|
2.5. БИОПОЛИМЕРЫ
Термин «биополимеры» относится ко многим высокомолекулярным
соединениям (полисахаридам, липидам, полиоксиалканоатам), которые
являются для клеток резервными веществами и синтезируются в специ-
фических условиях несбалансированного роста. Такими условиями, как
правило, являются избыток углеродного и энергетического субстратов в
среде и дефицит отдельных минеральных элементов (азота, фосфора, се-
ры, магния и т.д.), лимитирующих синтез азотсодержащих компонентов и
скорость роста клеток. Многие микробные биополимеры являются эндо-
генным источником углерода и энергии, поэтому способствуют сохране-
нию выживаемости клеток в неблагоприятных условиях среды.
Полисахариды
Полисахариды (гликаны) – полимеры, построенные не менее чем из
11 моносахаридных единиц. Полисахариды являются обязательным ком-
понентом всех организмов, присутствуют как изолированно, так и в ком-
плексах с белками, липидами, нуклеиновыми кислотами. Полисахариды
преобладают в растительных биомассах и составляют, следовательно,
большую часть органического материала на планете. Полисахариды раз-
нообразны по строению, локализации в клетках и, естественно, по своим
физико-химическим свойствам. Особенно разнообразны полисахариды,
синтезируемые микроорганизмами. Микробные полисахариды делятся на
внутриклеточные, локализованные в цитоплазме, и внеклеточные – поли-
сахариды слизей, капсул, чехлов. Многие полисахариды биологически
активны и повышают устойчивость макроорганизмов к вирусной и бакте-
риальной инфекциям, обладают противоопухолевым действием, а также
антигенной специфичностью. Поэтому они находят все более широкое
применение в медицине и фармацевтической промышленности в качестве
диагностикумов, заменителей плазмы крови и пр. Чрезвычайно широки
перспективы применения полисахаридов в связи с их гелеообразующими
и реологическими свойствами в качестве загустителей сиропов и космети-
ческих средств, для упаковки продуктов и протравливания семян. Водные
растворы отдельных полисахаридов чрезвычайно стабильны в широких
интервалах рН и температуры, поэтому находят применения при добыче
нефти и газа; флоккулирующие свойства гликанов используют в процес-
сах очистки, концентрирования и разделения металлов. Возможности по-
лисахаридов раскрыты далеко не полностью, поэтому их изучение ведет к
расширению сферы применения.
82
Большинство микроорганизмов синтезируют полисахариды из разно-
образных источников углерода, обеспечивающих их рост, – углеводов,
спиртов, карбоновых кислот, С
1
-соединений. Природа и концентрация
углеродного источника в среде существенно влияет на образование поли-
сахаридов, которое сводится к созданию гликозидной связи между моно-
сахаридными единицами (рис. 2.5); при этом гликозильный донор переда-
ет гликозил на акцептор-затравку, высвобождаясь при этом. Акцепторами
служат олигосахара и недостроенные полисахариды. Часто первичным
акцептором служат олигосахара, в ряде случаев – недостроенный полиса-
харид – «затравка». Полимеризация идет до образования готового полиса-
харида с участием специфических гликозилтрасфераз, которые отщепля-
ют фрагменты линейной цепи недостроенного гликана и переносят их на
ту же или аналогичную цепь в определенном положении.
Синтез полисахаридов определяется условиями культивирования про-
дуцента и составом питательной среды, которые определяют возможность
и интенсивность их образования, а также состав, структуру и, следова-
тельно, свойства. Существенное значение имеют не только качественный
состав используемого углеродного сырья, но также и концентрация, так
как эффективный синтез полисахаридов осуществляется на средах с высо-
ким содержанием углеродного субстрата. Количество и форма источника
азота, не влияя на состав полисахаридов, оказывает влияние на скорость
роста микроорганизмов и количественных выход полисахаридов. Сущест-
венна также роль фосфатов и ионов марганца, магния, кальция, являю-
щихся кофакторами синтеза полисахаридов. Разнообразно и специфично
влияние рН и температуры среды на накопления гликанов. Существенен
хороший уровень аэрации культуры. Производство полисахарив специ-
фично для каждого и определяется природой, локализацией, свойствами, а
также областью применения гликанов и, безусловно, физиологическими
особенностями продуцента. Получение экзополисахаридов эффективнее
внутриклеточных, так как их концентрация выше, меньше проблем на ста-
дии выделения и очистки, однако в ходе ферментации возникают трудно-
сти с транспортом кислорода из газовой фазы в жидкую (при повышении
экскреции гликанов в среду ее вязкость возрастает). Следствием этого
становятся снижение роста клеток и торможение продукции полисахари-
OH
OR
OH
CH OH
2
OH
OH
OH
CH OH
2
OH
OH
+ ROH
n
n + 1
Фермент
+
O - …
OH
CH OH
2
OH
O - …
OH
CH OH
2
OH
Рис. 2.5. Схема образования гликозидной связи.
83
дов. Поэтому среду приходится разбавлять в десятки раз и после удаления
клеток продуцента – концентрировать.
Спектр промышленных продуцентов и выпускаемых полисахаридов
весьма разнообразен (табл. 2.3). Ведущими странами – производителями
полисахаридов являются: США, Франция (ксантан, курдлан), Россия (дек-
стран), Япония (пуллан, курдлан).
Do'stlaringiz bilan baham: |
