Тема 5. Инженерная энзимология. Иммобилизация ферментов. Классификация носителей для ферментов. Методы иммобилизации ферментов

Цель: углубить знания по инженерной энзимологии. Иммобилизация ферментов. Классификация носителей для ферментов. Методы иммобилизации ферментов.

Задачи обучения:

- углубить и закрепить знания по теме занятия;

- проверить эффективность и результативность самостоятельной работы студентов над учебным материалом.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Н.К.Жакирова, Т.Б.Байзолданов, З.Б.Сакипова. Основы фармацевтической биотехнологии, Уч. пособие, Алматы КазНМУ,Эверо, 2005 – 223 с.

2. Т.П. Прищеп, В.С. Чучалин, К.Л. Зайков, Л.К. Михалева, Л.С. Белова «Основы фармацевтической биотехнологии.» Уч. пособие 2005 – 252 с.

3. Биотехнология Уч. пособие (под редакцией Н.С. Егорова) – М. 1987.

5. Биотехнология. Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева – М.: «Академия», 2007. – С.3-8; 14-24.

6. Фармацевтическая биотехнология : рук. к практ. занятиям : учеб. пособие / С.Н. орехов ; под ред. В.А. Быкова, А.В. катлинского. – м.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. – С. 7-21.

б) Дополнительная:

5. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980.

6. Биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. - М.: Мир. - 1988, 480 с.

Решите задачи.

Задача № 1.

Ферменты — биологические катализаторы биохимических реакций в живых клетках.

1. Назовите основные свойства ферментов, сравните со свойствами небиологических катализаторов.

2. Активный и аллостерический центр фермента.

3. Биообъекты-биокатализаторы.

4. Классификация ферментов и катализируемых реакций.

Задача № 2.

Фермент липаза почти не синтезируется грибом Asp.awamori на среде без индуктора, добавление жира кашалота усиливает биосинтез фермента в сотни раз. При добавлении же в среду крахмала и при полном исключении минерального фосфора интенсивно синтезируется фосфатаза.

1. Какие факторы, влияющие на биосинтез ферментов, ВЫ знаете?

2. Что произойдет при биосинтезе aльфа-амилазы культурой Asp.oryzae в случае замены сахарозы (как источника углерода) на крахмал, добавления солодового экстракта (из проросших семян злаковых), или при повышении концентрации основных элементов питательной среды на 50%?

3. Какими двумя способами может быть определен оптимальный состав питательной среды для каждого продуцента?

4. Каким образом и для чего принято определять активность ферментного препарата?

5. Какой класс ферментов зависимости от катализируемых реакций составляет основную часть среди ферментов, получаемых промышленным способом?

Задача № 3.

Поверхностный метод культивирования продуцентов ферментов.

а. При поверхностном методе культура растет на поверхности твердой или жидкой питательной среде? За счет чего обеспечивается аэрация при этом способе?

б. Основные преимущества поверхностной культуры.

в. Виды посевного материала при поверхностном культивировании продуцентов ферментов.

г. Схема очистки при поверхностном культивировании продуцентов ферментов.

д. Стандартизация ферментного препарата, определение.

Задача №4.

Рассмотрим процесс биотрансформации дигитоксина в дигоксин за счет дегидроксилирования углерода-12.

1. Применяются ли при этом иммобилизованные ферменты? Биообъект-биокатализатор, источники получения

2. Цели и преимущества использования иммобилизованных клеток растений в качестве биокатализатора в данном процессе

3. Реакции, катализируемые биокатализатором

4. Носители для иммобилизации. Методы имобилизации биокатализатора

5. Виды биореакторов для процесса с применением иммобилизованного биокатализатора.

Задача №5.

Ферменты - вещества белковой природы и поэтому неустойчивы при хранении. Кроме того, ферменты не могут быть использованы многократно из-за трудностей в отделении их от реагентов и продуктов реакции. В 1916 году Дж.Нельсон и Е.Гриффин адсорбировали на угле инвертазу и показали, что она сохраняет в таком виде каталитическую активность.

1. Изобретение какого процесса воздействия на ферменты с целью повышения их устойчивости и возможности многократного применения произошло в 1916г?

2. Преимущества иммобилизованных ферментов перед нативными.

3. Основные к требования носителям для получения иммобилизованных ферментов.

4. Классификация носителей для получения иммобилизованных ферментов.

5. Перечислите наиболее распространенные носители из класса углеводов, известные вам. Назовите основные достоинства и недостатки белков в качестве носителей для иммобилизации ферментов, наиболее часто применяемые с этой целью белки.

Задача № 6.

Ощутимый вклад процессы иммобилизации ферментов и клеток внесли в тонкий органический синтез, в анализ, в медицину, в процессы конверсии энергии, в пищевую и фармацевтическую промышленности.

1. Общие направления и достижения применения иммобилизованных ферментов в пищевой промышленности.

2. Общие направления и достижения применения иммобилизованных ферментов в медицине.

3. Преимущества иммобилизованных клеток перед иммобилизованными ферментами, перед свободными клетками.

4. Какие клетки подходят для иммобилизации? Одностадийные и полиферментные реакции.

5. Химические и физические методы иммобилизации КЛЕТОК, возможности применения.

Тема 6.Классификация метаболитов: первичные и вторичные. Индукция и репрессия синтеза ферментов.

Цель: углубить знания по индукции и репрессия синтеза ферментов.

Задачи обучения:

- углубить и закрепить знания по теме занятия;

- проверить эффективность и результативность самостоятельной работы студентов над учебным материалом.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

3. Биотехнология Уч. пособие (под редакцией Н.С. Егорова) – М. 1987.

