Курсовая работа на тему Микробиологические трансформации стероидов. Методы проведения

Содержание

Введение

1. Микробиологические трансформации органических соединений

2. Микробиологические трансформации стероидов

2.1 Стерины

2.2 Основные микробиологические превращения стероидов

2.2.1 Введение гидроксильной группы

2.2.2 Дегидрогенизация стероидов

2.2.3 Микробиологическое восстановление

2.2.4 Окисление гидроксильной группы в кетогруппу

2.2.5 Гидролиз эфиров стероидов

2.2.6 Отщепление боковых цепей стероидов

3. Методы проведения процессов микробиологических трансформаций

4. Примеры промышленного использования микробиологических трансформаций

Список используемой литературы


Введение

Микробиологическая трансформация использование ферментативной активности жизнеспособных клеток микроорганизмов, результатом чего является некоторое изменение молекулярной структуры трансформируемого субстрата.

В области превращений стероидных соединений достоинства биологических катализаторов проявляются наиболее ярко. Долгое время микробиологическая трансформация считалась специфическим методом химии стероидов.

Первые сообщения о трансформации стероидов микроорганизмами появились задолго до того, как было установлено строение основных представителей стероидов. Еще в конце XIX в. Было известно, что бактериальная флора кишечника млекопитающих превращает холестерин в копростерин, а холевую кислоту в дезоксихолевую. К 1913 г. Относится открытие полного расщепления холестерина микобактериями. И лишь в 30-х годах, когда была установлена структура основных стероидных гормонов, известных к тому времени, начались попытки применять трансформирующую способность микроорганизмов для препаративного получения этих соединений. В 1948 г. Впервые осуществлено введение гидроксильной группы в молекулу стероида микробилогическим путем. Но только после получения 11-гидроксипрогестерона из прогестерона при ферментации последнего с культурой Rhizopusnigricansмикробиологические трансформации стероидов привлекли широкое внимание.

Данная трансформация ярко продемонстрировала преимущества микробиологических методов перед химическими: введение кислородной функции в определенное положение молекулы стероида заменялось единственной стадией ферментативного гидроксилирования. Открытие в эти же годы терапевтической ценности кортизона наряду с указанными успехами микробиологического процесса гидроксилирования привлекло огромное внимание микробиологов, химиков и врачей к данной области.

Внедрение микробиологического синтеза в процессы получения стероидных гормональных препаратов вызвало переворот в фармацевтической промышленности, позволив сразу во много раз удешевить ценные препараты.


1. Микробиологические трансформации органических соединений

Область синтетического применения микроорганизмов можно условно разделить на два направления:

1) полный биосинтез микроорганизмами важных биологически активных веществ и продуктов (антибиотиков, ферментов, витаминов, стеринов, аминокислот и др.) осуществляемый клетками с помощью компонентов питательной среды;

2) микробиологические трансформации, то есть совместное использование отдельных химических и микробиологических стадий в многостадийном целенаправленном синтезе лекарственных препаратов и других ценных для народного хозяйства продуктов.

Применение микроорганизмов в качестве носителей активных полиферментных систем, способных переводить экзогенные органические соединения в разнообразные полезные продукты и физиологически активные вещества основано на том, что они могут осуществлять в одну стадию важнейшие превращения, требующие при синтезе 20 химических стадий. Кроме того, удается легко проводить реакции, трудно или пока совсем не осуществимые методами чисто химического синтеза.

Метод микробиологических превращений имеет явные преимущества перед химическими реакциями: возможность тонких перестроек сложных молекул, удобство и экономичность технологических процессов. Особенно ярко проявляются они в области химии стероидов. Дело в том, что сложность и громоздкость молекул стероидов затрудняет даже незначительные модификации их химическим путем. Микроорганизмы могут осуществлять уникальные реакции в синтезе лекарственных препаратов стероидной природы, а именно 1,2-дегидрирование, 11-гидроксилирование. Промышленный синтез таких важнейших лекарств, как гидрокортизон, преднизон, преднизолон, дексаметазон стал возможен только после разработки микробиологических способов их получения. Эти препараты широко применяются при лечении тяжелых ревматических заболеваний, бронхиальной астмы, воспалительных процессов и хронических кожных заболеваний.

