Стероидтарды алу технологиясы

Қазақстан Республикасы Ауыл шаруашылығы министрлігі

С.Сейфуллин атындағы Қазақ  агротехникалық университеті

 

Морфология, микробиология  және биотехнология кафедрасы

 

«Микроорганизмдер биотехнологиясы»

пәні бойынша

Тақырыбы: «Стероидтарды алу технологиясы»

 

 

 

 

 

                                                         Орындаған: Қайырбек М.

                                                          Тексерген: Әкібеков Ө.С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Астана – 2012Ж

 

                                                 

                                                 МАЗМҰНЫ:

               Кіріспе...........................................................................................................4-5

1. Негізгі бөлім..............................................................................................6-20

1.1 Стероидтардың биологиялық рөлі, шығу тарихы,қолдану мүмкіншілігі..................................................................................................6-8

1.2 Стероидтардың микробиологиялық трансформациясы...................8-9

1.2.1 Холестериннен стероидты гормондар түзілуі.................................10

1.2.2 Стероидтардың негізгі микробиологиялық айналулалары..........10-12

1.3 Микробиологиялық трансформация үрдістерін жүргізу технологиясы.................................................................................................12-17

1.3.1 Микробиологиялық  трансформация технологиясы.......................12-14

1.3.2 S затынан гидрокортизонды алу технологиясы..............................14-17

Қорытынды....................................................................................................18

Қолданылған әдебиеттер тізімі....................................................................19

Қосымша.........................................................................................................20-22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                   АНЫҚТАМАЛАР

 

     Биотрансформация – бастапқы заттың құрылымына ұқсас белгілі өнімдерге әкелетін микробиологиялық айналу үрдісі.

     Инокулят – жаңа қоректік ортаға көшірілетін микроорганизмдер себіндісі

     Культура – белгілі бір микроорганизмдер тобының таза линиясы

     Мутант – мутагендер әсерінен генетикалық дәрежеде өзгеріске ұшыраға организмдер

     Стероид – молекуласында спецификалық цикл түріндегі қаңқасының – циклопентанпергидрофенантрен болуымен сипатталатын өте күрделі органикалық қосылыстар.

     Субстрат –мақсатты өнім алуға қажетті қоректік ортаға қосылатын негізгі шикізат (белгілі бір микроорганизмдер культурасы)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                  

                               

 

ҚЫСҚАРТУЛАР:

Жұмыста келесі қысқартулар қолданылды:

м/о – микроорганизмдер

ББЗ (ПАВ) – беткейлік  белсенді заттар

рН – қышқылдық  ортасы

S заты - Рейхштейннің  S заты (4-прегнен-17α, 21-диол-3,20-диол)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                    

 

                                                 

 

                                                Кіріспе

         Стероидтар – ең қызық, кеңінен таралған және құрылымы бойынша аса күрделі  табиғи қосылыстар. Көптеген жылдар бойы стероидтар синтезі терең  зерттеліп, медицинаның түрлі салаларында, ауыл шаруашылығында теориялық және практикалық қолданыс тапты. Стероид алудың осы уақытқа дейін зерттелген көптеген әдістерін негізгі төрт топқа бөлуге болады: табиғи көздерден бөліп алу, микробиологиялық синтез, стероидты қаңқасы бар табиғи шикізат негізіндегі жартылай синтез, және құрылымы жағынан қарапайым стероидтардан химиялық синтезбен қажетті түрлерін алу. Осының ішінде әрине қазіргі кезде кең қолданылатын және әлдеқайда тиімді болып табылатын әдіс – микробиологиялық синтез.                                         

       Микроорганизмдерді синтезді қолдану салаларын екі негізгі бағытқа бөлуге болады: 

  1) микроорганизмдердің толық биосинтезі нәтижесінде биологиялық белсенді заттар мен өнімдерді (антибиотиктер, ферменттер, дәрумендер, стериндер, аминқышқылдар т.б) алу;

        2) микробиологиялық трансформациялар, яғни химиялық және микробиологиялық жетістіктерді  қолдана отырып, көп сатылы дәрілік препараттар және басқа да бағалы заттарды өндіру.

   Экзогенді органикалық қосылыстарды түрлі пайдалы өнімдер мен физиологиялық белсенді заттарға айналдыра алатын микроорганизмдерді белсенді полиферментті жүйелерді тасымалдағыш ретінде қолдану өте қолайлы. Себебі, олар 20 химиялық кезеңді қажет ететін өте маңызды айналуларды бір ғана кезеңде жүзеге асыра алады. Сонымен қатар химиялық синтезбен жасауға келмейтін реакцияларды да оңай жүзеге асыруға болады.

