Mikrobiologija. Pirminis ir antrinis metabolizmas ir medžiagų apykaitos produktai Antriniai metabolitai
Siųsti savo gerą darbą žinių bazėje yra paprasta. Naudokite žemiau esančią formą
Studentai, magistrantai, jaunieji mokslininkai, kurie naudojasi žinių baze savo studijose ir darbe, bus jums labai dėkingi.
Publikuotas http://www.allbest.ru/
Rusijos Federacijos žemės ūkio ministerija
Mokslo ir technologijų politikos ir švietimo katedra
Federalinė valstybės biudžetinė aukštojo mokslo įstaiga
„Volgogrado valstybinis agrarinis universitetas“
Fakultetas: Biotechnologijos ir veterinarijos medicina
Skyrius: „Veterinarinė sanitarinė ekspertizė, infekcinės ligos ir morfologija“
ATASKAITA
Disciplina: „Biotechnologijos“
tema: „Pirminiai ir antriniai mikroorganizmų metabolitai“
Atlikta:
E. S. Ponyševa
Patikrinta:
Marina Efimovna Spivak
Volgogradas 2018 m
Biotechnologija pirminiams metabolitams gauti
Pirminiai metabolitai yra mažos molekulinės masės junginiai, būtini mikroorganizmams augti: vieni jų yra makromolekulių statybinės medžiagos, kiti dalyvauja kofermentų sintezėje. Tarp svarbiausių pirminių metabolitų pramonei galima išskirti fermentus, aminorūgštis ir vitaminus.
Aminorūgščių gamyba
Pramonėje aminorūgštys gaunamos:
1) natūralių baltymų turinčių žaliavų hidrolizė; 2) cheminė sintezė; 3) mikrobiologinė sintezė; 4) aminorūgščių pirmtakų biotransformacija naudojant mikroorganizmus arba išskirtus iš jų.
Perspektyviausia ir ekonomiškai naudingiausia yra mikrobiologinė aminorūgščių sintezė. Jo pranašumas yra galimybė gauti L-amino rūgštis iš atsinaujinančių žaliavų. Tarp aminorūgščių gamintojų yra mielės (30%), aktinomicetai (30%), bakterijos (20%). Brevibacterium flavum ir Corynebacterium glutamicum paverčia daugiau nei trečdalį cukrų lizinu. Gamintojų atrankai naudojami mikroorganizmai, priklausantys Micrococcus, Brevibacterium, Corynebacterium, Arthrobacter gentims.
Vitaminų gamyba
Vitaminai – tai grupė nepakeičiamų įvairios cheminės prigimties organinių junginių, būtinų bet kuriam organizmui nedidelėmis koncentracijomis ir atliekantys jame katalizines bei reguliavimo funkcijas. Tik autotrofiniai organizmai turi galimybę sintetinti vitaminus. Beveik visus žinomus vitaminus galima gauti naudojant mikrobiologinį metodą. Tačiau ekonomiškiau yra gauti vitaminus izoliuojant iš natūralių šaltinių arba cheminės sintezės būdu. Su mikroorganizmų pagalba patartina gauti sudėtingos struktūros vitaminų: β-karotino, B2, B12 ir vitamino D pirmtakų.
Organinių rūgščių gamyba
Šiuo metu nemažai organinių rūgščių gaunama pramoniniu mastu biotechnologiniais metodais. Iš jų citrinos, gliukono, ketogliukono ir itakono rūgštys gaunamos tik mikrobiologiniais metodais, pieno, salicilo ir acto rūgštys – tiek chemiškai, tiek mikrobiologiškai, obuolių – cheminiais ir fermentiniais metodais. Acto rūgštį gamina Acetobacter ir Gluconobacter, citrinos rūgštį gamina Aspergillus niger, Aspergillus gotii, o pieno rūgštį gamina Lactobacillus delbrueckii.
Antrinių metabolitų gavimo biotechnologija
Gavimo principai grindžiami jų susidarymo mikroorganizmų ląstelėse ypatumais. Antrinių metabolitų biosintezė yra specifinė fazei ir vyksta pasibaigus augimo stadijai, idiofazėje, dėl kurios jie vadinami idiolitais.
Gauti antibiotikus
Antibiotikai yra didžiausia farmacinių junginių klasė, kurią sintetina mikrobų ląstelės. Ši klasė apima priešgrybelinius vaistus, vaistus nuo vėžio ir alkaloidus. Jie naudojami augalininkystėje, gyvulininkystėje, veterinarijoje, maisto pramonėje ir medicinoje.
Yra keli būdai gauti tiek natūralių, tiek pusiau sintetinių antibiotikų:
1) mikroorganizmo gamintojo fermentacija su tinkamu pirmtaku, kuris skatina antibiotikų sintezę idiofazėje;
2) blokuotų mutantų naudojimas. Kuriems blokuojama norimo antibiotiko sintezė. Naudojant žemą fermentų substrato specifiškumą ir įvedant antibiotikų pirmtakų analogus, jie paverčiami paties antibiotiko analogais.
Šis procesas vadinamas biosinteze arba mutasinteze:
a) daroma prielaida, kad antibiotiko sintezę lemiančių reakcijų seka;
b) antibiotikų sintezės nebuvimas „užblokuotame“ mutante; c) modifikuoto antibiotiko sintezė įvedus pirmtako analogą (D *)
Pramoniniu požiūriu svarbių steroidų gavimas
Steroidai – tai didelė grupė biologiškai svarbių junginių, įskaitant lytinius hormonus, širdies glikozidus, tulžies rūgštis, vitaminus, alkaloidus, augalų augimo reguliatorius. Steroidai yra pagrįsti perhidrociklopentanofenantreno skeletu.
Biotransformacija – pirminių organinių junginių (pirmtakų) virsmo į tikslinį produktą reakcijos, naudojant gyvų organizmų ląsteles arba iš jų išskirtus fermentus. Mikrobų ląstelių gebėjimas labai specifinei biotransformacijai naudojamas gaminant steroidus. Ląstelių fermentų absoliutaus stereospecifiškumo ir substrato specifiškumo panaudojimas leido sukurti sąlygas daugeliui cheminių reakcijų struktūriniams steroidų pertvarkymams įgyvendinti. Dėl to buvo gauti nauji junginiai, pasižymintys geresnėmis farmakologinėmis savybėmis.
Fermentai
Fermentai yra biologiniai katalizatoriai. Jie katalizuoja tūkstančius cheminių reakcijų, kurios sudaro mikroorganizmo metabolizmą. Šiuo metu žinoma apie du tūkstančius fermentų.
Fermentai yra baltymai, kurių molekulinė masė svyruoja nuo 10 000 iki kelių milijonų. Fermento pavadinimą suteikia medžiaga, kurią jis veikia, pakeitus galūnę į „aza“. Pavyzdžiui, celiuliazė katalizuoja celiuliozės hidrolizę į celiobiozę, ureazė – karbamido (karbamido) hidrolizę į amoniaką ir CO2 ir tt Tačiau dažniau fermentas gauna pavadinimą, nurodantį jo katalizuojamos cheminės reakcijos pobūdį.
Šiuolaikinė fermentų klasifikacija taip pat pagrįsta jų katalizuojamų reakcijų pobūdžiu. Pagal Tarptautinės biochemijos sąjungos fermentų komisijos parengtą klasifikaciją jie skirstomi į šešias pagrindines klases.
Oksidoreduktazė yra fermentai, katalizuojantys redokso reakcijas. Jie atlieka svarbų vaidmenį biologinėje energijos gamyboje. Tai dehidrogenazės (NAD, NADP, FAD), citochromai (b, c, c1 a, a3) d fermentai, dalyvaujantys pernešant vandenilį, elektronus ir deguonį ir kt.
Transferazės. Jie katalizuoja atskirų radikalų, molekulių dalių ar ištisų atominių grupių perkėlimą iš vieno junginio į kitą. Pavyzdžiui, acetiltransferazės perneša acto rūgšties likučius – CH3CO, taip pat riebalų rūgščių molekules; fosfotransferazės arba kinazės sukelia fosforo rūgšties likučių H2P032- pernešimą. Yra žinoma daug kitų transferazių (aminotraisferazės, fosforilazės ir kt.).
Hidrolazės katalizuoja sudėtingų junginių, tokių kaip baltymai, riebalai ir angliavandeniai, skilimo ir sintezės reakcijas, dalyvaujant vandeniui. Šiai klasei priklauso proteolitiniai fermentai (arba peptidų hidrolazės), kurie veikia baltymus arba peptidus; gliukozidų hidrolazės, atliekančios katalizinį angliavandenių ir gliukozidų skaidymą (β-fruktofuranozidazė, b-gliukozidazė, a- ir β-amilazė, β-galaktozidazė ir kt.); esterazės, katalizuojančios esterių (lipazių, fosfatazių) skilimą ir sintezę.
Liazė apima fermentus, kurie katalizuoja tam tikrų cheminių grupių skilimą iš substratų, susidarant dviguboms jungtims arba prie dvigubų ryšių pridedant atskirų grupių ar radikalų. Taigi piruvato dekarboksilazė katalizuoja CO2 pašalinimą iš piruvo rūgšties:
Liazėms taip pat priklauso fermentas aldolazė, kuri padalija šešių anglies fruktozės-1,6-difosfato molekulę į du trijų anglies junginius. Aldolazė turi didelę reikšmę medžiagų apykaitos procese.
Izomerazė atlikti organinių junginių pavertimą jų izomerais. Izomerizuojant vyksta intramolekulinis atomų, atominių grupių, įvairių radikalų judėjimas ir kt.. Izomerizuojasi angliavandeniai ir jų dariniai, organinės rūgštys, aminorūgštys ir kt.. Šios grupės fermentai vaidina svarbų vaidmenį daugelyje medžiagų apykaitos procesų. Tai yra triozės fosfato izomerazė, gliukozės fosfato izomerazė ir kt.
Ligazės katalizuoti sudėtingų organinių junginių sintezę iš paprastų. Pavyzdžiui, asparagino sintetazė sintetina asparagino amidą iš asparto rūgšties ir amoniako, privalomai dalyvaudama adenozino trifosforo rūgštyje (ATP), kuri suteikia energijos šiai reakcijai:
Asparto rūgštis + NH3 + ATP - * asparaginas + ADP + H3P04
Ligazių grupei taip pat priklauso karboksilazės, kurios katalizuoja CO2 pridėjimą prie įvairių organinių rūgščių. Pavyzdžiui, fermentas piruvato karboksilazė katalizuoja oksaloacto rūgšties sintezę iš piruvo rūgšties ir CO2.
Pagal savo struktūrą fermentai skirstomi į dvi dideles klases:
1) kurie yra paprasti baltymai,
2) kurie yra sudėtingi baltymai.
Pirmajai klasei priskiriami hidroliziniai fermentai, antrajai, gausesnei klasei – fermentai, kurie atlieka oksidacines funkcijas ir dalyvauja įvairių cheminių grupių perdavimo reakcijose. Antros klasės fermentai, be baltyminės dalies, vadinamos apofermentu, turi ir nebaltyminę grupę, kuri lemia fermento aktyvumą – kofaktorių. Atskirai šios dalys (baltyminės ir nebaltyminės) neturi fermentinio aktyvumo. Fermentams būdingas savybes jie įgyja tik susijungę. Apofermento kompleksas su kofaktoriumi vadinamas holofermentu.
Kofaktoriai gali būti arba metalo jonai (Fe, Cu, Co, Zn, Mo ir kt.), arba sudėtingi organiniai junginiai, vadinami kofermentais, arba abu. Kofermentai dažniausiai atlieka tarpinių elektronų, atomų, grupių nešėjų vaidmenį, kurie dėl fermentinės reakcijos pereina iš vieno junginio į kitą. Kai kurie kofermentai yra glaudžiai susiję su fermento baltymu; jie vadinami fermento protezų grupe. Daugelis kofermentų yra identiški arba gaunami iš tam tikrų B grupės vitaminų.
Kofermentams priskiriamos, pavyzdžiui, aktyvios dehidrogenazių grupės – nikotinamido adenino dinukleotidas (NAD) arba nikotinamido adenino dinukleotido fosfatas (NADP). Šie kofermentai apima nikotino rūgštį – vieną iš B grupės vitaminų. Vitaminų taip pat yra ir kituose kofermentuose. Taigi, tiaminas (vitaminas B1) yra tiamino pirofosfokinazės, dalyvaujančios piruvo rūgšties metabolizme, dalis, pantoteno rūgštis yra kofermento A sudedamoji dalis, o riboflavinas (vitaminas B2) yra flavoproteinų fermentų protezų grupė. Vitaminų svarba gyvų organizmų mityboje yra būtent dėl to, kad jų yra kofermentuose.
Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, fermentai pagreitina chemines reakcijas, sumažindami laisvosios aktyvacijos energiją (energijos kiekį, reikalingą tam, kad tam tikroje temperatūroje visos vieno molio medžiagos molekulės būtų perkeltos į aktyvuotą būseną).
Pagrindinė fermentų savybė, išskirianti juos iš kitų katalizatorių, yra jų katalizuojamų fermentinių reakcijų specifiškumas. Kiekvienas fermentas katalizuoja tik vieną specifinę reakciją.
Dėl didelio fermentinių reakcijų specifiškumo manoma, kad fermento molekulės vieta, vadinama kataliziniu centru, prie kurios yra prijungta substrato molekulė, turi tam tikrą erdvinę konfigūraciją, kuri tinka tik substrato molekulei ir neatitinka jokios. kitos molekulės.
Fermentų aktyvumas priklauso nuo įvairių faktorių: santykinės fermento ir substrato koncentracijos, temperatūros, pH ir kt. Kiekvienas fermentas turi savo optimalią temperatūrą ir pH. Daugelis fermentinių reakcijų yra grįžtamos, nors fermentų aktyvumas retai būna vienodas abiem kryptimis.
Nepaisant mažo dydžio, kiekviena mikroorganizmo ląstelė gali gaminti daug skirtingų fermentų, atliekančių skirtingas funkcijas. Paprastai metabolizme dalyvaujantys fermentai yra organizmo ląstelėje, todėl jie vadinami tarpląsteliniais fermentais arba endofermentais. Kai kuriuos fermentus mikroorganizmų ląstelės išskiria į aplinką ir jie vadinami ekstraląsteliniais fermentais arba egzofermentais. Paprastai hidroliziniai fermentai patenka į išorinę aplinką, skaidydami didelės molekulinės masės junginius, kurie negali prasiskverbti į mikroorganizmo ląstelę. Skilimo produktus ląstelė lengvai pasisavina ir panaudoja kaip maistines medžiagas.
Fermentai vaidina svarbų vaidmenį mikroorganizmų mityboje. Daugybė įvairių mikroorganizmų ląstelių sintezuojamų fermentų leidžia jiems skaidant mitybai panaudoti daugybę junginių (angliavandenių, baltymų, riebalų, vaškų, aliejaus, parafinų ir kt.).
