Первич и Вторич. Метаболиты микроорг-в. Регуляция биосинтеза.

Первичные метаболиты– продукты обмена веществ, служащие в клетке материалом для построения различных макромолекул и коферментов (аминокислоты, витамины, нуклеотиды), а также промежуточные соединения, возникающие в процессах катаболизма: гликолиза, ЦТК, пентозофосфатного пути и др.Вторичные метаболиты– неполимерные продукты биосинтеза, которые не служат материалом для формирования клеточных структур и не являются продуктами катаболизма, образуются обычно на поздних фазах развития культуры. К ним относят различные антибиотики, микотоксины, пигменты и др. Для сверхсинтеза первичных метаболитов должно быть устранено ингибирующее и репрессирующее действие конечного продукта. Получение L-аминокислот осущ-ся при помощи ауксотрофных мутантов. Регуляция биосинтеза вторичных метаболитов.При получении вторичных метаболитов во многих случаях на стадии интенсивного роста (называемой тропофазой) наблюдается чувствительность продуцента к своему вторичному метаболиту (антибиотику). Позднее, в так называемой идиофазе, организм приобретает к нему резистентность.

45. Производство аминокислот. Аминокислоты получают путем хим-го синтеза или экстракцией из белковых гидролизатов. Незаменимые амин.к-ты могут получаться микробиол-м путем более эффективно, чем путем хим-о синтеза, так как при биол-м синтезе используемые микроорганизмы образуют аминокислоты в биологически активной L-форме. С помощью микроорг-в можно получить до 60 органических кислот. Многие из них получаются в пром-ом масштабе - итаконовая, молочная, уксусная, лимонная, яблочная, янтарная. Уксусную кислоту получают путем микробиологической конверсии водорода и углекислого газа бактериями. Производство хим. путем, гидролиз (кислотный, щелочной, ферментативный) доступных природных белков: отходы мясной пром-ти, казеин молока, клейковина пшеницы и др. минус: ограниченность и нестандартность источников сырья, многоступенчатая хим. обработка. Производство микробиол-м путем. Плюсы: микроорг-мы образуют амин. к-ты в биол-ки активной L-форме. Применяют 2 технологические схемы: двух- и одноступенчатый способы.Первыйоснован на использовании в каестве сырья одного из предшественников протекающего в клетке биосинтеза наобх-й амин. кты, полученного химич-м или биологич-м методом. Первая ступень здесь – образование и подготовка необ-го предшественника. Вторая стадия – собственно процесс трансформации предшественника в амин. к-ту с помощью ферментных систем микроорг-ма, выращенного на первой стадии. Второй способ синтеза основан на культивировании строго определенного штамма – продуцента целевой амин. к-ты на среде заданного состава при соответств-х параметрах процесса ферментации. Используемый штамм обладает способностью к сверхсинтезу необходимой амин. к-ты. Среди соединений, получаемых биотехнол-им путем, амин. к-ты занимают первое место по объему производства и второе (после антибиотиков) – по стоимости. Способы пр-ва амин. к-т: 1)Гидролиз белоксодержащего сырья. 2)Хим-й синтез. 3)Микробиол-ий синтез. 4)Биотрансформация предшественников амин.к-т (хим.-микробиол-ий синтез). При гидролизе белоксодержащее сырье (отходы пищевой и молочной промышленности) нагревают с растворами кислот или щелочей при 100-105°C в течение 20-48 ч. Чаще всего используют 20% р-р HCl. Минусы – частичное разрушение некот-х амин.к-т. Хим. синтез - высокопродуктивные процессы, позволяющие с высоким выходом производить отдельные амин.к-ты. Существенный минус – получение целевых продуктов в виде рацемической смеси D- и L-изомеров. Все шире применяется биотрансформация предшественников амин.к-т, предварительно полученных хим. путем, с пом. иммобил-ых кл-к микроорганизмов или выделенных из них ферментов. Лизин синтезируется из аспартата, так же, как метионин и треонин. Субстраты – гидролизат крахмала, тростниковая и свекловичная меласса.Триптофан. Сверхсинтезом обладают бактерии, ауксотрофные по биосинтезу фенилаланина и тирозина. В основе биосинтеза глутамин. к-ты – недостаток кетоглутаратдегидрогеназы и блокировка биосинтеза биотина.

