mikrobiologija. Primarni in sekundarni metabolizem in presnovni produkti Sekundarni presnovki
Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec
Študentje, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki uporabljajo bazo znanja pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.
Objavljeno na http://www.allbest.ru/
Ministrstvo za kmetijstvo Ruske federacije
Oddelek za znanost in tehnologijo za politiko in izobraževanje
Zvezni državni proračunski visokošolski izobraževalni zavod
"Volgogradska državna agrarna univerza"
Fakulteta: Biotehnologija in veterinarstvo
Oddelek: "Veterinarsko sanitarno izvedenstvo, nalezljive bolezni in morfologija"
POROČILO
Disciplina: "Biotehnologija"
na temo: "Primarni in sekundarni metaboliti mikroorganizmov"
Izvedeno:
E.S. Ponysheva
Preverjeno:
Marina Efimovna Spivak
Volgograd 2018
Biotehnologija za pridobivanje primarnih metabolitov
Primarni presnovki so spojine z nizko molekulsko maso, potrebne za rast mikroorganizmov: nekateri od njih so gradniki makromolekul, drugi sodelujejo pri sintezi koencimov. Med najpomembnejšimi primarnimi metaboliti za industrijo lahko izpostavimo encime, aminokisline in vitamine.
Proizvodnja aminokislin
V industriji pridobivamo aminokisline:
1) hidroliza naravnih surovin, ki vsebujejo beljakovine; 2) kemična sinteza; 3) mikrobiološka sinteza; 4) biotransformacija predhodnikov aminokislin z uporabo mikroorganizmov ali izoliranih iz njih.
Najbolj obetavna in ekonomsko koristna je mikrobiološka sinteza aminokislin. Njegova prednost je v možnosti pridobivanja L-aminokislin iz obnovljivih surovin. Med proizvajalci aminokislin so kvasovke (30 %), aktinomicete (30 %), bakterije (20 %). Brevibacterium flavum in Corynebacterium glutamicum pretvorita več kot tretjino sladkorjev v lizin. Za selekcijo proizvajalcev se uporabljajo mikroorganizmi iz rodov Micrococcus, Brevibacterium, Corynebacterium, Arthrobacter.
Proizvodnja vitaminov
Vitamini so skupina nenadomestljivih organskih spojin različne kemične narave, ki so potrebne za vsak organizem v zanemarljivih koncentracijah in v njem opravljajo katalitične in regulacijske funkcije. Samo avtotrofni organizmi imajo sposobnost sintetiziranja vitaminov. Skoraj vse znane vitamine lahko pridobimo z mikrobiološko metodo. Vendar pa je ekonomsko bolj izvedljivo pridobivanje vitaminov z izolacijo iz naravnih virov ali s kemično sintezo. S pomočjo mikroorganizmov je priporočljivo pridobivati vitamine kompleksne strukture: β-karoten, B2, B12 in predhodnike vitamina D.
Proizvodnja organske kisline
Trenutno se številne organske kisline pridobivajo v industrijskem obsegu z biotehnološkimi metodami. Od tega citronsko, glukonsko, ketoglukonsko in itakonsko kislino pridobivamo samo z mikrobiološkimi metodami, mlečno, salicilno in ocetno kislino – tako kemično kot mikrobiološko, jabolčno – s kemičnimi in encimskimi metodami. Ocetno kislino proizvajajo Acetobacter in Gluconobacter, citronsko kislino proizvajajo Aspergillus niger, Aspergillus goii, mlečno kislino pa Lactobacillus delbrueckii.
Biotehnologija za pridobivanje sekundarnih metabolitov
Načela pridobivanja temeljijo na posebnostih njihove tvorbe s celicami mikroorganizmov. Biosinteza sekundarnih metabolitov je fazno specifična in poteka po zaključku stopnje rasti, v idiofazi, zaradi česar jih imenujemo idioliti.
Pridobivanje antibiotikov
Antibiotiki so največji razred farmacevtskih spojin, ki jih sintetizirajo mikrobne celice. Ta razred vključuje protiglivična sredstva, zdravila proti raku in alkaloide. Uporabljajo se v rastlinjakih, živinoreji, veterini, živilski industriji in medicini.
Obstaja več načinov za pridobivanje naravnih in polsintetičnih antibiotikov:
1) fermentacija mikroorganizma proizvajalca z ustreznim prekurzorjem, ki inducira sintezo antibiotikov v idiofazi;
2) uporaba blokiranih mutantov. Pri katerih je blokirana sinteza želenega antibiotika. Z uporabo nizke substratne specifičnosti encimov in uvedbe analogov predhodnikov antibiotikov se ti pretvorijo v analoge samega antibiotika.
Ta proces se imenuje biosinteza ali mutasinteza:
a) domneva se zaporedje reakcij, ki vodijo do sinteze antibiotika;
b) odsotnost sinteze antibiotikov v "blokiranem" mutantu; c) sinteza modificiranega antibiotika po uvedbi predhodnega analoga (D *)
Pridobivanje industrijsko pomembnih steroidov
Steroidi so velika skupina biološko pomembnih spojin, vključno s spolnimi hormoni, srčnimi glikozidi, žolčnimi kislinami, vitamini, alkaloidi, regulatorji rasti rastlin. Steroidi temeljijo na skeletu perhidrociklopentanofenantrena.
Biotransformacija - reakcije pretvorbe prvotnih organskih spojin (prekurzorjev) v ciljni produkt z uporabo celic živih organizmov ali encimov, izoliranih iz njih. Pri proizvodnji steroidov se uporablja sposobnost mikrobnih celic za visoko specifično biotransformacijo. Uporaba absolutne stereospecifičnosti in substratne specifičnosti celičnih encimov je omogočila razvoj pogojev za izvajanje številnih kemičnih reakcij za strukturne preureditve steroidov. Posledično so bile pridobljene nove spojine z boljšimi farmakološkimi lastnostmi.
Encimi
Encimi so biološki katalizatorji. Katalizirajo na tisoče kemičnih reakcij, ki sestavljajo presnovo mikroorganizma. Trenutno je znanih približno dva tisoč encimov.
Encimi so beljakovine z molekulsko maso od 10.000 do nekaj milijonov. Ime encima je dana po snovi, na katero deluje s spremembo končnice v "aza". Celulaza na primer katalizira hidrolizo celuloze v celobiozo, ureaza katalizira hidrolizo sečnine (sečnine) v amoniak in CO2 itd. Vendar pogosteje encim prejme ime, ki označuje naravo kemične reakcije, ki jo katalizira.
Sodobna klasifikacija encimov temelji tudi na naravi reakcij, ki jih katalizirajo. Po klasifikaciji, ki jo je razvila Komisija za encime Mednarodne biokemijske zveze, so razdeljeni v šest glavnih razredov.
oksidoreduktaza so encimi, ki katalizirajo redoks reakcije. Imajo pomembno vlogo pri proizvodnji biološke energije. Sem spadajo dehidrogenaze (NAD, NADP, FAD), citokromi (b, c, c1 a, a3) d encimi, ki sodelujejo pri prenosu vodika, elektronov in kisika itd.
Transferaze. Katalizirajo prenos posameznih radikalov, delov molekul ali celotnih atomskih skupin iz ene spojine v drugo. Na primer, acetiltransferaze prenašajo ostanke ocetne kisline - CH3CO, pa tudi molekule maščobnih kislin; fosfotransferaze ali kinaze povzročajo prenos ostankov fosforne kisline H2P032-. Poznane so številne druge transferaze (aminotraisferaze, fosforilaze itd.).
Hidrolaze katalizirajo reakcije cepitve in sinteze kompleksnih spojin, kot so beljakovine, maščobe in ogljikovi hidrati, s sodelovanjem vode. Ta razred vključuje proteolitske encime (ali peptidne hidrolaze), ki delujejo na beljakovine ali peptide; hidrolaze glukozidov, ki izvajajo katalitično cepitev ogljikovih hidratov in glukozidov (β-fruktofuranozidaza, b-glukozidaza, a- in β-amilaza, β-galaktozidaza itd.); esteraze, ki katalizirajo cepitev in sintezo estrov (lipaze, fosfataze).
lyases vključujejo encime, ki katalizirajo cepitev določenih kemičnih skupin s substratov s tvorbo dvojnih vezi ali dodajanjem posameznih skupin ali radikalov dvojnim vezjem. Tako piruvat dekarboksilaza katalizira izločanje CO2 iz piruvične kisline:
Liaze vključujejo tudi encim aldolazo, ki razdeli molekulo fruktoze-1,6-difosfata s šestimi ogljiki na dve spojini s tremi ogljikovimi atomi. Aldolaza je zelo pomembna v presnovnem procesu.
Izomeraza izvajajo pretvorbo organskih spojin v njihove izomere. Pri izomerizaciji pride do intramolekularnega gibanja atomov, atomskih skupin, različnih radikalov itd. Izomerizirajo se ogljikovi hidrati in njihovi derivati, organske kisline, aminokisline itd. Encimi te skupine igrajo pomembno vlogo v številnih presnovnih procesih. Sem spadajo trioza fosfat izomeraza, glukoza fosfat izomeraza itd.
Ligaze katalizirajo sintezo kompleksnih organskih spojin iz preprostih. Asparagin sintetaza na primer sintetizira asparaginski amid iz asparaginske kisline in amoniaka z obvezno udeležbo adenozin trifosforjeve kisline (ATP), ki zagotavlja energijo za to reakcijo:
Asparaginska kislina + NH3 + ATP - * asparagin + ADP + H3P04
V skupino ligaz sodijo tudi karboksilaze, ki katalizirajo dodajanje CO2 različnim organskim kislinam. Na primer, encim piruvat karboksilaza katalizira sintezo oksaloocetne kisline iz piruvične kisline in CO2.
V skladu s svojo strukturo so encimi razdeljeni v dva velika razreda:
1) ki so preproste beljakovine,
2) ki so kompleksne beljakovine.
Prvi razred vključuje hidrolitične encime, drugi, številčnejši razred - encime, ki izvajajo oksidacijske funkcije in sodelujejo v reakcijah prenosa različnih kemičnih skupin. Encimi drugega razreda imajo poleg beljakovinskega dela, imenovanega apoencim, tudi nebeljakovinsko skupino, ki določa aktivnost encima – kofaktor. Ločeno so ti deli (beljakovinski in nebeljakovinski) brez encimske aktivnosti. Šele po združevanju pridobijo značilne lastnosti encimov. Kompleks apoencima s kofaktorjem se imenuje holoencim.
Kofaktorji so lahko kovinski ioni (Fe, Cu, Co, Zn, Mo itd.) ali kompleksne organske spojine, imenovane koencimi, ali oboje. Koencimi običajno igrajo vlogo vmesnih nosilcev elektronov, atomov, skupin, ki se zaradi encimske reakcije premikajo iz ene spojine v drugo. Nekateri koencimi so tesno vezani na encimske beljakovine; imenujemo jih prostetična skupina encima. Mnogi koencimi so identični ali izvirajo iz nekaterih vitaminov B.
Koencimi vključujejo na primer aktivne skupine dehidrogenaz - nikotinamid adenin dinukleotid (NAD) ali nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADP). Ti koencimi vključujejo nikotinsko kislino – enega od vitaminov B. Vitamine najdemo tudi v drugih koencimih. Torej je tiamin (vitamin B1) del tiamin pirofosfokinaze, ki sodeluje pri presnovi piruvične kisline, pantotenska kislina je sestavni del koencima A, riboflavin (vitamin B2) pa je protetična skupina flavoproteinskih encimov. Pomen vitaminov v prehrani živih organizmov je posledica prav dejstva, da jih vsebujejo koencimi.
Po sodobnih konceptih encimi pospešujejo kemične reakcije in znižujejo prosto aktivacijsko energijo (količina energije, ki je potrebna za prenos vseh molekul enega mola snovi pri določeni temperaturi v aktivirano stanje).
Glavna lastnost encimov, po kateri se razlikujejo od drugih katalizatorjev, je specifičnost encimskih reakcij, ki jih katalizirajo. Vsak encim katalizira samo eno specifično reakcijo.
