Биотрансформация

Биотрансформация – это биохимическая модификация одного химического соединения или смеси химических соединений. Биотрансформацию можно проводить с целыми клетками, их лизатами или очищенными ферментами. ^[1] Биотрансформации все чаще осуществляются с помощью очищенных ферментов . Основные отрасли промышленности и жизненно важные технологии зависят от биотрансформаций. ^[2]^[3]

Преимущества и недостатки

По сравнению с традиционным производством химикатов биотрансформации часто привлекательны, поскольку их селективность может быть высокой, что ограничивает совместное производство нежелательных побочных продуктов. Обычно происходящие в водных растворах при умеренных температурах и давлениях многие биотрансформации являются «зелеными» . Катализаторы, то есть ферменты, можно улучшить с помощью генетических манипуляций. ^{[ нужна ссылка ]}

Биотехнология обычно ограничена объемом субстрата. Например, нефтехимия часто не поддается биотрансформации, особенно в масштабах, необходимых для некоторых применений, например топлива. Биотрансформации могут быть медленными и часто несовместимыми с высокими температурами, которые используются в традиционном химическом синтезе для увеличения скорости. Ферменты обычно стабильны только при температуре <100 °C, а обычно намного ниже. Ферменты, как и другие катализаторы, ядовиты. В некоторых случаях производительность или возможность переработки можно улучшить, используя иммобилизованные ферменты . ^{[ нужна ссылка ]}

Исторический

Вино и пивоварение являются примерами биотрансформаций, которые практиковались с древних времен. Уксус издавна производился путем ферментации, включающей окисление этанола до уксусной кислоты . В производстве сыра традиционно используются микробы для преобразования предшественников молочных продуктов. Йогурт производят путем инокуляции термообработанного молока микроорганизмами, такими как Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus . ^{[ нужна ссылка ]}

Современные примеры

Фармацевтика

Бета-лактамные антибиотики , например пенициллин и цефалоспорин, производятся путем биотрансформации в промышленности, стоимость которой оценивается в несколько миллиардов долларов. Процессы проводятся в емкостях объемом до 60 000 галлонов. В качестве источников C,S,N используются сахара, метионин и соли аммония. Генетически модифицированный Penicillium chrysogenum используется для производства пенициллина. ^[4]

Некоторые стероиды гидроксилируются образуя in vitro, лекарственные препараты.

Сахара

Кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы получается путем биотрансформации кукурузного крахмала , который превращается в смесь глюкозы и фруктозы . Глюкоамилаза является одним из ферментов, используемых в этом процессе. ^[5]

Циклодекстрины продуцируются трансферазами .

Аминокислоты

Аминокислоты иногда производятся промышленным путем с помощью трансаминаз . В других случаях аминокислоты получают путем биотрансформации пептидов с помощью пептидаз . ^{[ нужна ссылка ]}

Акриламид

При использовании акрилонитрила и воды в качестве субстратов ферменты нитрилгидратазы используются для производства акриламида , ценного мономера . ^{[ нужна ссылка ]}

Биотопливо

Многие виды топлива и смазочных материалов производятся с помощью процессов, включающих биотрансформацию, начиная с природных предшественников, таких как жиры , целлюлоза и сахара . ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки

^ «Биотрансформация» . Золотая книга ИЮПАК . 2014. doi : 10.1351/goldbook.B00667 . Проверено 14 февраля 2022 г.
^ Андреас Лизе; Карстен Зильбах; Кристиан Вандри (2006). Лизе, Андреас; Зильбах, Карстен; Вандри, Кристиан (ред.). Промышленные биотрансформации (2-е изд.). Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/3527608184 . ISBN 978-3-527-31001-2 .
^ Камм, Биргит; Грубер, Патрик Р.; Камм, Майкл (2016). «Биоперерабатывающие заводы – промышленные процессы и продукты». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. стр. 1–38. дои : 10.1002/14356007.l04_l01.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2 .
^ Эландер, Р.П. (2003). «Промышленное производство β-лактамных антибиотиков». Прикладная микробиология и биотехнология . 61 (5–6): 385–392. дои : 10.1007/s00253-003-1274-y . ПМИД 12679848 . S2CID 43996071 .
^ Хоббс, Ларри (2009). «21. Подсластители из крахмала: производство, свойства и применение». В БеМиллере, Джеймс Н.; Уистлер, Рой Л. (ред.). Крахмал: химия и технология (3-е изд.). Лондон: Академик Пресс/Эльзевир. стр. 797–832. дои : 10.1016/B978-0-12-746275-2.00021-5 . ISBN 978-0-12-746275-2 .

[1] «Биотрансформация» . Золотая книга ИЮПАК . 2014. doi : 10.1351/goldbook.B00667 . Проверено 14 февраля 2022 г.

[2] Андреас Лизе; Карстен Зильбах; Кристиан Вандри (2006). Лизе, Андреас; Зильбах, Карстен; Вандри, Кристиан (ред.). Промышленные биотрансформации (2-е изд.). Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/3527608184 . ISBN 978-3-527-31001-2 .

[3] Камм, Биргит; Грубер, Патрик Р.; Камм, Майкл (2016). «Биоперерабатывающие заводы – промышленные процессы и продукты». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. стр. 1–38. дои : 10.1002/14356007.l04_l01.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2 .

[4] Эландер, Р.П. (2003). «Промышленное производство β-лактамных антибиотиков». Прикладная микробиология и биотехнология . 61 (5–6): 385–392. дои : 10.1007/s00253-003-1274-y . ПМИД 12679848 . S2CID 43996071 .

[Hobbs-5] Хоббс, Ларри (2009). «21. Подсластители из крахмала: производство, свойства и применение». В БеМиллере, Джеймс Н.; Уистлер, Рой Л. (ред.). Крахмал: химия и технология (3-е изд.). Лондон: Академик Пресс/Эльзевир. стр. 797–832. дои : 10.1016/B978-0-12-746275-2.00021-5 . ISBN 978-0-12-746275-2 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]