Aminorūgščių gamyba
Aminorūgščių gamyba pasaulyje nuolat auga ir šiuo metu siekia apie 400 tūkst. tonų per metus, nors manoma, kad jų paklausa yra daug didesnė. Kaip jau minėta, aminorūgščių (ypač nepakeičiamųjų) trūkumas maiste neigiamai veikia augimą ir vystymąsi. Taigi, į gyvūnų pašarus įdėjus kelių frakcijų a% trūkstamos rūgšties, baltymų pašarinė vertė gali padidėti daugiau nei du kartus. Iš visų galimų aminorūgščių gavimo būdų (cheminių, mikrobiologinių ir kt.) pirmenybė teikiama mikrobiologiniams: nors mikrobų gamybos organizavimo negalima pavadinti paprastu, jo pranašumas slypi optiškai grynų (L-amino rūgščių) sintezėje. , o cheminės sintezės metu susidaro raceminis L- ir D-aminorūgščių mišinys, kurį sunku atskirti. Mikrobinė aminorūgščių sintezė pagrįsta griežtai apibrėžto tikslinės rūgšties gamintojo auginimu tam tikros sudėties terpėje su griežtai apibrėžtais fermentacijos parametrais. Gamintojai yra bakterijų padermės, gautos atliekant mutantų atranką arba naudojant genų inžinerijos metodus. Viena vertus, mutantinės bakterijos prarado galimybę savarankiškai sintetinti kai kurias medžiagas, kita vertus, įgijo galimybę per daug sintetinti tikslinę aminorūgštį. Jau praėjusio amžiaus aštuntajame dešimtmetyje buvo gauti superproduktoriai iš Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus ir kitų genčių mikrobai, kurių pagalba galima gaminti visas žinomas aminorūgštis. Šiuo metu yra superprodiuserių, kuriuose susintetinamo specifinio baltymo kiekis siekia 10-50% (čia svarbiausią vaidmenį atlieka daugiakopės plazmidės, turinčios įterptus genus).
Aminorūgščių gavimo technologija pagrįsta gamintojų fermentacijos ir pirminių metabolitų išskyrimo principais, tai yra, motininė kultūra dauginama pirmiausia agaro terpėje mėgintuvėliuose, po to skystoje terpėje kolbose, inokuliatoriuose ir inokuliantuose. , o paskui pagrindiniuose fermentatoriuose. Jei amino rūgštis tiekiama kaip pašarų priedas, tai pašarinio produkto biotechnologinis procesas apima šiuos etapus: fermentacija, aminorūgšties stabilizavimas kultūros skystyje prieš išgarinimą, vakuuminis garinimas, išgarinto tirpalo standartizavimas pridedant gatavo produkto užpildas, džiovinimas ir pakavimas, kuriame pagrindinės medžiagos neturėtų būti daugiau kaip 10%. Jei aminorūgštis naudojama kaip vaistas, gaunami išskirti gryni kristalai, kurie džiovinami vakuume ir supakuojami.
Yra žinomi du aminorūgščių gamybos būdai: vienos pakopos ir dviejų pakopų. Pagal pirmąjį metodą, pavyzdžiui, mutantinis auksotrofinis kamienas – aminorūgščių gamintojas – auginamas optimalioje biosintezei aplinkoje.
Taikant dviejų etapų metodą, gamintojas mikrobas yra kultivuojamas terpėje, kurioje jis gauna ir susintetina visas reikalingas sudedamąsias dalis tolimesnei tikslinio produkto sintezei. Dviejų etapų proceso schemą galima pateikti taip: Jeigu aminorūgščių biosintezės fermentai kaupiasi ląstelėje, tai po 1 etapo ląstelės atskiriamos, suardomos, panaudojamos ląstelių sultys. Kitais atvejais ląstelės yra naudojamos tiesiogiai tikslinių produktų biosintezei.
Glutamo rūgštis yra pirmoji mikrobiologiškai gauta aminorūgštis. Mutantai, užtikrinantys per didelę šios rūgšties sintezę, nebuvo gauti, o šios aminorūgšties „perprodukcija“ siejama su ypatingomis sąlygomis, kurioms esant sutrinka membraninių fosfolipidų sintezė. Glutamo rūgštį sintetina tik Corynebacterium glutamicum ir Brevibacterium flavum kultūros. Jo gamybos substratai yra gliukozė ir acto rūgštis, o 60-ųjų pradžioje. praėjusio amžiaus buvo naudojami ir n-parafinai. Ypatingos sąlygos kultūroms augti sukuriamos į kultūros skystį pridedant penicilino, kuris slopina ląstelės sienelės sintezę, arba sumažinant (palyginti su optimalia) biotino (vitamino B7) koncentraciją terpėje, kuri sukelia struktūrinius ir funkcinius ląstelės membranos pokyčius, taip padidindamas jos pralaidumą glutamo rūgščiai, paliekančiai ląstelę kultūros skystyje. Glutamo rūgšties natrio druska plačiai naudojama maisto pramonėje, siekiant pagerinti konservuotų ir šaldytų maisto produktų skonį.
Vitaminai
Vitaminai yra mažos molekulinės masės organinės medžiagos, turinčios biologinį aktyvumą. Natūralioje aplinkoje šių BAS atstovų šaltiniai yra augalai ir mikroorganizmai. Pramonėje vitaminai daugiausia gaunami cheminės sintezės būdu. Tačiau vyksta ir mikrobiologinė šių junginių gamyba. Pavyzdžiui, menachinonai ir kobalaminai yra išskirtinai mikrobų produktai. Mikrobiologiniu būdu gaunami tik keli vitaminai: B12 (cianokobalaminas), B2 (riboflavinas), vitaminas C ir ergosterolis.
Gana perspektyvi biotechnologijų kryptis – mikrobiologinė biotino, kuris gyvulininkystėje naudojamas kaip pašarų priedas, sintezė. Šiuo metu, norėdami gauti biotiną, jie naudojasi chemine sinteze.
Vitaminas B12
Pasaulyje vitamino B12 pagaminama 9-11 tūkst.kg per metus. Maždaug pusė jų naudojama medicinos reikmėms, likusi dalis naudojama gyvulininkystėje kaip pašarų priedai.
Natūralūs vitamino B12 gamintojai buvo rasti tarp propiono rūgšties bakterijų p. Propionibakterijos, kurios sintetina nuo 1 iki 8 mg/l šio vitamino. P. shermanii M82 mutantas buvo gautas naudojant genetinės atrankos metodus, kurie duoda iki 60 mg/l produkto.
Gamintojas B. rettgerii taip pat naudojamas mikrobiologinei B12 sintezei. Aktinomicetai ir giminingi mikroorganizmai taip pat naudojami kaip aktyvūs vitamino B12 gamintojai: mutacijų ir laipsniško atrankos būdu buvo gautas Nocardia rugosa štamas, sukaupęs iki 18 mg/l B12.
Aktyvių B12 gamintojų buvo rasta tarp Micromonospora atstovų.
Didelį natūralų produktyvumą turi metanotrofų Methanosarcina, Methanococcus atstovai, tarp kurių išskirta Methanococcus halophilus padermė, kurios produktyvumas yra didžiausias tarp natūralių padermių – 16 mg 1 g biomasės.
Didelį kiekį B12 sintetina anaerobinės bakterijos p. Clostridium, kuris ypač efektyvus technologijoms.
Tarp Pseudomonas žinomi aktyvūs B12 gamintojai. P. denitricans buvo gautas mutantas, duodantis iki 59 mg/l optimizuotoje terpėje. Padermė yra patentuota „Merck“ pramoninei B12 gamybai.
Rusijoje plačiausiai naudojama Propionibacterium freudenreichii. Kultūros augimui jie auginami su kukurūzų ekstraktu ir gliukoze anaerobinėmis sąlygomis 72 valandas. Antroje sintezės fazėje į fermentatorių įvedamas pirmtakas – specifinė azoto bazė ir dar 72 valandas vyksta fermentacija, tada iš bakterijų biomasės išgaunamas B12 ir išvalomas chemiškai. Šis vitaminas naudojamas medicininiais tikslais.
Gyvulininkystės reikmėms B12 gaunamas naudojant mišrią kultūrą, kurioje yra bakterijos Methanosarcina barkeri, Methanobacterium formicum. B12 kiekis kultūroje siekia 6,5 mg/g sausos biomasės.
Riboflavinas
Vitaminą B2 natūraliai gamina augalai, mielės, siūliniai grybai, taip pat kai kurios bakterijos.
Tarp prokariotų mikobakterijos ir acetobutilo bakterijos yra gerai žinomos flavinų gamintojos. Aktinomicetai – Nocardia eritropolis. metabolitas amino rūgštis vitaminų fermentas
Gijiniai grybai yra Aspergillus niger ir Eremothecium ashbyi.
Mikrobiologiškai pagamintas riboflavinas gyvulininkystėje naudojamas tik kaip pašarų priedas. Pagrindinis pašarų riboflavino gamintojas yra Eremothecium ashbyi, kuris auginamas ant kukurūzų arba sojų miltų su mineraliniais priedais. Auginimas atliekamas prieš pasirodant sporoms. Geriausi jo gamintojai, gauti per mutacijas ir laipsnišką atranką, pagamina iki 600 mg/l produkto. Tada kultūros skystis išgarinamas ir naudojamas kaip miltelių priedas pašarams gyvulininkystėje.
Ergosterolis
Ergosterolis yra riebaluose tirpaus vitamino D2 gamybos pirmtakas. Ergosterolis taip pat yra pagrindinis mielių sterolis, todėl šie mikroorganizmai yra pagrindinis veisimo darbo šaltinis. Taigi, Saccharomyces carlbergensis duoda iki 4,3 mg/l, S. ellipsoideus – 1,5 mg/l, Rhodotorula glutinis – 1 mg/l, Candida utilis – 0,5 mg/l produkto.
Plačiausiai gamyboje naudojamos mielės Saccharomyces carlbergensis, taip pat S. cerevisiae.
Pastaraisiais metais pasigirdo pranešimų apie pramoninę vitamino C gamybą. Pranešama apie gamintoją gaminant genetiškai modifikuotus metodus: Corynebacterium genai buvo perkelti į Erw. herbicola.
Rekombinantinė padermė sujungia ervinio gebėjimą paversti gliukozę į gliukono rūgštį su korinebakterijų gebėjimu pastarąją paversti gulono rūgštimi, kuri chemiškai paverčiama askorbo rūgštimi.
Karotinoidai
Karotinoidai – tai didelė grupė natūralių pigmentų, kuriuos sintetina chemo ir fototrofai: prokariotai, siūliniai grybai ir mielės, dumbliai ir aukštesni augalai.
Mikroorganizmų sintetinami karotinoidai ląstelėje egzistuoja laisvos formos, taip pat glikozidų pavidalu, riebalų rūgščių esterių ir karotino-baltymų kompleksų pavidalu. Šių junginių vertė žinduoliams yra ta, kad jie yra vitamino A šaltinis.
Iki šiol tikri karotenoidų gamintojai nebuvo sukurti, o mikroorganizmų karotinoidai iš mikroorganizmų išskiriami daugiausia ekstrahuojant.
Šiuo metu aprašyta apie 500 skirtingų karotinoidų. Struktūriškai karotenoidai yra chromoforas (arba branduolys), sujungtas su izopreno liekanomis. Išskirtinis chromoforo bruožas yra konjuguotų dvigubų jungčių buvimas. Karotinoidų spalvos intensyvumas priklauso nuo šių jungčių skaičiaus. Taigi alifatiniai karotenoidai, kuriuose yra ne daugiau kaip 5 konjuguotos jungtys, yra nedažyti junginiai.
Tarp jų didžiausią reikšmę turi fitoinas ir fitofluinas. Neurospora crassa susintetinti karotinoidai turi 9 konjuguotus ryšius ir yra ryškiai geltonos spalvos. Padidėjus dviguboms jungtims, spalva padidėja iki raudonos ir violetinės.
Aukštesniųjų karotinoidų molekulėje yra iki 45-50 anglies atomų. Šie karotenoidai apima Sarcina lutea gaminamą sarkinaksantiną.
Kai kurie karotenoidai gali turėti galinę grupę, pavyzdžiui, grybelio Aleuria aurantia aleureaksantino.
Kiti karotenoidai turi galinę hidroksi grupę, pavyzdžiui, Blakeslea trispora hidroksifleiksantinas.
Karotinoidų išsidėstymas mikroorganizmų ląstelėse yra skirtingas. Taigi fototrofiniuose mikroorganizmuose karotenoidai koncentruojasi fotosintezės aparate. Chemotrofiniuose jie yra susiję su ląstelės membrana. Kai kuriuose (Micrococcus radiodurans) jie yra lokalizuoti ląstelės sienelėje. Grybuose – citoplazmos lipidų rutuliuose.
Karotinoidai atlieka antioksidantų vaidmenį ląstelėje ir apsaugo ją nuo peroksidacijos reiškinio. Be to, karotinoidai yra kamerų spąstai, renkantys šviesos energiją.
Karotinoidų gavimas pramonėje
Tradiciniai karotinoidų gavimo būdai apsiriboja biomasės homogenizavimu ir karotinoidų ekstrahavimu poliniais tirpikliais (acetonu, metanoliu). Atskiri karotinoidai gaunami atskiriant plonasluoksne chromatografija silikagelyje. Kitas labiausiai paplitęs yra karotinoidų cheminė sintezė.
Tradiciniai karotinoidų mikrobų sintezės gamintojai yra bakterijos, siūliniai grybai ir mielės. Tarp fototrofinių bakterijų galima pastebėti Chloroexus ir kai kurias Rhodopseudomonas rūšis. Ši bakterijų grupė įdomi tuo, kad, priklausomai nuo apšvietimo intensyvumo, jose gali būti reguliuojama karotinoidų išeiga.
Antibiotikai
Tradicinės antibiotikų arba antibiotinių medžiagų sampratos yra susijusios su plačiu jų naudojimu šiuolaikinėje medicinoje ir veterinarijoje. Kai kurie antibiotikai naudojami kaip gyvūnų augimo stimuliatoriai, kovojant su augalų ligomis, konservuojant maistą ir atliekant mokslinius tyrimus (biochemijos, molekulinės biologijos, genetikos ir onkologijos srityse).
Šiuolaikinis termino „antibiotikas“ apibrėžimas priklauso M.M. Shemyakin ir A.S. Khokhlov (1961), kuris pasiūlė antibiotinėmis medžiagomis laikyti visus medžiagų apykaitos produktus bet kokių organizmų, galinčių selektyviai naikinti arba slopinti mikroorganizmų (bakterijų, grybelių, virusų ir kt.) augimą ir vystymąsi, taip pat kai kuriuos piktybinius navikus.
