Вихідна сировина для здобуття стероїдних гормонів, основні вимоги до їх якості та змісту. Головні мікробіологічні перетворення стероїдів: введення гідроксильної групи, дегідрогенізація, мікробіологічне відновлення, гідроліз ефірів.
Короткий сожержаніе матеріалу:
Біотехнологія стероїдних гормонів
стероїд ефір гормон гідроліз
До фармацевтичних препаратів, у виробництві яких використовується біотехнологія, належать стероїдні гормони, до основних представників яких відносяться кортикостероїди, естрогени і андрогени. Вони не тільки беруть участь практично у всіх життєво важливих функціях організму, але і як лікарські засоби високо вибагливі, мають велику широту спектру дії. У медичній практиці стероїдні гормони застосовуються в якості протизапальних, диуретических, анаболічних, контрацептивних, протиракових засобів.
В основі історії синтезу стероїдних гормонів лежать методи біотрансформації, результатом застосування яких є перетворення метаболітів в структурно споріднені сполуки під впливом мікроорганізмів або мікробних клітин. У цьому процесі має велике значення, що мікроорганізми можуть впливати тільки на окремі (поодинокі) стадії досить складних і тривалих процесів хімічного синтезу.
Мікробіологічна трансформація - використання ферментативної активності життєздатних клітин мікроорганізмів, результатом чого є деяка зміна молекулярної структури трансформованого субстрату. В області перетворень стероїдних сполук гідності біологічних каталізаторів проявляються найбільш яскраво. Довгий час мікробіологічна трансформація вважалася специфічним методом хімії стероїдів. [1,5]
Перші повідомлення про трансформацію стероїдів мікроорганізмами з'явилися задовго до того, як було встановлено будова основних представників стероїдів. Ще в кінці XIX ст. було відомо, що бактеріальна флора кишечника ссавців перетворює холестерин в копростеріна, а холеву кислоту - в дезоксихолевої. До 1913 р відноситься відкриття повного розщеплення холестерину мікобактеріями. І лише в 30-х роках, коли була встановлена структура основних стероїдних гормонів, відомих на той час, почалися спроби застосовувати трансформує здатність мікроорганізмів для препаратівного отримання цих з'єднань. У 1948 р вперше здійснено введення гідроксильної групи в молекулу стероїду мікробілогіческім шляхом. Але тільки після отримання 11-гидроксипрогестерона з прогестерону при ферментації останнього з культурою Rhizopus nigricans мікробіологічні трансформації стероїдів привернули широку увагу.
Дана трансформація яскраво продемонструвала переваги мікробіологічних методів перед хімічними: введення кисневої функції в певне положення молекули стероїду замінювалося єдиною стадією ферментативного гидроксилирования. Відкриття в ці ж роки терапевтичної цінності кортизону поряд із зазначеними успіхами мікробіологічного процесу гідроксилювання привернув величезну увагу мікробіологів, хіміків і лікарів до даної області.
Застосування мікроорганізмів в якості носіїв активних поліферментних систем, здатних перекладати екзогенні органічні сполуки в різноманітні корисні продукти і фізіологічно активні речовини засноване на тому, що вони можуть здійснювати в одну стадію найважливіші перетворення, що вимагають при синтезі 20 хімічних стадій. Крім того, вдається легко проводити реакції, важко або поки зовсім не здійсненні методами чисто хімічного синтезу. [3,5,9]
Більшість процесів мікробіологічної трансформації призводить до незначної перебудови молекули субстрату, що здійснюється одним або декількома ферментами. Однак є мікробіологічні процеси, що істотно змінюють структуру трансформованого з'єднання. Спільною рисою всіх процесів мікробіологічної трансформації є те, що їх результат - зміна молекулярної структури трансформованого речовини, а не синтез молекули de novo.
До мікробіологічними трансформацій відноситься також синтез метаболітів з попередників, якщо при цьому структура продукту реакції визначається, в основному, структурою молекул попередників (наприклад, синтез деяких нуклеотидів з гетероциклічних підстав, пентоз і фосфатів).
В даний час прийнята класифікація мікробіологічних трансформацій на кшталт виникнення і відщеплення функціональних груп.
Основні процеси мікробіологічної трансформації: окислення, відновлення, декарбоксилирование, дезамінування, освіту глікозидів, гідроліз, метилювання, етерифікація, дегидрирование, диспропорционирование, конденсація, амінування, ацетилювання, амідування, деметоксілірованіе, нуклеотідація, галогенирование, деметилювання, асімметрізація, рацемізації, ізомеризація.
