У цьому розділі ми розглянемо, як виділені з клітин ферменти використовуються в біотехнології.
Ферменти - Це біологічні каталізатори, які дозволяють скоординувати хімічну активність в клітинах. Незважаючи нато що ферменти використовуються людиною вже тисячі років, тільки в кінці XIX ст. ми почали розуміти, як вони працюють. Зараз ми знаємо, що ферменти - це складні білкові молекули із специфічною тривимірної конфігурацією і що їх структура закодована в ДНК. Число можливих конфігурацій може бути нескінченно великою.
Для промисловості ферменти привабливі з двох основних причин. По-перше, завдяки своїй різноманітностіферменти потенційно здатні каталізувати безліч промислово важливих хімічних реакцій. По-друге, вони набагато ефективніші і специфічні, ніж зазвичай використовуються неорганічні каталізатори. При нормальних температурах і тиску в їх присутності здійснюються реакції, які зазвичай вимагають дуже високих температур і тиску. Наприклад, в одному з найбільших в світі промислових виробництв, заснованому на методі Хабера (Haber), аміак (NFb) отримують з газоподібних азоту і водню при температурі 500 ° С і високому тиску. Азотфіксуючі бактерії здатні синтезувати аміак з атмосферного азоту і водню при кімнатній температурі і нормальному атмосферному тиску за допомогою ферментів, використовуючи АТФ як джерело енергії. Якби вдалося розробити технологію отримання амонію за допомогою ферментів, можна було б зберегти дуже багато енергії. Ще однією перевагою ферментів є їх специфічність, яка дозволяє отримувати дуже чисті продукти, що особливо важливо для фармакологічної, харчової та сільськогосподарської промисловості.
Використання ферментів має і ряд недоліків, пов'язаних головним чином з нестабільністю білків, виділених з клітин. Такі білки легко денатурують при зміні температури і рН, і при дії органічних розчинників, які використовуються у виробничих процесах. Вони можуть також інгібувати продуктами реакції. Недоліком є також висока вартість процесів виділення самих ферментів і необхідність використання для цього «безпечних» (наприклад, непатогенних) організмів, особливо, якщо ферменти призначені для одержання продуктів, споживаних тваринами і людиною. В даний час використовується менш 200 ферментів з 2500 виділених та описаних (які в свою чергу складають лише 10% загального числа виявлених в природі). Більшість ферментів виділено всього лише з одинадцяти видів грибів, чотирьох видів дріжджів і восьми видів бактерій.
В майбутньому відкриваються широкі можливості для конструювання нових ферментів. Одна з них - спрямована зміна окремих амінокислот шляхом зміни генів, які кодують ферменти. Ми все глибше пізнаємо закони, за якими білки беруть специфічну тривимірну конфігурацію, тому не виключена поява в найближчому майбутньому цілком нових сконструйованих ферментів. Цей напрямок називається білковою інженерією. Крім того, чим більше ми дізнаємося про те, як працюють ферменти, тим більш імовірно, що ми зможемо сконструювати небілкові або частково небілкові каталізатори, які набагато стабільніше, ніж звичайні ферменти. Можливо, саме цей напрям виявиться найпривабливішим для підприємців. Серед напрямків, які окупляться негайно, - пошук природних ферментів, що є більш досконалою альтернативою використовуваним в даний час. Все це вимагає величезних інвестицій в дослідження і розробки.
Зараз ферменти у виробничому процесі використовують багато фармацевтичні компанії, виробники сиру, пива і вина, виробники детергентів, текстилю, фруктових соків і т. п. Рівень світового продажу ферментів в даний час перевищує 1 млрд. доларів на рік. У таблиці наведені деякі дані про використання ферментів.