Многие микроорганизмы способны синтезировать аминокислоты.
Аминокислоты — важнейшие органические соединения, содержащие азот, являющиеся основными строительными «кирпичиками» белка. Аминокислоты необходимы для синтеза биологических катализаторов — ферментов. Ни одна химическая реакция в организме не протекает без ферментов. Поэтому обмен веществ живого организма невозможен без аминокислот. В центре обмена веществ организма стоит белковый обмен. Рост, развитие организма, передача наследственности, изменчивость — все это связано с синтезом белков. Поэтому значение аминокислот — основных структурных единиц белка — трудно переоценить. При нарушении белкового обмена в организме животного и человека наступают патологические явления, связанные с недостатком тех или иных аминокислот.
Часть аминокислот организмы животного и человека синтезируют сами, а некоторые, необходимые как человеку, так и животным, не синтезируются или синтезируются недостаточно быстро, чтобы удовлетворять потребности в них организма. Поэтому такие соединения надо вводить в организм с пищей или кормом. Аминокислоты, которые организм человека или животных не может синтезировать, но которые необходимы для нормальной жизнедеятельности, называются незаменимыми.
|
|
Животные белки богаты аминокислотами, они полноценны. Низкая питательная ценность белков растительного происхождения, например хлебных злаков, объясняется отсутствием или недостатком в них важных незаменимых аминокислот. Так, пшеница и рис бедны лизином и треонином, кукуруза — лизином и триптофаном, бобы и горох — метионином. Биологическая ценность растительных белков может быть значительно повышена путем добавления тех или иных недостающих аминокислот.
В пище населения некоторых стран преобладают белки растительного происхождения (до 90%). Недостаток в полноценных белках приводит к тяжелым заболеваниям (особенно детей).
Учитывая огромное значение злаков в мировой экономике и заметное улучшение качества белков зерна при добавлении недостающих аминокислот, можно предполагать, что свободные аминокислоты будут играть значительную роль в попытках восполнить общий недостаток ценных белков на Земле.
Аминокислоты используются в медицинской практике. Аминокислотная терапия применяется в послеоперационные периоды и при тяжелых ожогах.
Широко используются аминокислоты в пищевой промышленности для повышения питательных и вкусовых качеств продуктов. Соль глу-таминовой кислоты — глутамат натрия — называют «фактором вкуса»: при его добавлении пищевые продукты приобретают более высокие вкусовые качества. Аминокислоты используют при составлении синтетической пищи.
|
|
Аминокислоты все шире используются в сельском хозяйстве для подкормки животных, особенно молодняка. Рационально сбалансированное питание животных в настоящее время не мыслится без использования аминокислот. Аминокислоты в рационе животных и птиц резко сокращают расход белка и корма вообще, увеличивают суточный привес и укорачивают период откармливания.
В области микробиологии аминокислоты получили широкое применение для приготовления сред, например при выращивании тканевых культур, для приготовления вакцин.
Аминокислоты используются в качестве исходного материала при синтезе пептидов, гормонов, антибиотиков.
Посредством полимеризации аминокислот, прежде всего глутаминовой кислоты и аланина, предполагают получать синтетические волокна.
Помимо описанных практических сторон биосинтеза аминокислот микроорганизмами, они необходимы для решения ряда теоретических вопросов. Потребности народного хозяйства в аминокислотах огромны.
До недавнего времени аминокислоты вырабатывали в основном из растительных и животных белков путем их гидролиза. На это затрачивалось огромное количество ценного пищевого сырья. Химически синтез аминокислот очень сложен и дорог, а главное — при химическом синтезе получаются рацематы — биологически неактивные формы аминокислот.
Поэтому огромное значение приобретает синтез аминокислот с помощью микроорганизмов.
Как показали исследования зарубежных и советских ученых, микроорганизмы при росте на простых синтетических питательных средах с сахарами (в качестве источников углерода) и солями аммония или мочевины (в качестве источника азота) способны в определенных условиях выращивания накапливать в среде значительное количество (десятки граммов на 1 л среды) тех или иных аминокислот.
Это удивительное свойство микроорганизмов — выделять в среду, «выбрасывать» столь необходимые для жизни самой микробной клетки соединения, которые идут на построение белка. Человек заинтересован в том, чтобы микроорганизмы продуцировали как можно больше аминокислот; для этого получают так называемые «мутанты» — микробы с измененными свойствами. Микробную клетку обрабатывают различными химическими соединениями или облучают ультрафиолетовым светом; в результате происходят изменения в обмене веществ, и микроорганизмы начинают выделять нужные для человека соединения.
Так были получены многие активные продуценты. Так, Micrococcus glutamicus и Brevi-bacterium divaricatum выделяют до 50—60 г на 1 л питательной среды глутаминовой кислоты; Brevibact. monoflagellum и Br. pento-soalaninicum — до 50 г!л аланина; мутанты продуцентов лизина выделяют его до 30 г/л, валин накапливается в среде активными штаммами — около 20 г/л. Гораздо меньше (4— 10 г/л) образуют микробы триптофана — важнейшей, необходимой для животного организма аминокислоты, которую человек и животные сами не могут синтезировать.
Способность микробных клеток образовывать повышенное количество аминокислот успешно используется для получения аминокислот в промышленном масштабе.