Pagal klasifikaciją, pagrįstą chemine struktūra, visi aprašyti antibiotikai gali būti suskirstyti į šias grupes:
1) acikliniai junginiai (išskyrus riebalų rūgštis ir terpenus);
2) alicikliniai junginiai (įskaitant tetraciklinus);
3) aromatiniai junginiai;
4) chinonai;
5) deguonies prisotinti heterociklai;
7) peptidai.
Trečdaliui žinomų antibiotikų buvo nustatyta visa cheminė struktūra, ir tik pusę jų galima gauti chemiškai. Todėl mikrobiologinis antibiotikų agentų gavimo būdas yra labai aktualus.
Antibiotikų sintezė mikroorganizmais yra viena iš antagonizmo formų; susijęs su tam tikru metabolizmo pobūdžiu, kuris atsirado ir fiksuojamas jo evoliucijos eigoje, tai yra, tai yra paveldimas požymis, išreikštas vienos ar kelių specifinių, griežtai specifinių kiekvienai antibiotinių medžiagų rūšiai, susidarymu. Veikdamas pašalinę mikrobinę ląstelę, antibiotikas sukelia didelių jos vystymosi sutrikimų. Dalis antibiotikų geba slopinti bakterijų ląstelės membranos sintezę dauginimosi laikotarpiu, kiti veikia jos citoplazminę membraną, keičia pralaidumą, dalis yra medžiagų apykaitos reakcijų inhibitoriai. Nepaisant intensyvaus įvairių antibiotikų veikimo mechanizmo tyrimo, jų poveikis medžiagų apykaitai net ir bakterijų ląstelėse, kurios yra pagrindiniai tyrimų objektai, toli gražu nėra iki galo atskleista.
Šiuo metu aprašyta daugiau nei 3000 antibiotikų, tačiau tik 150 iš jų buvo panaudoti praktiškai. Žemiau apžvelgsime tų jų, kurie priklauso mikroorganizmų apykaitos produktams ir rado pritaikymą žemės ūkyje kaip tinkamus pašarų priedus (pašarų antibiotikus) ir kaip augalų apsaugos produktus, gamybos technologijas.
Daugelį metų antibiotikai buvo naudojami kaip ūkinių gyvūnų ir naminių paukščių augimo stimuliatoriai, kaip kovos su augalų ligomis ir pašalinės mikrofloros priemonė daugelyje fermentacijos pramonės šakų, kaip maisto konservantai. Jų naudojimas žemės ūkyje sumažina, ypač jaunų gyvūnų, sergamumą ir mirtingumą, pagreitina gyvulių ir naminių paukščių augimą ir vystymąsi, padeda sumažinti suvartojamų pašarų kiekį vidutiniškai 5-10 proc. . Kiaulių auginimui naudojant antibiotikus, iš 1000 kiaulių papildomai gauna 100 120 centnerių mėsos, nuo 1000 vištų dedeklių - iki 15 tūkstančių kiaušinių per metus. Antibiotinių medžiagų stimuliuojančio poveikio mechanizmas taip pat negali būti laikomas visiškai išaiškintu. Matyt, mažos koncentracijos antibiotikų poveikio stimuliuojantis poveikis gyvūno organizmui daugiausia siejamas su dviem veiksniais: poveikiu žarnyno mikroflorai arba tiesioginiu poveikiu gyvūno organizmui. Pirmuoju atveju antibiotikai padidina naudingų mikroorganizmų, kurie sintetina vitaminus ir vyrauja prieš patogenines formas, skaičių. Jie sumažina gyvūno organizmui kenksmingų mikrobų, kurie naudoja biologiškai aktyvias medžiagas ir formuoja toksinus, turinčius patogeninių ar sąlyginai patogeniškų formų, skaičių. Antibiotikai veikia žarnyne esančius mikroorganizmus, prisideda prie atsparių padermių susidarymo, mažiau kenksmingų gyvūnui, keičia esamų mikrobų apykaitą. Jie sukelia mikroorganizmų judėjimą gyvūno žarnyne; jų įtakoje mažėja subklinikinių infekcijų, kurios dažnai lėtina jaunų gyvūnų vystymąsi, sumažėja žarnyno turinio pH, sumažėja kūno ląstelių paviršiaus įtempimas, o tai prisideda prie jų dalijimosi pagreitėjimo. .
Antruoju atveju gyvūno organizme stebimas sinergetinis hormonų veikimas, didėja augimo hormonų kiekis, pagreitėja maisto vartojimo procesas, didėja organizmo prisitaikymas prie nepalankių sąlygų. Veikiant antibiotikams, mažėja gyvūno vitaminų poreikis, padidėja audinių vitaminų sintezė, skatinama cukrų ir vitamino A sintezė iš karotino, didėja fermentų sintezės greitis, susidaro mažiau šalutinių produktų. Be to, padidėja audinių absorbcijos gebėjimas, skatinamas metabolitų suvartojimas.
Pašariniai antibiotikai naudojami žalių preparatų pavidalu, tai yra džiovinta gamintojo biomasė, kurioje, be antibiotiko, yra amino rūgščių, fermentų, B grupės vitaminų ir kitų biologiškai aktyvių medžiagų. Gauti preparatai yra standartizuojami pagal aktyvumą arba pagrindinės medžiagos, esančios jų sudėtyje, kiekį, atsižvelgiant į vitamino B12 buvimą jame arba neatsižvelgiant į tai. Visi gaminami pašarų antibiotikai:
a) nenaudojami gydymo tikslais ir nesukelia bakterijų kryžminio atsparumo medicinoje naudojamiems antibiotikams;
b) praktiškai nepatenka į kraują iš virškinamojo trakto;
c) nekeičia jų struktūros organizme;
d) neturi antigeninio pobūdžio, kuris prisideda prie alergijos atsiradimo.
Ilgai vartojant tą patį vaistą, kyla antibiotikams atsparių mikroorganizmų rizika. Siekiant to išvengti, periodiškai keičiamos naudojamos antibiotinės medžiagos arba naudojamas antibiotikų mišinys, siekiant išlaikyti iš pradžių pasiektą efektą reikiamame lygyje.
SSRS kelis dešimtmečius buvo gaminami pašarų preparatai chlortetraciklino pagrindu – biovit, arba pašarų biomicinas, kurių pradinis antibiotiko ir vitamino B12 kiekis skiriasi. Šiuo metu pašarinių antibiotikų gamyba remiasi ir kitais nemedicininiais vaistais, tokiais kaip bacitracinas, grizinas, higromicinas B ir kt.
Per pastaruosius 20 metų antibiotikai buvo naudojami kaip priemonė kovojant su įvairiais fitopatogenais. Augalų užsikrėtimo fitopatogeniniais mikroorganizmais šaltiniai yra skirtingi. Ne išimtis ir paties augalo sėklos, kurios skirtos sėjai. Antibiotinės medžiagos poveikis sumažėja iki augalo sėklose ir vegetatyviniuose organuose esančių fitopatogeninių mikroorganizmų augimo sulėtėjimo arba žūties.
Gauti vaistai turi būti labai aktyvūs prieš ligos sukėlėją augalo aplinkoje, nekenksmingi augalui vartojamomis dozėmis, galintys išlaikyti antibiotikų aktyvumą reikiamą laiką ir lengvai prasiskverbti į atitinkamus augalo audinius.
Tarp antibiotinių medžiagų, kurios buvo plačiausiai naudojamos kovojant su fitopatogenais, pirmiausia yra fitobakteriomicinas, trichotecinas ir polimicinas.
Antibiotikų naudojimas maisto pramonėje gali žymiai sutrumpinti įvairių maisto produktų terminio apdorojimo trukmę juos konservuojant. O tai savo ruožtu užtikrina didesnį juose esančių biologiškai aktyvių medžiagų saugumą, skonį, produktų konsistenciją. Naudojami antibiotikai daugiausia veikia karščiui atsparias klostridijas ir termofilines bakterijas. Veiksmingiausias daržovių konservavimo antibiotikas yra pripažintas Rusijos Federacijoje ir užsienio žemumose. Jis nėra toksiškas žmonėms ir gali perpus sutrumpinti daržovių kepimo laiką. Bet kokių nemedicininių antibiotikų, išskyrus naudojamus maisto ir konservų pramonėje, gamybos technologija yra sukurta pagal vieningą schemą, numatančią visus gamintojo padermės aseptinio pramoninio auginimo ir antibiotikų biosintezės etapus, išankstinis kultūros skysčio apdorojimas, jo vakuuminis išgarinimas, džiovinimas ir gatavo produkto standartizavimas sumaišant su reikiamu užpildo kiekiu. Kaip pastarosios dažniausiai naudojamos sėlenos, įvairių kultūrų aliejiniai pyragaičiai ir kitos organinės ir neorganinės prigimties medžiagos.
Antibiotikų kaupimosi kultūros skystyje dinamika didžiąja dalimi atvejų turi tipišką priklausomybės formą, būdingą antrinių metabolitų biosintezei, t. Todėl pirmaisiais auginimo etapais produkcijos tikslas – sukaupti reikiamą biomasės kiekį (antibiotiko praktiškai nėra). Antibiotiko biosintezė vyksta antrajame pramoninio auginimo etape pagrindiniuose fermentatoriuose, o biosintezės laikas gali būti 2-3 kartus ilgesnis nei gamintojo padermės auginimo laikas.
Nuorodos
1. Biotechnologija: dirbtuvės / S. A. Akimova, G. M. Firsov. - Volgogradas: Volgogradas GAU, 2013 .-- 108 p.
2. Shevelukha V.S., Kalašnikova E.A., Voronin E.S. ir kitos žemės ūkio biotechnologijos. - Vadovėlis. M .: Aukštoji mokykla, 2008 .-- 469
3. Kalašnikova E.A., Kochieva E.Z., Mironova O.Yu. Žemės ūkio biotechnologijų seminaras, M.: KolosS, 2006, 149 p.
Paskelbta Allbest.ru
Panašūs dokumentai
Alkaloidų, izoprenoidų ir fenolinių junginių biosintezė. Empirinė (triviali), biocheminė ir funkcinė antrinių metabolitų klasifikacija, pagrindinės grupės, struktūriniai modeliai. Acetato-malonato kelias fenolinių junginių sintezei.
Kursinis darbas, pridėtas 2014-10-21
Pirmosios ir antrosios fazės mikrobinės sintezės produktų, aminorūgščių, organinių rūgščių, vitaminų gamyba. Didelio masto antibiotikų gamyba. Alkoholių ir poliolių gamyba. Pagrindiniai bioprocesų tipai. Augalų medžiagų apykaitos inžinerija.
Kursinis darbas, pridėtas 2013-12-22
Bioobjektas kaip vaistinių, diagnostinių ir profilaktinių vaistų gamybos priemonė; reikalavimai, klasifikacija. Nešiklių naudojamų fermentų imobilizavimas. Imobilizuotų fermentų naudojimas. Biologinis vitaminų vaidmuo, jų gamyba.
testas, pridėtas 2015-11-04
Antioksidantai ir radikalų bei oksidacinių procesų inhibitoriai. Lipidų peroksidacija. Biologinis vitaminų veikimas. Aktyvinto deguonies metabolitų biologinio vaidmens tyrimas. Baltymų koncentracijos nustatymas Bradfordo metodu.
Kursinis darbas pridėtas 2013-11-12
Biotechnologija kaip gyvų organizmų ir biologinių produktų panaudojimo pramonės sferoje metodų visuma. Klonavimas kaip nelytinis augalų ir gyvūnų ląstelių dauginimasis. Mikroorganizmų panaudojimas energijos gamybai iš biomasės.
santrauka, pridėta 2009-11-30
Bendrosios maisto rūgščių charakteristikos. Biologinės ir cheminės augalų savybės. Augalinės medžiagos paruošimas. Organinių rūgščių kiekio nustatymas cukriniuose runkeliuose, bulvėse, svogūnuose ir morkose. Rekomenduojami auginimo regionai.
Kursinis darbas, pridėtas 2015-04-21
Antibiotikai – tai mikroorganizmų, jų modifikacijų, medžiagų apykaitos produktai, turintys didelį fiziologinį aktyvumą bakterijų atžvilgiu: klasifikacija, cheminė sandara, grupės. Antibiotikų išskyrimo iš kultūros skysčio metodai.
testas, pridėtas 2011-12-12
Mielių vaidmuo natūraliose ekosistemose, jų panaudojimo įvairiose raidose perspektyvos. Mielių morfologija ir metabolizmas, šalutiniai produktai. Mikroorganizmų preparatų paruošimo metodai. Biotechnologijos, pramoninis mielių naudojimas.
Kursinis darbas, pridėtas 2009-05-26
Vitaminų atradimo istorija. Įtaka organizmui, trūkumo požymiai ir pasekmės, pagrindiniai vitaminų A, C, D, E šaltiniai. B grupės vitaminų charakteristikos: tiaminas, riboflavinas, nikotino ir pantoteno rūgštys, piridoksinas, biotinas, cholinas.
pristatymas pridėtas 2012-10-24
Baltymų – didelės molekulinės masės organinių medžiagų, sudarytų iš aminorūgščių likučių, kurios sudaro visų organų gyvybinės veiklos pagrindą, funkcijų tyrimas. Aminorūgščių reikšmė yra organinės medžiagos, kuriose yra aminų ir karboksilo grupių.