Zaradi visoke specifičnosti encimskih reakcij se domneva, da ima mesto molekule encima, imenovano katalitično središče, na katerega je pritrjena molekula substrata, določeno prostorsko konfiguracijo, ki ustreza samo molekuli substrata in ne ustreza nobeni druge molekule.
Aktivnost encimov je odvisna od različnih dejavnikov: relativne koncentracije encima in substrata, temperature, pH itd. Vsak encim ima svojo optimalno temperaturo in pH. Številne encimske reakcije so reverzibilne, čeprav je aktivnost encimov redko enaka v obe smeri.
Kljub svoji majhnosti lahko vsaka celica mikroorganizma proizvaja veliko različnih encimov z različnimi funkcijami. Običajno so encimi, ki sodelujejo pri presnovi, vsebovani v celici telesa in se zato imenujejo znotrajcelični encimi ali endoencimi. Nekatere encime izločajo celice mikroorganizmov v okolje in se imenujejo zunajcelični encimi ali eksoencimi. Praviloma se v zunanje okolje sproščajo hidrolitični encimi, ki razgrajujejo spojine z veliko molekulsko maso, ki ne morejo prodreti v celico mikroorganizma. Razkrojne produkte celica zlahka absorbira in uporabi kot hranila.
Encimi igrajo pomembno vlogo pri prehrani mikroorganizmov. Veliko število različnih encimov, ki jih sintetizirajo celice mikroorganizmov, jim omogoča uporabo številnih spojin za prehrano (ogljikovih hidratov, beljakovin, maščob, voskov, olja, parafinov, itd.) z njihovo cepljenjem.
Proizvodnja aminokislin
Proizvodnja aminokislin v svetu nenehno raste in trenutno znaša okoli 400 tisoč ton/leto, čeprav se ocenjuje, da je povpraševanje po njih veliko večje. Kot že omenjeno, pomanjkanje aminokislin (zlasti esencialnih) v prehrani negativno vpliva na rast in razvoj. Tako lahko dodatek več odstotnih frakcij pomanjkljive kisline živalski krmi poveča krmno vrednost beljakovin za več kot dvakrat. Od vseh možnih načinov pridobivanja aminokislin (kemičnih, mikrobioloških itd.) imajo prednost mikrobiološke: čeprav organizacije mikrobne proizvodnje ne moremo imenovati preprosto, je njena prednost v sintezi optično čistih (L-aminokislin) , medtem ko kemična sinteza proizvaja racemno mešanico L- in D-aminokislin, ki ju je težko ločiti. Mikrobna sinteza aminokislin temelji na gojenju strogo določenega proizvajalca ciljne kisline v mediju dane sestave s strogo določenimi parametri fermentacije. Proizvajalci so sevi bakterij, pridobljeni s selekcijo mutantov ali z uporabo metod genskega inženiringa. Mutantne bakterije so po eni strani izgubile sposobnost samostojne sinteze nekaterih snovi, po drugi strani pa so pridobile sposobnost prekomerne sinteze ciljne aminokisline. Že v 70. letih prejšnjega stoletja so bili pridobljeni mikrobi superproizvajalci iz rodov Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus itd., s pomočjo katerih je mogoče proizvajati vse znane aminokisline. Trenutno obstajajo superproizvajalci, pri katerih količina sintetiziranega specifičnega proteina doseže 10-50% (tu najpomembnejšo vlogo igrajo plazmidi z več kopijami, ki nosijo vstavljene gene).
Tehnologija pridobivanja aminokislin temelji na principih fermentacije proizvajalcev in izolacije primarnih metabolitov, to pomeni, da se matična kultura razmnožuje najprej na agarskem mediju v epruvetah, nato na tekočem mediju v bučkah, inokulatorjih in inokulantih. , nato pa v glavnih fermentorjih. Če je aminokislina na voljo kot dodatek krmi, potem biotehnološki proces krmnega proizvoda vključuje naslednje faze: fermentacija, stabilizacija aminokisline v tekočini kulture pred izhlapevanjem, vakuumsko izhlapevanje, standardizacija uparjene raztopine z dodajanjem polnilo, sušenje in pakiranje končnega izdelka, ki ne sme vsebovati več kot 10 % glavne snovi. Če aminokislino uporabimo kot zdravilo, dobimo izolirane čiste kristale, ki jih posušimo v vakuumu in pakiramo.
Za proizvodnjo aminokislin sta znani dve metodi: enostopenjski in dvostopenjski. Po prvi metodi se na primer mutantni avksotrofni sev - proizvajalec aminokislin - goji v okolju, ki je optimalno za biositezo.
Pri dvostopenjski metodi se mikrob proizvajalec goji v okolju, kjer prejme in sintetizira vse potrebne sestavine za kasnejšo sintezo ciljnega produkta. Shemo dvostopenjskega procesa lahko predstavimo na naslednji način: Če se encimi biosinteze aminokislin kopičijo znotrajcelično, se po 1. stopnji celice ločijo, razpadejo in uporabi se celični sok. V drugih primerih se celice uporabljajo neposredno za biosintezo ciljnih produktov.
Glutaminska kislina je prva mikrobiološko pridobljena aminokislina. Dobljeni niso bili nobeni mutanti, ki bi zagotavljali prekomerno sintezo te kisline, in "prekomerna proizvodnja" te aminokisline je povezana s posebnimi pogoji, pod katerimi je motena sinteza membranskih fosfolipidov. Glutaminsko kislino sintetizirajo izključno kulture Corynebacterium glutamicum in Brevibacterium flavum. Substrati za njegovo proizvodnjo sta glukoza in ocetna kislina, v zgodnjih 60. letih. prejšnjega stoletja so uporabljali tudi n-parafine. Posebne pogoje za rast kultur ustvarimo z dodajanjem penicilina kulturni tekočini, ki zavira sintezo celične stene, ali z znižanjem (v primerjavi z optimalno) koncentracijo biotina (vitamina B7) v gojišču, ki zavira sintezo celične stene. povzroči strukturne in funkcionalne spremembe v celični membrani, s čimer se poveča njena prepustnost za glutaminsko kislino, ki zapusti celico v kulturni tekočini. Natrijeva sol glutaminske kisline se pogosto uporablja v živilski industriji za izboljšanje okusa konzerviranih in zamrznjenih živil.
vitamini
Vitamini so organske snovi z nizko molekulsko maso, ki imajo biološko aktivnost. V naravnem okolju so viri teh predstavnikov BAS rastline in mikroorganizmi. V industriji vitamine pridobivamo predvsem s kemično sintezo. Vendar pa poteka tudi mikrobiološka proizvodnja teh spojin. Na primer, menakinoni in kobalamini so izključno mikrobni produkti. Mikrobiološko pridobimo le nekaj vitaminov: B12 (cianokobalamin), B2 (riboflavin), vitamin C in ergosterol.
Precej obetavna smer v biotehnologiji je mikrobiološka sinteza biotina, ki se uporablja v živinoreji kot krmni dodatek. Trenutno se za pridobivanje biotina zatečejo k kemični sintezi.
Vitamin B12
Svetovna proizvodnja vitamina B12 je 9-11 tisoč kg na leto. Približno polovica se jih uporablja v medicinske namene, ostalo se uporablja v živinoreji kot krmni dodatki.
Naravne proizvajalce vitamina B12 so našli med propionsko kislinskimi bakterijami p. Propionibacterium, ki sintetizira 1 do 8 mg / L tega vitamina. Mutant P. shermanii M82 je bil pridobljen s pomočjo metod genetske selekcije, kar daje do 60 mg/L produkta.
Proizvajalec B. rettgerii se uporablja tudi za mikrobiološko sintezo B12. Kot aktivni proizvajalci vitamina B12 se uporabljajo tudi aktinomiceti in sorodni mikroorganizmi: z mutacijami in postopno selekcijo smo dobili sev Nocardia rugosa, ki akumulira do 18 mg / l B12.
Med predstavniki Micromonospora so našli aktivne proizvajalce B12.
Predstavniki metanotrofov Methanosarcina, Methanococcus imajo visoko naravno produktivnost, med katerimi je bil izoliran sev Methanococcus halophilus, ki ima najvišjo produkcijsko raven med naravnimi sevi - 16 mg na 1 g biomase.
Znatne količine B12 sintetizirajo anaerobne bakterije p. Clostridium, ki je še posebej učinkovit za tehnologijo.
Aktivni proizvajalci B12 so znani med Pseudomonas. V P. denitricans smo dobili mutant, ki je dal do 59 mg/L na optimiziranem mediju. Sev je patentiral Merck za industrijsko proizvodnjo B12.
V Rusiji se najbolj uporablja Propionibacterium freudenreichii. Gojijo se na izvlečku koruze in glukozi v anaerobnih pogojih 72 ur za rast kulture. V drugi fazi sinteze se v fermentor vnese prekurzor, specifična dušikova baza, fermentacija poteka še 72 ur, nato se B12 ekstrahira iz bakterijske biomase in kemično očisti. Ta vitamin se uporablja v medicinske namene.
Za potrebe živinoreje se B12 pridobiva z mešano kulturo, ki vsebuje bakterijo Methanosarcina barkeri, Methanobacterium formicum. Vsebnost B12 v kulturi doseže 6,5 mg / g suhe biomase.
riboflavin
Vitamin B2 naravno proizvajajo rastline, kvasovke, nitaste glive, pa tudi nekatere bakterije.
Med prokarioti so dobro znane proizvajalke flavinov mikobakterije in acetobutilne bakterije. Aktinomicete - Nocardia eritropolis. metabolit aminokislina vitaminski encim
Nitaste glive vključujejo Aspergillus niger in Eremothecium ashbyi.
Mikrobiološko proizveden riboflavin se uporablja izključno kot krmni dodatek v živinoreji. Glavni proizvajalec krmnega riboflavina je Eremothecium ashbyi, ki se goji na koruzni ali sojini moki z mineralnimi dodatki. Gojenje se izvaja pred pojavom spor. Njegovi najboljši proizvajalci, pridobljeni z mutacijami in postopno selekcijo, proizvedejo do 600 mg / L izdelka. Nato kulturno tekočino uparimo in uporabimo kot dodatek v prahu za krmo v živinoreji.
Ergosterol
Ergosterol je predhodnik proizvodnje vitamina D2, topnega v maščobah. Ergosterol je tudi glavni sterol kvasovk, zato so ti mikroorganizmi glavni vir za vzrejo. Torej, Saccharomyces carlbergensis daje do 4,3 mg / l, S. ellipsoideus - 1,5 mg / l, Rhodotorula glutinis - 1 mg / l, Candida utilis - 0,5 mg / l izdelka.
V proizvodnji se najbolj uporablja kvas Saccharomyces carlbergensis, pa tudi S. cerevisiae.
V zadnjih letih so se pojavila poročila o industrijski proizvodnji vitamina C. Poročajo o izdelavi z gensko spremenjenimi metodami proizvajalca: geni Corynebacterium so bili preneseni v Erw. herbicola.
Rekombinantni sev združuje sposobnost ervinija, da pretvori glukozo v glukonsko kislino, s sposobnostjo korinebakterij, da slednjo pretvorijo v gulonsko kislino, ki se kemično pretvori v askorbinsko kislino.
Karotenoidi
Karotenoidi so obsežna skupina naravnih pigmentov, ki jih sintetizirajo kemo in fototrofi: prokarioti, nitaste glive in kvasovke, alge in višje rastline.
Karotenoidi, ki jih sintetizirajo mikroorganizmi, obstajajo v celici v prosti obliki, pa tudi v obliki glikozidov, v obliki estrov maščobnih kislin in kot karoten-beljakovinski kompleksi. Vrednost teh spojin za sesalce je, da so vir vitamina A.
Pravi proizvajalci karotenoidov do sedaj še niso bili ustvarjeni, karotenoidi mikroorganizmov pa so izolirani iz mikroorganizmov predvsem z ekstrakcijo.
Trenutno je opisanih okoli 500 različnih karotenoidov. Karotenoidi so strukturno kromofor (ali jedro) v kombinaciji z ostanki izoprena. Posebnost kromofora je prisotnost konjugiranih dvojnih vezi. Intenzivnost barve karotenoidov je odvisna od števila teh vezi. Tako so alifatski karotenoidi, ki vsebujejo največ 5 konjugiranih vezi, neobarvane spojine.
