Проблема синтеза белков

Проблемы химического синтеза белков в промышленности

Выполнила

студентка 4 курса 

группы БХ-16-1

Сайчева Мария

Что такое Белки?

  Высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью. 

В состав белков входит всего 20 типов аминокислот из 170, найденных в живых организмах.

Белки имеют 4 основных структуры: первичную, вторичную, третичную, четвертичную.

Белки — важная часть питания животных и человека.

2

Функции и свойства  белков

Строительная

Гидролиз

Каталитическая

Ферментативная

Растворимость

Транспортная

Денатурация

Защитная

Энергетическая

Двигательная

История открытия белка

17 -18 вв. –выделение из различных растительных и животных источников вязких, клейких, свертывающихся при нагревании веществ.

Выделение и кристаллизация из  гидролизатов этих веществ различных аминокислот.

1838г. Г.Я.Мульдер -  предположение о строении белков, термин «протеины».

1888г. – А.Я.Данилевский открывает пептидную связь в белках (реакция Пиотровского).

1902г. – Э.Фишер, А. Гоффмейстер – пептидная теория строения белков, синтез первых пептидов ин витро.

1925г. – Сведберг изобретает метод ультрацентрифугирования и определяет молярную массу белков

1951г. – Л.Полинг рассчитывает и экспериментально доказывает существование альфа –спирали как вторичной структуры белка

1953г. – Сэнгер расшифровывает первичную структуру инсулина, Перутс и Кендрью устанавливают трехмерную пространственную структуру миоглобина.

Мур, Стейн  изобретают автоматический анализатор аминокислот .

Метод твердофазного синтеза белка

• В 1963 г. профессором Р. Б. Меррифилдом (США) был предложен твердофазный синтез пептидов

• Основная идея метода — присоединение исходной аминокислоты, а вслед за ней и всей строящейся пептидной цепочки к нерастворимому носителю, например к бусам полистирола. 

• Метод решил главную трудность, с которой сталкивались  химики, проводя синтез белка в растворе - отделение продукта от полупродукта

• Метод не получил широкого промышленного применения, потому что на промежуточных стадиях синтеза белка накапливались ошибки в последовательности аминокислот.

Промышленный синтез белков

Инсулин человека  был первым "генно-инженерным" белком, полученным с помощью промышленной ферментации

Установлено, что около 1-2% населения страдает диабетом. Из них приблизительно 20% нуждается в инъекциях инсулина, который выделяют из поджелудочной железы животных: коров и свиней

Инсулин животных отличается от инсулина человека по аминокислотным последовательностям

Получить препарат удалось при использовании технологии рекомбинантной ДНК.

Промышленный синтез с помощью рекомбинантных микроорганизмов

1 этап. Выращивание исходной культуры в колбе при регулярном перемешивании

2 этап. Встряхивание исходной культуры в колбах, для активной её аэрации

3 этап. Перенесение культуры в ферментер для ускоренного размножения посевного материала

4 этап. Получение белков культивированием микроорганизмов в промышленном биореакторе

5 этап. Отделение конечного белкового продукта от культуральной среды в установке

6 этап. Производство белковых продуктов питания из клеток, а также из культуральной среды

Проблемы синтеза белков в промышленности

• Невозможность получения белков синтетическим путем:

1. Причина – в чрезвычайной сложности белковых молекул.

• Ключевой этап  определения структуры белка  – расшифровка последовательности аминокислот в первичной структуре.
• Для этого белок сначала разделяют на полипептидные цепи (если их несколько), а затем анализируют аминокислотный состав цепей путем последовательного отщепления аминокислот.
• Это чрезвычайно трудоемкая процедура, поэтому первичная структура надежно установлена только для достаточно простых белков.

•   При синтезе белка необходимо провести несколько тысяч таких реакций. 3десь нужно преодолеть две основные проблемы, вызванные очень большим числом последовательных стадий:

1) После каждой реакции необходимо получить абсолютно чистый продукт, образующийся в результате «пришивки» очередной аминокислоты, не содержащий примеси исходного вещества.

2) При очень большом числе последовательных стадий выход продуктов реакции оказывается очень маленьким. На практике выход почти никогда не бывает равен 100%.

Значение белков 

Все гормоны имеют белковую природу

служат материалом для построения клеток, тканей и органов, образования ферментов, большинства гормонов, гемоглобина и других соединений;

формируют соединения, обеспечивающие иммунитет к инфекциям;

участвуют в процессе усвоения жиров, углеводов, витаминов и минеральных веществ.

Спасибо за внимание!

10