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-1.jpg" alt = "(! LANG:> Antriniai metabolitai Antriniai metabolitai yra organinės medžiagos, kurias sintetina organizmas"> Вторичные метаболиты Вторичные метаболиты - органические вещества, синтезируемые организмом, но не участвующие в росте, развитии или репродукции. Для своей жизнедеятельности бактерии также производить широкий спектр вторичных метаболитов. Среди них витамины, антибиотики, алкалоиды и прочие. Среди витаминов, образуемых микроорганизмами, заслуживают упоминания рибофлавин и витамин В 12. Рибофлавин выделяют главным образом аскомицеты; однако дрожжи (Candida) и бактерии (Clostridium) тоже синтезируют в больших количествах флавины. Способность к образованию витамина В 12 присуща бактериям, в метаболизме которых важную роль играют корриноиды (Propionibacterium, Clostridium). Этот же витамин образуют и стрептомицеты. Что касается алкалоидов, то одни только алкалоиды спорыньи, производные лизергиновой кислоты (эрготамин, эрготоксин) добывают из микроорганизма.!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-2.jpg" alt = "(! LANG:> Antibiotikai Antibiotikas yra mikrobų, gyvūnų ar"> Антибио тики Антибиотик - вещество микробного, животного или растительного происхождения, способное подавлять рост микроорганизмов или вызывать их гибель Антибиотики природного происхождения чаще всего продуцируются актиномицетами, реже - немицелиальными бактериями. Некоторые антибиотики оказывают сильное подавляющее действие на рост и размножение бактерий и при этом относительно мало повреждают или вовсе не повреждают клетки макроорганизма, и поэтому применяются в качестве лекарственных средств. Некоторые антибиотики используются в качестве цитостатических (противоопухолевых) препаратов при лечении онкологических заболеваний.!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-3.jpg" alt = "(! LANG:> Antibiotikų klasifikacija Didžiulė antibiotikų įvairovė ir jų poveikis Žmogaus kūnas"> Классификация антибиотиков Огромное разнообразие антибиотиков и видов их воздействия на организм человека явилось причиной классифицирования и разделения антибиотиков на группы. По характеру воздействия на бактериальную клетку антибиотики можно разделить на две группы: бактериостатические (бактерии живы, но не в состоянии размножаться), бактерицидные (бактерии погибают, а затем выводятся из организма).!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-4.jpg" alt = "(! LANG:> Antibiotikų klasifikacija pagal cheminę struktūrą Beta-laktaminiai antibiotikai (β-laktaminiai antibiotikai laktaminiai antibiotikai, β-laktamai)"> Классификация антибиотиков по химической структуре Бета-лактамные антибиотики (β-лактамные антибиотики, β-лактамы) - группа антибиотиков, которые объединяет наличие в структуре β-лактамного кольца. В бета-лактамам относятся подгруппы пенициллинов, цефалоспоринов, карбапенемов и монобактамов. Сходство химической структуры предопределяет одинаковый механизм действия всех β- лактамов (нарушение синтеза клеточной стенки бактерий). !}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-5.jpg" alt = "(! LANG:> Penicilino (1) ir cefalosporino (2) struktūros">!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-6.jpg" alt = "(! LANG:> Makrolidai yra vaistų grupė, dažniausiai antibiotikai, kurių pagrindas cheminė struktūra"> Макролиды - группа лекарственных средств, большей частью антибиотиков, основой химической структуры которых является макроциклическое 14 - или 16 -членное лактонное кольцо, к которому присоединены один или несколько углеводных остатков. Макролиды относятся к классу поликетидов, соединениям естественного происхождения. Также к макролидам относят: азалиды, представляющие собой 15 -членную макроциклическую структуру, получаемую путем включения атома азота в 14 -членное лактонное кольцо между 9 и 10 атомами углерода; телитромицин азитромицин рокитамицин кетолиды - 14 -членные макролиды, у которых к лактонному кольцу при 3 атоме углерода присоединена кетогруппа. природные эритромицин олеандомицин мидекамицин спирамицин лейкомицин джозамицин, полусинтетические рокситромицин кларитромицин диритромицин флуритромицин Макролиды относятся к числу наименее токсичных антибиотиков. При применении макролидов не отмечено случаев нежелательных лекарственных реакций, свойственных другим классам антимикробных препаратов.!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-7.jpg" alt = "(! LANG:> Eritromicino struktūra">!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-8.jpg" alt = "(! LANG:> Tetraciklinai yra antibiotikų grupė, priklausanti poliketidų klasei chemiškai panašus"> Тетрациклины - группа антибиотиков, относящихся к классу поликетидов, близких по химическому строению и биологическим свойствам. Представители данного семейства характеризуются общим спектром и механизмом антимикробного действия, полной перекрёстной устойчивостью, близкими фармакологическими характеристиками. первый представитель данной группы антибиотиков - хлортетрациклин (торговые названия ауреомицин, биомицин) - выделен из культуральной жидкости лучистого гриба Streptomyces aureofaciens; окситетрациклин (террамицин) - выделен из культуральной жидкости другого актиномицета Streptomyces rimosus; полусинтетический антибиотик тетрациклин; был выделен из культуральной жидкости Streptomyces aureofaciens.!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-9.jpg" alt = "(! LANG:> Kiti svarbūs tetraciklinai: pusiau sintetinis oksiciklino darinys, metaciklino oksitetraciklinas ."> Другие важные тетрациклины: полусинтетические производные окситетрациклина - доксициклин, метациклин. производные тетрациклина - гликоциклин, морфоциклин. комбинированные лекарственные формы с олеандомицином - олететрин, олеморфоциклин. а также миноциклин. Тетрациклины являются антибиотиками широкого спектра действия. Высокоактивны in vitro в отношении большого числа грамположительных и грамотрицательных бактерий. В высоких концентрациях действуют на некоторых простейших. Мало или совсем неактивны в отношении большинства вирусов и плесневых грибов. Недостаточно активны в отношении кислотоустойчивых бактерий!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-10.jpg" alt = "(! LANG:> Tetraciklino struktūra">!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-11.jpg" alt = "(! LANG:> Aminoglikozidai yra antibiotikų grupė, paplitusi cheminėje struktūroje kuris yra buvimas"> Аминогликозиды - группа антибиотиков, общим в химическом строении которых является наличие в молекуле аминосахара, соединённого гликозидной связью с аминоциклическим кольцом. По химическому строению к аминогликозидам близок также спектиномицин, аминоциклитоловый антибиотик. Основное клиническое значение аминогликозидов заключается в их активности в отношении аэробных грамотрицательных бактерий. Аминогликозиды образуют необратимые ковалентные связи с белками 30 S-субъединицы бактериальных рибосом и нарушают биосинтез белков в рибосомах, вызывая разрыв потока генетической информации в клетке. Гентамицин так же может воздействовать на синтез белка, нарушая функции 50 S- субъединицы рибосомы!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-12.jpg" alt = "(! LANG:> Aminoglikozidai yra baktericidiniai antibiotikai, ty jautrūs jiems tiesiogiai"> Аминогликозиды являются бактерицидными антибиотиками, то есть непосредственно убивают чувствительные к ним микроорганизмы (в отличие от бактериостатических антибиотиков, которые лишь тормозят размножение микроорганизмов, а справиться с их уничтожением должен иммунитет организма хозяина). Поэтому аминогликозиды проявляют быстрый эффект при большинстве тяжёлых инфекций, вызванных чувствительными к ним микроорганизмами, и их клиническая эффективность гораздо меньше зависит от состояния иммунитета больного, чем эффективность бактериостатиков Основные препараты: стрептомицин, канамицин, неомицин, гентамицин, тобрамицин, нетилмицин, сизомицин, амикацин.!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-13.jpg" alt = "(! LANG:> Chloramfenikolis) yra pirmasis sintetiniu būdu gautas antibiotikas."> Левомицетины (Хлорамфеникол) - первый антибиотик, полученный синтетически. Применяют для лечения брюшного тифа, дизентерии и других заболеваний Использование ограничено по причине повышенной опасности серьезных Хлорамфеникол (левомицетин) осложнений - поражении костного мозга, вырабатывающего клетки крови. Действие - бактериостатическое.!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-14.jpg" alt = "(! LANG:> Glikopeptidiniai antibiotikai – susideda iš neglikozilinių ciklinių arba ribociklinių"> Гликопептидные антибиотики - состоят из гликозилированных циклических или полициклических нерибосомных пептидов. Значимые гликопептидные антибиотики включают ванкомицин, тейкопланин, телаванцин, блеомицин, рамопланин и декапланин. Гликопептидные антибиотики нарушают синтез клеточной стенки бактерий. Оказывают бактерицидное действие, однако в отношении энтерококков, некоторых стрептококков и стафилококков действуют бактериостатически. Линкозамиды - группа антибиотиков, в которую входят природный антибиотик линкомицин и его полусинтетический аналог клиндамицин. Обладают бактериостатическими или бактерицидными свойствами в зависимости от концентрации в организме и чувствительности микроорганизмов. Полимиксины - группа бактерицидных антибиотиков, обладающих узким спектром активности против грамотрицательной флоры. . По химической природе это полиеновые соединения, включающие остатки полипептидов. В обычных дозах препараты этой группы действуют бактериостатически, в высоких концентрациях - оказывают бактерицидное действие. Из препаратов в основном применяются полимиксин В и полимиксин М. Обладают выраженной нефро- и нейротоксичностью.!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-15.jpg" alt = "(! LANG:> Gyvūninės kilmės antibiotikai Lizozimas (muramidazė) - antibakterinis"> Антибиотики животного происхождения Лизоци м (мурамидаза) - антибактериальный агент, фермент класса гидролаз, разрушающий клеточные стенки бактерий путём гидролиза пептидогликана клеточной стенки бактерий муреина. ферменты содержатся в организмах животных, в первую очередь, в местах соприкосновения с окружающей средой - в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта, слёзной жидкости, грудном молоке, слюне, слизи носоглотки и т. д. В больших количествах лизоцимы содержатся в слюне, чем объясняются её антибактериальные свойства. В грудном молоке человека концентрация лизоцима весьма высока (около 400 мг/л). Это намного больше, чем в коровьем. При этом концентрация лизоцима в грудном молоке не снижается со временем, через полгода после рождения ребёнка она начинает возрастать. Экмолин - белковый антибиотик. Обладает антибактериальными свойствами. Выделен из печени рыб. Усиливает действие ряда бактериальных антибиотиков!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-16.jpg" alt = "(! LANG:> Augaliniai antibiotikai (fitoncidai) Jie yra labai įvairūs cheminės prigimties"> Антибиотики растительного происхождения (фитонциды) По химической природе очень разнообразны: гликозиды, терпеноиды, алкалоиды и другие вторичные метаболиты растений. Защитная роль проявляется не только в уничтожении микроорганизмов, но и в подавлении их размножения, в отрицательном хемотаксисе подвижных форм микроорганизмов, в стимулировании жизнедеятельности микроорганизмов, являющихся антагонистами патогенных форм для данного растения Например - аллейцин (род Allium - лук, чеснок,), иманин (зверобой), синигрин (хрен - р. Armorácia) и т. д.!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-17.jpg" alt = "(! LANG:> Antibakterinės medžiagos Sulfanilamidas yra cheminių medžiagų grupė, gauta iš steamo"> Антибактериальные вещества Сульфани лами ды - это группа химических веществ, производных пара- аминобензолсульфамида - амида сульфаниловой кислоты (пара-аминобензосульфокислоты). пара-Аминобензолсульфамид - простейшее соединение класса - также называется белым стрептоцидом. Несколько более сложный по структуре сульфаниламид пронтозил (красный стрептоцид) был первым препаратом этой группы и вообще первым в мире синтетическим антибактериальным препаратом!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-18.jpg" alt = "(! LANG:> Antibakteriniai vaistai Turimi sulfatų vaistai skiriasi farmakologiniais streptoko parametrais,."> Антибактериальные вещества Имеющиеся сульфаниламидные средства различаются по фармакологическим параметрам. Стрептоцид, норсульфазол, сульфазин, сульфадимезин, этазол, сульфапиридазин, сульфадиметоксин и др. относительно легко всасываются и быстро накапливатся в крови и органах в бактериостатических концентрациях, проникают через гистогематические барьеры (гематоэнцефалический, плацентарный и др.); они находят применение при лечении различных инфекционных заболеваний. Другие препараты, такие как фталазол, фтазин, сульгин, трудно всасываются, относительно долго находятся в кишечнике в высоких концентрациях и выделяются преимущественно с калом. Поэтому они применяются главным образом при инфекционных заболеваниях желудочно- кишечного тракта. Уросульфан выделяется в значительном количестве почками; он применяется преимущественно при инфекциях мочевых путей!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-19.jpg" alt = "(! LANG:> Antibakterinės medžiagos Chinolonai yra antibakterinių vaistų grupė, kuri taip pat apima Pirmoji"> Антибактериальные вещества Хиноло ны - группа антибактериальных препаратов, также включающая фторхинолоны. Первые препараты этой группы, прежде всего налидиксовая кислота, в течение многих лет применялись только при инфекциях мочевыводящих путей. Фто рхиноло ны - группа лекарственных веществ, обладающих выраженной противомикробной активностью, широко применяющихся в медицине в качестве антибиотиков широкого спектра действия. По широте спектра противомикробного действия, активности, и показаниям к применению они действительно близки к антибиотикам. Фторхинолоны подразделяют на препараты первого (пефлоксацин, офлоксацин, ципрофлоксацин, ломефлоксацин, норфлоксацин) и второго поколения (левофлоксацин, спарфлоксацин, моксифлоксацин.!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-20.jpg" alt = "(! LANG:> Antibakterinės medžiagos Nitrofuranai yra antibakterinių medžiagų grupė. К"> Антибактериальные вещества Нитрофураны - группа антибактериальных средств, производные фурана. К нитрофуранам чувствительны грамположительные и грамотрицательные бактерии, а также хламидии и некоторые простейшие (трихомонады, лямблии). Обычно Нитрофураны действуют на микроорганизмы бактериостатически, однако в высоких дозах они могут оказывать бактерицидное действие. Кроме того анибактериальное действие могут оказывать тяжелые металлы, цианиды, фенолы и т. д.!}
Biogenezės požiūriu antibiotikai laikomi antriniais metabolitais. Antriniai metabolitai yra mažos molekulinės masės natūralūs produktai, kuriuos 1) sintetina tik kai kurių tipų mikroorganizmai; 2) ląstelių augimo metu neatlieka jokių akivaizdžių funkcijų ir dažnai susidaro nutrūkus kultūros augimui; šias medžiagas sintetinančios ląstelės dėl mutacijų lengvai praranda gebėjimą sintetinti; 3) dažnai susidaro kaip panašių produktų kompleksai.
Pirminiai metabolitai yra normalūs ląstelės medžiagų apykaitos produktai, tokie kaip aminorūgštys, nukleotidai, kofermentai ir kt., būtini ląstelių augimui.
B. SANTYKIAI TARP PAGRINDINIŲ
IR ANTRINĖ MEDŽIAGA
Antibiotikų biosintezės tyrimas susideda iš fermentinių reakcijų sekos nustatymo, kurių metu vienas ar keli pirminiai metabolitai (arba tarpiniai jų biosintezės produktai) paverčiami antibiotikais. Reikia atsiminti, kad antrinių metabolitų susidarymą, ypač dideliais kiekiais, lydi reikšmingi pirminio ląstelės metabolizmo pokyčiai, nes tokiu atveju ląstelė turi sintetinti pradinę medžiagą, tiekti energiją, pavyzdžiui, ATP ir sumažintas kofermentų kiekis. Todėl nenuostabu, kad lyginant padermes, sintetinančias antibiotikus su padermėmis, kurios negali jų sintezuoti, pastebimi reikšmingi fermentų, kurie tiesiogiai nedalyvauja šio antibiotiko sintezėje, koncentracijos skirtumai.
- PAGRINDINIAI BIOSINTETINIAI KELIAI
pirminių metabolitų biosintezės reakcijos, žinoma, su tam tikromis išimtimis (pavyzdžiui, yra antibiotikų, turinčių nitro grupę – funkcinę grupę, kurios niekada nėra pirminiuose metabolituose ir kuri susidaro specifinės aminų oksidacijos metu).
Antibiotikų biosintezės mechanizmus galima suskirstyti į tris pagrindines kategorijas.