Med njimi imata največji pomen fitoin in fitofluin. Karotenoidi, ki jih sintetizira Neurospora crassa, imajo 9 konjugiranih vezi in imajo svetlo rumeno barvo. S povečanjem dvojnih vezi se barva poveča na rdečo in vijolično.
Višji karotenoidi imajo do 45-50 atomov ogljika v molekuli. Ti karotenoidi vključujejo sarcinaksantin, ki ga proizvaja Sarcina lutea.
Nekateri karotenoidi lahko vsebujejo končno skupino, kot je aleureaksantin glive Aleuria aurantia.
Drugi karotenoidi imajo končno hidroksi skupino, kot je Blakeslea trispora hydroxyphleixanthin.
Lokacija karotenoidov v celicah mikroorganizmov je različna. Tako so pri fototrofnih mikroorganizmih karotenoidi koncentrirani v fotosintetskem aparatu. Pri kemotrofnih so povezani s celično membrano. Pri nekaterih (Micrococcus radiodurans) so lokalizirani v celični steni. Pri glivah - v lipidnih kroglicah citoplazme.
Karotenoidi igrajo vlogo antioksidantov v celici in jo ščitijo pred pojavom peroksidacije. Poleg tega so karotenoidi pasti za kamere, ki zbirajo svetlobno energijo.
Pridobivanje karotenoidov v industriji
Tradicionalne metode pridobivanja karotenoidov so reducirane na homogenizacijo biomase in ekstrakcijo karotenoidov s polarnimi topili (aceton, metanol). Posamezne karotenoide dobimo z ločitvijo s tankoplastno kromatografijo na silikagelu. Naslednja najpogostejša je kemična sinteza karotenoidov.
Tradicionalni proizvajalci mikrobne sinteze karotenoidov so bakterije, nitaste glive in kvasovke. Med fototrofnimi bakterijami je mogoče opaziti Chloroexus in nekatere vrste Rhodopseudomonas. Ta skupina bakterij je zanimiva po tem, da lahko glede na intenzivnost osvetlitve v njih uravnavamo proizvodnjo karotenoidov.
Antibiotiki
Tradicionalni koncepti antibiotikov oziroma antibiotikov so povezani z njihovo široko uporabo v sodobni medicini in veterini. Nekatera antibiotična zdravila se uporabljajo kot stimulansi rasti pri živalih, v boju proti rastlinskim boleznim, pri konzerviranju hrane in v znanstvenih raziskavah (na področju biokemije, molekularne biologije, genetike in onkologije).
Sodobna definicija pojma "antibiotik" pripada M.M. Šemjakin in A.S. Khokhlov (1961), ki je predlagal, da se za antibiotike šteje vse presnovne produkte katerega koli organizma, ki lahko selektivno ubijejo ali zavirajo rast in razvoj mikroorganizmov (bakterije, glive, virusi itd.), Pa tudi nekatere maligne novotvorbe.
V skladu s klasifikacijo, ki temelji na kemični strukturi, lahko vse opisane antibiotike razdelimo v naslednje skupine:
1) aciklične spojine (razen maščobnih kislin in terpenov);
2) aliciklične spojine (vključno s tetraciklini);
3) aromatične spojine;
4) kinoni;
5) oksigenirani heterocikli;
7) peptidi.
Za tretjino znanih antibiotikov je bila ugotovljena celotna kemična struktura, le polovico pa jih je mogoče pridobiti s kemično metodo. Zato je mikrobiološka metoda za pridobivanje antibiotikov zelo pomembna.
Sinteza antibiotikov s strani mikroorganizmov je ena od oblik antagonizma; povezana z določeno naravo presnove, ki se je pojavila in utrdila med njenim razvojem, torej je dedna lastnost, ki se izraža v tvorbi ene ali več specifičnih, strogo specifičnih za vsako vrsto antibiotikov. Z delovanjem na tuje mikrobne celice antibiotik povzroči pomembne motnje v njenem razvoju. Nekateri antibiotiki so sposobni zavirati sintezo celične membrane bakterije v obdobju razmnoževanja, drugi vplivajo na njeno citoplazmatsko membrano in spremenijo prepustnost, nekateri so zaviralci presnovnih reakcij. Kljub intenzivnemu preučevanju mehanizma delovanja različnih antibiotikov njihov učinek na presnovo, tudi v bakterijskih celicah, ki so glavni predmet raziskav, še zdaleč ni v celoti razkrit.
Trenutno je opisanih več kot 3000 antibiotikov, vendar jih je le 150 našlo praktično uporabo. V nadaljevanju bomo obravnavali tehnologijo pridelave tistih, ki spadajo med produkte presnove mikroorganizmov in so našli uporabo v kmetijstvu v obliki ustreznih dodatkov krmi (krmni antibiotiki) in kot fitofarmacevtska sredstva.
Že vrsto let se antibiotiki uporabljajo kot stimulansi rasti domačih živali in perutnine, kot sredstvo za boj proti rastlinskim boleznim in tuji mikroflori v številnih fermentacijskih industrijah, kot konzervansi za živila. Njihova uporaba v kmetijstvu vodi do zmanjšanja obolevnosti in umrljivosti, zlasti mladih živali, ter k pospeševanju rasti in razvoja živali in perutnine, prispeva k zmanjšanju količine porabljene krme v povprečju za 5-10% . Ko se antibiotiki uporabljajo v prašičereji, od vsakih 1000 prašičev dobijo dodatno 100 120 centerjev mesa, od 1000 kokoši nesnic - do 15 tisoč jajc na leto. Mehanizem stimulativnega delovanja antibiotikov prav tako ni mogoče šteti za popolnoma razjasnjenega. Spodbujevalni učinek delovanja nizkih koncentracij antibiotikov na živalsko telo je očitno povezan predvsem z dvema dejavnikoma: z učinkom na črevesno mikrofloro ali z neposrednim učinkom na telo živali. V prvem primeru antibiotiki povečajo število koristnih mikroorganizmov, ki sintetizirajo vitamine in prevladajo nad patogenimi oblikami. Zmanjšujejo število škodljivih mikrobov za živalsko telo, ki uporabljajo biološko aktivne snovi in tvorijo toksine, ki imajo patogene ali pogojno patogene oblike. Antibiotiki vplivajo na mikroorganizme, ki so prisotni v črevesju, prispevajo k ustvarjanju odpornih sevov, ki so manj škodljivi za žival, in spreminjajo presnovo prisotnih mikrobov. Povzročajo gibanje mikroorganizmov v črevesju živali; pod njihovim vplivom pride do zmanjšanja subkliničnih okužb, ki pogosto upočasnijo razvoj mladih živali, znižanja pH črevesne vsebine, zmanjšanja površinske napetosti telesnih celic, kar prispeva k pospeševanju njihove delitve. .
V drugem primeru se v telesu živali opazi sinergijsko delovanje hormonov, poveča se količina rastnih hormonov, pospeši se proces uživanja hrane, poveča se prilagodljivost telesa na neugodne razmere. Pod vplivom antibiotikov se zmanjša potreba živali po vitaminih, poveča se sinteza vitaminov v tkivih, stimulira se sinteza sladkorjev in vitamina A iz karotena, poveča se hitrost sinteze encimov in nastane manj stranskih produktov. Poleg tega se poveča absorpcijska sposobnost tkiv, stimulira se poraba metabolitov.
Krmni antibiotiki se uporabljajo v obliki surovih pripravkov, ki so posušena biomasa proizvajalca, ki poleg antibiotika vsebuje aminokisline, encime, vitamine B in druge biološko aktivne snovi. Nastali pripravki so standardizirani glede na aktivnost ali količino glavne snovi, ki je vključena v njihovo sestavo, pri čemer se upošteva ali ne upošteva prisotnost vitamina B12 v njej. Vsi proizvedeni krmni antibiotiki:
a) se ne uporabljajo v terapevtske namene in ne povzročajo navzkrižne odpornosti bakterij na antibiotike, ki se uporabljajo v medicini;
b) se praktično ne absorbira v krvni obtok iz prebavnega trakta;
c) ne spremenijo svoje strukture v telesu;
d) nimajo antigenske narave, ki prispeva k nastanku alergij.
Pri dolgotrajni uporabi istega zdravila obstaja tveganje za mikroorganizme, odporne na antibiotike. Da bi ga preprečili, se uporabljene antibiotične snovi občasno spreminjajo ali pa se uporablja mešanica antibiotikov, da se prvotno dosežen učinek ohrani na zahtevani ravni.
V ZSSR že več desetletij proizvajajo krmne pripravke na osnovi klortetraciklina - biovit ali krmni biomicin z različnimi začetnimi vsebnostmi antibiotika in vitamina B12. Trenutno proizvodnja krmnih antibiotikov temelji tudi na drugih nemedicinskih zdravilih, kot so bacitracin, grisin, higromicin B itd.
V zadnjih 20 letih so se antibiotiki uporabljali kot sredstvo za boj proti različnim fitopatogenom. Viri okužbe rastlin s fitopatogenimi mikroorganizmi so različni. Semena same rastline, ki gredo v setev, niso izjema. Učinek antibiotika se zmanjša na upočasnitev rasti ali smrt fitopatogenih mikroorganizmov, ki jih najdemo v semenih in vegetativnih organih rastline.
Nastala zdravila morajo biti zelo aktivna proti povzročitelju bolezni v rastlinskem okolju, neškodljiva v odmerkih, ki se uporabljajo za rastlino, sposobna vzdrževati antibiotično aktivnost zahtevani čas in zlahka prodreti v ustrezna rastlinska tkiva.
Med antibiotiki, ki so v boju proti fitopatogenom najbolj razširjeno, sodijo predvsem fitobakteriomicin, trihotecin in polimicin.
Uporaba antibiotikov v živilski industriji lahko znatno zmanjša trajanje toplotne obdelave različnih živil med konzerviranjem. To pa zagotavlja večjo varnost biološko aktivnih snovi, prisotnih v njih, okus, konsistenco izdelkov. Uporabljeni antibiotiki delujejo predvsem na toplotno odporne klostridialne in termofilne bakterije. Najučinkovitejši antibiotik za konzerviranje zelenjave je splošno priznan v Ruski federaciji in v nižinah v tujini. Ni strupen za ljudi in lahko prepolovi čas kuhanja zelenjave. Tehnologija proizvodnje kakršnih koli nemedicinskih antibiotikov, razen tistih, ki se uporabljajo v živilski industriji in industriji konzerv, je zgrajena po enotni shemi, ki predvideva vse faze aseptične industrijske pridelave seva proizvajalca in biosintezo antibiotika, predhodna obdelava kulturne tekočine, njeno vakuumsko izhlapevanje, sušenje in standardizacija končnega izdelka z mešanjem z zahtevano količino polnila. Kot slednje se običajno uporabljajo otrobi, oljne pogače različnih kultur in druge snovi organske in anorganske narave.
Dinamika kopičenja antibiotikov v tekočini kulture v veliki večini primerov ima tipično obliko odvisnosti, značilno za biosintezo sekundarnih presnovkov, to je največja tvorba biomase v času pred največjo proizvodnjo antibiotika. Zato je na prvih stopnjah gojenja namen pridelave kopičenje potrebne količine biomase (antibiotik praktično ni). Biosinteza antibiotika se pojavi na drugi stopnji industrijske pridelave v glavnih fermentorjih, čas biosinteze pa je lahko 2-3 krat daljši od časa, porabljenega za gojenje seva proizvajalca.
