Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
в процессе синтеза диэпоксимономеров для производства стереорегул яр ных
полимеров. Мономерные единицы могут быть получены и путем превращений
бензола под действием оксигеназ (гл. 5) или в результате двойного
моноокисления дифенила с образованием 4,4-дигидроксидифенила.
Использование обычных ферментов в нетривиальных химических реакциях
В органическом синтезе ферменты применяются пока не очень широко в
основном потому, что большинство интересующих исследователей веществ не
являются их природными субстратами. Приходится специально изучать
субстратную специфичность ферментов и условия протекания реакций,
катализируемых наиболее освоенными промышленностью ферментами, с тем
чтобы выяснить возможность вовлечения этих ферментов в каталити-
12*
|30
Глава 4
/°\
сн2=сн -СН3 + 02 -->-¦ сн2-сн -сн3 + Н20
Пропан 1,2-Эпоксипропан
NADH2 NAD
Например, метанмонооксигеназы,
алканмонооксигеназы,
алкенмонооксигеназы
Г люкозо-2-оксидаза
Г люкоза
г02
Химический
катализ
2-Г ексулоза
^н2
Фруктоза
СН2
:СН -СН3
> Н202
Вг" <---------
Г алопероксидаза
Вг ОН
I I
СН2 -СН- СН3
Основная или галогидрин-эпоксидаза
-¦ВГ
СН2-СН -СН3
Рис. 4.14. Осуществляемое при участии микроорганизмов образование
мономеров эпоксидов. А - прямое окисление с помощью монооксигеназ с
широким спектром действия; Б - многоступенчатый процесс.
ческие процессы, интересующие химика-синтетика. Так, промышленностью
производится фермент глюкозооксидаза, проявляющий высокую специфичность к
донору электронов D-глюкозе. С другой стороны, специфичность его к
акцепторам электронов гораздо шире, и природный акцептор, кислород, может
быть заменен некоторыми синтетическими красителями. Это послужило основой
для использования фермента в реакции восстановления бензохинона в
гидрохинон (рис. 4.15), причем реакция шла в три раза быстрее, чем в
присутствии кислорода. Фермент может восстанавливать и другие хиноны
(некоторые из них применяются в биологии и медицине), а также ряд
ароматических нитросоединений. Было показано, что галактозооксидаза
катализирует реакцию стереоспецифического превращения алифатических
спиртов (не сахаров) в альдегиды; так, глицерол превращается в S-(-)-
глиЦеРалвдегиД- Для разделения (}-арил-
Химия и технология
181
D -Глюкоза + 02
D-Глюконолактон + Н20
СН,ОН
4?
О,
ОН
Е FAD + Глюкоза E.FADH2 + 02
СН2ОН
+ Нг°
он
Е FADH2 + Глюконолактон E.FAD + Н202
D-Глюкоза + Бензохинон
D -Глюконолактон + Гидрохинон
СН2ОН
ОН
СН2ОН
J&-
ОН
Рис. 4,15. Использование глюкозооксидазы и неприродных акцепторов
электронов при химическом синтезе органических веществ. А - обычная
реакция; Б - реакция с неприродным акцептором электронов.
акролеинов может быть использована ксантиноксидаза, так как она окисляет
транс-изомер в сто раз быстрее, чем цис.
Изменяя условия, в которых действует фермент, мы также можем существенно
повлиять на химические особенности катализируемой реакции. Так,
пероксидаза из хрена гидроксилирует ароматические соединения с небольшой
специфичностью и малым выходом. Понижение температуры с 25 до 0°С
подавляет побочные реакции, в результате чего в основном гидроксилиру-
ются лара-замещенные ароматические соединения по мета-положению и vice
versa. Карбоксиэстераза из печени свиньи способна осуществлять как
реакцию трансэтерификации, так и гидролиз эфиров, причем последняя
реакция доминирует, поскольку плохо растворимые спирты не могут
эффективно конкурировать с молекулами воды. Фермент можно заставить
работать по первому механизму, применив двухфазные системы, в которых
фермент растворен в минимальном объеме воды, а основная органическая
среда образована спиртом и эфиром.
182
Глава 4
Инженерия белка
Белковая инженерия может быть основана на химической модификации готового
белка или на методах генетической инженерии, позволяющих получать
модифицированные варианты природных белков.
Конструирование определенного биологического катализатора ведется с
учетом как специфичности белка, так и каталитической активности
металлоорганического комплекса. Вот примеры такой модификации,
проведенной для получения "полу-синтетических биоорганических
комплексов". Миоглобин кашалота способен связывать кислород, но не
обладает биокатали-тической активностью. В результате объединения этой
биомолекулы с тремя электрон-переносящими комплексами, содержащими
рутений, которые связываются с остатками гистидина на поверхности молекул
белка, образуется комплекс, способный восстанавливать кислород при
одновременном окислении ряда органических субстратов, например аскорбата,
со скоростью почти такой же, как для природной аскорбатоксидазы. В
принципе белки можно модифицировать и другими способами. Рассмотрим,
например, папаин. Он относится к числу хорошо изученных протеолитических
ферментов, для которого определена трехмерная структура. Поблизости от
остатка цистеина-25 на поверхности белковой молекулы располагается
протяженный желобок, в котором протекает реакция протеолиза. Этот участок