Розглянемо дані процеси стосовно біотрансформації стероїдних гормонів, а також торкнемося сировинних джерел для отримання стероїдних гормонів і переваг мікробіологічного синтезу в порівнянні з хімічним. [2,4,7]
1.Ісходние сировину для отримання стероїдних гормонів
Природні стерини - сировина для отримання цінних лікарських препаратів. [1]
Великий клас стероїдів характеризується наявністю в молекулі специфічного циклічного скелета - циклопентанпергідрофенантрену, побудованого з чотирьох кілець, три з яких шестичленні (А, В і С) і одне - пятичленное (D). Для позначення різних положень цього кільця прийнята наступна нумерація. До стеринам (стероли) відносяться стероїди, що несуть в положенні С-3 гідроксильну групу.
Одним з найбільш важливих і добре вивчених стеринів є холестерин (клас зоостерінов), що має бруттоформулу С27 Н46 О. Він виявляється майже у всіх органах і тканинах тварин і людини. Холестерин бере участь у фізіологічних процесах, що відбуваються в живій клітині, без його участі не може розвиватися зростаючий організм. Жовчні камені людини на 99% складаються з холестерину, багаті цим з'єднанням наднирники та інші органи. Спинний мозок і мозок рогатої худоби є найкращий матеріал для промислового отримання холестерину. Він вважався специфічним тваринам стеринів до тих пір, поки він не був виявлений в деяких рослинах і в морських червоних водоростях. Точна структурна формула цього з'єднання було встановлено лише в 1932 р хоча вперше він був виділений з жовчних каменів в 1782 р
Інші стерини, що зустрічаються в природі, відрізняються від холестерину або по довжині бічного ланцюга, або за ступенем насиченості. [6,8,10]
Стерини рослин (фітостерини). Дуже важливий клас сполук, вони служать джерелом отримання багатьох цінних стероїдних препаратів.
Ергостерину за структурою відрізняється від холестерину додаткової метильной групою в бічному ланцюзі при С-24, а також має дві додаткові подвійні зв'язку: одна з них при С-7, інша в бічному ланцюзі при 22- і 23-вуглецевих атомах. Ергостерину є провітаміном вітаміну D. Будова ергостерину було встановлено в 1934 р
Стигмастерин С29H48О - один з найбільш поширених фитостеринов, він міститься у великій кількості в соєвому маслі і цукровій тростині. За структурою стигмастерин відрізняється від холестерину наявністю подвійного зв'язку між 22 і 23-вуглецевими атомами і наявністю етільной групи в положенні 24.
Іншим широко поширеним рослинні стерини є ситостерин С29Н50О. За будовою він схожий з стигмастерин, відрізняючись від нього лише відсутністю подвійного зв'язку в бічному ланцюзі.
Ситостерин зустрічаються в бавовняному і соєвому маслах, в зародках пшениці і натуральному каучуку, в цукровій тростині і другом рослинному матеріалі. Комерційним джерелом ситостерин найчастіше є очерет і бавовняне масло. Ситостерин і стигмастерин - найбільш перспективні і дешеві вихідні продукти для отримання стероїдних гормонів.
Стерини необхідні для здійснення фізіологічних і біохімічних функцій живого організму. Передбачається, що стерини потрібні для утворення мембранних систем, клітинних оболонок і інших структурних утворень клітини. Є дані про те, що стерини є захисним фактором проти токсичної дії багатьох природних сполук. [3,8]
Основні шляхи біосинтезу стероїдних гормонів з холестерину. В організмі тварин і людини з холестерину утворюються три важливі групи гормонів: прогестини, статеві гормони і гормони кори надниркових залоз (кортикостероїди).
При утворенні стероїдних гормонів з холестерину спочатку утворюється прегненолон - основний проміжний продукт біосинтезу стероїдів і кортикостероїдів. Окислення ОН-групи прегненолона в С = 0 супроводжується переміщенням подвійного зв'язку; продуктом цієї кетостероідізомеразной реакції є прогестерон - гормон плаценти і жовтого тіла.
Прегненолон є також попередником чоловічих статевих гормонів (тестостерону) і жіночих статевих гормонів (естрогенів - естрону, естрадіолу). У корі надниркових залоз прогестерон перетворюється в кортикостерон і кортизол (.