Reference
1. Biotehnologija: delavnica / S. A. Akimova, G. M. Firsov. - Volgograd: Volgograd GAU, 2013 .-- 108 str.
2. Shevelukha V.S., Kalashnikova E.A., Voronin E.S. in druga kmetijska biotehnologija. - Učbenik. M .: Višja šola, 2008 .-- 469
3. Kalašnjikova E.A., Kochieva E.Z., Mironova O.Yu. Delavnica o kmetijski biotehnologiji, M.: KolosS, 2006, 149 str.
Objavljeno na Allbest.ru
Podobni dokumenti
Biosinteza alkaloidov, izoprenoidov in fenolnih spojin. Empirična (trivialna), biokemijska in funkcionalna klasifikacija sekundarnih metabolitov, glavne skupine, strukturni vzorci. Acetatno-malonatna pot za sintezo fenolnih spojin.
seminarska naloga, dodana 21.10.2014
Proizvodnja produktov mikrobne sinteze prve in druge faze, aminokislin, organskih kislin, vitaminov. Obsežna proizvodnja antibiotikov. Proizvodnja alkoholov in poliolov. Glavne vrste bioprocesov. Metabolični inženiring rastlin.
seminarska naloga, dodana 22.12.2013
Bioobjekti kot sredstvo za proizvodnjo medicinskih, diagnostičnih in profilaktičnih zdravil; zahteve, razvrstitev. Imobilizacija encimov, ki jih uporabljajo nosilci. Uporaba imobiliziranih encimov. Biološka vloga vitaminov, njihova proizvodnja.
test, dodano 11.4.2015
Antioksidanti in zaviralci radikalnih in oksidativnih procesov. Peroksidacija lipidov. Biološko delovanje vitaminov. Študija biološke vloge metabolitov aktiviranega kisika. Določanje koncentracije beljakovin po Bradfordovi metodi.
seminarska naloga dodana 12.11.2013
Biotehnologija kot skupek metod za uporabo živih organizmov in bioloških produktov v industrijski sferi. Kloniranje kot nespolno razmnoževanje rastlinskih in živalskih celic. Uporaba mikroorganizmov za proizvodnjo energije iz biomase.
povzetek, dodan 30.11.2009
Splošne značilnosti živilskih kislin. Biološke in kemijske značilnosti rastlin. Priprava rastlinskega materiala. Določanje vsebnosti organskih kislin v sladkorni pesi, krompirju, čebuli in korenju. Priporočene rastne regije.
seminarska naloga, dodana 21.04.2015
Antibiotiki so odpadni produkti mikroorganizmov, njihovih modifikacij, ki imajo visoko fiziološko aktivnost v odnosu do bakterij: razvrstitev, kemična struktura, skupine. Metode za izolacijo antibiotikov iz kulturne tekočine.
test, dodan 12.12.2011
Vloga kvasovk v naravnih ekosistemih, možnosti za njihovo uporabo v različnih razvojih. Morfologija in presnova kvasovk, stranski produkti. Metode za pripravo pripravkov mikroorganizmov. Biotehnologija, industrijska uporaba kvasa.
seminarska naloga, dodana 26.05.2009
Zgodovina odkritja vitaminov. Vpliv na telo, znaki in posledice pomanjkanja, glavni viri vitaminov A, C, D, E. Značilnosti vitaminov B: tiamin, riboflavin, nikotinske in pantotenske kisline, piridoksin, biotin, holin.
predstavitev dodana 24.10.2012
Študija funkcij beljakovin - visokomolekularnih organskih snovi, zgrajenih iz aminokislinskih ostankov, ki so osnova vitalne aktivnosti vseh organov. Pomen aminokislin so organske snovi, ki vsebujejo aminske in karboksilne skupine.
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-1.jpg" alt = "(! LANG:> Sekundarni metaboliti Sekundarni metaboliti so organske snovi, ki jih telo sintetizira"> 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:> Antibiotiki Antibiotik je mikrobna, živalska oz."> 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:> Razvrstitev antibiotikov Ogromna izbira antibiotikov in njihovih učinkov na Človeško telo"> 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:> Razvrstitev antibiotikov po kemični strukturi (β-laktamski antibiotiki laktamski antibiotiki, β-laktami)"> 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:> Strukture penicilina (1) (2) in cefalosporina">!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-6.jpg" alt = "(! LANG:> Makrolidi so skupina zdravil, večinoma antibiotikov, osnova kemična struktura"> 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:> Struktura eritromicina">!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-8.jpg" alt = "(! LANG:> Tetraciklini so skupina antibiotikov, ki spadajo v razred polyketidov, kemično povezane"> 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:> Drugi pomembni tetraciklini: semi-sintetični derivati doksiciklina - oksit ."> 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:> Tetraciklinska struktura">!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-11.jpg" alt = "(! LANG:> Aminoglikozidi so skupina kemičnih antibiotikov, pogostih v kar je prisotnost"> 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:> Aminoglikozidi so baktericidni, neposredno uničijo antibiotike, ki so"> 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:> Kloramfenikol) je prvi antibiotik, pridobljen sintetično."> 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:> Glikopeptidni antibiotiki - sestavljeni iz glikoziliranega ne-ribocikličnega peptida"> 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:> Antibiotiki živalskega izvora Lysozym (muramidaza) - antibakteriaza"> 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:> Rastlinski antibiotiki (fitoncidi) Po naravi so zelo raznoliki."> 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:> Antibakterijske snovi Sulfanilamid je skupina kemikalij, pridobljenih iz"> 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:> Antibakterijska zdravila Razpoložljiva sulfa zdravila se razlikujejo po pharmacoci"> 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:> Antibakterijske snovi Kinoloni so skupina zdravil, ki vključujejo tudi antibakterijska zdravila Prvi"> 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:> Antibakterijske snovi Nitrofurani so skupina antibakterijskih učinkovin. K"> 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.!}
Z vidika biogeneze se antibiotiki obravnavajo kot sekundarni presnovki. Sekundarni metaboliti so naravni produkti z nizko molekulsko maso, ki jih 1) sintetizirajo le nekatere vrste mikroorganizmov; 2) med rastjo celic ne opravljajo nobenih očitnih funkcij in se pogosto tvorijo po prenehanju rasti kulture; celice, ki sintetizirajo te snovi, zlahka izgubijo sposobnost sinteze zaradi mutacij; 3) se pogosto tvorijo kot kompleksi podobnih izdelkov.
Primarni metaboliti so normalni presnovni produkti celice, kot so aminokisline, nukleotidi, koencimi itd., potrebni za rast celic.
B. RAZMERJE MED PRIMARNIMI
IN SEKUNDARNI METABOLIZEM
Študija biosinteze antibiotikov je sestavljena iz vzpostavitve zaporedja encimskih reakcij, med katerimi se en ali več primarnih metabolitov (ali vmesnih produktov njihove biosinteze) pretvori v antibiotik. Ne smemo pozabiti, da tvorbo sekundarnih metabolitov, zlasti v velikih količinah, spremljajo pomembne spremembe v primarnem metabolizmu celice, saj mora v tem primeru celica sintetizirati izhodni material, oskrbovati z energijo, na primer v obliki ATP in zmanjšani koencimi. Zato ni presenetljivo, da pri primerjavi sevov, ki sintetizirajo antibiotike, s sevi, ki niso sposobni njihove sinteze, ugotovimo pomembne razlike v koncentraciji encimov, ki niso neposredno vključeni v sintezo tega antibiotika.
- GLAVNE BIOSINTETIČNE POTI
reakcije biosinteze primarnih metabolitov, seveda z nekaterimi izjemami (na primer, obstajajo antibiotiki, ki vsebujejo nitro skupino - funkcionalno skupino, ki se nikoli ne pojavlja v primarnih presnovkih in ki nastane med specifično oksidacijo aminov).
Mehanizmi biosinteze antibiotikov lahko razdelimo v tri glavne kategorije.
- Antibiotiki, pridobljeni iz enega samega primarnega presnovka. Pot njihove biosinteze je sestavljena iz zaporedja reakcij, ki modificirajo izvirni produkt na enak način kot pri sintezi aminokislin ali nukleotidov.
- Antibiotiki, pridobljeni iz dveh ali treh različnih primarnih metabolitov, ki so spremenjeni in kondenzirani v kompleksno molekulo. Podobne primere opazimo pri primarni presnovi med sintezo nekaterih koencimov, na primer folne kisline ali koencima A.
- Antibiotiki, ki izvirajo iz produktov polimerizacije več podobnih metabolitov s tvorbo osnovne strukture, ki jo lahko kasneje modificiramo med drugimi encimskimi reakcijami.
Ti procesi so podobni procesom polimerizacije, ki zagotavljajo nastanek nekaterih komponent membrane in celične stene.
Poudariti je treba, da se osnovna struktura, pridobljena s polimerizacijo, običajno dodatno modificira; pridružijo se mu lahko celo molekule, ki jih tvorijo druge biosintetske poti. Posebej pogosti so glikozidni antibiotiki - produkti kondenzacije enega ali več sladkorjev z molekulo, sintetizirano na poti 2.
D. SINTEZA DRUŽINE ANTIBIOTIKOV
Pogosto sevi mikroorganizmov sintetizirajo več kemično in biološko blizu antibiotikov, ki sestavljajo "družino" (antibiotski kompleks). Oblikovanje "družin" ni značilno samo za biosintezo
antibiotikov, vendar je skupna lastnost sekundarne presnove, povezana s precej veliko "velikostjo vmesnih produktov. Biosinteza kompleksov sorodnih spojin poteka v poteku naslednjih metabolnih poti.
- Biosinteza "ključnega" metabolita na eni od poti, opisanih v prejšnjem razdelku.
NS
OKUC / I.
Rifamicin B
Protarifamicin I h
Z-atna-5-hidroksi5enzojska kislina + c" metilmalanatne enote + 2 malonatni enoti
- Modifikacija ključnega presnovka z uporabo dokaj pogostih reakcij, na primer z oksidacijo metilne skupine v alkoholno skupino in nato v karboksilno skupino, redukcijo dvojnih vezi, dehidrogenacijo, metilacijo, zaestrenje itd.
- En in isti metabolit je lahko substrat za dve ali več teh reakcij, kar vodi do tvorbe dveh ali več različnih produktov, ki se lahko podvržejo različnim transformacijam s sodelovanjem encimov, kar povzroči "metabolično drevo".
- Isti presnovek se lahko tvori na dveh (ali več) različnih poteh, v katerih le
vrstni red encimskih reakcij, ki povzročajo "metabolično mrežo".
(Zritromicin B)
reakcij, katerih vrstni red ni znan, se protorifamicin I pretvori v rifamicin W in rifamicin S, pri čemer se del sinteze zaključi z uporabo ene same poti ("deblo" drevesa). Rifamicin S je izhodišče za razvejanje več alternativnih poti: kondenzacija z dvoogljičnim fragmentom nastane rifamicin O ter rafamicin L in B. Slednji se zaradi oksidacije ansa verige pretvori v rifamicin Y. Cepitev enoogljičnega fragmenta med oksidacijo rifamicina S vodi do tvorbe rifamicina G, zaradi neznanih reakcij pa se rifamicin S pretvori v tako imenovani kompleks rifamicina (rifamicini A, C, D in E). Oksidacija metilne skupine pri C-30 povzroči rifamicin R.
Ključni presnovek družine eritromicina je eritronolid B (Er B), ki se pretvori v eritromicin A (najkompleksnejši metabolit) z naslednjimi štirimi reakcijami (slika 6.2): 1) glikozilacija na položaju 3 PU
kondenzacija z mikarozo (Mic.) (reakcija I); 2) preoblikovanje mikaroze v kladinozo (Clad.) kot posledica metilacije (reakcija II); 3) pretvorba eritronolida B v eritronolid A (Er.A) kot posledica hidroksilacije na položaju 12 (reakcija III); 4) kondenzacija z desozaminom (Dez.) v položaju 5 (reakcija IV).
Ker se vrstni red teh štirih reakcij lahko razlikuje, so možne različne presnovne poti in skupaj tvorijo presnovno mrežo, prikazano na sl. 6.2. Treba je opozoriti, da obstajajo tudi poti, ki so kombinacija drevesa in mreže.
MINISTRSTVO ZA KMETIJSTVO RUJSKE FEDERACIJE
"DRŽAVNA AGRARNA UNIVERZA VORONEŽ
IMENOV PO CESARJU PETRU I.
Oddelek za botaniko, varstvo rastlin, biokemijo in mikrobiologijo
Tečajno delo
o biokemiji rastlin
Tema: Sekundarni metaboliti
Izpolnil: študent TT-2-1b
Kalinina Yana Gennadievna
Preveril: izr
Maraeva Olga Borisovna
VORONJEŽ 2013
Uvod
Sekundarni metaboliti - spojine, pogosto kompleksne sestave, ki niso glavne vmesne spojine celičnega metabolizma, nastajajo v njenih slepih vejah. Sekundarni rastlinski metaboliti so na primer alkaloidi. Mikroorganizmi tvorijo sekundarne metabolite praviloma v obdobju upočasnitve ali prenehanja aktivne rasti in razmnoževanja pridelkov. Kot sekundarni metaboliti mikroorganizmi tvorijo nekatere pigmente, antibiotike, vitamine. Sinteza sekundarnih metabolitov s strani mikroorganizmov pri nastajanju humusa v tleh je zelo pomembna.