5. Биотехнология. Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева – М.: «Академия», 2007. – С.3-8; 14-24.

б) Дополнительная:

5. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980.

6. Биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. - М.: Мир. - 1988, 480 с.

Решите задачи.

Задача №1.

Определите лекарственную субстанцию по описанию технологического процесса: «Штамм сконструирован методом генной инженерии. Отбор высокопродуктивных клонов проведен по устойчивости к аналогу целевого продукта. В качестве аналога использован розеофлавин. Сверхпродуцент культивируют на питательной среде с мелассой и дрожжевым экстрактом в течение 25-35 ч. при температуре 370 С в условиях аэрации. Целевой продукт секретируется в культуральную жидкость в количестве 3,4-4,0 г/л целевого продукта. Лекарственную субстанцию выделяют из культуральной жидкости по растворимости в щелочах и кислотах и низкой растворимости в органичных жидкостях.

1. Составьте технологическую схему получения данного соединения.

2. Метод совершенствования выбранного продуцента и отбора сверхпродуцента

3. Какие еще продуценты данного вещества вам известны, их достоинства и недостатки.

Задача №2

Данный витамин является активным гемопоэтическим фактором млекопитающих и ростовым фактором многих микроорганизмов, состоит из двух циклических структур и линейного участка. В молекуле данного витамина металл кобальт связан с первым макроциклом (корриновое ядро). Вторая кольцевая структура - 5,6-диметилбензимидазол (5,6-ДМБ), связанная с первой кольцевой структурой гетерогенной боковой цепью, состоящей из изопропанола, связанного с основанием 5.6- ДМБ М-гликозидной связью.

1. О каком витамине идет речь?

2. Используются ли в производстве данного витамина дрожжи и мицелярные грибы?

3. Какие продуценты данного витамина вам известны?

4. Метод совершенствования биообъекта и метод отбора сверхпродуцента для получения данного витамина с помощью Propionibacterium freudenreichii и Propionibacterium shermanii

Тема 7-8.Антибиотики и их продуценты. Антибиотикорезистентность. Ее виды. Биохимические механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам

Цель: углубить знания по антибиотикам и их продуцентам. Антибиотикорезистентность. Ее виды. Биохимические механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам

Задачи обучения:

- углубить и закрепить знания по теме занятия;

- проверить эффективность и результативность самостоятельной работы студентов над учебным материалом.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

3. Биотехнология Уч. пособие (под редакцией Н.С. Егорова) – М. 1987.

5. Биотехнология. Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева – М.: «Академия», 2007. – С.3-8; 14-24.

б) Дополнительная:

5. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980.

6. Биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. - М.: Мир. - 1988, 480 с.

Решите задачи.

Задача №1.

Эритромицин, являющийся "золотым стандартом" среди антибиотиков класса макролидов, обладает высокой активностью прежде всего против грамположительных кокков, таких как -гемолитический стрептококк группы A (S.pyogenes), пневмококк (S.pneumoniae), золотистый стафилококк (S.aureus), исключая метициллинорезистентные штаммы последнего. Кроме того, он хорошо действует на возбудителя коклюша (B.pertussis), дифтерийную палочку (C.diphtheriae), моракселлу (M.catarrhalis), легионеллы (Legionella spp.), кампилобактеры (Campylobacter spp.), листерии (Listeria spp.), хламидии (C.trachomatis, C.pneumoniae), микоплазмы (M.pneumoniae), уреаплазмы (U.urealyticum).

Эритромицин умеренно активен против гемофильной палочки (H.influenzae), боррелий (B.burgdorferi) и некоторых бактероидов, включая B.fragilis. В то же время он практически не действует на грамотрицательные бактерии семейства Enterobacteriaceae, Pseudomonas spp. и Acinetobacter spp., поскольку не проникает через оболочку клеток данных микроорганизмов.

1. Механизм и характер антимикробного действия макролидов.

2. Каков характер антимикробного действия макролидов.

3. Для каких еще групп антибиотиков характерно также связывание с 50S-субъединицами рибосом микроорганизма? Возможно ли их совместное назначение?

4. Какие методы определения чувствительности микроорганизмов к макролидам Вы знаете?

Задача №2.

В процессе биосинтеза антибиотика из группы аминогликозидов при культивировании продуцента состав питательной среды включал соевую муку, кукурузный экстракт, повышающий эффективность ферментации и соли. Подача газового потока, источники фосфатов и азота соответствовали требованиям. При добавлении в среду некоторого количества глюкозы биосинтез был ослаблен.

1. В результате чего добавление в среду глюкозы снизило эффективность биосинтеза антибиотика? Какое название носит данный эффект, его сущность?

2. Какие общие закономерности необходимо учитывать при культивировании большинства продуцентов вторичных метаболитов?

3. Какие углеводороды наиболее благоприятны для биосинтеза антибиотиков?

Задача №3.

В процессе биотехнологического процесса из ядра клетки патогенного для человека микроорганизма выделен геном, в котором был выбран определенный ген (участок нуклеиновой кислоты микроорганизма). Данный ген размножен с применением ПЦР. В базе антимикробных агентов выбран один, взаимодействие с которым подавило активность гена наиболее эффективно. Затем выбранный из антимикробный агент был опробован в действии на целую микробную клетку исходного микроорганизма, вызвав выраженное подавление ее жизнедеятельности.

1. Определите вид скрининга антимикробной структуры для конкретного патогенна.

2. Выделите основные этапы скрининга, определите их значение в ходе скрининга .

3. Для чего применяется данный вид скрининга антимикробной структуры.

4. Что послужит продолжением указанного процесса?