- Antibiotikai, gauti iš vieno pirminio metabolito. Jų biosintezės kelias susideda iš reakcijų sekos, kurios modifikuoja pradinį produktą taip pat, kaip ir aminorūgščių ar nukleotidų sintezėje.
- Antibiotikai, gauti iš dviejų ar trijų skirtingų pirminių metabolitų, kurie modifikuojami ir kondensuojami, kad susidarytų sudėtinga molekulė. Panašūs atvejai stebimi pirminiame metabolizme tam tikrų kofermentų, pavyzdžiui, folio rūgšties arba kofermento A, sintezės metu.
- Antibiotikai, atsirandantys iš kelių panašių metabolitų polimerizacijos produktų, susidarant pagrindinei struktūrai, kuri vėliau gali būti modifikuota kitų fermentinių reakcijų metu.
Šie procesai yra panašūs į polimerizacijos procesus, kurių metu susidaro kai kurie membranos ir ląstelės sienelės komponentai.
Reikia pabrėžti, kad polimerizacijos būdu gauta pagrindinė struktūra dažniausiai dar modifikuojama; prie jo netgi gali prisijungti molekulės, susidarančios kitais biosintezės keliais. Ypač dažni glikozidiniai antibiotikai – vieno ar kelių cukrų kondensacijos produktai su molekule, susintetinta 2 kelyje.
D. ANTIBIOTŲ ŠEIMOS SINTEZĖ
Dažnai mikroorganizmų padermės sintezuoja kelis chemiškai ir biologiškai artimus antibiotikus, kurie sudaro „šeimą“ (antibiotikų kompleksą). „Šeimų“ formavimasis būdingas ne tik biosintezei
antibiotikai, bet yra bendra antrinio metabolizmo savybė, susijusi su gana dideliu "tarpinių produktų dydžiu. Giminingų junginių kompleksų biosintezė vyksta šiais metabolizmo keliais.
- „Pagrindinio“ metabolito biosintezė vienu iš ankstesniame skyriuje aprašytų būdų.
P
OKUC / I.
Rifamicinas B
Protarifamicinas I h
Z-atna-5-hidroksi-5enzoinė rūgštis + c "metilmalanato vienetai + 2 malonato vienetai
- Pagrindinio metabolito modifikavimas naudojant gana įprastas reakcijas, pavyzdžiui, oksiduojant metilo grupę į alkoholio grupę, o po to į karboksilo grupę, redukuojant dvigubas jungtis, dehidrogenuojant, metilinant, esterifikuojant ir kt.
- Vienas ir tas pats metabolitas gali būti dviejų ar daugiau šių reakcijų substratas, dėl kurio susidaro du ar daugiau skirtingų produktų, kurie savo ruožtu gali įvairiai transformuotis dalyvaujant fermentams, todėl susidaro „metabolinis medis“.
- Tas pats metabolitas gali susidaryti dviem (ar daugiau) skirtingais būdais, kuriuose tik
fermentinių reakcijų tvarka, dėl kurios susidaro „metabolinis tinklas“.
(Zritromicinas B)
reakcijos, kurių eiliškumas nežinomas, protorifamicinas I paverčiamas rifamicinu W ir rifamicinu S, užbaigiant dalį sintezės naudojant vieną kelią (medžio „kamieną“). Rifamicinas S yra kelių alternatyvių kelių šakojimosi pradžios taškas: kondensuojantis su dviejų anglies fragmentu susidaro rifamicinas O ir rafamicinas L ir B. Pastarasis dėl ansa grandinės oksidacijos paverčiamas rifamicinu Y. Rifamicino S oksidacijos metu suskaidžius vienos anglies fragmentą, susidaro rifamicinas G, o dėl nežinomų reakcijų rifamicinas S paverčiamas vadinamuoju rifamicino kompleksu (rifamicinai A, C, D ir E). Dėl metilo grupės oksidacijos C-30 susidaro rifamicinas R.
Pagrindinis eritromicinų šeimos metabolitas yra eritronilidas B (Er B), kuris paverčiamas eritromicinu A (sudėtingiausiu metabolitu) vykstant šioms keturioms reakcijoms (6.2 pav.): 1) glikozilinimas PU 3 padėtyje.
kondensacija su micaroze (Mic.) (I reakcija); 2) mikarozės pavertimas kladinoze (Clad.) Dėl metilinimo (II reakcija); 3) eritronolido B pavertimas eritronolidu A (Er.A) dėl hidroksilinimo 12 padėtyje (III reakcija); 4) kondensacija su dezozaminu (Des.) 5 padėtyje (IV reakcija).
Kadangi šių keturių reakcijų tvarka gali skirtis, galimi skirtingi medžiagų apykaitos keliai ir kartu jie sudaro metabolinį tinklą, parodytą Fig. 6.2. Reikėtų pažymėti, kad yra ir takų, kurie yra medžio ir tinklo derinys.
RUSIJOS FEDERACIJOS ŽEMĖS ŪKIO MINISTERIJA
„VORONEŽO VALSTYBINIO AGRARIJOS UNIVERSITETAS
PARDUOTA Imperatoriaus PETRO I VARDU
Botanikos, augalų apsaugos, biochemijos ir mikrobiologijos katedra
Kursinis darbas
apie augalų biochemiją
Tema: Antriniai metabolitai
Baigė: studentas TT-2-1b
Kalinina Yana Gennadievna
Tikrino: docentas
Maraeva Olga Borisovna
VORONEŽAS 2013 m
Įvadas
Antriniai metabolitai - junginiai, dažnai sudėtingos sudėties, kurie nėra pagrindiniai tarpiniai ląstelių metabolizmo junginiai, susidaro jos aklavietėse. Antriniai augalų metabolitai yra, pavyzdžiui, alkaloidai. Mikroorganizmai, kaip taisyklė, sudaro antrinius metabolitus aktyvaus augimo ir pasėlių dauginimosi sulėtėjimo arba nutraukimo laikotarpiu. Kaip antriniai metabolitai, mikroorganizmai sudaro kai kuriuos pigmentus, antibiotikus, vitaminus. Didelę reikšmę turi mikroorganizmų antrinių metabolitų sintezė formuojantis dirvožemio humusui.
Kad ir kokiu būdu būtų vykdoma fotosintezė, galiausiai ji baigiasi energetiškai turtingų rezervinių medžiagų kaupimu, kurios sudaro pagrindą palaikyti ląstelės ir, galiausiai, viso daugialąsčio organizmo gyvybinę veiklą. Šios medžiagos yra pirminio metabolizmo produktai. Be pagrindinės funkcijos, pirminiai metabolitai yra junginių, kurie paprastai vadinami antrinio metabolizmo produktais, biosintezės pagrindas. Pastarieji, dažnai sąlygiškai vadinami „antriniais metabolitais“, yra visiškai „įpareigoti“ už jų egzistavimą gamtoje dėl fotosintezės susidarančių produktų. Reikėtų pažymėti, kad antrinių metabolitų sintezė vyksta dėl energijos, išsiskiriančios mitochondrijose ląstelių kvėpavimo procese.
1. Literatūros apžvalga
1.1 Antrinių metabolitų požymiai
Pagal molekulės cheminę struktūrą toli gražu ne visada įmanoma atskirti antrinius metabolitus nuo pirminių. Fig. 1 parodyta keletas pirminių ir antrinių metabolitų pavyzdžių.
Ryžiai. 1. Kampesterolio (pirminio metabolito), ekdizono ir protopanaksatriolio (antrinių metabolitų) struktūros
Fitosteroliai (sitosterolis, kampesterolis, stigmasterolis) yra esminiai augalų ląstelių membranų komponentai, todėl yra tipiški pirminiai junginiai. Ekdisteroidai (vabzdžių lydymosi hormonai) yra antriniai metabolitai, jų yra tik kai kuriose augalų rūšyse. Manoma, kad šios medžiagos yra susijusios su augalų apsauga nuo vabzdžių. Protopanaksatriolis yra ginsenozidų aglikonas, antriniai ženšenio metabolitai, esantys tik Rapach gentyje ir daugiausia atsakingi už jo biologinį aktyvumą. Tuo pačiu metu šių junginių molekulinės struktūros yra panašios ir skiriasi tik metilo ir hidroksilo grupių skaičiumi ir išsidėstymu. Baltymų aminorūgščių (pirminių metabolitų) ir nebaltyminių aminorūgščių (tipiškų antrinių metabolitų) struktūros dažnai skiriasi tik tuo, ar yra metilo, hidroksilo ar kitos funkcinės grupės, ar jos nėra.
Remiantis literatūros analize, galima suformuluoti keturis antrinių metabolitų požymius:
) nėra visuose augaluose;
) biologinio aktyvumo buvimas;
) santykinai mažos molekulinės masės;
) nedidelis rinkinys pradinių junginių jų sintezei.
Tai yra būtent antrinių metabolitų požymiai, nes kiekvienas iš jų apskritai nereikalingas. Daug antrinių metabolitų randama beveik visuose augaluose (pavyzdžiui, daug fenilpropanoidų); yra daug antrinių metabolitų, neturinčių ryškaus biologinio aktyvumo (nors gali būti, kad jis tiesiog nebuvo rastas); yra žinomi didelės molekulinės masės antriniai metabolitai (pvz., guma ir gutaperča). Tačiau šių savybių visuma aiškiai apibūdina antrinių augalų metabolitų spektrą.
Junginį galima pagrįstai priskirti pirminiams ar antriniams metabolitams tik išsiaiškinus jo vaidmenį augalo gyvenime, t.y. remiantis jo funkcine svarba. Funkcinis antrinio metabolizmo apibrėžimas pirmuoju aproksimavimu gali būti pateiktas kaip ląstelių lygiu svarbių junginių metabolizmas.
1.2 Antrinių metabolitų klasifikavimo principai
Antrinių metabolitų klasifikavimo principai, kaip ir atskirų junginių pavadinimai, keitėsi juos tiriant. Dabar galite rasti bent keturių klasifikavimo parinkčių elementus.
Empirinė (triviali) klasifikacija. Pats „seniausias“ klasifikavimo principas, pagrįstas tam tikromis antrinių metabolitų savybėmis. Pavyzdžiui, alkaloidai yra junginiai, turintys šarminių savybių; saponinai – medžiagos, kurias purtant susidaro putos; kartumas – kartaus skonio junginiai; eteriniai aliejai yra aromatiniai lakieji antriniai metabolitai. Šis klasifikavimo principas turi daug trūkumų, tačiau jo elementai vis dar randami dėl tradicijos ir ilgalaikio naudojimo.
Antriniai metabolitai gauti (ir yra) pavadinti, kaip taisyklė, taip pat empiriškai. Dažniausiai pavadinimai kilę iš augalo, iš kurio pirmą kartą buvo išskirtas junginys. Pavyzdžiui, alkaloidai papaverinas (aguona), berberinas (ragerškis), kokainas (koko krūmas). Gana dažnai vardai siejami su mitologija, istorija, asmenybėmis ir kt. Pavyzdžiui, alkaloidas morfinas pavadintas miego dievo vardu. Toks junginių klasifikavimo ir pavadinimo būdas dažnai yra klaidinantis. Pavyzdžiui, Japonijoje ir Rusijoje beveik vienu metu pradėti tirti biologiškai aktyvūs ženšenio triterpeno glikozidai. Japonų mokslininkai siūlė juos vadinti ginsenozidais – specifiniu ženšenio pavadinimu, o rusų – panaksozidais, t.y. bendriniu pavadinimu. Vėliau, kai paaiškėjo, kad tie patys junginiai vadinami skirtingai, reikėjo išleisti ginsenozidų ir panaksozidų „atitikties lenteles“.
Cheminė klasifikacija. Ši klasifikacijos versija pagrįsta antrinių metabolitų cheminės struktūros ypatybėmis ir šiuo metu yra labiausiai išvystyta ir paplitusi. Tačiau ši klasifikacija nėra be trūkumų. Pavyzdžiui, pagal šią klasifikaciją alkaloidai yra junginiai, kurių heterocikle yra azoto atomas. Pagal šią savybę bulvių ar pomidorų glikoalkaloidai yra tipiški alkaloidai, tačiau pagal sintezės būdą, struktūrą ir daugybę savybių šie junginiai yra izoprenoidai.
Biocheminė klasifikacija. Ši klasifikacija pagrįsta antrinių metabolitų biosintezės metodais. Pavyzdžiui, pagal šią klasifikaciją aukščiau paminėti glikoalkaloidai priklauso triterpeniniams pseudoalkaloidams, nes jie, kaip ir steroidiniai glikozidai, sintetinami izoprenoidiniu keliu. Tai, matyt, objektyviausia klasifikacijos versija. Tačiau kadangi antrinės apykaitos biochemija dar nėra pakankamai išvystyta, tokia klasifikacija dar tik pradeda formuotis.
Funkcinė klasifikacija. Remiantis antrinių metabolitų funkcijomis nepažeistame augale. Ši parinktis iš esmės skiriasi nuo ankstesnių ir turėtų egzistuoti lygiagrečiai su jais. Pagal funkcinę klasifikaciją chemiškai skirtingos struktūros gali patekti į vieną junginių grupę. Pavyzdžiui, fitoaleksinai (antriniai metabolitai, kurie atlieka apsaugines funkcijas ir yra sintetinami reaguojant į patogeno ataką) yra įvairių tipų fenoliniais junginiais, izoprenoidais, poliacetilenais ir kt. Antrinių metabolitų funkcinė klasifikacija tik prasideda, tačiau ji yra esminė augalų fiziologijai.
Skirtingų antrinių metabolitų klasifikavimo variantų buvimas sukelia tam tikrų sunkumų. Visų pirma, naudojant skirtingas cheminėje klasifikacijoje naudojamas charakteristikas, galima „persidengti“ antrinių metabolitų grupes. Pavyzdžiui, „farmakognozijoje“ glikozidai (junginiai, kurių molekulė susideda iš aglikono ir angliavandenių fragmento) išskiriami kaip daugelio vaistinių augalų veikliosios medžiagos į atskirą grupę. Tuo pačiu metu pagal aglikono struktūrą šie glikozidai gali būti klasifikuojami kaip fenolio junginiai, izoprenoidai ar kitos antrinių metabolitų grupės. Dar daugiau problemų kyla, kai junginyje yra daug požymių, būdingų skirtingoms antrinių metabolitų grupėms (pavyzdžiui, prenilintiems fenolio junginiams). Kai kuriais atvejais iškylančias problemas galima pašalinti koreguojant cheminę biocheminę klasifikaciją.
1.3 Pagrindinės antrinių metabolitų grupės
Šiuo metu yra žinoma daugiau nei dešimt antrinių metabolitų grupių (klasių). Be to, vienos grupės turi kelis tūkstančius atskirų junginių, o kitos – vos kelis. Grupės augalų karalystėje taip pat pasiskirstę netolygiai. Pavyzdžiui, izoprenoidų ir fenolinių junginių yra visose augalų rūšyse, o kai kurios grupės (pavyzdžiui, tiofenai ar acetogeninai) būdingos tik kelioms rūšims.
