Особенности применения биокатализа в медицине и науке - Реферат

С раскрытием природы ферментативных реакций стали появляется способы применения биокатализа в различных отраслях промышленности. Биокаталитические процессы имеют широкое применение в изготовлении тканей, молочных продуктов, кормовых добавок, в кожедубильной и деревообрабатывающей промышленности. Немалую роль биокатализ играет и в науке: ферментативный катализ часто используется для раскрытия природы биохимических реакций, для катализа химических реакций, для получения соединений с точно заданной конфигурацией.Ферментативный катализ разновидность химического катализа, происходящий под действием природных макромолекул как в живой клетке так и вне ее. Фишер высказал гипотезу о специфичности ферментативных реакций и тесном стерическом соответствии между субстратом и активным центром фермента. В ХХ веке происходит интенсивное изучение химических основ ферментативного катализа, получение ферментов в кристаллическом состоянии, изучение структуры белковых молекул и их активных центров, исследование большого числа конкретных ферментативных реакций и ферментов. В простейшем случае уравнение реакции с участием фермента имеет вид: биокатализ генный макромолекула химический где E фермент, S субстрат, ES фермент-субстратный комплекс (т), Рпродукт реакции. Так, если процесс под действием какого-либо фермента протекает в течение одной секунды, та же реакция под действием «классического» химического катализатора иона водорода будет протекать 200 тысяч лет!Уникальная специфичность и стереоспецифичность действия ферментов, возможность проведения процессов в «мягких» условиях, протекание реакций с высокой скоростью при использовании незначительных количеств катализатора, практическое отсутствие побочных реакций-все это делает биокаталитические процессы чрезвычайно привлекательными и перспективными с технологической точки зрения. Широко используемые в данных процессах гетерогенные катализаторы оксидной природы обладают достаточно ограниченными возможностями: максимальная селективность по желаемому продукту, равная 80-95%, достигается только при малых степенях превращения исходного углеводорода, не превышающих 5%. Биокаталитические процессы привлекают внимание своими уникальными характеристиками: малой энергоемкостью вследствие мягких условий протекания реакций (температуры не выше 40ОС); высокой селективностью, близкой к 100%, которая, что очень важно, не зависит от степени превращения исходного субстрата; а также стереоспецифичностью, заключающейся в образовании хиральных соединений. Как отмечалось выше, гибридный процесс представляет собой многостадийный синтез конечного коммерческого продукта, при этом одна из стадий получения промежуточного вещества, требующая региоили стерео-селективности, осуществляется биокатализаторами ферментами или микроорганизмами, обладающими необходимой ферментативной активностью. Получение новых, более эффективных аналогов пенициллина связано с изменением его боковой цепи при сохранении целостности остальной части, так называемого «ядра» антибиотика 6-аминопенициллановой кислоты: Самым простым путем проведения необходимого превращения является отщепление боковойцепи биосинтетического пенициллина, выделение 6-аминопенициллановой кислоты и последующее ацилирование ее аминогруппы с получением ‹полусинтетического» аналога.Биокатализ и ферментые реакции в медицине могут применяться в двух целях: лечение болезней (“ферментнотерапия”) Дефицит панкреатических ферментов также в значительной степени может быть компенсирован приемом внутрь препаратов, содержащих основные ферменты поджелудочной железы (фестал, энзистал, мезим-форте и др.). В качестве дополнительных терапевтических средств ферменты используют при ряде заболеваний. Протеолитические ферменты (трипсин, химотрипсин) применяют при местном воздействии для обработки гнойных ран с целью расщепления белков погибших клеток, для удаления сгустков крови или вязких секретов при воспалительных заболеваниях дыхательных путей. Фермент гиалуронидазу (лидазу), катализирующий расщепление гиалуроновой кислоты, используют подкожно и внутримышечно для рассасывания рубцов после ожогов и операций (гиалуроновая кислота образует сшивки в соединительной ткани).Введение в организм или использование в соответствующих аппаратах типа "искусственной почки" или "искусственной печени "иммобилизованных ферментов для удаления избыточных количеств вредных метаболитов, в первую очередь из крови. Имеющиеся на сегодняшний день данные по применению нативных ферментов свидетельствуют о том, что изза быстрого разложения вводимого в организм фермента и изза вызываемой им, как чужеродным белком, сильной иммунологической реакции заметного успеха добиться не удается, хотя известны примеры лечения некоторых злокачественных новообразований, в частности лимфосаркомы, нативной аспарагиназой. Энанзимодиагностика заключается в постановке диагноза заболевания (или синдрома) на основе определения активности ферментов в биологических жидкостях человека.

Содержание

Введение

1. Биокатализ и его основы

2. Применение биокатализа в науке

3. Применение биокатализа в медицине

Заключение

Литература

Биокатализ или ферментативный катализ это ускорение биохимических реакций под действием белковых макромолекул - энзимов.

Биокатализ известен издревле, хотя его природа была раскрыто лишь в конце XIX века. С раскрытием природы ферментативных реакций стали появляется способы применения биокатализа в различных отраслях промышленности. Биокаталитические процессы имеют широкое применение в изготовлении тканей, молочных продуктов, кормовых добавок, в кожедубильной и деревообрабатывающей промышленности. Большое значение ферментативные реакции имеют в тонконаправленном химическом синтезе. Биокатализ имеет большое значение в развитие медицины, где его применяют для разнообразных целей. Невозможно переоценить вклад биокатализаторов, который они вносят в лечение и диагностику многих заболеваний (например, рибозимы для лечения СПИДА, абзимы в качестве каталитических вакцин, различные регуляторы) в исследование патобиохимических процессов и роли в них тех или иных веществ. Немалую роль биокатализ играет и в науке: ферментативный катализ часто используется для раскрытия природы биохимических реакций, для катализа химических реакций, для получения соединений с точно заданной конфигурацией. С ферментативным катализом связаны перспективы развития иммуноферментного и биолюминесцентного анализа, применения биосенсоров. С развитием науки и медицины возрастает количество направлений и способов применения биокаталитических процессов в них.

Методы генной инженерии и химической энзимологии позволяют получать ферменты с заданной каталитической активностью, способные катализировать нужную реакцию с получением заранее известных продуктов, что является большим плюсом для их применения в медицине и науке.