Aminokislotalar biosintezi texnologiyasi

. Fermentlar yordamida aminokislotalar sintezi
Reja:
1. Aminokislotalar biosintezi uchun xizmat qiladigan moddalar.
2. Oqsil gidrolizatlaridan aminokislotalar ajratib olish.
3. L-glutamin kislotani biosintezi va uni sintezlashni jadallashtiruvchi mikroorganizmlarni seleksiyasi.
1. Aminokislotalar biosintezi uchun xizmat qiladigan moddalar
Ma`lumki, mikrob hujayralari oqsillari tarkibiga aminokislotalarning 20 tadan iborat bo`lgan to`liq tarkibi kiradi va bu prototrof mikroorganizmlar aminokislotalarni oziqa muhitidagi karbon, azot va oltingugurt tutuvchi birikmalaridan biosintezlaydi. Karbonning manbayi sifatida karbonsuvlar, karbonvodorodlar va ularning oraliq oksidlanish mahsulotlari bo`lishi mumkin. Karbon manbalari sifatida karbonsuvlarning: glikolizi, ularning Entner-Dudarev yo`li bilan almashinuvi va pentozafosfat, shuningdek, uch karbon kislotalar sikli kabi ketma-ket keladigan metabolitik jarayonlarning kechishi tufayli hosil bo`ladigan oraliq mahsulotlar xizmat qiladi. Bu aminokislotalarning sonini ko`p bo`lishiga qaramay, hamma vaqt ularning biosintezi uchun deyarli bir xil modda xizmat qiladi va faqat gistidinning sintezigina o`ziga xos jihatga ega. 1-Jadvalda aminokislotalarning biosintezida ishtirok etadigan hamma oraliq moddalar va ulardan hosil bo`ladigan aminokislotalar keltirilgan.

Aminokislotalarning biosintezi uchun xizmat qiladigan moddalar va ulardan hosil bo`ladigan aminokislotalar

Aminokislotalar biosintezi uchun xizmat qiluvchi moddalar	A m i n o k i s l o t a l a r
Piruvat	Alanin, valin, leysin
3-Fosfogliserat	Serin, glitsin, sistein
Otquloqsirka kislota	Aspartat, asparagin, metionin, lizin, treonin, izoleysin
Alfa-ketoglutar kislota	Glutamat, glutamin, arginin, prolin
Fosfoenolpiruvat+eritrozo-4-fosfat	Fenilalanin, tirozin, triptofan
Fosforibozil-1-pirofosfat+ATF	Gistidin

Biroq ba`zi mikroorganizmlar uchun xos bo`lgan narsa, bu ham bo`lsa, bir aminokislotani o`zi har xil manbalardan hosil bo`ladi. Masalan, lizin ham otquloqsirka kislotadan, ham alfa-ketoglutar kislotadan sintezlanishi mumkin. Mikroorganizmlarning taksonomik jihati va fiziologik guruhlariga mos holda karbon skeletini aminlanishi uchun ammoniy tuzlari, nitratlar yoki molekulyar azot xizmat qilishi mumkin. Ammiak azoti oksidlanish darajasi nuqtai nazaridan mikrob hujayrasini organik komponentlariga ko`proq mos kelganligi sababli ko`p bakterial va achitqili muhitlarda ancha oson o`zlashtiriladi. Ammiakning glutamin kislotaning aminoguruhiga assimilyatsiyasi alfa-ketoglutar kislotasini qaytarilishi orqali olish mumkin:

Shuningdek, glutamat sikl orqali ham amalga oshishi mumkin.



Glutamat sikl ikkita ferment, glutaminsintetaza va glutamat sintetazalarning birgalikda ta`sir etishini, hamda ko`p miqdorda energiya sarflanishini talab qiladi, chunki 1 mol glutamat sintezlanishi uchun 1 mol ATF sarflanadi. Qaytariluvchi aminlanish ammiak ionlarining mo`lligida amalga oshadi, aksincha uning past konsentratsiyali holati, shuningdek manba sifatida nitratlar, molekulyar azot yoki tarkibida azot tutuvchi organik birikmalardan foydalanilganda, glutamat sikl ishlab ketadi. Glutamin kislota mikrob hujayrasi tomonidan sintezlanadigan boshqa aminokislotalarni biosintezi uchun donor vazifasini bajaradi: Transaminaza yordamida 10 dan ortiq aminokislotalar tegishli ketokislotalardan sintezlanishi mumkin. Ammiakni aminokislotalar tarkibiga birikishini ta`minlovchi boshqa ikki xil reaksiya bu glutamin va asparaginni hosil bo`lishi bilan bog`liq bo`ladi:Nitratlar qator mikroorganizmlar, xususan: mikrosuvo`tlari, zamburug`lari, bakteriyalarning ba`zi turlari uchun azot manbayi sifatida xizmat qiladi. Nitrat azoti aminokislota tarkibiga qo`shilishidan oldin, qaytarilish yo`li bilan ammiakka aylanishi lozim:

Bu jarayon assimilyatsion qaytarilish deb yuritiladi va kislorodga nisbatan sezgir bo`lmagan, hamda ATF ni generatsiyalovchi reaksiyaga aloqadar bo`lmagan, suvda yaxshi eruvchi ferment tizimi yordamida amalga oshadi. Nitratreduktaza tarkibida molibden bo`lishi shart bo`lgan ferment bo`lganligi sababli muhitda nitratlar bilan birga molibdenning bo`lishi talab qilinadi. Ammiak nitratlarni qaytarilishini assimilyatsiyalovchi fermentlarni repressiyalaydi. Erkin yashovchi va simbiotik prokariotlarning azotni o`zlashtiruvchi kichik guruhi atmosfera azotini N<sub>2</sub> holatdan ammiakgacha qaytarish orqali aminokislota tarkibiga qo`shadi. Qaytarilishni-murakkab ikkita oqsil subbirlikli, ya`ni azoferredoksin va molibdenoferredoksinli nitrogenaza ferment tizimi amalga oshiradi. Nitrogenaza reaksiyasi ferredoksin yoki flavodoksinning qaytarilgan shakllari ishtirokida kechadi, chunki bu moddalar nitrogenaza uchun elektron manbayi bo`lib xizmat qiladi va azot molekulasi atomlarini faollash uchun kerak bo`ladigan ATF energiyasining sarflanishi bilan bog`liq bo`ladi. Oraliq mahsulotlarni ajratilishi yuz bermaganligi sababli bu mahsulotlar fermentlar bilan bog`langan holatda bo`lsa kerak deb taxmin qilinadi va ularning qaytarilishi quyidagi oraliq bosqichlar orqali amalga oshadi:

Molekulyar azotning ammiakgacha qaytarilishi ham muhitda molibdenning ishtirok etishini talab qiladi.
Oltingugurt tutuvchi aminokislotalarning sintezlanishida ko`p mikroorganizmlar sulfatlarni dastlab assimilyatsiyalab sulfitlarga aylantirish yo`li bilan qaytarish asosida o`zlashtiradilar. Vodorod sulfid mikrob hujayrasi uchun toksik tavsifga ega (oltingugurt bakteriyalaridan tashqari) bo`lganligi uchun u birdaniga quyidagi reaksiyaga muvofiq atsetilseringa aylanadi:

Hosil bo`lgan L-sistein hujayraning oltingugurt tutuvchi komponentlari uchun dastlabki modda vazifasini bajaradi. Mikroorganizmlarda alohida olingan aminokislotalarning biosintezlanish yo`li mikrobiologik amaliyotda auksotrof mutantlarni olish va izotop nishonlarni qo`llash joriy etilgandan keyin o`rganildi.

Alohida olingan aminokislotalarning biosintezlanish ketma ketligini aniqlashda mutantlardan quyidagicha foydalaniladi.
1. Bir xil o`sish omilini yuzaga chiqaruvchi mutatsiyali genlarning soni aniqlanadi. Shu yo`l bilan bir moddani sintezlanishiga tegishli bo`lgan reaksiyalar soni va demak ularning bosqichlarini soni aniqlanadi. Aynan bu uslub yordamida sakkiz xil genlar mutatsiyalari argininga nisbatan auksotroflikni namoyon qilganligini e`tiborga olib, bu aminokislotani biosintezi uchun 8 xil reaksiyani o`z ichiga olishi aniqlangan edi.
2. Odatda biosintezni blokada qilish bu blokada reaksiyasidan oldinroq muhitda intermediatni ajralishiga sababchi bo`ladi, bu moddani kimyoviy yo`llar bilan identifikatsiyalash biosintezlanish yo`llarini aniqlash imkonini beradi.
3. Alohida olingan aminokislotalarni biosintezlanish reaksiyalari ketma-ketligiga oid ma`lumotlar mutant shtammlarning o`sishiga ta`sir etuvchi intermediatlar tahlili asosida yig`iladi. Masalan, faolligi arginaza bilan bog`liq bo`lgan mutantlar muhitiga sitrullin va ornitinni kiritish, bu mahsulotlar argininni biosintezida ishtirok etuvchi oraliq birikmalar ekan degan xulosaga kelish imkonini beradi.