Gerai žinomos trys didžiausios antrinių metabolitų grupės – alkaloidai, izoprenoidai (terpenoidai) ir fenolio junginiai. Kiekviena iš šių grupių susideda iš kelių tūkstančių junginių ir yra suskirstyta į daugybę pogrupių. Taip pat žinoma apie keliolika mažiau antrinių metabolitų grupių: augaliniai aminai, nebaltyminės aminorūgštys, cianogeniniai glikozidai, gliukozinolatai, poliacetilenai, betalainai, alkilamidai, tiofenai ir kt. Į šias grupes įtrauktų junginių skaičius svyruoja nuo kelių iki kelių. keli šimtai.
Antrinių metabolitų augaluose beveik niekada nėra „gryna forma“, jie dažniausiai yra įtraukti į sudėtingus mišinius. Tokie mišiniai, priklausomai nuo jų sudėties ir buvimo augale, dažnai turi savo, istoriškai nusistovėjusius pavadinimus.
Eteriniai aliejai dažniausiai yra labai lakiųjų izoprenoidų (mono- ir seskviterpenų) mišinys.
Dervas daugiausia atstovauja diterpenai.
Dantenos daugiausia susideda iš polisacharidų, tačiau dažnai jose yra alkaloidų, fenolinių junginių.
Gleivės yra vandenyje tirpių oligo- ir polisacharidų, cukrų, taip pat nedidelių kiekių fenolinių junginių, alkaloidų ar izoprenoidų mišinys.
1.4 Antrinių metabolitų struktūros dėsningumai
Analizuojant antrinių metabolitų struktūras susidaro įspūdis, kad didžiulė jų įvairovė atsiranda pagal tam tikrą modelį. Paprastai yra tam tikra „pagrindinė“ struktūra, kurios pagrindu susidaro daugybė variantų. Tuo pačiu metu galima pastebėti keletą tokių variantų atsiradimo būdų.
Pagrindinės struktūros modifikacijos: dažniausiai tai yra funkcinių grupių pridėjimas arba pakeitimas, molekulės oksidacijos būsenos pasikeitimas; hidroksilo, metilo arba metoksilo grupės dažnai naudojamos kaip funkcinės grupės.
Konjugato formavimas: prisirišimas prie pagrindinės „vieningų blokų“ struktūros; dažniausiai įvairūs cukrūs (mono- arba oligosacharidai), organinės rūgštys ar kai kurios antrinių metabolitų grupės.
Kondensacija: kelių tų pačių arba skirtingų pagrindinių struktūrų derinys, pavyzdžiui, prenilintų fenolio junginių arba dimerinių indolo alkaloidų susidarymas.
Skirtingoms antrinių metabolitų grupėms būdingi specifiniai struktūriniai pokyčiai. Pavyzdžiui, alkaloidams būdingas metoksilinimas, bet ne glikozilinimas; izopreoidams, atvirkščiai, būdingas glikozilinimas, bet ne metoksilinimas; fenoliniai junginiai turi abiejų tipų šias modifikacijas.
Atrodo, kad tam tikros molekulinės modifikacijos turi reikšmingų funkcinių pasekmių. Daugelis jų (ypač glikozilinimas) žymiai pakeičia molekulės biologinį aktyvumą. Labai dažnai glikozilinimas yra universalus būdas perkelti aktyvią (funkcinę) antrinio metabolito formą į neaktyvią (rezervinę). Dėl šios priežasties, matyt, netikslinga visų glikozidų atskirti į atskirą antrinių metabolitų grupę.
1.5. Antrinis metabolizmas Fitochemija
Alkaloidai. Šios medžiagų grupės pavadinimas kilęs iš arabiško žodžio alcali – šarmas ir graikiško eidos – panašus. Šiuo metu žinoma apie 10 000 atskirų alkaloidų.
Alkaloidų atveju empirinė ir cheminė klasifikacija gana gerai sutapo. Pagal cheminę klasifikaciją alkaloidai yra junginiai, kurių molekulėje yra vienas ar daugiau azoto atomų, kurie suteikia jiems šarminių savybių. Pagal cheminę sandarą alkaloidai dažniausiai skirstomi į du pogrupius: protoalkaloidus, kurių heterocikle azoto nėra, ir tikrus alkaloidus, kurių heterocikle yra azoto. Alkaloidų pasiskirstymas į pogrupius buvo pakeistas pagal biocheminę klasifikaciją. Glikoalkaloidai, kaip ir daugelis kitų alkaloidų (pavyzdžiui, akonito alkaloidai), pagal sintezės tipą ir struktūrą iš tikrųjų yra izoprenoidai. Todėl buvo nuspręsta juos išskirti į specialią grupę – izoprenoidinius pseudoalkaloidus.
Labiausiai paplitę alkaloidai yra tarp gaubtasėklių. Jomis ypač gausi aguonų, nakvišų, ankštinių, kutrovių, vėdrynų, vėdrynų šeimos. Samaose, paparčiuose, gimnasėkliuose alkaloidai yra gana reti.
Skirtinguose augalo organuose ir audiniuose gali būti įvairių alkaloidų. Paprastai jų koncentracija yra maža ir siekia dešimtąsias ir šimtąsias procentų dalis. Kai alkaloidų yra apie 1–3%, augalas laikomas turtingu alkaloidų (alkaloidas). Tik keli augalai, pavyzdžiui, kultivuojamos cinchona medžio formos, gali sukaupti iki 15-20% alkaloidų. Protoalkaloidai gana dažnai randami skirtingų šeimų augaluose, tačiau, kaip taisyklė, jie nesikaupia dideliais kiekiais.
Alkaloidai, kaip taisyklė, kaupiasi vakuolėse ir praktiškai nepatenka į periplazminę erdvę. Galbūt tai augalo „atsargaus požiūrio“ į azoto turinčius junginius pasekmė. Alkaloidų pernešimas vakuolėje vyksta dalyvaujant specifiniams nešiotojams (matyt, ABC transporteriams). Bet kuriuo atveju į izoliuotas vakuoles efektyviai patenka tik „savi“ alkaloidai; būdingas šiam augalui. Vakuolėse alkaloidai dažniausiai randami druskų pavidalu. Alkaloidų sintezė daugiausia vyksta plastiduose arba citozolyje.
Ryžiai. 2. Kai kurių alkaloidų struktūros
Izoprenoidai – tai didelė grupė junginių, kurių bendroji formulė (C5H8) n. C5H8 yra izopreno vienetas, todėl izoprenoidai yra junginiai, „sudaryti“ iš kelių izopreno vienetų. Jų biosintezė iš tikrųjų vyksta sujungiant penkių anglies fragmentus, todėl šios medžiagų grupės pavadinimas sutampa su jų biochemine klasifikacija.
Izoprenoidų klasifikacija pagrįsta izopreno vienetų, sudarančių molekulę, skaičiumi. Junginiai, kurių pagrindą sudaro tik vienas izopreno vienetas augaluose, buvo atrasti tik palyginti neseniai. Todėl istoriškai monoterpenais buvo vadinami junginiai, turintys du izopreno vienetus ir todėl turintys bendrą formulę (C5H8) 2, t.y. C10H16. Izoprenoidai, turintys tris izopreno vienetus, vadinami seskviterpenais, kurių bendra formulė C15H24. Atitinkamai, diterpenai yra sudaryti iš keturių, triterpenai iš šešių ir tetraterpenai iš aštuonių penkių anglies fragmentų. Kai buvo atrasti junginiai, susidedantys iš vieno ir penkių izopreno vienetų, jie turėjo būti atitinkamai vadinami hemiterpenais ir sesterterpenais. Gumos ir gutos polipenoidai turi nuo 100 iki 5000 izopreno vienetų.
Mono- ir seskviterpenoidai dažniausiai yra lakūs skysčiai, dažnai įvairaus kvapo. Yra žinoma daugiau nei 3000 šių junginių. Jų klasifikacija pagrįsta žiedo struktūros buvimu ar nebuvimu molekulėje, žiedo tipu ir dvigubų jungčių buvimu bei skaičiumi molekulėje. Mono- ir seskviterpenai gali būti alifatiniai (angliavandenilis su atvira atomų grandine), cikliniai su skirtingu ciklų skaičiumi (nuo vieno iki trijų), taip pat turėti įvairių funkcinių grupių (hidroksi-, karboksi-, keto-grupių). Jie sudaro eterinių aliejų pagrindą. Mono- ir seskviterpenoidai dažnai yra baktericidiniai.
Diterpenoiduose taip pat yra keli tūkstančiai struktūrų. Jie yra pagrindiniai gimnasėklių (eglės, pušies, eglės, kedro) dervų komponentai. Dervų diterpenoidai dažnai turi baktericidinių savybių.
Triterpenoidus atstovauja kelios junginių grupės. Visų pirma, tai pirminio metabolizmo junginiai – fitosteroliai, tačiau dauguma triterpenoidų yra tipiški antriniai metabolitai. Triterpenoidai turi platų biologinio aktyvumo spektrą. Tai širdies, steroidų, triterpeno glikozidai, ekdisteroidai.
Tetraterpenoidų augaluose daugiausia sudaro karotenoidai, kai kurie iš jų dalyvauja pagrindiniame metabolizme (fotosintezėje), tačiau dauguma (apie 500) paprastai yra antriniai metabolitai.
Antriniai izoprenoidiniai metabolitai, skirtingai nei alkaloidai, paprastai pašalinami iš ląstelės po sintezės. Be ląstelės sienelės, kartais jie gali kauptis vakuolėse. Izoprenoidų sintezė gali vykti dviejuose skyriuose – plastiduose arba citozolyje. Tuo pačiu metu yra du nepriklausomi izoprenoidų sintezės būdai: mevalonatas - citoplazmoje, alternatyvus - plastiduose. „Plastidinė“ izoprenoidų sintezė dažnai atliekama leukoplastuose – specializuotose „izoprenoidinėse“ plastidėse, turinčiose nemažai morfologinių požymių (pavyzdžiui, ribosomų nebuvimas, ypatingas vidinių membranų išsidėstymas). Jiems būdingas glaudus kontaktas su ER („retikulinis apvalkalas“), kuris netiesiogiai rodo plastidų ir ER sąveiką izoprenoidų sintezės metu.
Ryžiai. 3. Kai kurių seskviterpenoidų ir diterpenoidų sandara
Fenoliniai junginiai yra aromatinės medžiagos, turinčios vieną ar daugiau hidroksilo grupių aromatiniame žiede. Fenoliai yra junginiai, turintys vieną hidroksilo atomą, polifenoliai - du ar daugiau. Daugelis fenolinių junginių dalyvauja pagrindiniame metabolizme (ypač fotosintezės ir kvėpavimo procesuose), tačiau dauguma jų yra tipiški antrinio metabolizmo atstovai.
Fenoliniai junginiai klasifikuojami pagal aromatinių žiedų skaičių ir prie jų prisijungusių anglies atomų skaičių. Fenoliniai junginiai paprastai skirstomi į tris dideles pogrupius: su vienu ir dviem aromatiniais žiedais, taip pat į polimerinius fenolinius junginius. Kartais dimeriniai fenoliniai junginiai išskiriami į specialią grupę.
Išskirtinis fenolinių junginių bruožas yra daugybės junginių susidarymas dėl molekulinių modifikacijų ir įvairių struktūrų konjugatų susidarymo. Iš modifikacijų fenoliniams junginiams būdingas glikozidų susidarymas, metilinimas ir metoksilinimas. Dėl hidroksilo ir karboksilo grupių fenoliniai junginiai gali jungtis su cukrumi, organinėmis rūgštimis, augaliniais aminais, alkaloidais. Be to, augalų fenoliai gali susijungti su izoprenoidais ir sudaryti didelę prenilintų fenolių grupę. Šios fenolinių junginių savybės suteikia didžiulę augalų fenoliams būdingų struktūrų įvairovę.
Fenoliniai junginiai kaupiasi ir vakuolėse, ir periplazminėje erdvėje. Šiuo atveju vakuolėse dažniausiai yra glikozilinti fenoliniai junginiai, o periplazminėje erdvėje – metaksilintų junginių arba aglikonų. Fenolinių junginių sintezė vyksta chloroplastuose ir citozolyje. Įrodyta, kad egzistuoja du nepriklausomi aromatinių junginių sintezės keliai (šikimato keliai) - citozolyje ir plastiduose.
Vakuolėse kaupiasi ir daugelis kitų klasių antrinių metabolitų junginių. Pavyzdžiui, cianogeniniai glikozidai, gliukozinolatai, betalainai turi panašią lokalizaciją.
Ryžiai. 4. Fenoliniai junginiai su dviem aromatiniais žiedais: stilbenai (A), antrachinonai (B), pagrindinės flavonoidų grupės (C), antocianidinai (D)
Mažos antrinių metabolitų grupės
Augaliniai aminai. Aukštesniuose augaluose yra daug aminų – pirminių, antrinių, tretinių ir ketvirtinių. Daugelis jų yra struktūriškai dekarboksilintos aminorūgštys, tiek baltyminės, tiek nebaltyminės. Augaliniai aminai skirstomi į monoaminus (su viena aminogrupe), diaminus (su dviem amino grupėmis) ir poliaminus.
Betalainai. Taip vadinami vandenyje tirpūs aukštesniųjų augalų pigmentai, kuriuose yra azoto. Jų yra tik gvazdikų eilės augaluose.
Iki šiol nebuvo rasta augalų, kuriuose vienu metu būtų dvi vandenyje tirpių pigmentų grupės – antocianinai ir betalainai. Betalainų grupę sudaro betacianinai ir betaksantinai – atitinkamai raudonai violetiniai ir geltoni junginiai. Betacianinai yra tik dviejų aglikonų glikozidai ir acilglikozidai.
Cianogeniniai glikozidai. Cianogeniniai glikozidai yra ?-2-hidroksinitrilų glikozidai (cianohidrinai). Iki šiol aukštesniuosiuose augaluose aptiktos kelios dešimtys tokių junginių. Pagrindiniai struktūriniai pokyčiai atsiranda dėl R1 ir R2 pakaitų pobūdžio. Paprastai D-gliukozė veikia kaip angliavandenių fragmentas. Hidrolizuojant cianogeninius glikozidus specifinei glikozidazei, išsiskiria cianido rūgštis.
