2. Применение иммобилизованных ферментов

Применяются в аналитических исследованиях (созданные на их основе ферментные электроды позволяют определять в биол. пробах очень малые количества – до 1°^–8 г различных веществ), в тонком органическом синтезе, в пром–ти (для получения аминокислот, антибиотиков, продуктов питания). Лучшим примером процесса, в котором успешно используются иммобилизованные ферменты, является производство кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы. Он широко используется в США и Японии в качестве подсластителя, например, во фруктовых напитках, так как он значительно дешевле сахарозы. получение L-аминокислот. производство полусинтетических пенициллинов из природных пенициллинов. Иммобилизованный фермент химически модифицирует одну из боковых групп молекулы пенициллина, что приводит к повышению антибиотической активности пенициллинов.

В) Биосе́нсор — это аналитический прибор, в котором для определения химических соединений используются реакции этих соединений, катализируемые ферментами, иммунохимические реакции или реакции, проходящие в органеллах, клетках или тканях^[1]. В биосенсорах биологический компонент сочетается с физико-химическим преобразователем.

Биосенсоры состоят из трёх частей:

биоселективного елемента (биологический материал, например ткани, микроорганизмы, органеллы, клеточные рецепторы,ферменты, антитела, нуклеиновые кислоты, и т. д.), материал биологического происхождения или биомимик). Чувствительный элемент может быть создан с помощью биоинженерии.

преобразователя (работает на физико-химических принципах; оптический, пьезоэлектрический, электрохимический, и т. д.), который преобразует сигнал, появляющийся в результате взаимодействия аналита с биоселективным элементом, в другой сигнал, который проще измерить;

связанная электроника, которая отвечает в первую очередь за отображение результатов в удобном для пользователя виде.^[2].

Самый известный пример коммерческого биосенсора — это биосенсор для измерения уровня глюкозы в крови, в котором используется фермент глюкозоксидаза для расщепления содержащейся в крови глюкозы.

Домашняя канарейка, которая применялась шахтерами для предупреждения об утечке газа, может считаться биосенсором. Многие из современных биосенсоров работают на том же принципе, то есть используют организмы, которые реагируют на значительно меньшие концентрации токсических веществ, чем это делает человек, предупреждая таким образом о присутствии яда. Эти приборы могут использоваться для экологического мониторинга, определения незначительных примесей нефтепродуктов и на сооружениях для очистки сточных вод.

ЛЕКЦИЯ 6

А) Получение биотехнологических рекомбинантных белков.

Для получения рекомбинантных белков обычно используются системы экспрессии бактерий. Однако в этих случаях эукариотические белки оказываются нестабильными или биологически неактивными. Кроме того, как бы тщательно ни проводилась очистка, конечный продукт может быть загрязнён токсичными веществами или веществами, вызывающими повышение температуры у человека и животных (пирогены). Чтобы решить эти проблемы, для получения рекомбинантных белков, предназначенных для использования в медицине, были разработаны эукариотические системы экспрессии. Такие белки должны быть идентичны природным по своим биохимическим, физическим и функциональным свойствам.

Для экспрессии клонированных эукариотических генов интенсивно используют обычные дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Во-первых, это одноклеточный организм, генетика и физиология которого детально изучены, и который можно выращивать как в небольших лабораторных колбах, так и в промышленных биореакторах. Во-вторых, в дрожжах работают эффективные белок-синтезирующие механизмы. В-третьих, лишь очень немногие из собственных дрожжевых белков секретируются в среду; таким образом, если рекомбинантный белок секретируется клеткой, то его очистка не составит большого труда. В-четвёртых, поскольку дрожжи уже многие годы используют в хлебопечении и пивоварении, Департамент по контролю за качеством пищевых продуктов, медикаментов и косметических средств США включил S. cerevisiae в «список организмов, признанных безопасными» (GRAS, generally recognized as safe). Таким образом, использование этих организмов для получения белков, применяемых в медицине, не требует дополнительных экспериментов, необходимых при работе с неразрешёнными к применению микроорганизмами. Некоторые белки, синтезированные в Saccharomyces cerevisiae, уже применяются в качестве вакцин и фармацевтических препаратов, а также для диагностики (Табл. 1).