Применение ферментов в медицине, химии и промышленности (урок № 67)

1. Применение ферментов в медицине, химии и промышленности.

2. ФЕРМЕНТЫ – высокоспециализированный класс веществ белковой природы, обладающих каталитической активностью

Молекулярная масса
составляет от десятков
тысяч до нескольких
миллионов дальтон

3. СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ

Отличаются высокой специфичностью
действия в отношении химической природы
субстрата и типа реакции.
Для каждого фермента характерна
специфическая последовательность
расположения аминокислотных остатков и
пространственная конформация.
Активность ферментов в клетках строго
контролируется как на генетическом уровне,
так и посредством определенных
низкомолекулярных соединений: субстратов
и продуктов реакции.

4. СТРОЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ

простые
ферменты
Полипептид- гидролиз
ная цепь
АК
Гидролитические ферменты:
пепсин, трипсин, папаин,
уреаза и др.
сложные
апофермент
кофактор
кофермент
полипептидная
цепь
небелковый
компонент
В1,В2,В6,РР

5. АКТИВНЫЙ ЦЕНТР ФЕРМЕНТА

Аллостерический
центр
Каталитический
центр
Связывающий центр

6. КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ

класс
функции
группы
Оксиредуктазы
Катализируют
ОВР,лежащие в
основе
биологического
окисления
Оксидазы,
анаэробные
дегидрогеназы,
цитохромы,
каталаза,
пероксидаза
Трансферазы
Катализируют
реакции
межмолекулярно
го переноса
атомов и
радикалов
Пренос ацильных,
гликозильных,
альдегидных,
нуклеотидных,
азотистых и др,

7. КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ

класс
функции
группы
Гидролазы
Катализируют
расщепление
внутримолекулярн
ых связей
органических
веществ при
участии молекулы
воды
Эстеразы,
фосфатазы,
пептидгидролазы,
амидазы
Лиазы
Разрыв связей: СО, С-С, С-N и др.;
разрыв в месте
двойной связи
Декарбоксилазы,
амидин-лиазы

8. КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ

класс
функции
группы
Изомеразы
Катализируют
реакции
изомеризации
Рацемазы,
эпимеразы,
мутазы
(внутримолекуляр
ные трансферазы
и оксиредуктазы и
др.)
Лигазы
(Синтетазы)
Синтез
органических
веществ из двух
исходных
молекул
«X:Y лигазы»

9. Энзимология – наука о ферментах, изучающая структурную макромолекулярную организацию ферментов и природу химических

взаимодействий, лежащих в основе
ферментативного катализа.
Основные направления
общая
молекулярная
инженерная
прикладная
медицинская

10. ЗНАЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ

Превращение целлюлозы
Бактериальной брожение
Клеточный
метаболизм
Кинетика реакций
Физиологическая
регуляция
Генетический
аппарат
Отрасли
промышленности
Системы диагностики
ФЕРМЕНТЫ
Превращение
энергии
Медицина
Фармакология
Врожденные
нарушения обмена
Биоэлектрокатализ
Биотрансформация
Экология
Биосинтез

11. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФЕРМЕНТОВ В БИОТЕХНОЛОГИИ

ФЕРМЕНТЫ
ХИМИЧЕСКИЕ И БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Гидролиз крахмала до декстринов,
мальтозы и глюкозы. Спиртовая,
пивоваренная промышленность,
хлебопечение, получение патоки,
глюкозы.
ГЛЮКОИЗО- Изомеризация D-глюкозы в Dфруктозу. Кондитерская,
МЕРАЗА
ликероводочная, безалкогольная
промышленность, хлебопечение.
ПЕКТИНАЗА Гидролиз галактуронана,
осветление вина и фруктовых
соков.
АМИЛАЗЫ

12. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФЕРМЕНТОВ В БИОТЕХНОЛОГИИ

ФЕРМЕНТЫ
ХИМИЧЕСКИЕ И
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
ГЛЮКООКСИДАЗА
Удаление кислорода и глюкозы(из
яичного порошка, мясных и других
продуктов). Виноделие,
пивоваренная, консервная,
соковая и безалкогольная
промышленность.
ЛИПАЗЫ
Гидролиз жиров и масел. Пищевая,
легкая, медицинская
промышленность, с/х,
коммунальное хозяйство, бытовая
химия.

13. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФЕРМЕНТОВ В БИОТЕХНОЛОГИИ

ФЕРМЕНТЫ
ХИМИЧЕСКИЕ И БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
ПЕПТИДОГИДРОЛАЗЫ
Лизис белка, получение аминокислот,
производство сыра, мягчение мясных и
рыбных изделий, выделка кожи.
Пивоварение, виноделие, хлебопечение,
пищевая промышленность, с/х,
медицина.
ЦЕЛЛЮЛАЗ
Ы
Гидролиз целлюлозы до глюкозы.
Производство пищевых и кормовых
белковых препаратов, этанола.
Спиртовая, пивоваренная,
пищеконцентратная промышленность.

14. ИСТОЧНИКИ ФЕРМЕНТОВ

I. МИКРООРГАНИЗМЫ
II. РАСТЕНИЯ
III.ЖИВОТНЫЕ
Для выделения ферментов
используются те природные
объекты, в которых содержание
искомого энзима составляет не
менее 1%

15. СЫРЬЕ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Поджелудочная железа, слизистые оболочки
кишечника свиней, сычуги крупного рогатого скота,
молочных телят, семенники половозрелых животных.

16. ПРОИЗВОДСТВО ФЕРМЕНТОВ ИЗ СЫРЬЯ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Измельчение
тканей
с целью
разрушения
клеток
Химическая обработка
(настаивание, экстракция)
Выделение ферментной массы
(высаливание, осаждение)
Отделение ферментной массы
от раствора
Высушивание
Стандартизация
Измельчение

17. ПРОИЗВОДСТВО ФЕРМЕНТОВ ИЗ СЫРЬЯ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

СЛИЗИСТАЯ
ОБОЛОЧКА ЖКТ
Пепсин Трипсин
Амилаза Нуклеазы
ПОДЖЕЛУДОЧНАЯ
ЖЕЛЕЗА
Пепсин ЭластазаТрипсинАмилаза, липазы
Нуклеазы Коллагеназа Рибонуклеаза
Ингибитор протеиназ,ά-химотрипсин
СЕМЕННИКИ
Гиалуронидаза
ЛЕГКИЕ
Ингибитор протеиназ
ТКАНЬ СЕРДЦА
Цитохром С
НАТУРАЛЬНЫЙ
ЖЕЛУДОЧНЫЙ СОК
СОБАК И ЛОШАДЕЙ
Пепсин
БЕЛОК КУРИНЫХ
ЯИЦ
Лизоцим

18. СЫРЬЕ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

В качестве растительного
сырья используются все
органы растений.
Семена растений богатые
белками могут сохранять
ферментативную активность
на протяжении многих лет.
Недостаток растительного
сырья – сезонность его
заготовки, неодинаковое
содержание ферментов в
различных частях растения.

19. ЭТАПЫ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРМЕНТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Измельчение сырья с целью разрушения клеток
Экстракция
экстрагенты: вода,водные растворы органических
растворителей, растворы кислот, щелочей,
нейтральныхсолей, буферные растворы
Очистка экстракта от сопутствующих компонентов
(кислотная и температурная денатурация, методы
осаждениядиализ через мембраны
Фракционная очистка
(орг.растворители, соли)
Разделение и
концентрация
Тонкая очистка
(хроматография)
Кристаллизация
ферментов

20. ПРОИЗВОДСТВО ФЕРМЕНТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Фермент
Источник
Кислая фосфатаза
Клубни картофеля
Пероксидаза
Корни хрена обыкновенного
Липаза
Семена чернушки дамасской
Уреаза
Семена столовых арбузов
β- амилаза
Проросшие семена пшеницы
β-галаксозидаза
Семена гороха
Ингибитор липазы
Семена рапса
Ингибитор трипсина
Семена люцерны
Ингибитор амилазы
Пшеница
β-фруктофуразонидаза
Семена овса
Папаин, химопапаин
Плоды дынного дерева
Фицин
Побеги и листья инжира
Бромелин
Ананас

21. МИКРООРГАНИЗМЫ – ИСТОЧНИК ФЕРМЕНТОВ

Для производства ферментных препаратов используются
преимущественно культуры
плесневых грибов, дрожжей, актиномицетов; мицелляльные
грибы родов Aspergillus, Penicillium, Rhizopus; бактерии рода
Bacillus, E.coli.