Ne glede na to, kako poteka fotosinteza, se na koncu konča z kopičenjem energijsko bogatih rezervnih snovi, ki so osnova za vzdrževanje vitalne aktivnosti celice in navsezadnje celotnega večceličnega organizma. Te snovi so produkti primarne presnove. Primarni metaboliti so poleg svoje glavne funkcije osnova za biosintezo spojin, ki jih običajno imenujemo produkti sekundarne presnove. Slednji, ki jih pogosto pogojno imenujemo "sekundarni metaboliti", so za svoj obstoj v naravi v celoti "zavezani" produktom, ki nastanejo kot posledica fotosinteze. Treba je opozoriti, da se sinteza sekundarnih metabolitov izvaja zaradi energije, ki se sprošča v mitohondrijih v procesu celičnega dihanja.
1. Pregled literature
1.1 Znaki sekundarnih metabolitov
Po kemični strukturi molekule je daleč od vedno mogoče razlikovati sekundarne metabolite od primarnih. Na sl. 1 prikazuje nekaj primerov primarnih in sekundarnih metabolitov.
riž. 1. Strukture kampesterola (primarni metabolit), ekdizona in protopanaksatriola (sekundarni presnovki)
Fitosteroli (sitosterol, kampesterol, stigmasterol) so bistvene sestavine membran rastlinskih celic in so zato tipične primarne spojine. Ekdisteroidi (hormoni taljenja žuželk) so sekundarni presnovki, prisotni so le v nekaterih rastlinskih vrstah. Te snovi naj bi bile vključene v zaščito rastlin pred žuželkami. Protopanaksatriol je aglikon ginsenozidov, sekundarnih presnovkov ginsenga, ki so prisotni le v rodu Rapach in so v veliki meri odgovorni za njegovo biološko aktivnost. Hkrati so molekularne strukture teh spojin podobne in se razlikujejo le po številu in razporeditvi metilnih in hidroksilnih skupin. Strukture beljakovinskih aminokislin (primarni metaboliti) in neproteinskih aminokislin (tipični sekundarni presnovki) se pogosto razlikujejo le v prisotnosti ali odsotnosti metilne, hidroksilne ali druge funkcionalne skupine.
Na podlagi analize literature je mogoče oblikovati štiri značilnosti sekundarnih metabolitov:
) ni prisoten v vseh rastlinah;
) prisotnost biološke aktivnosti;
) relativno nizka molekulska masa;
) majhen nabor izhodnih spojin za njihovo sintezo.
To so ravno znaki sekundarnih metabolitov, saj vsak od njih na splošno ni potreben. Številne sekundarne presnovke najdemo v skoraj vseh rastlinah (na primer v številnih fenilpropanoidih); obstaja veliko sekundarnih metabolitov brez izrazite biološke aktivnosti (čeprav je možno, da preprosto niso našli); znani so sekundarni metaboliti z visoko molekulsko maso (npr. guma in gutaperča). Vendar pa celota teh značilnosti jasno oriše vrsto sekundarnih rastlinskih metabolitov.
Spojino lahko najbolj smiselno pripišemo primarnim ali sekundarnim metabolitom šele po razjasnitvi njene vloge v življenju rastline, tj. glede na njegovo funkcionalno pomembnost. Funkcionalno definicijo sekundarne presnove v prvem približku lahko podamo kot presnovo spojin, ki so pomembne na ravni celice.
1.2 Načela za razvrstitev sekundarnih metabolitov
Načela klasifikacije sekundarnih metabolitov, tako kot imena posameznih spojin, so se med preučevanjem spreminjala. Zdaj lahko najdete elemente vsaj štirih možnosti klasifikacije.
Empirična (trivialna) klasifikacija. Najbolj "starodavno" načelo klasifikacije, ki temelji na določenih lastnostih sekundarnih metabolitov. Na primer, alkaloidi so spojine z alkalnimi lastnostmi; saponini - snovi, ki pri stresanju tvorijo peno; grenkoba - spojine z grenkim okusom; eterična olja so aromatični hlapni sekundarni metaboliti. To načelo razvrščanja ima številne pomanjkljivosti, vendar se njegovi elementi zaradi tradicije in dolgotrajne uporabe še vedno najdejo.
Sekundarni presnovki, prejeti (in so) poimenovani praviloma tudi empirično. Najpogosteje imena izvirajo iz rastline, iz katere je bila spojina prvič izolirana. Na primer, alkaloidi papaverin (mak), berberin (barberry), kokain (koka grm). Pogosto so imena povezana z mitologijo, zgodovino, osebnostmi itd. Na primer, alkaloid morfij je poimenovan po bogu spanja. Ta način razvrščanja in poimenovanja spojin je pogosto zavajajoč. Na primer, biološko aktivne triterpenske glikozide ginsenga so začeli preučevati skoraj sočasno na Japonskem in v Rusiji. Japonski raziskovalci so predlagali, da bi jih imenovali ginsenozidi - s posebnim imenom ginseng, ruski raziskovalci pa - panaksozidi, t.j. po generičnem imenu. Kasneje, ko je postalo jasno, da se iste spojine imenujejo različno, je bilo treba objaviti "korespondenčne tabele" ginsenozidov in panaksozidov.
Kemijska klasifikacija. Ta različica klasifikacije temelji na značilnostih kemične strukture sekundarnih metabolitov in je trenutno najbolj razvita in razširjena. Vendar pa ta razvrstitev ni brez pomanjkljivosti. Na primer, po tej klasifikaciji so alkaloidi spojine z atomom dušika v heterociklu. Glede na to lastnost so glikoalkaloidi krompirja ali paradižnika tipični alkaloidi, vendar so te spojine po načinu sinteze, strukturi in številnih lastnostih izoprenoidi.
Biokemijska klasifikacija. Ta razvrstitev temelji na metodah biosinteze sekundarnih metabolitov. Na primer, po tej klasifikaciji zgoraj omenjeni glikoalkaloidi spadajo med triterpenske psevdoalkaloide, saj se sintetizirajo, tako kot steroidni glikozidi, po izoprenoidni poti. To je očitno najbolj objektivna različica klasifikacije. Ker pa biokemija sekundarne presnove še ni dovolj razvita, je takšna klasifikacija v povojih.
Funkcionalna klasifikacija. Temelji na funkcijah sekundarnih metabolitov v nepoškodovani rastlini. Ta možnost se bistveno razlikuje od prejšnjih in bi morala obstajati vzporedno z njimi. Glede na funkcionalno klasifikacijo lahko kemično različne strukture spadajo v eno skupino spojin. Na primer, fitoaleksini (sekundarni metaboliti, ki imajo zaščitne funkcije in se sintetizirajo kot odziv na napad patogena) so v različnih vrstah predstavljeni s fenolnimi spojinami, izoprenoidi, poliacetileni itd. Razvoj funkcionalne klasifikacije sekundarnih metabolitov se šele začenja, a je temeljnega pomena za fiziologijo rastlin.
Prisotnost različnih variant klasifikacije sekundarnih metabolitov vodi do določenih težav. Zlasti pri uporabi različnih lastnosti, uporabljenih pri kemijski klasifikaciji, je možno "prekrivanje" skupin sekundarnih metabolitov. Na primer, v "farmakognoziji" so glikozidi (spojine, katerih molekula je sestavljena iz aglikona in ogljikovega hidrata) izolirane kot učinkovine številnih zdravilnih rastlin v ločeno skupino. Hkrati pa lahko te glikozide glede na strukturo aglikona razvrstimo kot fenolne spojine, izoprenoide ali druge skupine sekundarnih presnovkov. Še več težav nastane, če spojina vsebuje številne lastnosti, značilne za različne skupine sekundarnih metabolitov (na primer prenilirane fenolne spojine). V nekaterih primerih je mogoče nastajajoče težave odpraviti s popravkom kemijske klasifikacije biokemične.
1.3 Glavne skupine sekundarnih metabolitov
Trenutno je znanih več kot ducat skupin (razredov) sekundarnih metabolitov. Poleg tega imajo nekatere skupine več tisoč posameznih spojin, druge pa le nekaj. Tudi skupine v rastlinskem kraljestvu so neenakomerno razporejene. Na primer, izoprenoidi in fenolne spojine so prisotne v vseh rastlinskih vrstah, medtem ko so nekatere skupine (na primer tiofeni ali acetogenini) značilne le za nekaj vrst.
Dobro poznane so tri največje skupine sekundarnih metabolitov - alkaloidi, izoprenoidi (terpenoidi) in fenolne spojine. Vsaka od teh skupin je sestavljena iz več tisoč spojin in je razdeljena na številne podskupine. Znanih je tudi približno ducat manj številčnih skupin sekundarnih presnovkov: rastlinski amini, nebeljakovinske aminokisline, cianogeni glikozidi, glukozinolati, poliacetileni, betalaini, alkilamidi, tiofeni itd. Število spojin, vključenih v te skupine, se giblje od nekaj do nekaj sto.
Sekundarni metaboliti v rastlinah skoraj nikoli niso prisotni v "čisti obliki", običajno so vključeni v kompleksne mešanice. Takšne mešanice imajo, odvisno od njihove sestave in prisotnosti v rastlini, pogosto svoja, zgodovinsko uveljavljena imena.
Eterična olja so običajno mešanica zelo hlapnih izoprenoidov (mono- in seskviterpenov).
Smole predstavljajo predvsem diterpeni.
Gumi so sestavljeni predvsem iz polisaharidov, pogosto pa vključujejo alkaloide, fenolne spojine.
Sluz je mešanica vodotopnih oligo- in polisaharidov, sladkorjev, pa tudi majhnih količin fenolnih spojin, alkaloidov ali izoprenoidov.
1.4 Pravilnosti strukture sekundarnih metabolitov
Ko analiziramo strukture sekundarnih metabolitov, dobimo vtis, da se njihova velika raznolikost pojavlja po določenem vzorcu. Običajno obstaja določena "osnovna" struktura, na podlagi katere se oblikujejo številne različice. Hkrati je mogoče opaziti več načinov pojavljanja takšnih variant.
Spremembe osnovne strukture: običajno je to bodisi dodatek ali zamenjava funkcionalnih skupin, sprememba oksidacijskega stanja molekule; hidroksilne, metilne ali metoksilne skupine se pogosto uporabljajo kot funkcionalne skupine.
Tvorba konjugatov: vezava na osnovno strukturo "enotnih blokov"; najpogosteje različni sladkorji (mono- ali oligosaharidi), organske kisline ali nekatere skupine sekundarnih metabolitov.
Kondenzacija: kombinacija več enakih ali različnih osnovnih struktur, na primer tvorba preniliranih fenolnih spojin ali dimernih indolnih alkaloidov.
Za različne skupine sekundarnih metabolitov so značilne specifične strukturne spremembe. Za alkaloide je na primer značilna metoksilacija, ne pa glikozilacija; za izopreide je nasprotno značilna glikozilacija, ne pa metoksilacija; fenolne spojine kažejo obe vrsti teh modifikacij.
Zdi se, da imajo nekatere molekularne modifikacije pomembne funkcionalne posledice. Mnogi od njih (zlasti glikozilacija) bistveno spremenijo biološko aktivnost molekule. Zelo pogosto je glikozilacija univerzalen način prenosa aktivne (funkcionalne) oblike sekundarnega metabolita v neaktivno (rezervno). Zaradi tega je očitno neprimerno ločiti vse glikozide v ločeno skupino sekundarnih presnovkov.
1.5. Fitokemija sekundarne presnove
Alkaloidi. Ime te skupine snovi izhaja iz arabskega alkalija - alkalij in grškega eidos - podobno. Trenutno je znanih okoli 10.000 posameznih alkaloidov.