Большинство процессов микробиологической трансформации приводит к незначительной перестройке молекулы субстрата, осуществляемой одним или несколькими ферментами. Однако имеются микробиологические процессы, существенно изменяющие структуру трансформируемого соединения. Общей чертой всех процессов микробиологической трансформации является то, что их результат изменение молекулярной структуры трансформируемого вещества, а не синтез молекулы denovo.

К микробиологическим трансформациям относится также синтез метаболитов из предшественников, если при этом структура продукта реакции определяется, в основном, структурой молекул предшественников (например, синтез некоторых нуклеотидов из гетероциклических оснований, пентоз и фосфатов).

В настоящее время принята классификация микробиологических трансформаций по типу возникновения и отщепления функциональных групп.

Основные процессы микробиологической трансформации: окисление, восстановление, декарбоксилирование, дезаминирование, образование гликозидов, гидролиз, метилирование, этерификация, дегидрирование, диспропорционирование, конденсация, аминирование, ацетилирование, амидирование, деметоксилирование, нуклеотидация, галогенирование, деметилирование, асимметризация, рацемизация, изомеризация.


2. Микробиологические трансформации стероидов

2.1 Стерины

Природные стерины сырье для получения ценных лекарственных препаратов. [1)

Большой класс стероидов характеризуется наличием в молекуле специфического циклического скелета циклопентанпергидрофенантрена, построенного из четырех колец, три из которых шестичленные (А, В и С) и одно пятичленное (D). Для обозначения различных положений этого кольца принята следующая нумерация. К стеринам (стеролам) относятся стероиды, несущие в положении С-3 гидроксильную группу:

Одним из наиболее важных и хорошо изученных стеринов является холестерин (класс зоостеринов), имеющий бруттоформулу С27 Н46 О. Он обнаруживается почти во всех органах и тканях животных и человека. Холестерин принимает участие в физиологических процессах, происходящих в живой клетке, без его участия не может развиваться растущий организм. Желчные камни человека на 99% состоят из холестерина, богаты этим соединением надпочечники и другие органы. Спинной мозг и мозг рогатого скота представляет собой наилучший материал для промышленного получения холестерина. Он считался специфическим животным стерином до тех пор, пока он не был обнаружен в некоторых растениях и в морских красных водорослях. Точная структурная формула этого соединения была установлена лишь в 1932 г., хотя впервые он был выделен из желчных камней в 1782 г.

Другие стерины встречающиеся в природе, отличаются от холестерина или по длине боковой цепи, или по степени насыщенности.

Стерины растений (фитостерины). Очень важный класс соединений, они служат источником получения многих ценных стероидных препаратов.

Эргостерин по структуре отличается от холестерина дополнительной метильной группой в боковой цепи при С-24, а также имеет две дополнительные двойные связи: одна из них при С-7, другая в боковой цепи при 22- и 23-углеродных атомах. Эргостерин является провитамином витамина D. Строение эргостерина было установлено в 1934 г.

Он встречается у многочисленных представителей растительного мира, а также у грибов, микроорганизмов и других представителей живого мира. Особенно велико содержание эргостерина у дрожжевых микроорганизмов. Для промышленного получения эргостерина чаще всего используются пекарские дрожжи, содержание эргостерина в них колеблется в зависимости от расы, питательной среды и культивирования от 0,2 до 15% на сухую массу.

Стигмастерин С29 H48 О один из наиболее распространенных фитостеринов, он содержится в большом количестве в соевом масле и сахарном тростнике. По структуре стигмастерин отличается от холестерина наличием двойной связи между 22 и 23-углеродными атомами и наличием этильной группы в положении 24:

Другим широко распространенным растительным стерином является -ситостерин С29 Н50 О. По строению он сходен со стигмастерином, отличаясь от него лишь отсутствием двойной связи в боковой цепи:

Ситостерины встречаются в хлопковом и соевом маслах, в зародышах пшеницы и натуральном каучуке, в сахарном тростнике и другом растительном материале. Коммерческим источником ситостеринов чаще всего являются тростник и хлопковое масло. Ситостерины и стигмастерин наиболее перспективные и дешевые исходные продукты для получения стероидных гормонов.

Стерины необходимы для осуществления физиологических и биохимических функций живого организма. Предполагается, что стерины требуются для образования мембранных систем, клеточных оболочек и других структурных образований клетки. Есть данные о том, что стерины являются защитным фактором против токсического действия многих природных соединений.

