после того как Бухнеру удалось получить систему ферментов, осуществляющих брожение, из дрожжевого экстракта, не содержащего дрожжевых клеток. Однако название «фермент» сохранилось в Германии до настоящего времени.

Достигнутые к концу XIX в. замечательные успехи в области стереохимии органических веществ, представляющих биологический интерес, сделали возможным изучение пределов действия ферментов, или их так называемой «специфичности». Эмилю Фишеру мы обязаны развитием представления о специфичности ферментов и о близком стерическом соответствии между ферментом и субстратом. На основании своих наблюдений над субстратами известной структуры Фишер выдвинул свое знаменитое положение о том, что фермент подходит к субстрату так, как ключ к замку. Специфичность составляет в настоящее время очень важный раздел учения о ферментах. Вследствие существования близкого соответствия между ферментом и субстратом фермент может действовать только на очень ограниченный ряд субстратов, и это является причиной существования большого числа различных ферментов. Изучение специфичности ферментов, разумеется, невозможно без выделения индивидуальных ферментов в чистом виде.

Серьезных работ по получению ферментов в чистом виде до 1920 г. не было. Большинство ранних работ по очистке ферментов было проведено Вильштеттером и его сотрудниками между 1922 и 1928 гг.. Несколько работ было проведено в течение этого периода и другими исследователями (в качестве примера можно указать опыты Диксона и Кодама по очистке ксантиноксидазы), но ни водном из этих случаев не была достигнута полная чистота. Следующим важным достижением было получение ферментов в кристаллическом виде. Первым ферментом, полученным в кристаллическом виде, оказалась уреаза, кристаллы которой получил Самнер в 1926 г.. Однако эти первые кристаллы были далеко не чистыми. За этой работой вскоре последовала серия классических работ Нортропа и его сотрудников по выделению в кристаллическом виде протеолитических ферментов. И хотя еще 20 лет назад число полученных в чистом виде ферментов было очень мало, в наше время число ферментов, полученных в чистом и кристаллическом виде, уже достигает 100, а очищенных до той или иной степени превышает 500.

Первая работа по очистке ферментов была встречена резкой критикой. Указывалось, что «нефизиологично» выделять ферменты из клетки и что ценность представляют только те методы, которые позволяют изучать ферменты в неповрежденных клетках. Позднее, когда были получены первые

белковые кристаллы, обладающие высокой ферментативной активностью, возникли сомнения относительно возможности кристаллизации самих ферментов. Предполагалось, что ферменты лишь адсорбированы на кристаллах инертного белка. Нортроп, однако, привел убедительные доказательства того, что полученные им белковые кристаллы сами являются ферментами. С тех пор были выделены в чистом виде многие ферменты, причем все они также оказались белками. Таким образом, представление о ферменте с течением времени менялось. Сначала этим словом обозначали неопределенные влияния или свойства, присущие некоторым препаратам, потом — определенные химические вещества и, наконец, специфические белки.

Главный интерес в ранний период развития энзимологии сосредоточивался на изучении ферментов пищеварения и брожения; только значительно позднее была установлена важность внутриклеточных ферментов. Фактически серьезных работ по очистке внутриклеточных ферментов до 1937 г. не было, и это несмотря на то, что сравнительно мало ферментов встречается в естественных выделениях живых клеток. Однако с 1937 г. положение полностью изменилось, и то громадное увеличение числа известных ферментов, которое мы имеем теперь, обусловлено главным образом открытием новых внутриклеточных ферментов. Это расширение наших знаний о ферментах живого вещества привело в свою очередь к значительно   более   глубокому   пониманию   механизма   многих  основных

жизненных процессов, особенно лежащих в основе жизни обменных процессов, связанных с запасанием и использованием энергии. Наши знания о таких процессах, как фотосинтез, дыхание, биологическое окисление, брожение, синтез многих необходимых для роста органических веществ, выполнение механической или осмотической работы, значительно пополнились благодаря выделению и изучению соответствующих ферментов.

Возможность получать ферменты в чистом виде позволила в последние годы предпринять их количественное изучение с помощью физико-химических методов. Учение о кинетике ферментов, в основе которого лежат классические работы Михаэлиса, начатые в 1913 г., достигло к настоящему времени значительного развития  и продолжает развиваться дальше преимущественно в направлении изучения механизма ферментативного катализа. Использование других методов, в том числе изотопных и оптических, а также химическое изучение активных групп ферментов тоже проливает свет на способ их действия.