V primeru alkaloidov sta se empirična in kemična klasifikacija precej dobro ujemali. Po kemijski klasifikaciji so alkaloidi spojine, ki vsebujejo enega ali več atomov dušika v molekuli, kar jim daje alkalne lastnosti. Glede na kemijsko zgradbo alkaloide običajno delimo v dve podskupini: protoalkaloide, ki v heterociklu ne vsebujejo dušika, in prave alkaloide, ki vsebujejo dušik v heterociklu. Porazdelitev alkaloidov v podskupine je bila spremenjena z biokemijsko klasifikacijo. Glikoalkaloidi, pa tudi številni drugi alkaloidi (na primer akonitni alkaloidi), so po vrsti sinteze in strukture pravzaprav izoprenoidi. Zato je bilo odločeno, da jih ločimo v posebno skupino - izoprenoidne psevdoalkaloide.
Najbolj razširjeni alkaloidi so med kritosemenkami. Z njimi so še posebej bogate družine maka, nočne sence, stročnic, kutrov, mrene, maslenice. V mahovih, praproti, golosemenkah so alkaloidi razmeroma redki.
Različni organi in tkiva rastline lahko vsebujejo različne alkaloide. Običajno je njihova koncentracija nizka in znaša desetinke in stotinke odstotka. Ko je vsebnost alkaloidov približno 1 - 3%, velja, da je rastlina bogata z alkaloidi (alkaloidi). Le nekaj rastlin, na primer gojene oblike drevesa cinchona, lahko akumulira do 15 - 20 % alkaloidov. Protoalkaloide pogosto najdemo v rastlinah različnih družin, vendar se praviloma ne kopičijo v velikih količinah.
Alkaloidi se praviloma kopičijo v vakuolah in praktično ne vstopijo v periplazemski prostor. Morda je to posledica "previdnega odnosa" rastline do spojin, ki vsebujejo dušik. Prevoz alkaloidov v vakuoli poteka s sodelovanjem specifičnih nosilcev (očitno ABC transporterji). Vsekakor pa v izolirane vakuole učinkovito vstopajo le "lastni" alkaloidi; značilnost te rastline. V vakuolah se alkaloidi običajno nahajajo v obliki soli. Sinteza alkaloidov poteka predvsem v plastidih ali v citosolu.
riž. 2. Strukture nekaterih alkaloidov
Izoprenoidi so velika skupina spojin s splošno formulo (C5H8) n. C5H8 je enota izoprena, zato so izoprenoidi spojine, "sestavljene" iz več enot izoprena. Njihova biosinteza dejansko poteka s kombinacijo petih ogljikovih fragmentov, zato ime te skupine snovi sovpada z njihovo biokemično klasifikacijo.
Razvrstitev izoprenoidov temelji na številu izoprenskih enot, ki sestavljajo molekulo. Spojine, ki temeljijo na samo eni izoprenski enoti v rastlinah, so bile odkrite relativno nedavno. Zato so v preteklosti monoterpene imenovali spojine, ki vsebujejo dve izoprenski enoti in imajo zato splošno formulo (C5H8) 2, t.j. C10H16. Izoprenoidi, ki vsebujejo tri izoprenske enote, se imenujejo seskviterpeni s splošno formulo C15H24.V skladu s tem so diterpeni zgrajeni iz štirih, triterpeni iz šestih in tetraterpeni iz osmih petoogljičnih fragmentov. Ko so odkrili spojine, sestavljene iz ene in petih izoprenskih enot, so jih morali imenovati hemiterpeni oziroma sesterterpeni. Polipenoidni kavčuk in guta vsebujeta od 100 do 5000 enot izoprena.
Mono- in seskviterpenoidi so običajno hlapne tekočine, pogosto z raznolikim vonjem. Znanih je več kot 3000 teh spojin. Njihova razvrstitev temelji na prisotnosti ali odsotnosti obročne strukture v molekuli, vrsti obroča ter prisotnosti in številu dvojnih vezi v molekuli. Mono- in seskviterpeni so lahko alifatski (ogljikovodik z odprto verigo atomov), ciklični z različnim številom ciklov (od enega do treh) in vsebujejo tudi različne funkcionalne skupine (hidroksi-, karboksi-, keto-skupine). So osnova eteričnih olj. Mono- in seskviterpenoidi so pogosto baktericidni.
Diterpenoidi vsebujejo tudi več tisoč struktur. So glavne sestavine smol golosemenk (smreka, bor, jelka, cedra). Diterpenoidi smol imajo pogosto baktericidne lastnosti.
Triterpenoide predstavlja več skupin spojin. Najprej so to spojine primarne presnove - fitosteroli, vendar je večina triterpenoidov tipičnih sekundarnih presnovkov. Triterpenoidi imajo širok spekter biološke aktivnosti. Sem spadajo srčni, steroidni, triterpenski glikozidi, ekdisteroidi.
Tetraterpenoidi so v rastlinah zastopani predvsem s karotenoidi, nekateri so vključeni v glavno presnovo (fotosintezo), večina (približno 500) pa je tipično sekundarnih presnovkov.
Sekundarni presnovki izoprenoidov se za razliko od alkaloidov po sintezi običajno odstranijo iz celice. Poleg celične stene se lahko včasih kopičijo v vakuolah. Sinteza izoprenoidov lahko poteka v dveh predelkih - v plastidah ali v citosolu. Hkrati obstajata dva neodvisna načina sinteze izoprenoidov: mevalonat - v citoplazmi, alternativni - v plastidih. "Plastidna" sinteza izoprenoidov se pogosto izvaja v levkoplastih - specializiranih "izoprenoidnih" plastidih, ki imajo številne morfološke značilnosti (na primer odsotnost ribosomov, posebna razporeditev notranjih membran). Zanje so značilni tesni stiki z ER ("retikularno ovojnico"), kar posredno kaže na interakcijo plastidov in ER med sintezo izoprenoidov.
riž. 3. Struktura nekaterih seskviterpenoidov in diterpenoidov
Fenolne spojine so aromatične snovi, ki vsebujejo eno ali več hidroksilnih skupin na aromatskem obroču. Fenoli so spojine z enim hidroksilnim atomom, polifenoli - z dvema ali več. Številne fenolne spojine so vključene v glavni metabolizem (zlasti v procese fotosinteze in dihanja), vendar je večina tipičnih predstavnikov sekundarne presnove.
Fenolne spojine so razvrščene glede na število aromatskih obročev in število ogljikovih atomov, vezanih nanje. Fenolne spojine običajno delimo v tri velike podskupine: z enim in dvema aromatičnima obročema ter polimerne fenolne spojine. Včasih se dimerne fenolne spojine ločijo v posebno skupino.
Posebnost fenolnih spojin je tvorba ogromnega števila spojin zaradi molekularnih modifikacij in tvorbe konjugatov z različnimi strukturami. Od modifikacij je za fenolne spojine značilna tvorba glikozidov, metilacija in metoksilacija. Zaradi hidroksilnih in karboksilnih skupin se fenolne spojine lahko vežejo s sladkorji, organskimi kislinami, rastlinskimi amini, alkaloidi. Poleg tega se lahko rastlinski fenoli kombinirajo z izoprenoidi in tvorijo veliko skupino preniliranih fenolov. Te lastnosti fenolnih spojin zagotavljajo ogromno različnih struktur, značilnih za rastlinske fenole.
Fenolne spojine se kopičijo tako v vakuolah kot v periplazemskem prostoru. V tem primeru vakuole običajno vsebujejo glikozilirane fenolne spojine, periplazemski prostor pa metaksilirane spojine ali aglikone. Sinteza fenolnih spojin poteka v kloroplastih in citosolu. Dokazal je obstoj dveh neodvisnih poti za sintezo aromatskih spojin (šikimatne poti) - v citosolu in v plastidih.
V vakuolah se kopičijo tudi številne spojine drugih razredov sekundarnih metabolitov. Podobno lokalizacijo imajo na primer cianogeni glikozidi, glukozinolati, betalaini.
riž. 4. Fenolne spojine z dvema aromatičnima obročema: stilbeni (A), antrakinoni (B), glavne skupine flavonoidov (C), antocianidini (D)
Manjše skupine sekundarnih metabolitov
Rastlinski amini. Višje rastline vsebujejo veliko količino aminov – primarnih, sekundarnih, terciarnih in kvarternih. Mnoge od njih so strukturno dekarboksilirane aminokisline, tako beljakovinske kot nebeljakovinske. Rastlinski amini so razvrščeni kot monoamini (z eno amino skupino), diamine (z dvema amino skupinama) in poliamini.
Betalaini. To je ime v vodi topnih pigmentov višjih rastlin, ki vsebujejo dušik. Prisotni so le v rastlinah reda nageljnov.
Do sedaj ni bilo najdenih rastlin, kjer se hkrati pojavljata dve skupini vodotopnih pigmentov - antocianini in betalaini. Skupino betalainov sestavljajo betacianini in betaksantini - rdeče-vijolične in rumene spojine. Betacijanini so glikozidi in acilglikozidi samo dveh aglikonov.
Cianogeni glikozidi. Cianogeni glikozidi so ?-glikozidi 2-hidroksinitrilov (cianohidrini). Do danes je bilo v višjih rastlinah najdenih več deset takšnih spojin. Glavne strukturne spremembe so posledica narave substituentov R1 in R2. D-glukoza praviloma deluje kot fragment ogljikovih hidratov. Hidroliza cianogenih glikozidov s specifično glikozidazo sprošča cianovodikovo kislino.
Nebeljakovinske aminokisline. Ta izraz pomeni naravne aminokisline, njihove amide, aminokisline, ki običajno niso vključene v beljakovine. Zdaj je znanih več kot 400 nebeljakovinskih aminokislin. Mnoge od njih lahko štejemo za modifikacije beljakovin. Najpogostejše različice so podaljšanje ali skrajšanje ogljikove verige (dodatek ali odstranitev fragmentov CH2 ali CH3), hidrogenacija in dehidrogenacija, hidroksilacija in aminacija. Obstajajo tudi nenavadne (na primer, ki vsebujejo selen) aminokisline. Nebeljakovinske aminokisline so pretežno zelo strupene, ker se lahko vgradijo v beljakovine namesto v "normalne" aminokisline in motijo njihovo delovanje.
Nenavadni lipidi. Sem spadajo predvsem "nenavadne" maščobne kisline, ki se od "navadnih" razlikujejo po dolžini ogljikove verige, po drugačni razporeditvi in številu dvojnih vezi, po prisotnosti dodatnih funkcionalnih skupin in ciklov. . Najpogosteje se nenavadne maščobne kisline nahajajo v semenskem olju. Spojine z eno ali več trojnimi vezmi so bile najdene v številnih vrstah višjih rastlin. Takšne spojine imenujemo acetilenski derivati ali poliacetileni. Znanih je več sto takih struktur. Za razliko od nenavadnih maščobnih kislin lahko derivate acetilena najdemo v vseh organih in delih rastline. Cianolipidi so tudi nenavadni lipidi, pri katerih pri hidrolizi nastane cianovodikova kislina.
Sekundarni metaboliti, ki vsebujejo žveplo. Sem spadajo predvsem ti-glikozidi (S-glikozidi). Najbolj znani glikozidi gorčičnega olja (glukozinolati). Ti glikozidi so značilni za rastline križnic. Imajo močan protimikrobni učinek in povzročajo oster ali oster okus po gorčici, hrenu in redkvi. Mehanizem delovanja glukozinolatov je zelo podoben kot pri cianogenih glikozidih: po cepljenju sladkorja z mirozinazo nastanejo izotiocianati, ki povzročajo pekoč okus in dražilni učinek. Druga skupina sekundarnih metabolitov, ki vsebujejo žveplo, so alicini česna in čebule, ki se sintetizirajo iz cisteina. Prav tako so odgovorni za oster okus in protimikrobne lastnosti teh rastlin.
1.6 Biokemija sekundarne presnove
Biosintetske poti sekundarnih metabolitov
Poti za sintezo večine sekundarnih metabolitov so dobro uveljavljene. Enzimologija sekundarne presnove se intenzivno preučuje. Na podlagi razpoložljivih informacij je mogoče oblikovati nekatere zakonitosti v biosintezi teh spojin. Predhodniki sinteze so sorazmerno majhna količina primarnih metabolitov. Številne skupine sekundarnih metabolitov je mogoče sintetizirati na več načinov. Pogosto se faze sinteze podvojijo v različnih predelih celice (na primer plastidi - citosol). Sinteza je jasno načrtovana in je podprta z naborom posebnih encimov, v večini primerov zelo specifičnih.