22. СТАДИИ ПРОИЗВОДСТВА КЛЕТОК МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМ СПОСОБОМ

1 СТАДИЯ
1) Подготовка среды для культивирования
2) Приготовление посевного материала
2 СТАДИЯ
Процесс ферментации
3 СТАДИЯ
Обработка культуральной жидкости
4 СТАДИЯ
Выделение и очистка фермента
5 СТАДИЯ
Готовая продукция, кристаллизация

23. ПРОИЗВОДСТВО ФЕРМЕНТОВ НА ОСНОВЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

Фермент
Микроорганизм
Bacillus
ά-амилаза, протеиназа,
фруктофуранозидаза,
пенициллиназа
Escherichia coli
L-аспарагиназа, фруктофуранозидаза
Streptomyces
Стрептокиназа, целиаза,
глюкоизомераза, липазы
Амилаза, протеиназа, липазы
целлюлазы, террилитин, пектиназа
Липаза, глюкооксидаза, каталаза,
пептидогидролазы, пектиназа
Фруктофуранозидаза, липазы
Aspergillus
Penicillium
Saccharomyces

24. Направления использования ферментов в медицине

1.Лекарственные препараты:
Дефицит панкреатических ферментов также в
значительной степени может быть
компенсирован приёмом внутрь препаратов,
содержащих основные ферменты
поджелудочной железы (фестал, энзистал,
мезим-форте и др.).

25.

2. Энзимодиагностика:
Энзимодиагностика заключается в постановке
диагноза заболевания (или синдрома) на основе
определения активности ферментов в
биологических жидкостях человека.
3. Перевязочный материал:
«Комбиксин», содержащее иммобилизованные
формы эффективного антисептика (диоксидин) и
протеолитического фермента (трипсин), обладает
хорошим сорбционным свойством. Применяется для
удаления некротизированных тканей и ускорения
очищения ран

26.

4. Лабораторные исследования:
Ферменты как аналитические реагенты широко
применяются в практике лабораторных
исследований при определении субстратов,
нуклеотидов. Принцип: в исследуемом материале
содержится неизвестное количество субстрата. Для
его определения вводят фермент, катализирующий
превращение только этого субстрата,
создают оптимальные условия реакции (pH, t и др.)
и регистрируют скорость реакции (по
образованию продукта или изменению
кофермента). Затем определяют концентрацию
искомого субстрата по скорости реакции.

27.

Микроорганизмы
(бактерии, дрожжи и грибы)
и их ферменты
широко используются в пищевой
промышленности

28.

1) В хлебопечении дрожжи, добавленные в муку,
содержат ферменты:
А) мальтаза сбраживает мальтозу,
Б) амилаза удерживает влагу, увеличивая мягкость,
свежесть и срок хранения теста,
В) ксиланаза повышает эластичность
и кондиционирование теста,
Г) глюкозооксидаза и липоксигеназа улучшает
прочность и белизну теста,
Д) трансглютаминаза улучшает текстуру хлеба
и приготовленных макаронных изделий,
Е) липаза улучшает вкусовые качества и продляет
срок хранения хлебобулочных изделий

29.

хлебопечение

30.

2) В алкогольной промышленности
брожение зависит от действия ферментов,
синтезируемых дрожжами и бактериями.
При пивоварении используются дрожжи
на ячмене, кукурузе, сорго, хмеле, рисе

31.

2) Производство пива:
Осахаривание - расщепление крахмала
на простые сахара под действием
ферментов – диастаз.
Соложение –проращивание зерен злаковых,
позволяющий запустить процесс ферментации
и высвободить крахмал.
СОЛОД – пророщенные зерна злаковых.
Эти сахара впоследствии могут при помощи
дрожжей превратиться в спирт.

32.

3) Производство фруктовых соков:

33.

3) Производство фруктовых соков:
Почти все фрукты содержат пектин –
полисахарид, вызывающий помутнение
выжатых соков.
Добавление ферментов, разлагающих пектин
(пектинлиаза,
пектинметилэстераза, полигалактуроназа и)
на стадии прессования,
увеличивает количество производимого сока
и уменьшает их мутность.

34.

4) Производство кисло – молочных изделий.

35.

4) Производство кисло – молочных изделий.
Молочные ферменты:
А) ренин (сычужный фермент) = химозин +
пепсин, используется для коагуляции молока
в твердый творог, для производства сыра
и жидкой сыворотки,
Б) протеазы ускоряют обработку сыра
и снижают аллергенные свойства
молочных продуктов,
В) липазы улучшают вкус,
ускоряют приготовление сыра,
Г) трансглютаминаза катализирует
полимеризацию белков молока и улучшает
функциональные свойства МП

36.

Домашнее задание :
1. Студенты, у которых фамилии начинаются
на букву А-К создают презентацию, в которой
отражают строение ферментов и их
использование в медицине
2. Студенты, у которых фамилии начинаются на букву
Л-С создают презентацию, в которой отражают
классификацию ферментов ферментов и их
использование в пищевой промышленности
3. Студенты, у которых фамилии начинаются на букву
Т-Я создают презентацию, в которой отражают
способы получения ферментов и их использование
в химической промышленности