46. Пр-во витаминов. Витамины синтезируют в основном химическим путем или получают из естественных источников. Однако эргостерин, рибофлавин (В₂), витамин В₁₂ и аскорбиновую кислоту получают микробиол-м путем. Для синтеза витаминов В₁, В₂, В₆, В₁₂ и аскорбиновой кислоты также используют кефирные грибки, а бифидобактерии – группы В, РР (никотиновая кислота) и Н, однако пока эти микроорганизмы не исп-ся как продуценты вит-в в промыш-х масштабах. Изменяя условия среды, содержание отдельных вит-в можно увеличить. Так, количество рибофлавина зависит от интенсивности аэрации и содержания железа в среде. Кол-о витаминов в клетках, а также их выделение из последних можно изменить при помощи микроэлементов. Существует производство рибофлавина на основе использования дрожжеподобных грибов.Рибофлавин продуцируется также видами Clostridium и Ascomycetes. Микроводоросль Dunalieiia viridis культивируется с целью получения β-каротина. Микроорганизмы являются источником получения липидов специального назначения с заранее определенными св-ми. Микробные жиры заменяют растительные (а в ряде случаев и превосходят) и могут использоваться в разных отраслях промышленности, с/х., медицине. Микроорганизмы содержат много витаминов, которые чаще всего входят в состав ферментов. Состав и количество витаминов в биомассе зависят от биологических свойств данной культуры микроорганизмов и условий культивирования. Некоторые витамины микроорганизмы синтезируют, другие напротив, усваивают в готовом виде из окружающей среды. Культура, способная синтезировать какой-либо витамин, называется автотрофной по отношению к нему, если культура не способна синтезировать данный витамин, она является авто-гетеротрофной.

48. Пр-во белка микроорг-ов. Для выращивания микроорг-в с целью получения белка хорошо бы иметь богатый углеродом, но дешевый субстрат. Этому требованию вполне отвечают нормальные (неразветвленные) парафины нефти. Выход биомассы может достигать при их использовании до 100% от массы субстрата. Качество продукта зависит от степени чистоты парафинов. При использовании парафинов достаточной степени очистки, полученная дрожжевая масса может успешно применяться в качестве дополнительного источника белка в рационах животных. Первый в мире крупный завод кормовых дрожжей мощностью 70 000 т. в год. был пущен в 1973 г. в СССР. В качестве сырья на нем использовали выделенные из нефти н-алканы и несколько видов дрожжей, способных к быстрому росту на углеводородах. В дальнейшем именно отходы от переработки нефти служили главным сырьем для производства дрожжевого белка, которое быстро росло и к середине 80-х гг. превысило 1 млн. т. в год, причем в СССР кормового белка получали вдвое больше, чем во всех остальных странах мира, вместе взятых. Одним из перспективных источников углерода для культивирования продуцентов белка высокого качества считается метиловый спирт. Его можно получать методом микробного синтеза на таких субстратах, как древесина, солома, городские отходы. Главные достоинства метана - доступность, относительно низкая стоимость, высокая эффективность преобразования в биомассу метаноокисляющими микроорганизмами, значительное содержание в биомассе белка, сбалансированного по аминокислотному составу. Бактерии, растущие на метане хорошо переносят кислую среду и высокие температуры, в связи, с чем устойчивы к инфекциям. Так же очень доступным явл-ся растительная биомасса. Любое растение содержит разнообразные сахара. Целлюлоза - полисахарид, состоящий из молекул глюкозы. Гемицеллюлоза состоит из остатков арабинозы, галактозы, маннозы, фруктозы. Проблема в том, что полисахариды древесины связаны жесткими оксифенилпропановыми звеньями лигнина - полимера, почти не поддающегося разрушению. Поэтому гидролиз древесины происходит только в присутствии катализатора - минеральной кислоты и при высоких t°C. При этом образуются моносахара - гексозы и пентозы. На жидкой, содержащей сахара, фракции гидролизата выращивают дрожжи. Наиболее крупным производителем сырья для гидролизной промышленности являются деревообрабатывающие предприятия, отходы которых достигают ежегодно десятки миллионов тонн. К сожалению, нерационально или не используются вообще отходы производства лубяных волокон (из льна и конопли), картофелекрахмального производства, пивоваренной, плодоовощной, консервной промышленности, свекловичный жом. Особого внимания заслуживают способы прямой биоконверсии продуктов фотосинтеза и их производных в белок с помощью грибов. Эти организмы благодаря наличию мощных ферментных систем способны утилизировать сложные растительные субстраты без предварительной обработки. Лактоза молочной сыворотки может служить источником энергии для многих видов микроорганизмов, сырьем для производства продуктов микробного синтеза (органических кислот, ферментов, спиртов, витаминов) и белковой биомассы. Из всех известных микроорганизмов самым высоким коэффициентом конверсии белка сыворотки в микробный белок обладают дрожжи. Способность к ассимиляции лактозы имеется примерно у 20% всех известных видов дрожжей. Гораздо реже встречаются дрожжи, сбраживающие лактозу. Молочная сыворотка с выросшими в ней дрожжами по биологической ценности значительно превосходит исходное сырье и её можно использовать в качестве заменителя молока. Приведенный перечень микроорганизмов и процессов получения белка одноклеточных не является исчерпывающим.

Пропионат получают с использованием пропионовокислых бактерий в анаэробном процессе методом глубинного культивирования. Процесс идет в нейтральной среде (pH 6,8-7,2) при 30°С в течение 7-12 сут. Этанол получают микробиологическим путем из углеводов, крахмал- и целлюлозосодержащего сырья (меласса; растительная биомасса) с использованием культур. Ацетобутиловое брожение, осуществляемое анаэробными бактериями позволяет получать бутанол и ацетон на основе зернового сырья или мелассы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: