Нанобиотехнология -соединение биотехнологии и нанотехнологий - радикально меняет стратегию создания новых препаратов. Например, создание биосенсоров для индикации биологически активных веществ.

Инженерная энзимология - позволяет при помощи ферментов получать ряд продуктов: фруктозный сироп, L-аминокислоты, медикаменты, да и сами ферменты служат медикаментами. Ферменты, или энзимы, катализируют миллионы химических превращений в клетках животных, растений, микроорганизмов и воздействуют на соответствующие субстраты вне клетки. Ферменты используются в пищевой промышленности и во многих областях деятельности человека.

Современное состояние биотехнологии в России и в мире

В настоящее время в мире действуют более 3000 биотехнологических компаний, и число их постоянно растет. В наиболее развитых странах мира по инвестиционной привлекательности биотехнологии уступают сегодня лишь информационным технологиям. Например, в США 70 процентов финансирования науки расходуется на исследования в области биотехнологий, это более 100 млрд. долл. в год. В Китае эта цифра составляет свыше 1 млрд. долларов, в России – всего лишь несколько десятков миллионов долларов. Доля нашей страны в объеме мировой биотехнологической продукции сегодня 0,2-0,5 %, хотя в конце 80-х годов она была в десять раз больше. Многие биотехнологические производства полностью исчезли. Примером тому является производство важнейшей кормовой добавки - лизина. СССР был лидером по выпуску этой аминокислоты и обгонял США в десять раз. Сегодня лизин в России вообще не выпускается и завозится только по импорту. Резко сократилось производство кормового белка. Закупается подавляющая часть биотехнологической продукции, использующейся в отечественной пищевой промышленности (это, прежде всего закваски для производства кисломолочных продуктов, дрожжи и ферменты для производства спирта и мясопереработки). Такая же ситуация сложилась и с медицинскими препаратами, производимыми на основе биотехнологий. До начала 90-х годов страна полностью обеспечивала себя антибиотиками. Сегодня почти все заводы по их производству либо устарели, либо вообще не работают. Для России сегодня важно не догонять западных производителей, а определить те разделы биотехнологии, которыми еще никто не занимается. За последний год Обществом биотехнологов России были выработаны приоритетные направления развития науки и производства. В России остался большой потенциал, потеряны еще не все позиции. Необходимо наращивать усилия по разработке новых перспективных биотехнологий. По мнению экспертов, продукция, получаемая с применением биотехнологий, составит к 2010 году около 30 % мирового рынка химикатов. Именно развитие биотехнологии будет определять качество жизни людей в XXIвеке.

Роль биотехнологии в решении глобальных проблем человечества

Биотехнология позволяет существенно интенсифицировать производство, повышать эффективность использования природных ресурсов, решать экологические проблемы, создавать новые источники энергии, а в рамках международного сотрудничества - решать мировые кризисные проблемы, связанные с восполнением дефицита белка и энергии, предотвращением опасных заболеваний, охраной окружающей среды.

Учитывая важность биотехнологии на современном этапе существования человечества, в ее развитие вкладываются огромные средства. Более половины этих средств идет на развитие медицинской биотехнологии, так как она решает основные проблемы жизнеобеспечения человека.

Ферменты как биологические катализаторы

Многочисленные биохимические реакции в живых организмах протекают в мягких условиях при температурах, близких к 40 С, и значениях рН, близких к нейтральным. В этих условиях скорости протекания большинства реакций ничтожно малы, поэтому для их приемлемого осуществления необходимы специальные биологические катализаторы – ферменты (fermentum – закваска) или энзимы (enzume – в дрожжах).

Ферменты обладают высокой специфичностью по отношению к субстрату, т.е. тому соединению, превращение которого он ускоряет. Контакт фермента с субстратом происходит с помощью активного центра. Обычно это небольшая часть молекулы фермента, в которой выделяют две зоны: связывающую и каталитическую.

Строение ферментов

В 1963 г. была расшифрована первичная структура лизоцима -фермента животного происхождения. Было установлено, что этот белок состоит из 129 аминокислот.

Часть ферментов представляет собой сложные белки (протеиды), содержащие кроме белковой части (апофермента) небелковую (простетическую часть или кофермент). В качестве кофермента обычно выступают витамины или ионы металлов.

Ферменты синтезируются, как все белки, на рибосомах и локализуются в цитоплазме и в различных субструктурах, встроенных в мембраны; находятся на поверхности клетки или окружающей клетку среде.

Перед контактированием с ферментом в молекуле субстрата происходят некоторые изменения формы, которая точно «подгоняется» к форме активного центра фермента по принципу «ключа и замка».

Виды и свойства ферментов

Всего известно около 3 000 различных ферментов, их делят на 6 классов. Таблица

Основные классы ферментов

Наименование	Катализируемые реакции	Примеры
Оксидоредуктазы	Восстановительные и окислительные процессы	Глюкозооксидаза, каталаза, алкоголь- дегидрогеназа
Трансферазы	Перенос различных химических групп от одного субстрата к другому	Протеинкиназа, гликогенфосфорилаза, пируваткиназа
Гидролазы	Гидролитическое расщепление химических связей субстратов	Протеазы, амилазы, целлюлазы
Лиазы	Отщепление химической группы с образованием двойной связи или, например, присоединение химической группы по двойной связи	Аспартаза, фумараза
Изомеразы	Изменения в пределах молекулы субстрата	Глюкозоимераза, триозофосфатизомераза
Лигазы (синтетазы)	Соединение молекул субстрата с использованием высокоэнергетических соединений, например, АТФ	ДНК-лигаза, трипто-фансинтетаза