Biosinteza alkaloidov. Nastajanje teh snovi je tesno povezano s splošno izmenjavo dušika v celici. Za večino alkaloidov se je izkazalo, da so sheme njihove sinteze poenotene, torej imajo podobno zaporedje reakcij. V procesu biosinteze je molekula aminokisline skoraj v celoti vključena v strukturo alkaloida. Sinteza alkaloidov različnih skupin vključuje iste vrste reakcij: dekarboksilacijo, oksidativno deaminacijo, aldolno kondenzacijo, vendar za vsako skupino alkaloidov te reakcije izvajajo "lastni" encimi. Na prvi stopnji sinteze pride do dekarboksilacije aminokisline s sodelovanjem ustrezne dekarboksilaze. Nastali biogeni amini so podvrženi oksidativni deaminaciji s sodelovanjem aminoksidaz. Nastali aminoaldehidi ali amino ketoni tvorijo ključne heterociklične spojine z vrsto zaporednih reakcij. Nato se osnovna struktura spremeni s sodelovanjem različnih reakcij - hidroksilacije, metilacije itd. Dodatne ogljikove enote lahko sodelujejo pri tvorbi končne strukture alkaloida, na primer acetat (v obliki acetil-CoA) ali monoterpen. enota (za kompleksne indolne alkaloide). Glede na kompleksnost alkaloida njegova biosinteza vključuje od tri do štiri do deset do petnajst reakcij.
Za številne alkaloide ni bila vzpostavljena le shema sinteze, ampak so bili okarakterizirani in izolirani encimi. Izkazalo se je, da nekateri sintezni encimi niso zelo specifični (kot substrate lahko uporabimo različne spojine), vendar pa sintezna veriga nujno vsebuje visoko specifične encime, ki uporabljajo samo en substrat (ali več zelo podobnih substratov) in izvajajo zelo specifično reakcija.
Na primer, pri sintezi izokinolinov različni encimi izvajajo hidroksilacijo osnovne strukture na vsakem mestu. Ko pridemo do končnih stopenj sinteze, se afiniteta encimov za substrat običajno poveča: na primer za številne encime za sintezo berberinskih alkaloidov je CT manj kot 1 μM. Kot primer, sl. 5 prikazuje shemo za sintezo izokinolinskih alkaloidov.
riž. 5. Shema biosinteze izokinolinskih alkaloidov
Biosinteza izoprenoidov. Če se pri sintezi alkaloidov uporablja podobna veriga transformacij za različne izhodne spojine (aminokisline), potem pride do sinteze ogromnega števila izoprenoidov iz enega samega predhodnika, izopentenil difosfata (IPDP). Pod delovanjem encima izopentenil difosfat izomeraze, ki premakne dvojno vez, se IPDP pretvori v dimetilalil difosfat (DMADP). Nadalje je IPADP vezan na DMADP z dvojno vezjo in nastane spojina C10, geranildifosfat.
Služi kot vir vseh monoterpenoidov.
Nato se geranildifosfatu doda še en IPDP in nastane spojina C15 farnezil difosfat, ki je izhodna snov za sintezo seskviterpenoidov. Nadalje lahko farnezil difosfat bodisi doda drugo molekulo IPDP, da tvori geranilgeranildifosfat (spojina C20 je vir diterpenoidov), ali dimerizira, da tvori skvalen (spojina C30 je začetna spojina za vse triterpenoide). Končno se lahko geranilgeranildifosfat dimerizira in tvori fitoin, spojino C40, vir tetraterpenoidov. Poleg tega se lahko veliko količino IPDP zaporedno pritrdi na geranilgeranildifosfat, pri čemer na koncu tvori poliizoprenoide - gumo in gutaperčo. Kot rezultat opisanih reakcij nastane popolna homologna serija C5 spojin različnih dolžin. Poleg tega se te alifatske molekule lahko "zložijo" v ciklične strukture, število ciklov, njihova velikost in vrste sklepov pa so lahko zelo različni. Na sl. 9.13 prikazuje splošno shemo za sintezo izoprenoidov.
Sintezo osnovnih izoprenoidnih struktur izvajata le dve vrsti encimov - preniltransferaze, ki "povečajo" dolžino izoprenoidov, in ciklaze, ki tvorijo ustrezen ciklični skelet molekule. Poleg tega vsaka vrsta strukture tvori specifično ciklazo. Ker obstaja kar nekaj vrst cikličnih struktur izoprenoidov, bi moralo biti impresivno tudi število ciklaz. Do danes jih je znanih več kot sto. Po oblikovanju osnovne strukture (ali hkrati) jo modificiramo in »opremimo« s funkcionalnimi skupinami.
riž. 6. Splošna shema biosinteze izoprenoidov (A) in dva načina sinteze izopentenil difosfata (B) v rastlinah
Pike prikazujejo označene atome v izhodnih spojinah in v nastalem IPDF.
Tako si lahko biosintezo izoprenoidov predstavljamo kot nekakšen biokemični »konstruktor modela«. Sprva so iz enotnih modulov C5 izdelane fleksibilne linearne strukture različnih dolžin. Predstavljajo skoraj idealen material za "biokemično konstrukcijo" in nastanek številnih variant cikličnih struktur.
Rastline uporabljajo obe možnosti za tvorbo izoprenoidov: v citosolu poteka sinteza po klasični poti, v plastidih pa po alternativi. V tem primeru ni možno samo podvajanje sinteze izoprenoidov v različnih celičnih predelih, temveč tudi ločitev glede na vrsto sintetiziranih struktur. Triterpenoidi (vključno s steroidi) se sintetizirajo v citosolu iz mevalonata, medtem ko se diterpenoidi (vključno s fitol klorofilom) in tetraterpenoidi (predvsem karotenoidi) sintetizirajo v plastidih po alternativni poti. Mono- in seskviterpeni se verjetno tvorijo v različnih variantah, odvisno od strukture molekule in vrste rastline.
Biosinteza fenolnih spojin. Do danes sta znani dve poti za tvorbo fenolnih spojin - šikimat (preko šikimske kisline) in acetat-malonat. Glavna pot je shikimate, to je praktično edini način za oblikovanje aromatičnega obroča. Fosfoenolpiruvat (PEP) in eritrozo-4-fosfat delujeta kot izhodni spojini za sintezo. Njihova kondenzacija povzroči heptokarbonsko kislino (2-keto-3-deoksi-7-fosfoaraboheptanojska kislina), ki nato ciklizira v 5-dehidrokinsko kislino. Iz dehidrokinske kisline nastane šikimska kislina, ki ima šestčlenski obroč, eno dvojno vez in jo je enostavno pretvoriti v aromatične spojine. Iz šikimske kisline je možna tvorba hidroksibenzojske kisline - n-hidroksibenzojske, protokatehijske, galne. Vendar pa je glavni način uporabe šikimske kisline s tvorbo aromatskih aminokislin fenilalanina in tirozina prek prefenske kisline. Fenilalanin (v nekaterih primerih morda tirozin) je glavni predhodnik za sintezo fenolnih spojin. Deaminacijo fenilalanina izvaja encim fenilalanin amoniak liaza (PAL). Posledično nastane cimetna kislina, katere hidroksilacija vodi do tvorbe parakumarinske (hidroksicimetne) kisline. Po dodatni hidroksilaciji in kasnejši metilaciji iz nje nastanejo preostale hidroksicimetne kisline.
Hidroksicimetove kisline so osrednji člen v sintezi vseh fenolnih spojin v celici. Optokumarinska kislina je predhodnik kumarinov. Po seriji reakcij skrajšanja alifatskega dela molekule nastaneta C6-C2 in C6-C1 - spojine - to je drugi način tvorbe hidroksibenzojske kisline (prvi je neposredno iz šikimske kisline). Hidroksicimetove kisline lahko tvorijo različne konjugate, predvsem s sladkorji, vendar se večina oksicimetnih kislin aktivira z interakcijo s CoA. Dva glavna načina uporabe CoA estrov oksicimetnih kislin sta sinteza ligninov in sinteza flavonoidov. Za sintezo ligninov se CoA estri hidroksicimetnih kislin reducirajo v alkohole, ki delujejo kot sintezni monomeri. Med sintezo flavonoidov derivat CoA hidroksicimetne kisline v interakciji s tremi molekulami malonil-CoA tvori halkon. Reakcijo katalizira encim kalkon sintaza. Nastali halkon se zlahka pretvori v flavanon. Druge skupine flavonoidov nastanejo iz flavanonov zaradi reakcij hidroksilacije in oksidacije-redukcije. Nato lahko molekulo modificiramo – glikozilacijo, metoksilacijo itd.
Acetatno-malonatna pot za sintezo fenolnih spojin je razširjena pri glivah, lišajih in mikroorganizmih. V rastlinah je majhen. Med sintezo spojin na tej poti se acetil-CoA karboksilira v malonilacetil-CoA. Nato se pojavi kaskada podobnih reakcij, zaradi katerih ogljikova veriga raste in poli- ?-ketometilenska veriga. Ciklizacija poliketidne verige vodi do tvorbe različnih fenolnih spojin. Na ta način se sintetizira floroglucinol in njegovi derivati, nekateri antrakinoni. V strukturi flavonoidov obroč B tvori šikimatna pot (iz hidroksicimetne kisline), obroč A pa acetat-malonatna pot.
V celici delujeta dve šikimatski poti sinteze flavonoidov – ena v plastidih, druga v citosolu. Ti oddelki vsebujejo celoten nabor izoencimov šikimatne poti, pa tudi encime fenolnega metabolizma, vključno s PAL in kalkon sintazo. Tako v rastlinski celici obstajata dve vzporedni verigi sinteze fenolnih spojin (podobno kot izoprenoidi).
Sinteza manjših razredov sekundarnih spojin. Tudi nastajanje teh snovi je bilo precej v celoti raziskano. Za številne spojine, ki vsebujejo dušik, so izhodne snovi aminokisline. Sinteza cianogenih glikozidov se na primer začne z dekarboksilacijo ustrezne aminokisline, nato aldoksima, nitrila in ?-hidroksinitril. Na zadnji stopnji sinteze se zaradi glikozilacije tvori cianogen glikozid ?-hidroksinitril z uporabo UDP-glukoze. Sintezo običajno izvaja kompleks encimov: na primer za durrin je ta kompleks sestavljen iz štirih encimov. Encimski geni so bili klonirani. Rastlina Arabidopsis, transgena v dveh genih, je pridobila sposobnost sintetiziranja cianogenih glikozidov. Sinteza betalainov se začne iz tirozina, ki se hidroksilira v dioksifenilalanin (DOPA). DOPA služi kot vir za dva fragmenta molekule betacijanina - betalaminsko kislino in ciklo-DOPA. Kombinacija teh dveh spojin povzroči tvorbo betacianinov. Med sintezo betaksantinov se betalaminska kislina kondenzira s prolinom. Sekundarni metaboliti, ki vsebujejo žveplo, se običajno sintetizirajo iz aminokislin, ki vsebujejo žveplo.
2. Metode raziskovanja
Bromatometrično določanje fenola ima veliko praktično uporabo. Določanje fenola temelji na dejstvu, da se v analizirano raztopino vnese presežek zmesi bromat-bromid, ki sprosti prosti brom v kislem mediju. Nastali brom reagira s fenolom:
С6Н5ОН + ЗВг2 С6Н2Вг3ОН + 3HBr
Ko tej raztopini dodamo kalijev jodid, presežek neizreagiranega broma oksidira jodid v jod, ki ga titriramo s standardno raztopino natrijevega tiosulfata:
Br2 + 2I = 2Br + I2 + 2S2O = 2I + S4O
Reagenti
0,02 M raztopina natrijevega tiosulfata (ali standardizirana) *
Mešanica bromata in bromida.
