Опишіть методику одержання пеніциліну і лізину

Виробництво антибіотика пеніциліну - Хороший приклад використання періодичногокультивування з додаванням субстрату для отримання вторинної метаболіту.

З моменту відкриття в 1928 р. пеніцилін врятував, можливо, мільйони життів. Вперше він був використаний в широких масштабах під час другої світової війни, коли його застосовували головним чином для лікування солдатів, які страждають гонореєю - захворюванням, яке передається статевим шляхом. Коли антибіотик став доступний у великих кількостях, його стали використовуватидля лікування хвороб, більш небезпечних для життя, таких як пневмонія. До використання антибіотиків смертність від пневмонії досягала 30%. Дія пеніциліну пов'язано з придушенням синтезу клітинної стінки в деяких бактерій, особливо у грампозитивних бактерій (розд. 2.3.1 клітинна стінка). Гинуть тільки зростаючі клітини. Деякі бактерії містять плазміди, які роблять їх стійкими до пеніциліну (розд. 2.3.1 плазміди). До теперішнього часу відомо кілька сотень пені-циллином, молекули яких мають одну і ту ж базову структуру, але різні бічні ланцюга. Деякі з них є синтетичними, деякі - напівсинтетичними, деякі - природного походження. Вони мають різну специфічність; іншими словами, вони різняться за ефективністю впливу на різні бактерії. Це є хорошим стимулом для пошуку альтернативних форм антибіотика.

Спрямований скринінг відповідного штаму гриба PenicilUum, з якого виділили пеніцилін, був вперше зроблений на початку другої світової війни в США, незважаючи на те, що Флемінг відкрив пеніцилін в Англії (у PenicilUum notatum). Пошук було організовано ученим з Оксфордського університету сером Говардом Флорі (Н. Florey), якого підтримали американці, котрі мали великими ресурсами. Були досліджені культури та зразки грунтів з усього світу, проте виявилося, що найбільшою продуктивністю має штам PenicilUum chrysogenum, який виріс на цвілій дині, купленої на місцевому ринку. З тих пір завдяки селекції високопродуктивних мутантних штамів, а також розробці методів культивування, виділення та очищення, виробництво пеніциліну зросла приблизно в 2000 разів.

Вирішальне значення має склад середовища, Використовуваної в процесі ферментації. Кращим джерелом вуглецю є глюкоза. Глюкоза забезпечує зростання гриба, проте пригнічує продукцію ферментів, необхідних для синтезу пеніциліну. Тому зазвичай стимулюють швидке зростання гриба в перші 30-40 год, а потім додають глюкозу в низькій концентрації або контрольованими дозами, або постійно (тобто це періодичне культивування з додаванням субстрату). Джерелом азоту є дешевий білок, наприклад соєве або рибна мука. Крім того, в середу додають фосфат, карбонат кальцію і фенілоцтової кислоту, які підвищують вихід продукту, так як вони необхідні для утворення молекули пеніциліну. Оскільки пеніцилін є вторинним метаболітом, він утворюється вже після початкової, швидкої фази зростання. До первинних метаболітів, які формуються на першій фазі росту, відносяться, наприклад, такі продукти дихання, як двоокис вуглецю і етиловий спирт.

Посівний матеріал вирощують з суперечка гриба. Для інокуляції ферментера об'ємом 50 000 дм3 потрібно 3-5 тонн міцелію. Оскільки пеніцилін необхідний у величезних кількостях, для його виробництва побудований ферментер обсягом до 200 000 дм3. Щодня споживається близько 500 кг глюкози. Вихід пеніциліну сильно залежить від температури, яка може підніматися до 2 ° С на годину, тому потрібно уважно стежити за цим фактором. Необхідно також контролювати значення рН і підтримувати його між 65 і 70. Процес триває приблизно 15 діб.