Nebaltyminės aminorūgštys. Šis terminas reiškia natūralias aminorūgštis, jų amidus, imino rūgštis, kurios paprastai nėra įtrauktos į baltymus. Dabar žinoma daugiau nei 400 nebaltyminių aminorūgščių. Daugelis jų gali būti laikomi baltymų modifikacijomis. Dažniausiai pasitaikantys variantai yra anglies grandinės pailginimas arba sutrumpinimas (CH2 arba CH3 fragmentų pridėjimas arba pašalinimas), hidrinimas ir dehidrogenavimas, hidroksilinimas ir amininimas. Taip pat yra neįprastų (pavyzdžiui, seleno turinčių) aminorūgščių. Nebaltyminės aminorūgštys dažniausiai yra labai toksiškos, nes gali būti įtrauktos į baltymus vietoj „įprastų“ aminorūgščių ir sutrikdyti jų funkciją.
Neįprasti lipidai. Tai visų pirma „neįprastos“ riebalų rūgštys, kurios nuo „paprastųjų“ skiriasi anglies grandinės ilgiu, kitokiu išsidėstymu ir dvigubų jungčių skaičiumi, esant papildomoms funkcinėms grupėms ir ciklams. . Dažniausiai neįprastų riebalų rūgščių yra sėklų aliejuje. Daugelyje aukštesniųjų augalų rūšių buvo rasta junginių, turinčių vieną ar daugiau trigubų ryšių. Tokie junginiai vadinami acetileno dariniais arba poliacetilenais. Tokių struktūrų žinomi keli šimtai. Skirtingai nuo neįprastų riebalų rūgščių, acetileno darinių galima rasti visuose augalo organuose ir dalyse. Cianolipidai taip pat yra neįprasti lipidai, kurių hidrolizės metu susidaro cianido rūgštis.
Sieros turintys antriniai metabolitai. Tai visų pirma apima tiglikozidus (S-glikozidus). Žinomiausi garstyčių aliejaus glikozidai (gliukozinolatai). Šie glikozidai būdingi kryžmažiedžiams augalams. Jie turi stiprų antimikrobinį poveikį ir sukelia aštrų ar aštrų garstyčių, krienų ir ridikėlių skonį. Gliukozinolatų veikimo mechanizmas labai panašus į cianogeninių glikozidų: mirozinazei suskaidžius cukrų, susidaro izotiocianatai, sukeliantys deginantį skonį ir dirginantį poveikį. Kita sieros turinčių antrinių metabolitų grupė – česnakų ir svogūnų alicinai, kurie sintetinami iš cisteino. Jie taip pat yra atsakingi už aštrų šių augalų skonį ir antimikrobines savybes.
1.6 Antrinio metabolizmo biochemija
Antrinių metabolitų biosintezės keliai
Daugumos antrinių metabolitų sintezės būdai yra gerai nustatyti. Intensyviai tiriama antrinio metabolizmo fermentologija. Remiantis turima informacija, galima suformuluoti kai kuriuos šių junginių biosintezės dėsningumus. Sintezės pirmtakai yra palyginti nedidelis pirminių metabolitų kiekis. Daugelį antrinių metabolitų grupių galima susintetinti keliais būdais. Dažnai sintezės etapai dubliuojasi skirtinguose ląstelės skyriuose (pavyzdžiui, plastiduose – citozolyje). Sintezė yra aiškiai suplanuota ir palaikoma specialių fermentų, daugeliu atvejų labai specifinių.
Alkaloidų biosintezė. Šių medžiagų susidarymas yra glaudžiai susijęs su bendru azoto apykaita ląstelėje. Daugumos alkaloidų atveju buvo įrodyta, kad jų sintezės schemos yra suvienodintos, tai yra, jie turi panašią reakcijų seką. Biosintezės procese aminorūgšties molekulė beveik visiškai įtraukiama į alkaloido struktūrą. Įvairių grupių alkaloidų sintezė apima tos pačios rūšies reakcijas: dekarboksilinimą, oksidacinį deaminavimą, aldolio kondensaciją, tačiau kiekvienai alkaloidų grupei šias reakcijas vykdo „savi“ fermentai. Pirmajame sintezės etape aminorūgšties dekarboksilinimas vyksta dalyvaujant atitinkamai dekarboksilazei. Gauti biogeniniai aminai oksidaciniu būdu deaminuojami dalyvaujant amino oksidazėms. Gauti aminoaldehidai arba aminoketonai sudaro pagrindinius heterociklinius junginius per eilę nuoseklių reakcijų. Tada pagrindinė struktūra modifikuojama dalyvaujant įvairioms reakcijoms – hidroksilinimui, metilinimui ir kt. Formuojant galutinę alkaloido struktūrą gali dalyvauti papildomi anglies vienetai, pavyzdžiui, acetatas (acetil-CoA pavidalu) arba monoterpenas. vienetas (sudėtingiems indolo alkaloidams). Priklausomai nuo alkaloido sudėtingumo, jo biosintezė apima nuo trijų iki keturių iki dešimties iki penkiolikos reakcijų.
Daugeliui alkaloidų buvo sukurta ne tik sintezės schema, bet ir apibūdinti bei išskirti fermentai. Paaiškėjo, kad kai kurie sintezės fermentai nėra labai specifiniai (kaip substratai gali būti naudojami įvairūs junginiai), tačiau sintezės grandinėje būtinai yra labai specifinių fermentų, kurie naudoja tik vieną substratą (arba daugybę labai panašių substratų) ir atlieka labai specifinį. reakcija.
Pavyzdžiui, izochinolinų sintezėje skirtingi fermentai kiekvienoje padėtyje atlieka pagrindinės struktūros hidroksilinimą. Einant į paskutinius sintezės etapus, fermentų afinitetas substratui paprastai didėja: pavyzdžiui, daugelio fermentų, skirtų berberino alkaloidų sintezei, KT yra mažesnis nei 1 μM. Pavyzdžiui, pav. 5 parodyta izochinolino alkaloidų sintezės schema.
Ryžiai. 5. Izochinolino alkaloidų biosintezės schema
Izoprenoidų biosintezė. Jei alkaloidų sintezėje įvairiems pradiniams junginiams (aminorūgštims) naudojama panaši transformacijų grandinė, tai iš vieno pirmtako – izopentenildifosfato (IPDP) – sintezuojamas didžiulis skaičius izoprenoidų. Veikiant izopentenildifosfato izomerazei, kuri perkelia dvigubą jungtį, IPDP virsta dimetilalilo difosfatu (DMADP). Be to, IPADP yra prijungtas prie DMADP dviguba jungtimi ir susidaro C10 junginys, geranildifosfatas.
Jis yra visų monoterpenoidų šaltinis.
Tada į geranildifosfatą pridedamas kitas IPDP ir susidaro C15 junginys farnezildifosfatas, kuris yra pradinė medžiaga seskviterpenoidų sintezei. Be to, farnezildifosfatas gali arba pridėti kitą IPDP molekulę, kad susidarytų geranilgeranildifosfatas (C20 junginys yra diterpenoidų šaltinis), arba dimerizuotis, kad susidarytų skvalenas (C30 junginys yra pradinis visų triterpenoidų junginys). Galiausiai geranilgeranildifosfatas gali dimerizuotis ir sudaryti fitoiną, C40 junginį, tetraterpenoidų šaltinį. Be to, didelis IPDP kiekis gali būti nuosekliai prijungtas prie geranilgeranildifosfato, galiausiai susidaro poliizoprenoidai – guma ir gutaperča. Dėl aprašytų reakcijų susidaro visa homologinė skirtingo ilgio C5 junginių serija. Be to, šios alifatinės molekulės gali „sulankstyti“ į ciklines struktūras, o ciklų skaičius, jų dydis ir jungčių tipai gali būti labai skirtingi. Fig. 9.13 parodyta bendra izoprenoidų sintezės schema.
Pagrindinių izoprenoidinių struktūrų sintezę vykdo tik dviejų tipų fermentai – preniltransferazės, kurios „padidina“ izoprenoidų ilgį, ir ciklazės, kurios sudaro atitinkamą ciklinį molekulės karkasą. Be to, kiekvienas struktūros tipas sudaro tam tikrą ciklazę. Kadangi izoprenoidų ciklinių struktūrų tipų yra nemažai, ciklazių skaičius taip pat turėtų būti įspūdingas. Iki šiol jų žinoma daugiau nei šimtas. Suformavus pagrindinę struktūrą (arba tuo pačiu metu), ji modifikuojama ir „įrengiama“ funkcinėmis grupėmis.
Ryžiai. 6. Bendroji izoprenoidų (A) biosintezės schema ir du izopentenildifosfato (B) sintezės būdai augaluose.
Taškai rodo žymėtus atomus pradiniuose junginiuose ir gautame IPDF.
Taigi izoprenoidų biosintezę galima įsivaizduoti kaip savotišką biocheminį „modelio konstruktorių“. Iš pradžių iš vieningų C5 modulių gaminamos įvairaus ilgio lanksčios linijinės konstrukcijos. Jie yra beveik ideali medžiaga „biocheminei statybai“ ir daugelio ciklinių struktūrų variantų formavimui.
Augalai naudoja abi izoprenoidų susidarymo galimybes: citozolyje sintezė vyksta klasikiniu keliu, o plastiduose - pagal alternatyvą. Tokiu atveju galimas ne tik izoprenoidų sintezės dubliavimas skirtinguose ląstelių skyriuose, bet ir atskyrimas pagal susintetinamų struktūrų tipą. Triterpenoidai (įskaitant steroidus) sintetinami citozolyje iš mevalonato, o diterpenoidai (įskaitant fitolio chlorofilą) ir tetraterpenoidai (pirmiausia karotenoidai) sintetinami plastiduose alternatyviu būdu. Tikėtina, kad mono- ir seskviterpenai susidarys skirtingais variantais, priklausomai nuo molekulės struktūros ir augalo tipo.
Fenolinių junginių biosintezė. Iki šiol yra žinomi du fenolinių junginių susidarymo būdai – šikimatas (per šikimo rūgštį) ir acetatas-malonatas. Pagrindinis kelias – šikimatas, tai praktiškai vienintelis būdas suformuoti aromatinį žiedą. Fosfenolpiruvatas (PEP) ir eritrozo-4-fosfatas veikia kaip pradiniai junginiai sintezei. Dėl jų kondensacijos susidaro heptokarboninė rūgštis (2-keto-3-deoksi-7-fosfoaraboheptano rūgštis), kuri vėliau virsta 5-dehidrochino rūgštimi. Iš dehidrochino rūgšties susidaro šikimo rūgštis, kuri turi šešių narių žiedą, vieną dvigubą jungtį ir ją nesunku paversti aromatiniais junginiais. Iš šikimo rūgšties gali susidaryti hidroksibenzenkarboksirūgštys - n-hidroksibenzenkarboksirūgštis, protokatechinė, galinė. Tačiau pagrindinis šikimo rūgšties naudojimo būdas yra aromatinių aminorūgščių fenilalanino ir tirozino susidarymas per prefeno rūgštį. Fenilalaninas (kai kuriais atvejais galbūt tirozinas) yra pagrindinis fenolio junginių sintezės pirmtakas. Fenilalanino deaminavimą atlieka fermentas fenilalanino amoniako liazė (PAL). Dėl to susidaro cinamono rūgštis, kurią hidroksilinant susidaro para-kumaro (hidroksicinamono) rūgštis. Po papildomo hidroksilinimo ir vėlesnio metilinimo iš jo susidaro likusios hidroksicinamono rūgštys.
Hidroksicinamono rūgštys yra pagrindinė visų fenolinių junginių sintezės ląstelėje grandis. Opto-kumarino rūgštis yra kumarinų pirmtakas. Po keleto alifatinės molekulės dalies sutrumpinimo reakcijų susidaro C6-C2 ir C6-C1 – junginiai – tai antrasis hidroksibenzenkarboksirūgščių susidarymo būdas (pirmasis – tiesiogiai iš šikimo rūgšties). Hidroksicinamono rūgštys gali sudaryti įvairius konjugatus, pirmiausia su cukrumi, tačiau didžioji oksicinamono rūgščių dalis aktyvuojama sąveikaujant su CoA. Du pagrindiniai oksicinaminių rūgščių CoA esterių panaudojimo būdai yra ligninų sintezė ir flavonoidų sintezė. Ligninų sintezei hidroksicinamono rūgščių CoA esteriai redukuojami į alkoholius, kurie veikia kaip sintezės monomerai. Flavonoidų sintezės metu hidroksicinamono rūgšties CoA darinys sąveikauja su trimis malonilo-CoA molekulėmis ir susidaro chalkonas. Reakciją katalizuoja fermentas chalkono sintazė. Gautas chalkonas lengvai paverčiamas flavanonu. Dėl hidroksilinimo ir oksidacijos-redukcijos reakcijų iš flavanonų susidaro kitos flavonoidų grupės. Tada molekulę galima modifikuoti – glikozilinti, metoksilinti ir kt.
Acetato-malonato kelias fenolinių junginių sintezei yra plačiai paplitęs grybuose, kerpėse ir mikroorganizmuose. Augaluose jis yra nedidelis. Šiuo keliu vykstant junginių sintezei acetil-CoA karboksilinamas, kad susidarytų malonilacetil-CoA. Tada vyksta panašių reakcijų kaskada, dėl kurios anglies grandinė auga ir poli- ?-ketometileno grandinė. Poliketidinės grandinės ciklizacija lemia įvairių fenolinių junginių susidarymą. Tokiu būdu sintetinamas florogliucinolis ir jo dariniai, kai kurie antrachinonai. Flavonoidų struktūroje žiedas B susidaro šikimato keliu (iš hidroksicinamono rūgšties), o žiedas A susidaro acetato-malonato keliu.
Ląstelėje veikia du flavonoidų sintezės šikimatiniai keliai – vienas plastiduose, kitas citozolyje. Šiuose skyriuose yra visas šikimato kelio izofermentų rinkinys, taip pat fenolio metabolizmo fermentai, įskaitant PAL ir chalkono sintazę. Taigi augalo ląstelėje yra dvi lygiagrečios fenolinių junginių sintezės grandinės (panašios į izoprenoidus).
Antrinių junginių mažų klasių sintezė. Šių medžiagų susidarymas taip pat buvo gana išsamiai ištirtas. Daugelio azoto turinčių junginių pradinės medžiagos yra aminorūgštys. Pavyzdžiui, cianogeninių glikozidų sintezė prasideda atitinkamos aminorūgšties dekarboksilinimo, tada aldoksimo, nitrilo ir ?-hidroksinitrilas. Paskutiniame sintezės etape dėl glikozilinimo susidaro cianogeninis glikozidas ?-hidroksinitrilas, naudojant UDP-gliukozę. Sintezę paprastai atlieka fermentų kompleksas: pavyzdžiui, durrinui šis kompleksas susideda iš keturių fermentų. Fermentų genai buvo klonuoti. Arabidopsis augalas, transgeniškas dviem genais, įgijo gebėjimą sintetinti cianogeninius glikozidus. Betalainų sintezė prasideda nuo tirozino, kuris hidroksilinamas ir susidaro dioksifenilalaninas (DOPA). DOPA yra dviejų betacianino molekulės fragmentų – betalamo rūgšties ir ciklo-DOPA – šaltinis. Šių dviejų junginių derinys lemia betacianinų susidarymą. Betaksantinų sintezės metu betalamo rūgštis kondensuojasi su prolinu. Sieros turintys antriniai metabolitai dažniausiai sintetinami iš sieros turinčių aminorūgščių.