  1930 жылы жануарлардың бүйрек үсті безінің қыртысынан гормональды зат – кортизон бөліп алынды. Он жыл өткен соң кортизонның (бұқа бүйрек үсті безінен бөліп алынған) емдік әсері ревматоидты артритте көрсетілген. Дезоксихолин қышқылынан гормонның химиялық өндірісі жүзеге асқан, технология 37 сатыдан тұрған. Ең бір маңызды сатысы прогестеронның гидрооксилденуімен байланысты. Ол үшін оттегі атомын прогестеронның 11 α деңгейіне орналастыру керек, оны химиялық жолмен жеткілікті дәрежеде асыру қиын және шығынды болды.

  Соңғы онжылдықта химиялық реакцияларға қарағанда микробиологиялық айналулардың артықшылығы анық байқалады: күрделі молекулаларды құрастыра алу, технологиялық үрдістердің ыңғайлылығы  және экономикалық тиімділігі. Бұл әдістердің жиынтығы әсіресе стероидтар химиясында кеңінен қолданылады. Стероид молекулаларының күрделігі және мөлшерінің үлкендігі химиялық жолмен ең оңай модификацияларды жүргізудің өзіне де қиындық туғызады. Микроорганизмдер болса стероидты табиғаты бар дәрілік препараттар синтезінде  ерекше реакцияларды жасай алады, дәлірек айтқанда, 1,2-дегидрлеу мен 11β-гидроксилираттау.

                                         

 

                                  Негізгі бөлім

 1.1Стероидтардың биологиялық рөлі, шығу тарихы,қолдану мүмкіншілігі.

         Стероидтар – өте күрделі органикалық қосылыстар (қосымша А). Олардың көп класының молекуласында спецификалық цикл түріндегі қаңқасының – циклопентанпергидрофенантрен болуымен сипатталады. Ол төрт сақинадан тұрады, оның үшеуі алты мүшеден (A,B және C) және біреуі бес мүшеден (D) тұрады. Бұл сақинаның әр түрлі қалпын белгілеу үшін келесі нумерация қабылданған. Стериндерге (стеролдарға) өзінің қалпында С-3 гидроксильді топты тасымалдайтын стероидтар жатады:

 

   Стероидты препараттардың негізгі өкілдері:

• кортикостероидтар (гидрокортизон, преднизолон),
• прогестогендер  (прогестерон,  оксипрогестерон),
• андрогендер (тестостерон, метилтестостерон),
• эстрогендер (эстрон).

   Эстрогендерден басқа жоғарыда аталғандардың барлығының құрылымында С-3 кетотобы болады. Андрогендер және эстрогендер құрамында С-17 алкилді және гидроксилді топтар болады. Олардың аналогтарында С-17 алкилді немесе этинилді топтары болады. 

  Стероидтар дәрілік препараттар арасында маңызды орын алады, ол түрлі ауруларды емдеуде және алдын-алуда медицинаның көптеген салаларында қолданылады: эндкринологияда, онкологияда, ревматологияда, офтальмологияда, дерматологияда, гематологияда, реаниматологияда, гинекологияда ж.т.б.

        Табиғи стериндер –тарды албағалы дәрілік препаратуда қолданылатын шикізаттар. Ең маңызды және ең жақсы зерттелген стериндерге холестерин (зоостерин класы) жатады. Брутто формуласы С₂₇Н₄₆О. Ол адамдар мен жануарлардың барлық дерлік мүшелерінде кездеседі. Холестерин тірі жасушада болатын физиологиялық үрдістерге қатысады, оның қатысуынсыз өсіп келе жатқан ағза дами алмайды. Адамның өттегі тастары 99% осы холестериннен тұрады, сонымен қатар бүйрек үсті безі және басқа да мүшелер осы затқа бай. Ол басында спецификалық жануар стерині болып саналған, бірақ кейін ол кейбір өсімдіктерде, теңіз қызыл балдырында табылды. Бұл қосылыстың дәл құрылымдық формуласы 1932 жылы анықталды, алайда ең алғаш рет өттегі тастардан 1782 ж бөліп алынған [3].

 

 

 Табиғатта кездесетін басқа стериндер холестериннен өзінің бүйірлік тізбегімен және қанықпа дәрежесімен ерекшеленеді.

  Өсімдіктер стерині (фитостериндер) – өте маңызды қосылыстар тобы, көптеген бағалы стероидты препараттарды алудың көзі болып табылады.

 Эргостерин құрылымы бойынша холестериннен С₂₄-тегі бүйірлік тізбекте қосымша метил тобының болуымен ерекшеленеді. Сонымен қатар екі тізбек болады: біреуі С-7-де, екіншісі бүйірлік тізбектегі 22- және 23-көміртек атомдарында орналасқан. Эргостерин D дәруменінің провитамині болып табылады. Эргостериннің құрылымы 1934 жылы анықталды:

 

   Бұл стероид көптеген өсімдік әлемінің, саңырауқұлақтарының, микроорганизмдерінің өкілдерінде кездеседі. Әсіресе ашытқы микроорганизмдерінде мөлшері көп болады. Эргостеринді өндірістік өндіруде әдетте наубайханалық ашытқыларды пайдаланады,  олардың құрамындағы эргостерин ашытқы түріне байланысты, қоректік орта мен культивирлеуге байланысты 0,2-де 15%-ға дейін болады.