Подальша переробка починається з видалення міцелію шляхом фільтрації. Пеніцилін залишається розчиненим у рідкій фазі середовища. Його екстрагують серією розчинників. При кожній екстракції видаляється частина домішок, так що пеніцилін стає все краще і краще, поки він не опиниться розчиненим у воді в чистому вигляді. Потім воду видаляють шляхом випарювання у вакуумі, а пеніцилін кристалізується у вигляді натрієвої або калієвої солі (сам по собі пеніцилін є слабкою кислотою).

Лизин– це незамінна амінокислота, входила до складу практично будь-яких білків, необхідна на шляху зростання, відновлення тканин, виробництва антитіл, гормонів, ферментів, альбумінів.

Нині встановлено, що лізин в організмі не лише структурним елементом білка, а й виконує низку дуже важливих біохімічних функцій — є попередникомкарнитина іоксилизина, сприяє транспорту кальцію зі стронцієм у клітини та інших.

Доведено, що лізин покращує апетит, сприяє секреції травних ферментів, запобігає карієс зубів в дітей віком.

ЗдебільшогоL-лизин використовують у ролі кормової добавки, що пов'язані з низьким кількістю цієї амінокислоти в рослинних кормах.

>Лизинсодержащие препарати можна використовувати у рослинництві. Застосування таких препаратів, містять крім амінокислот та інші біостимулятори, дає значне збільшення врожаю тепличних і польових сільськогосподарських культур.

З іншого боку, запропоновано використовувати препарати лізину на ролі харчовихатрактантов для дезорієнтації личинокпроволочников.

>Пантотенат лізину можна використовувати проти лейкопенії.Противоанемическим іанаболизирующим дією мають соліфитиновой кислоти і лізину,оксилизина.Ацетиласпартат лізину можна використовувати на лікування міокарда, інтоксикацій ендогенного чи екзогенного походження, захворювань печінці та т. буд.

>Образующиеся після ферментації клітини мікроорганізмів, поруч із матковими розчинами, зазвичай утилізують в білковий кормової продукт за технологією виробництва кормових дріжджів.

З отриманням лізину необхідно виключити небажані побічні процеси. Так, при недостатньою аерації може бути освітуаланина чи молочної кислоти замість синтезу лізину. Дуже важливим є концентрація дефіцитних амінокислот —гомосерина, метіоніну і треоніну серед. Для нормального розвитку і біосинтезу лізину культуроюBrevibacteriumsp. 22 оптимальної вважається концентрація треоніну в 800 мг, метіоніну — 200 мг на літр живильне середовище. З іншого боку, у розвиток культури необхідний тіамін у концентрації 200 мкг на 1 л середовища. Важливим регулятором процесу є біотин. Одна й та культураBrevibacteriumsp. 22 при концентрації біотину серед, рівної 1—4мкг/л, продукуєглутаминовую кислоту, а при концентрації 15— 20мкг/л — лізин. Вважають, що біотин змінює проникність клітинної оболонки. При концентрації біотину 2,5 мг/л стимулюється також освіту молочної кислоти.

Важливу роль граєтреонин, будучи обов'язковим чинником зростання на початковому етапі знають ферментації. Проте концентрування їх має бути велика, бо в подальших етапах ферментації (при синтезі лізину) може діяти як інгібітор ферментуаспартаткинази. Присутність лізину посилюєингибирующие властивості треоніну.

У виробничих умовах, якщо вихід лізину становить 35,7% від використовуваних цукрів,суммируемое перетворення глюкози, аміаку і кисню в лізин і клітинну біомасу можна описати рівнянням:

>100C₆H₁₂>O₆ +219O₂ +86NH₃35C₆H₁₄N₂>O₂ +16C₈H₁₃>O₄N +262CO₂ +380H₂>O +1669кДж

У правій частині даного рівняння перший член показує кількість лізину, одержуваного з глюкози. З 1 молекули глюкози утворюється 0,35 молекули лізину. Другий член характеризує освіту біомаси. З рівняння видно, що у переробку кожної молекули глюкози потрібно 2,19 молекули кисню. Це означає, що інтенсивність аерації під час зростання культури повинна бути 2—4 р 0₂ за годину на 1 л середовища.