Применение ферментов

Ферменты получили широкое применение в животноводстве и ветеринарии или в виде свободных ферментных препаратов или же в виде иммобилизованных ферментов. Иммобилизацию ферментов производят путем прикрепления к структурам, не растворимым в воде. Иммобилизованные ферменты легко отделяются от реакционной среды, что позволяет вести процесс непрерывно. Носителем фермента могут быть селикагель, окись алюминия, активированный уголь, полисахариды, иониты, органические полимеры. Связывание фермента может осуществляться методом ковалентного связывания, электростатического связывания, сополимеризации или же фермент может быть включен в полимер, инкапсулирован, включен в липосомы. Для связывания фермента важно при этом сохранение активного центра фермента. В качестве мостика часто используют глутаровый альдегид, бромистый циан (CNBr). Молекулу фермента можно заключить в капсулы, ограниченные мембраной, фиксировать в полимерах, при этом наиболее удобным является полимеризация в полиэтиленгликоле (ПЭГ), в полиакриламиде (ПААГ). Сейчас добились функционирования фермента в течение одного месяца при 60-70⁰C. Использоваться иммобилизованные ферменты могут для аналитических целей, для получения биологических продуктов или же для лечения (в медицине, ветеринарии).

1. Применение в аналитических целях. Существует два типа устройств с иммобилизованными ферментами, применяемые в аналитических целях – ферментные электроды и автоматические

анализаторы.

Ферментный электрод – это датчик, способный генерировать электрический потенциал в результате реакции, катализируемый иммобилизованным ферментом. Разработаны ферментные электроды для определения глюкозы, мочевины, аминокислот, спирта, пенициллина и ряда других веществ.

Например, глюкозочувствительный ферментный электрод содержит иммобилизованную глюкозооксидазу, которая катализирует удаление протонов водорода из раствора со скоростью, зависящей от концентрации в среде глюкозы:

то есть, окисление альдегидов происходит путем дегидрирования. Альдегиды существуют в водных растворах в форме гидратов:

атом водорода затем переходит через пленку к платиновому электроду, меняет потенциал (рН), что и регистрируется прибором. По этому принципу разработан прибор для определения сахара в крови. Прибор напоминает авторучку, где имеется пластинка для нанесения пробы крови (каплю) и экран, указывающий содержание глюкозы в процентах в пробе. Результат получается через 30 секунд после нанесения пробы. В приборе иммобилизованный фермент реагирует с глюкозой, электрический ток (потенциал) показывает на экране процент глюкозы.

По этому же принципу сейчас пользуются индикаторной бумагой, например, для определения глюкозы в моче больных сахарным диабетом: на индикаторную бумагу наносится капля мочи, и, если в ней содержится глюкоза, то под действием иммобилизованного фермента глюкоза окисляется в глюконовую кислоту, что в свою очередь изменяет рН. Показатель очень удобен для контроля состояния больных и назначения лечения.

Разрабатываются подобные приборы для определения холестерина в крови (показатель атеросклероза) и других соединений.

2. Применение ферментов с лечебной целью. Для этого выпускаются ферментные препараты или свободные, или же иммобилизованные. Ферментные препараты, применяемые преимущественно при гнойно-некротических процессах: трипсин, химотрипсин, химопсин, террилитин (Asp.terricola), РНК-аза, ДНК-аза, коллагеназа, аспераза, лизоамидаза (бактериальный фермент), профезим, карипазин (из папайи), лекозим. Ферментные препараты, улучшающие процессы пищеварения: пепсин, сок желудочный, пепсидал, аболин, панкреатин, ораза, сализим, нигедаза (липолитический фермент).

Для применения в ветеринарии выпускаются иммобилизованные ферменты: фермсорб – сополимер метакриловой кислоты и триэтиленгликоль – диметакрилата с сорбированными на нем литическими ферментами. Происходит лизис клеточной оболочки и сорбции полимерной матрицей патогенных микроорганизмов. При диарее телят различной этиологии препарат дают внутрь с кипяченой водой 3 раза в день. Полиферм – сополимер метакриловой кислоты и триэтиленгликоль диметакриловой кислоты с сорбированными в нем протеолитическими ферментами.

При лечении желудочно-кишечных болезней молодняка успешно применяют протеолитические ферменты – пепсин, амилосубтилин, протосубтилин, иммобилизованные ферменты профезим, иммозим. Лизосубтилин – универсальный протеолитический фермент производится у нас в стране в больших объемах.

Лизоцим, гликозидаза, коллитин – бактериолитические ферменты, применяют при желудочно-кишечных заболеваниях молодняка сельскохозяйственных животных.

Фермент гиалуронидаза (лидаза) разрушает гиалуроновую кислоту, тем самым улучшает проницаемость тканей.

Гиалуроновая кислота

Полимер из глюкуроновой кислоты + ацетилгюкозамина является межклеточным веществом, содержится в структуре кожи, связок, регулирует поступление различных соединений, питательных веществ.

Ферменты – ДНК-аза, РНК-аза применяются для разложения слизистой массы дыхательных путей – для ингаляции, виде салфетки, пропитанной ферментами гиалуронидазой, ДНК-азой, РНК-азой.

Применение ферментных препаратов в кормлении животных. В настоящее время в кормлении животных и кормопроизводстве широкое распространение находят ферментные препараты, с помощью которых можно существенно улучшить переваримость и усвоение организмом питательных веществ корма, а также ускорить процессы пищеварения. Для этой цели промышленность выпускает различные ферментные препараты бактерий и грибков. Их получают путем глубинного (Г) или поверхностного (II) культивирования, затем высушивают путём распылительной сушки. Благодаря этому активность фермента повышается по сравнению с исходной в 3, 10, 15 раз, что обозначается как 3х, 10x, 15х.

Широкое применение получили ферментные препараты амилосубтилин и протосубтилин, полученные выращиванием специальных штаммов Bacillus subtilis.

Амилосубтилин ГЗх содержит альфа-амилазу, протеазы, бета-глюказу. Стандартизируется по альфа-амилазной активности.

Протосубтилин ГЗх, содержит те же ферменты, но стандартизируется по нейтральной протеазе.

Различные штаммы Aspergillus awamori служат продуцентами для глюкаваморина, пектаварина, ксилаваморина.

Глюкаваморин П10х содержит альфа-амилазу декстриназу, мальтазу, глюкоамилазу, кислую протеазу, гемицеллюлазу, стандартизируется по декстриназе.

Пектаваморин ГЗх содержит полигалактуроназу, полиметилгалактуроназу, пектинэстеразу, кислую протеазу, стандартизируется по общей пектолитической активности.

Ксилаваморин ГЗх содержит гемицеллюлазу и пектиназу, стандартизируется по гемицеллюлазной активности.

Из культуры Aspergillus oryzae получают препарат амилоризин П10х, который содержит альфа-амилазу, декстриназу, мальтазу, протеазу, стандартизируется по альфа-амилазе.

Кроме того, производят ферментные препараты пектофоетидин ГЗх, пектоклостридин, пектонигрин и т.д.

Добавление указанных ферментных препаратов в корм животных значительно улучшает переваримость грубых кормов, усвоение питательных веществ и увеличение продуктивности.