  Стигмастерин С₂₉Н₄₈О – ең кеңінен таралған фитостериндер түрі, әсіресе соялық майда және қант қамысында көп мөлшерде болады. Құрылымы бойынша холестериннен 22- және 23-көміртек атомдарында қос байланыс болуы мен 24-те этил тобының болуымен ерекшеленеді.

 

 

   Стериндер тірі ағзаның физиологиялық және биохимиялық функцияларының дұрыс атқарылуына қажет. Сонымен қатар мембраналық жүйелер, жасуша қабықшаларының және басқа да құрылымдық түзілу үрдістеріне қатысады. Кейбір деректерде стериндер көптеген табиғи қосылыстардың токсикалық әрекетіне қарсы қорғаушы фактор деп жазылған.

 

1 –кесте. Кейбір стериндердің қасиеттері

Атауы	Балқу темп-сы, 0С	[α]D (CHCl3)
Холестерин β-ситостерин Стигмастерин Брассикастерин Эргостерин Ланостерин	149 140 170 148 165 139	- 390 - 370 - 510 - 640 - 1350 + 600

 

1.2 Стероидтардың микробиологиялық трансформациясы.

 Стероидты қосылыстардың айналулары аймағында биологиялық катализаторлар құндылығы аса айқын көрінеді. Ұзақ уақыт бойы микробиологиялық трансформация стероидтар химиясының ерекше әдісі болып саналатын.

 Микроорганизмдер көмегімен стероидтар трансформациясы жайлы ең алғашқы хабарлар стероидтардың негізгі өкілдерінің құрылымы анықталғаннан бұрын пайда болған. ХІХ ғасырдың аяғының өзінде жануарлардың ішегінің бактериалдық флорасы холестеринді копростеринге айналдыратыны белгілі болған.

  1908 жылы Escherihia coli ішек таяқшасының стероидты қосылыстардағы гидроксильді топтарын ыдырата алу қасиеті анықталды.

  1913 жылға холестериннің микобактериялар көмегімен толық ыдырауы туралы ашу жатады. Ал тек 30-жылдары, негізгі стероидты гормондардың құрылымы анықталғанда, осы қосылыстарды препаративті жолмен алу мақсатында микроорганизмдердің трансформациялық қасиеттерін қолдана бастады.

  1948 жылы стероид молекуласына микробиологиялық жолмен гидроксильді топтарды енгізу жасалды. Бірақ тек прогестероннан Rhizopus nigricans культурасының ферментациясы арқылы  11α-гидроксипрогестерон алғаннан кейін ғана (1952 жылы, Петерсон және Меррей) стероидтардың микробиологиялық трансформациясы өзіне көп назар аудартты:

   Ал 1955 жылы Нобил ғалымы микробиологиялық 1,2-дегидрлену үрдісі арқылы   преднизолонды Corinebacterium simplex микроорганизм тобының қатысуымен кортизоннан бөліп алды [4].

   Жоғарыда көрсетілген трансформация химиялық әдістерге қарағанда микробиологиялық әдістердің артықшылығын айқын түрде көрсетті: химиялық синтез кезіндегі стероид молекуласының белгілі бір бөлігіне (С-11) оттектік функцияны енгізу аса қиын міндетті туғызады және ол көптеген химиялық операцияларды қажет етті. Ал микробиологиялық әдіс кезінде осы күрделі процесстердің барлығын тек бір ғана сатымен алмастыруға болады – ферментативті гидроксилираттау. Осы жылдары м/о көмегімен ферментативті гидроксилираттаумен қатар кортизонның терапиялық құндылығының анықталуы осы саладағы микробиологтардың, химиктардың және дәрігерлердің көңілін аудартты. Микробиологиялық синтезді стероидты гормондарды алу үрдісінде қолдану фармацевтикалық өндірісте түбегейлі өзгерісті тудырды; көп есе бағалы препараттар бағасын арзандатуға мүмкіндік берді.

 

1.2.1 Холестериннен стероидты гормондар түзілуінің негізгі жолдары. Адам мен жануар ағзасында холестериннен маңызды 3 гормон тобы түзіледі: прогестиндер, жыныс гормондары және бүйрек үсті безінің қыртысындағы гормондары (кортикостероидтар). Бұл гормондардың негізгі биосинтез жолдары қосымша Ә-да көрсетілген.