Биотрансформация — это биохимическая модификация одного химического соединения или смеси химических соединений. Биотрансформации могут проводиться с целыми клетками, их лизатами или очищенными ферментами. [1] Все чаще биотрансформации осуществляются с очищенными ферментами . Основные отрасли промышленности и технологии, спасающие жизни, зависят от биотрансформаций. [2] [3]
По сравнению с обычным производством химикатов биотрансформации часто привлекательны, поскольку их селективность может быть высокой, что ограничивает совместное производство нежелательных побочных продуктов. Обычно работая при умеренных температурах и давлениях в водных растворах, многие биотрансформации являются «зелеными» . Катализаторы, т. е. ферменты, поддаются улучшению с помощью генетической манипуляции. [ необходима цитата ]
Биотехнология обычно ограничена областью применения субстрата. Например, нефтехимия часто не поддается биотрансформации, особенно в масштабах, требуемых для некоторых применений, например, топлива. Биотрансформации могут быть медленными и часто несовместимы с высокими температурами, которые используются в традиционном химическом синтезе для увеличения скорости. Ферменты, как правило, стабильны только при температуре <100 °C, а обычно и намного ниже. Ферменты, как и другие катализаторы, ядовиты. В некоторых случаях производительность или пригодность к переработке можно улучшить, используя иммобилизованные ферменты . [ требуется ссылка ]
Виноделие и пивоварение являются примерами биотрансформаций, которые практиковались с древних времен. Уксус долгое время производился путем ферментации, включающей окисление этанола в уксусную кислоту . Сыроделие традиционно полагается на микробов для преобразования молочных предшественников. Йогурт производится путем инокуляции термически обработанного молока микроорганизмами, такими как Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus . [ требуется цитата ]
Бета-лактамные антибиотики , например, пенициллин и цефалоспорин, производятся путем биотрансформаций в промышленности стоимостью в несколько миллиардов долларов. Процессы проводятся в сосудах объемом до 60 000 галлонов. Сахара, метионин и соли аммония используются в качестве источников C, S, N. Генетически модифицированный Penicillium chrysogenum используется для производства пенициллина. [4]
Некоторые стероиды гидроксилируются in vitro для получения лекарственных препаратов.
Кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы получают путем биотрансформации кукурузного крахмала , который преобразуется в смесь глюкозы и фруктозы . Глюкоамилаза — один из ферментов, используемых в этом процессе. [5]
Циклодекстрины производятся трансферазами .
Аминокислоты иногда производятся в промышленных масштабах с помощью трансаминаз . В других случаях аминокислоты получают путем биотрансформации пептидов с использованием пептидаз . [ необходима цитата ]
При использовании акрилонитрила и воды в качестве субстратов ферменты нитрилгидратазы используются для производства акриламида , ценного мономера . [ необходима ссылка ]
Многие виды топлива и смазочных материалов производятся с помощью процессов, включающих биотрансформации, начиная с природных предшественников, таких как жиры , целлюлоза и сахара . [ необходима ссылка ]