Аминокислоты. Многие микроорганизмы способны синтезировать аминокислоты.

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.