2. Tyrimo metodai
Bromatometrinis fenolio nustatymas turi puikų praktinį pritaikymą. Fenolio nustatymas pagrįstas tuo, kad į analizuojamą tirpalą įpilamas bromato-bromido mišinio perteklius, kuris rūgštinėje terpėje išskiria laisvą bromą. Gautas bromas reaguoja su fenoliu:
С6Н5ОН + ЗВг2 С6Н2Вг3ОН + 3HBr
Kai į šį tirpalą įpilama kalio jodido, nesureagavusio bromo perteklius oksiduoja jodidą iki jodo, kuris titruojamas standartiniu natrio tiosulfato tirpalu:
Br2 + 2I = 2Br + I2 + 2S2O = 2I + S4O
Reagentai
Natrio tiosulfato 0,02 M tirpalas (arba standartizuotas) *
Bromato-bromido mišinys.
Sieros rūgšties 1M tirpalas
Krakmolas, 0,5% tirpalas
Kalio jodidas, KI (k)
Matavimo kolba 500 ml
Kūginė kolba 250-300 ml
Matavimo cilindras 20 ml
Pipetės 20 ir 25 ml
Biuretė 25 ml
Darbo užbaigimas
Bromato-bromido tirpalą galima paruošti pagal pasvertą kiekį: 0,334 g KBrO3 ir 1,2 KBr ištirpinama distiliuotame vandenyje ir įpilama iki žymės 500 ml matavimo kolboje, šiuo atveju koncentracija yra maždaug 0,024 M. tos pačios koncentracijos tirpalas gali būti ruošiamas iš fiksuoto kanalo KBrO3 - KBr 0,1 N, tačiau tokiu atveju sandarios ampulės turinį reikia ištirpinti 4 litrais distiliuoto vandens.
Analizei į kūginę kolbą titruoti pipete paimama alikvotinė dalis (10 ml) tirpalo, kuriame yra 0,02–0,4 g / l fenolio**. Įpilkite 12 ml (pipete) bromato-bromido mišinio, 10 ml 1M sieros rūgšties tirpalo, uždarykite kamščiu ir palikite 30 minučių. Tada įpilkite 1 g kalio jodido, pasverto ant techninių svarstyklių, ir vėl uždarykite kamščiu. Po 5 minučių išsiskyręs jodas titruojamas natrio tiosulfato tirpalu, titravimo pabaigoje, kai tirpalo spalva pasidaro šviesiai geltona, įpilama 2-3 ml krakmolo tirpalo. Titravimas tęsiamas tol, kol išnyksta mėlyna tirpalo spalva. Atliekami trys titravimai ir pagal konverguojančius rezultatus apskaičiuojamas vidutinis tūris V1.
3. Praktinė užduotis
Antriniai metabolitai yra antibiotikai, alkaloidai, augalų augimo hormonai ir toksinai.
2. Baltymų biosintezė vyksta ribosomose.
3. Fotosintezė vyksta lape, lapo ląstelėse, chloroplastuose, kuriuose yra žalio pigmento chlorofilo.
4. Fotosintezės vienetas yra kantosoma.
Anaerobinė kvėpavimo fazė yra reakcijų seka, vadinama glikolize.
Glikolizės procese heksozės molekulė paverčiama dviem piruvinės rūgšties molekulėmis:
C6H12O6? 2C3H4O2 + 2H2.
Šis oksidacinis procesas gali vykti anaerobinėmis sąlygomis.
Išvada
Atlikdamas kursinį darbą sužinojau, kas yra antriniai metabolitai, taip pat apie antrinių metabolitų ypatybes, kurios apima: santykinai mažos molekulinės masės (išimtis yra, pavyzdžiui, didelės molekulinės masės poliizoprenoidai: guma, gutaperča, Chicle); neprivalomas buvimas kiekviename organizme (kai kurie antriniai metabolitai yra plačiai paplitę, pavyzdžiui, daug fenilpropanoidų randama beveik visuose augaluose); kaip taisyklė, tai yra biologiškai aktyvios medžiagos; sintetinamas iš pirminių metabolitų.
Šie požymiai nebūtini, tačiau kartu jie aiškiai nusako antrinių metabolitų diapazoną.
Augaluose antriniai metabolitai dalyvauja augalo sąveikoje su aplinka, gynybos reakcijose (pavyzdžiui, nuodai). Tai apima šias klases: alkaloidai, izoprenoidai, fenoliniai junginiai, nedideli junginiai (yra 10–12 grupių, ypač: nebaltyminės aminorūgštys, biogeniniai aminai, cianogeniniai glikozidai, garstyčių aliejaus glikozidai (izotiocianatai), betalainai, acetogenolipidai, , acetileno dariniai, alicinai, acetofenonai, tiofenai, neįprastos riebalų rūgštys ir kt.)
fenolio alkaloidų sintezė biocheminė
Naudotos literatūros sąrašas
1.„Mikrobiologija: terminų žodynėlis“, Firsov N.N., M: Bustard, 2006 m.
2.Augalinės ir gyvūninės kilmės vaistinės žaliavos. Farmakognozija: vadovėlis / red. G.P. Jakovleva. SPb .: SpetsLit, 2006.845 p.
.Shabarova Z. A., Bogdanov A. A., Zolotukhin A. S. Cheminiai genų inžinerijos pagrindai. - M .: Maskvos valstybinio universiteto leidykla, 2004, 224 p.
4.Čebyševas N.V., Grineva G.G., Kobzaras M.V., Gulyankovas S.I. Biologija, Maskva, 2000 m
Mokymas
Reikia pagalbos tyrinėjant temą?
Mūsų ekspertai patars arba teiks kuravimo paslaugas jus dominančiomis temomis.
Siųsti prašymą nurodant temą jau dabar, kad sužinotumėte apie galimybę gauti konsultaciją.
A. APIBRĖŽIMAS
Biogenezės požiūriu antibiotikai laikomi antriniais metabolitais. Antriniai metabolitai yra mažos molekulinės masės natūralūs produktai, kuriuos 1) sintetina tik kai kurių tipų mikroorganizmai; 2) ląstelių augimo metu neatlieka jokių akivaizdžių funkcijų ir dažnai susidaro nutrūkus kultūros augimui; šias medžiagas sintetinančios ląstelės dėl mutacijų lengvai praranda gebėjimą sintetinti; 3) dažnai susidaro kaip panašių produktų kompleksai.
Pirminiai metabolitai yra normalūs ląstelės medžiagų apykaitos produktai, tokie kaip aminorūgštys, nukleotidai, kofermentai ir kt., būtini ląstelių augimui.
B. SANTYKIAI TARP PAGRINDINIŲ
IR ANTRINĖ MEDŽIAGA
Antibiotikų biosintezės tyrimas susideda iš fermentinių reakcijų sekos nustatymo, kurių metu vienas ar keli pirminiai metabolitai (arba tarpiniai jų biosintezės produktai) paverčiami antibiotikais. Reikia atsiminti, kad antrinių metabolitų susidarymą, ypač dideliais kiekiais, lydi reikšmingi pirminio ląstelės metabolizmo pokyčiai, nes tokiu atveju ląstelė turi sintetinti pradinę medžiagą, tiekti energiją, pavyzdžiui, ATP ir sumažintas kofermentų kiekis. Todėl nenuostabu, kad lyginant padermes, sintetinančias antibiotikus su padermėmis, kurios negali jų sintezuoti, pastebimi reikšmingi fermentų, kurie tiesiogiai nedalyvauja šio antibiotiko sintezėje, koncentracijos skirtumai.
B. PAGRINDINIAI BIOSINTETINIAI KELIAI
Antibiotikų biosintezės fermentinės reakcijos iš esmės nesiskiria nuo reakcijų, kurių metu susidaro pirminiai metabolitai. Jie gali būti laikomi varia
pirminių metabolitų biosintezės reakcijos, žinoma, su tam tikromis išimtimis (pavyzdžiui, yra antibiotikų, turinčių nitro grupę – funkcinę grupę, kurios niekada nėra pirminiuose metabolituose ir kuri susidaro specifinės aminų oksidacijos metu).
Antibiotikų biosintezės mechanizmus galima suskirstyti į tris pagrindines kategorijas.
1. Antibiotikai, gauti iš vieno pirminio metabolito. Jų biosintezės kelias susideda iš reakcijų sekos, kurios modifikuoja pradinį produktą taip pat, kaip ir aminorūgščių ar nukleotidų sintezėje.
2. Antibiotikai, gauti iš dviejų ar trijų skirtingų pirminių metabolitų, kurie modifikuojami ir kondensuojami, kad susidarytų sudėtinga molekulė. Panašūs atvejai stebimi pirminiame metabolizme tam tikrų kofermentų, pavyzdžiui, folio rūgšties arba kofermento A, sintezės metu.
3. Antibiotikai, atsirandantys iš kelių panašių metabolitų polimerizacijos produktų, susidarant bazinei struktūrai, kuri gali būti toliau modifikuojama kitų fermentinių reakcijų metu.
Polimerizacijos rezultate susidaro keturių tipų antibiotikai: 1) polipeptidiniai antibiotikai, susidarantys kondensuojant aminorūgštis; 2) antibiotikai, susidarantys iš acetato-propionato vienetų polimerizacijos reakcijose, panašiose į riebalų rūgščių biosintezės reakciją; 3) terpenoidiniai antibiotikai, gauti iš acetato vienetų izoprenoidinių junginių sintezės kelyje; 4) aminoglikozidiniai antibiotikai, susidarantys kondensacijos reakcijose, panašiose į polisacharidų biosintezės reakcijas.
Šie procesai yra panašūs į polimerizacijos procesus, kurių metu susidaro kai kurie membranos ir ląstelės sienelės komponentai.
Reikia pabrėžti, kad polimerizacijos būdu gauta pagrindinė struktūra dažniausiai dar modifikuojama; prie jo netgi gali prisijungti molekulės, susidarančios kitais biosintezės keliais. Ypač dažni glikozidiniai antibiotikai – vieno ar kelių cukrų kondensacijos produktai su molekule, susintetinta 2 kelyje.
D. ANTIBIOTŲ ŠEIMOS SINTEZĖ
Dažnai mikroorganizmų padermės sintezuoja kelis chemiškai ir biologiškai artimus antibiotikus, kurie sudaro „šeimą“ (antibiotikų kompleksą). „Šeimų“ formavimasis būdingas ne tik biosintezei
Antibiotikai, bet yra bendra antrinio metabolizmo savybė, susijusi su gana dideliu "tarpinių produktų dydžiu. Susijusių junginių kompleksų biosintezė vyksta šiais metabolizmo keliais.
1. „Pagrindinio“ metabolito biosintezė vienu iš ankstesniame skyriuje aprašytų būdų.
Rifamicinas U
 |
|||
oksidas.
Ryžiai. 6.1. Medžiagų apykaitos medžio pavyzdys: rifamicino biosintezė (paaiškinimus žr. tekste; atitinkamų junginių struktūrinės formulės parodytos 6.17 ir 6.23 pav.).
2. Pagrindinio metabolito modifikavimas naudojant gana įprastas reakcijas, pavyzdžiui, metilo grupę oksiduojant į alkoholio grupę, o po to į karboksilo grupę, dvigubų jungčių redukcija, dehidrogenacija, metilinimas, esterifikacija ir kt.
3. Vienas ir tas pats metabolitas gali būti substratas dviem ar daugiau šių reakcijų, dėl kurių susidaro du ar daugiau skirtingų produktų, kurie savo ruožtu gali įvairiai transformuotis dalyvaujant fermentams, todėl susidaro „medžiagų apykaitos medis“. “.
4. Tas pats metabolitas gali susidaryti dviem (ar daugiau) skirtingais keliais, kuriuose tik
fermentinių reakcijų tvarka, dėl kurios susidaro „metabolinis tinklas“.
Gana savotiškas metabolinio medžio ir medžiagų apykaitos tinklo sąvokas galima iliustruoti šiais pavyzdžiais: rifamicino šeimos (medžio) ir eritromicino (tinklo) biogenezė. Pirmasis metabolitas rifamicino šeimos biogenezėje yra protorifamicinas I (6.1 pav.), kurį galima laikyti pagrindiniu metabolitu. Sekoje
reakcijos, kurių eiliškumas nežinomas, protorifamicinas I paverčiamas rifamicinu W ir rifamicinu S, užbaigiant dalį sintezės naudojant vieną kelią (medžio „kamieną“). Rifamicinas S yra pradinis kelių alternatyvių kelių šakojimosi taškas: kondensuojantis su dviejų anglies fragmentu susidaro rifamicinas O ir rafamicinas L ir B. Pastarasis dėl ansa grandinės oksidacijos paverčiamas rifamicinu Y. Vienos anglies fragmento skilimas rifamicino S oksidacijos metu sukelia rifamicino G susidarymą, o dėl nežinomų reakcijų rifamicinas S paverčiamas vadinamuoju rifamicino kompleksu (rifamicinu A, C, D ir E). Dėl metilo grupės oksidacijos C-30 susidaro rifamicinas R.
Pagrindinis eritromicinų šeimos metabolitas yra eritronilidas B (Er B), kuris paverčiamas eritromicinu A (sudėtingiausiu metabolitu) vykstant šioms keturioms reakcijoms (6.2 pav.): 1) glikozilinimas PU 3 padėtyje.
kondensacija su micaroze (Mic.) (I reakcija); 2) mikarozės pavertimas kladinoze (Clad.) Dėl metilinimo (II reakcija); 3) eritronolido B pavertimas eritronolidu A (Er.A) dėl hidroksilinimo 12 padėtyje (III reakcija); 4) kondensacija su dezozaminu (Des.) 5 padėtyje (IV reakcija).
Kadangi šių keturių reakcijų tvarka gali skirtis, galimi skirtingi medžiagų apykaitos keliai ir kartu jie sudaro metabolinį tinklą, parodytą Fig. 6.2. Reikėtų pažymėti, kad yra ir takų, kurie yra medžio ir tinklo derinys.
Taip pat rekomenduojame
Auksinio veršio garbinimas
Literatūrinis puslapis Ką reiškia užčiaupti išraišką
Kodėl mes kalbame taip vieni kaip pirštas Kalviu kalavijus į plūgus
Įstrigo kaip vonios lapo pasiūlymas
Pirštu į dangų pataikyti frazeologinio vieneto reikšmė Ką reiškia pataikyti pirštu į dangų
„Bijokite danų, kurie neša dovanas“: sparnuotos išraiškos atsiradimo istorija ir prasmė
Įkeliama...