Основные пути биосинтеза стероидных гормонов из холестерина.В организме животных и человека из холестерина образуются три важные группы гормонов: прогестины, половые гормоны и гормоны коры надпочечников (кортикостероиды). Основные пути биосинтеза этих гормонов показаны на схеме:

При образовании стероидных гормонов из холестерина сначала образуется прегненолон основной промежуточный продукт биосинтеза стероидов и кортикостероидов. Окисление 3ОН-группы прегненолона в С=0 сопровождается перемещением двойной связи; продуктом этой кетостероидизомеразной реакции является прогестерон гормон плаценты и желтого тела.

Прегненолон является также предшественником мужских половых гормонов (тестостерона) и женских половых гормонов (эстрогенов эстрона, эстрадиола). В коре надпочечников прогестерон превращается в кортикостерон и кортизол (гидрокортизон): секреция кортизола достигает у взрослого человека 1530 мг в день. Эти вещества были первоначально выделены из коры надпочечников в кристаллическом виде.

Кортизол (гидрокортизон) и его синтетические аналоги такие, как преднизолон или дексаметазон, принадлежит к числу современных средств экстренной терапии, благодаря их уникальному противовоспалительному, десенсибилизирующему и противошоковому действию. По своему химическому строению они могут быть разделены на 11-дезоксистероиды, 11-гидроксистероиды, 11,17-дигидрокснстероиды (к последним относятся кортизон и гидрокортизон):

2.2 Основные микробиологические превращения стероидов

Промышленный синтез названных выше ценных лекарственных препаратов стал возможен только с развитием методов микробиологической химии и, в частности, метода микробиологической трансформации. В качестве сырья для получения указанных лекарственных средств используется диосгенин (из растения диоскореи), стигмастерин из соевых бобов, в последние годы интенсивно изучается -ситостерин как потенциально дешевый и доступный источник. В таблице приведены некоторые трансформации стероидов, имеющие промышленное значение.


Микробиологические трансформации стероидов, имеющие промышленное применение

Реакция

Похожие рефераты:

Курсовая работа на тему Мікроскопічні гриби пошкоджувані документів на різних носіях інформації Контрольная работа на тему Мінерали в харчуванні людини Сочинение: Морепродукты: польза или вред? Реферат на тему Мутационная изменчивость микроорганизмов производителей антибиотиков Контрольная работа на тему Надотряд Clupeomorpha. Отряд Clepeiformes. Семейство Engraulidae Реферат на тему Неклассическое и классическое естествознание, пространство и время в его интерпретации Контрольная работа на тему Основы биохимии Реферат на тему Основы процесса клонирования Курсовая работа на тему Особенности биологии азовского пузанка Курсовая работа на тему Особливості біології та екології павука-хрестовика (Araneus diadematus) Курсовая работа на тему Отряд Крокодилы Курсовая работа на тему Охотничьи и промысловые виды животных Тульской области Контрольная работа на тему Палеопопуляция. Эволюция человека Контрольная работа на тему Папоротеподібні, занесені до Червоної книги України Реферат на тему Перенос генетического материала и генетическое картирование у актиномицетов Курсовая работа на тему Получение ферментных препаратов выращенных глубинным способом Реферат на тему Предмет и основные концепции науки о человеке Реферат на тему Районування брусниці та чорниці Реферат на тему Рекомбинация и генетический анализ бактериофагов Контрольная работа на тему Роль симметрии и асимметрии в научном познании Реферат на тему Селекция Реферат на тему Состояние популяции кабана и европейской косули в Воронежской области Курсовая работа на тему Ссавці моря Курсовая работа на тему Стафилококки возбудители пищевых токсикозов Реферат на тему Стволовые клетки Реферат на тему Стволовые клетки. Перспективы и возможности их практического использования Реферат на тему Теория интегрированных методов защиты растений и применение энтомофагов в борьбе с вредителями картофеля Контрольная работа на тему Теория саморазвития каталитических систем А.П. Руденко. Зональные, континентальные и океанические комплексы Контрольная работа на тему Уровни живых систем. Нервная система человека. Гормоны тимуса Контрольная работа на тему Учение В. И. Вернадского о ноосфере Реферат на тему Физиология и защитные свойства боли Контрольная работа на тему Концепции современного естествознания Курсовая работа на тему Концепция современного естествознания Реферат на тему Фізіологія рослинної клітини Реферат на тему Эволюция полового поведения Учебное пособие: Эпителиальные ткани Курсовая работа на тему Характеристика возбудителей порчи мясных, молочных и яйцепродуктов Реферат на тему Химия лекарственных растений. Лекарственное растительное сырье, содержащее алкалоиды Курсовая работа на тему Vectors for moleculars cloning Контрольная работа на тему Бессмертие как религиозно-философская проблема Курсовая работа на тему Бифидобактерии и использование их в молочной промышленности Дипломная работа на тему Вивчення ентомофауни річки Горинь в Дубровицькому районі Курсовая работа на тему Виды адаптации в окружающей среде Контрольная работа на тему Свойства и применение слизей и пектинов. Растения, вызывающие механические повреждения Доклад: Функции ДНК и ее биологическая роль Реферат на тему Свойства и роль в биохимических процессах аминокислот, входящих в состав белковых молекул Реферат на тему Функции и строение головного мозга Реферат на тему Свойства основных нейронных сетей Реферат на тему Функции и строение кожи Курсовая работа на тему Сезонная динамика фитопланктона Средней Оби в 2007-2008 гг. Реферат на тему Функциональная архитектура зрительной коры Курсовая работа на тему Сезонні зміни в житті безхвостих, повязані з особливостями їх біології (жаби, ропухи) Реферат на тему Функциональная система. Гормональная регуляция функций Реферат на тему Секвенирование дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) Реферат на тему Функциональные и молекулярные резервы организма Контрольная работа на тему Селекционная работа Контрольная работа на тему Функциональные системы организма Реферат на тему Селекция и происхождение культурных растений Реферат на тему Функционирование нервной системы пиявки Реферат на тему Семейства сложноцветных, лилейных и злаковых. Бактерии, грибы и лишайники Реферат на тему Функционирование нервных связей в зрительной системе Реферат на тему Семейство Pseudomonadaceae Реферат на тему Семейство Гречишные (Polygonaceae) Реферат на тему Семейство корюшковые Реферат на тему Семейство лилейные Реферат на тему Семейство пасленовые Реферат на тему Семейство сложноцветные Реферат на тему Семейство хеморепеллентов, семафорины Реферат на тему Семенные растения и их общая характеристика Контрольная работа на тему Происхождение Homo sapiens Реферат на тему Происхождение видов по Дарвину Курсовая работа на тему Происхождение жизни на Земле Реферат на тему Происхождение жизни на Земле Реферат на тему Происхождение Земли и планет Реферат на тему Происхождение Земли. Мифы и теории Реферат на тему Происхождение и начальное развитие жизни на Земле Контрольная работа на тему Происхождение и принципы эволюции: между равновесием и нелинейностью Курсовая работа на тему Межклеточные контакты Дипломная работа на тему Кефалевые Азово-Черноморского бассейна Контрольная работа на тему Микроорганизмы. Аммонификация мочевины. Микрофлора растений Реферат на тему Первые завоеватели воздуха Реферат на тему Современная классификация органического мира. История развития жизни на нашей планете Контрольная работа на тему Структура научного познания Курсовая работа на тему Тип членистоногі: загальна характеристика Реферат на тему Цветочное растение ландыш Реферат на тему Археи и их особенности Реферат на тему Женщины и мужчины - различия между полами Контрольная работа на тему Закономерности развития науки. Концепции Т. Куна и И. Лакатоса Дипломная работа на тему Биология ондатры Зейского района Амурской области Реферат на тему Биология перепела Благовещенского района Курсовая работа на тему Биология песца Реферат на тему Анатомическая номенклатура. Основные оси и плоскости человеческого тела Контрольная работа на тему Биология с основами экологии Реферат на тему Биология с основами экологии Учебное пособие: Анатомия человека Реферат на тему Анатомо-физологические механизмы безопасности и защиты человека от негативного воздействия Контрольная работа на тему Внутренняя среда организма Реферат на тему Вода знайома та загаткова Реферат на тему Вода важнейший компонент биосферы Курсовая работа на тему Водно-болотные угодья Благовещенского района