Биосинтез l-аргинина. Технологическая схема и ее описание

Введение 3
1. Общая часть 5
1.1. Основные продуценты целевого продукта 5
1.2. Биосинтез целевого продукта 7
1.3.Отходы производства целевого продукта способы их утилизации 22
2. Технологическая часть 24
2.1. Описание питательной среды 24
2.2. Описание компонентов 24
2.3. Стерилизация питательной среды 24
2.4. Получение посевного материала 25
2.5. Воздухоподготовка 27
2.6. Описание технологической схемы целевого продукта 27
2.7. Расчет материального баланса, сводная таблица 28
2.8. Подбор основного оборудования 28
2.9. Расчет основного оборудования 32
Заключение 33
Список литературы 34

В последние годы в Российской Федерации резко сократилась продукция животноводства и, как следствие этого, возрос до недопустимых размеров импорт мясопродуктов. Одной из причин уменьшения производства мясопродуктов является ухудшение качества кормов и повышение их стоимости, что вызвано практически полной остановкой предприятий производивших кормовой белок в силу их неконкурентоспособности при изменившейся структуре цен. Сегодня кормовой белок почти полностью импортируется. Однако, есть альтернативное решение проблемы повышения качества кормов. Известно, что дефицит белка может быть компенсирован введением в корма незаменимых аминокислот, причем в первую очередь устраняется дефицит аминокислоты, находящейся в относительном минимуме, затем следующей – и так далее, т.к. привесы определяются не общим содержанием белка, а именно по содержанию наиболее дефицитной незаменимой аминокислоты в нем. Порядок лимитирования определяется применяемыми компонентами кормов и потребностями в аминокислотах у животных и птицы. Аминокислотный состав кормовых ингредиентов и потребности в различных аминокислотах хорошо изучены и давно известны. Так, для зерна злаковых и всех сельскохозяйственных животных и птицы лимитирующими аминокислотами являются метионин, аргинин, триптофан и треонин.
В настоящее время в России в сельском хозяйстве птицеводство является ведущей отраслью. При кормлении птицы первой лимитирующей аминокислотой является аргинин, второй - метионин, который производится как в России, так и за рубежом методом химического синтеза, и в достаточных количествах поступает на российский рынок.
Аминокислота аргинин широко используется в фармакологии, пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Крупнотоннажное получение L-аргинииа преимущественно основано на микробиологическом способе производства. В нашей стране и на территории СНГ аргинин в промышленных масштабах не производится ввиду отсутствия технологичных штаммов-продуцентов. Поэтому важное значение имеет проведение исследований, направленных на создание высокотехнологичных штаммов, продуцирующих L-аргинин.
В настоящее время большое количество исследований посвящается роли аминокислоты L-аргинина в регуляции физиологических функций организма. Актуальность разработки проблемы обусловлена двумя аспектами. Во-первых многолетними исследованиями проводимыми на кафедре биохимии, в которых доказаны разнообразные эффекты аргинина и системы аргиназа-мочевина при экстремальных и патологических состояниях. Во-вторых, в связи с открытиями последних лет очень важным представляется исследование участия системы аргинин - аргиназа-мочевина в регуляции нитрозильного стресса.
Тем не менее накапливаются современные представления о биологической значимости и других метаболических путей этой аминокислоты. Как известно, L-аргинин участвует в четырёх основных метаболических процессах: синтез белка, оксида азота, L-орнитина и креатина.
L-аргинин является аминокислотой, которая входит в структуру пептидов и белков, находится в жизненно важных белках гистонах и протаминах.
Аргинин — условно-незаменимая аминокислота. Он естественным образом вырабатывается организмом, но у детей и подростков, у пожилых людей и страдающих какими-либо заболеваниями уровень синтеза аргинина существенно снижен. Таким образом, большому количеству людей необходим дополнительный прием аргинина.
Аминокислота аргинин и её метилированные аналоги (метиларгинины) играют ведущую роль в регуляции биодоступности NO в организме.
Аргинин (2-амино-5-гуанидинпентановая кислота) —алифатическая основная α-аминокислота. Оптически активна, существует в виде L- и D- изомеров. L-Аргинин входит в состав пептидов и белков, особенно высоко содержание аргинина в основных белках — гистонах и протаминах (до 85 %).
Аргинин является основной аминокислотой, несущей два основных центра: аминогруппу в α-положении и гуанидиновую в δ-положении. Гуанидиновая группа благодаря резонансной делокализации заряда при протонировании является сильно основной (pKa 12.48), находится в протонированной катионной форме при pH 10 и способна образовывать множественные водородные связи. В слабощелочных и нейтральных растворах аргинин образует цвиттер-ион. Высокая основность аргинина и, соответственно, способность образовывать ионные связи с фосфатными группами ДНК, обуславливает образование нуклеопротеидов — комплексов гистон-ДНК хроматина и протамин ДНК гетерохроматина сперматозоидов.
Аргинин — условно-незаменимая аминокислота. У взрослого и здорового человека аргинин вырабатывается организмом в достаточном количестве. В то же время, у детей и подростков, у пожилых и больных людей уровень синтеза аргинина часто недостаточен. Биосинтез аргинина осуществляется из цитруллина под действием аргининсукцинатсинтазы и аргининсукцинатлиазы.
Аргинин является одним из ключевых метаболитов в процессах азотистого обмена (орнитиновом цикле млекопитающих и рыб).
Аргинин является субстратом NO-синтаз в синтезе оксида азота NO, являющегося локальным тканевым гормоном с множественными эффектами — от провоспалительного до сосудистых эффектов и стимуляции ангиогенеза.

В процессе курсового проектирования была рассчитан сепаратор для очистки аргинина. Был подобран наиболее подходящий для данных условий сепаратор. Помимо расчетов, курсовой проект содержит чертежи сепаратора. Приведен материальный баланс производства L-аргинина.
Дефицит аргинина приводит к инфарктам, ослаблению организма, гипертонии, нарушению мозговой деятельности, преждевременному старению, замедлению роста детей, развитию диабета 2-го типа, при котором инсулинозависимые ткани становятся невосприимчивы к вводимому инсулину.
L-Аргинин встречается во многих продуктах питания, как животного, так и растительного происхождения. В таблице приведены данные по содержанию аргинина на 100 грамм продукта и указано содержание белка.
Аргинин присутствует в рецептуре гепатопротекторов, иммуномодуляторов, кардиологических препаратов, лекарственных препаратов для ожоговых больных, больных ВИЧ/СПИД, а также в рецептурах средств для парентерального питания в послеоперационный период. В последнее время лекарства с аргинином появились в геронтологии и онкологии.
Проводится тестирование L-аргинина в качестве средства терапии инсультоподобных эпизодов при митохондриальном заболевании - синдроме MELAS (Mitochondrial encephalomyopathy, lactic acidosis, and stroke-like episodes - «митохондриальная энцефаломиопатия, лактатацидоз, инсультоподобные эпизоды»)
Пищевые добавки.
Аргинин широко рекламируется как компонент БАД (Биологически активные добавки) для бодибилдеров и спортсменов- тяжёлоатлетов с целью улучшения питания мышц, и пожилых людей для улучшения эректильной функции.