1M raztopina žveplove kisline
Škrob, 0,5% raztopina
Kalijev jodid, KI (k)
Merska bučka 500 ml
Bučka 250-300 ml
Merilni cilinder 20 ml
Pipete 20 in 25 ml
Bireta 25 ml
Zaključek dela
Raztopino bromata in bromida lahko pripravimo glede na stehtano količino: 0,334 g KBrO3 in 1,2 KBr raztopimo v destilirani vodi in dovedemo do oznake v 500 ml merilni bučki, v tem primeru je koncentracija približno 0,024 M. enake koncentracije lahko pripravimo raztopino iz fiksnega kanala KBrO3 - KBr 0,1 N, vendar je treba v tem primeru vsebino zaprte ampule raztopiti v 4 litrih destilirane vode.
Za analizo se alikvot (10 ml) raztopine, ki vsebuje 0,02-0,4 g/l fenola**, s pipeto vzame v bučko za titracijo. Dodamo 12 ml (s pipeto) zmesi bromat-bromid, 10 ml 1M raztopine žveplove kisline, zapremo z zamaškom in pustimo 30 minut. Nato dodamo 1 g kalijevega jodida, natehtanega na tehtnici, in ponovno zapremo z zamaškom. Po 5 minutah sproščeni jod titriramo z raztopino natrijevega tiosulfata, pri čemer na koncu titracije, ko postane barva raztopine svetlo rumena, dodamo 2-3 ml raztopine škroba. Titracijo nadaljujemo do izginotja modre barve raztopine. Izvedejo se tri titracije in iz konvergentnih rezultatov se izračuna povprečni volumen V1.
3. Praktična naloga
Sekundarni metaboliti vključujejo antibiotike, alkaloide, rastlinske rastne hormone in toksine.
2. Biosinteza beljakovin poteka v ribosomih.
3. Fotosinteza poteka v listu, v celicah lista, v kloroplastih, ki vsebujejo zeleni pigment klorofil.
4. Enota fotosinteze je kantosom.
Anaerobna faza dihanja je zaporedje reakcij, imenovanih glikoliza.
V procesu glikolize se molekula heksoze pretvori v dve molekuli pirovične kisline:
C6H12O6 2C3H4O2 + 2H2.
Ta oksidativni proces lahko poteka v anaerobnih pogojih.
Zaključek
Kot rezultat opravljenega tečaja sem spoznal, kaj so sekundarni metaboliti, pa tudi značilnosti sekundarnih metabolitov, ki vključujejo: relativno nizko molekulsko maso (izjema so npr. visokomolekularni poliizoprenoidi: guma, gutaperča, chicle); neobvezna prisotnost v vsakem organizmu (nekateri sekundarni metaboliti so zelo razširjeni, na primer veliko fenilpropanoidov najdemo v skoraj vseh rastlinah); praviloma so biološko aktivne snovi; sintetizirano iz primarnih presnovkov.
Ti znaki niso potrebni, vendar skupaj jasno razmejujejo obseg sekundarnih metabolitov.
V rastlinah so sekundarni metaboliti vključeni v interakcijo rastline z okoljem, obrambne reakcije (na primer strupi). Sem spadajo naslednji razredi: alkaloidi, izoprenoidi, fenolne spojine, manjše spojine (obstaja 10-12 skupin, zlasti: nebeljakovinske aminokisline, biogeni amini, cianogeni glikozidi, glikozidi gorčičnega olja (izotiocianati), betalaidini, acetanocianati, , acetilenski derivati, alicini, acetofenoni, tiofeni, nenavadne maščobne kisline itd.)
sinteza fenolnih alkaloidov biokem
Seznam uporabljene literature
1."Mikrobiologija: glosar izrazov", Firsov N.N., M: Bustard, 2006
2.Zdravilne surovine rastlinskega in živalskega izvora. Farmakognozija: učbenik / ur. G.P. Yakovleva. SPb .: SpetLit, 2006.845 str.
.Shabarova Z. A., Bogdanov A. A., Zolotukhin A. S. Kemijske osnove genskega inženiringa. - M .: Založba Moskovske državne univerze, 2004, 224 str.
4.Čebišev N.V., Grineva G.G., Kobzar M.V., Gulyankov S.I. Biologija, Moskva, 2000
Tutorstvo
Potrebujete pomoč pri raziskovanju teme?
Naši strokovnjaki vam bodo svetovali ali nudili tutorske storitve o temah, ki vas zanimajo.
Pošljite povpraševanje z navedbo teme zdaj, da se pozanimate o možnosti pridobitve posveta.
A. DEFINICIJA
Z vidika biogeneze se antibiotiki obravnavajo kot sekundarni presnovki. Sekundarni metaboliti so naravni produkti z nizko molekulsko maso, ki jih 1) sintetizirajo le nekatere vrste mikroorganizmov; 2) med rastjo celic ne opravljajo nobenih očitnih funkcij in se pogosto tvorijo po prenehanju rasti kulture; celice, ki sintetizirajo te snovi, zlahka izgubijo sposobnost sinteze zaradi mutacij; 3) se pogosto tvorijo kot kompleksi podobnih izdelkov.
Primarni metaboliti so normalni presnovni produkti celice, kot so aminokisline, nukleotidi, koencimi itd., potrebni za rast celic.
B. RAZMERJE MED PRIMARNIMI
IN SEKUNDARNI METABOLIZEM
Študija biosinteze antibiotikov je sestavljena iz vzpostavitve zaporedja encimskih reakcij, med katerimi se en ali več primarnih metabolitov (ali vmesnih produktov njihove biosinteze) pretvori v antibiotik. Ne smemo pozabiti, da tvorbo sekundarnih metabolitov, zlasti v velikih količinah, spremljajo pomembne spremembe v primarnem metabolizmu celice, saj mora v tem primeru celica sintetizirati izhodni material, oskrbovati z energijo, na primer v obliki ATP in zmanjšani koencimi. Zato ni presenetljivo, da pri primerjavi sevov, ki sintetizirajo antibiotike, s sevi, ki niso sposobni njihove sinteze, ugotovimo pomembne razlike v koncentraciji encimov, ki niso neposredno vključeni v sintezo tega antibiotika.
B. GLAVNE BIOSINTETIČNE POTI
Encimske reakcije biosinteze antibiotikov se načeloma ne razlikujejo od reakcij, pri katerih nastajajo primarni metaboliti. Lahko jih obravnavamo kot variacije
reakcije biosinteze primarnih metabolitov, seveda z nekaterimi izjemami (na primer, obstajajo antibiotiki, ki vsebujejo nitro skupino - funkcionalno skupino, ki se nikoli ne pojavlja v primarnih presnovkih in ki nastane med specifično oksidacijo aminov).
Mehanizmi biosinteze antibiotikov lahko razdelimo v tri glavne kategorije.
1. Antibiotiki, pridobljeni iz enega samega primarnega presnovka. Pot njihove biosinteze je sestavljena iz zaporedja reakcij, ki modificirajo izvirni produkt na enak način kot pri sintezi aminokislin ali nukleotidov.
2. Antibiotiki, pridobljeni iz dveh ali treh različnih primarnih metabolitov, ki so spremenjeni in kondenzirani v kompleksno molekulo. Podobne primere opazimo pri primarni presnovi med sintezo nekaterih koencimov, na primer folne kisline ali koencima A.
3. Antibiotiki, ki izvirajo iz produktov polimerizacije več podobnih metabolitov s tvorbo osnovne strukture, ki jo je mogoče nadalje modificirati med drugimi encimskimi reakcijami.
Kot rezultat polimerizacije nastanejo antibiotiki štirih vrst: 1) polipeptidni antibiotiki, ki nastanejo s kondenzacijo aminokislin; 2) antibiotiki, ki nastanejo iz acetat-propionatnih enot v reakcijah polimerizacije, podobnih reakciji biosinteze maščobnih kislin; 3) terpenoidni antibiotiki, pridobljeni iz acetatnih enot na poti za sintezo izoprenoidnih spojin; 4) aminoglikozidni antibiotiki, ki nastanejo v kondenzacijskih reakcijah, podobnih reakcijam biosinteze polisaharidov.
Ti procesi so podobni procesom polimerizacije, ki zagotavljajo nastanek nekaterih komponent membrane in celične stene.
Poudariti je treba, da se osnovna struktura, pridobljena s polimerizacijo, običajno dodatno modificira; pridružijo se mu lahko celo molekule, ki jih tvorijo druge biosintetske poti. Posebej pogosti so glikozidni antibiotiki - produkti kondenzacije enega ali več sladkorjev z molekulo, sintetizirano na poti 2.
D. SINTEZA DRUŽINE ANTIBIOTIKOV
Pogosto sevi mikroorganizmov sintetizirajo več kemično in biološko blizu antibiotikov, ki sestavljajo "družino" (antibiotski kompleks). Oblikovanje "družin" ni značilno samo za biosintezo
Antibiotiki, vendar je skupna lastnost sekundarne presnove, povezana s precej veliko "velikostjo vmesnih produktov. Biosinteza kompleksov sorodnih spojin se izvaja v poteku naslednjih presnovnih poti.
1. Biosinteza "ključnega" metabolita po eni od poti, opisanih v prejšnjem razdelku.
Rifamicin U
 |
|||
oksid.
riž. 6.1. Primer metaboličnega drevesa: biosinteza rifamicina (za pojasnila glejte besedilo; strukturne formule ustreznih spojin so prikazane na slikah 6.17 in 6.23).
2. Modifikacija ključnega metabolita z uporabo dokaj pogostih reakcij, na primer z oksidacijo metilne skupine v alkoholno skupino in nato v karboksilno skupino, redukcijo dvojnih vezi, dehidrogenacijo, metilacijo, zaesteritev itd.
3. En in isti metabolit je lahko substrat za dve ali več teh reakcij, kar vodi do tvorbe dveh ali več različnih produktov, ki se lahko podvržejo različnim transformacijam s sodelovanjem encimov, kar povzroči "metabolično drevo". ".
4. Isti presnovek lahko nastane po dveh (ali več) različnih poteh, v katerih le
vrstni red encimskih reakcij, ki povzročajo "metabolično mrežo".
Precej nenavadne koncepte metaboličnega drevesa in presnovne mreže lahko ponazorimo z naslednjimi primeri: biogeneza družine rifamicinov (drevo) in eritromicina (mreža). Prvi metabolit v biogenezi družine rifamicinov je protorifamicin I (slika 6.1), ki ga lahko štejemo za ključni presnovek. V zaporedju
reakcij, katerih vrstni red ni znan, se protorifamicin I pretvori v rifamicin W in rifamicin S, pri čemer se del sinteze zaključi z uporabo ene same poti ("deblo" drevesa). Rifamicin S je začetna točka razvejanja več alternativnih poti: kondenzacija z dvoogljičnim fragmentom povzroči rifamicin O ter rafamicin L in B. Slednji se zaradi oksidacije ansa verige pretvori v rifamicin Y. Cepitev enoogljičnega fragmenta med oksidacijo rifamicina S vodi do tvorbe rifamicina G , zaradi neznanih reakcij pa se rifamicin S pretvori v tako imenovani kompleks rifamicina (rifamicin A, C, D in E). Oksidacija metilne skupine pri C-30 povzroči rifamicin R.
Ključni presnovek družine eritromicina je eritronolid B (Er B), ki se pretvori v eritromicin A (najkompleksnejši metabolit) z naslednjimi štirimi reakcijami (slika 6.2): 1) glikozilacija na položaju 3 PU
kondenzacija z mikarozo (Mic.) (reakcija I); 2) preoblikovanje mikaroze v kladinozo (Clad.) kot posledica metilacije (reakcija II); 3) pretvorba eritronolida B v eritronolid A (Er.A) kot posledica hidroksilacije na položaju 12 (reakcija III); 4) kondenzacija z desozaminom (Dez.) v položaju 5 (reakcija IV).
Ker se vrstni red teh štirih reakcij lahko razlikuje, so možne različne presnovne poti in skupaj tvorijo presnovno mrežo, prikazano na sl. 6.2. Treba je opozoriti, da obstajajo tudi poti, ki so kombinacija drevesa in mreže.
Priporočamo tudi
Zvišana telesna temperatura in vročina kot možna znaka vnetja prostate
Koliko dni se zdravi soor pri ženskah?
Ali je vredno skrbeti za ureaplazmo med nosečnostjo? Kako se ureaplazma manifestira pri ženskah med nosečnostjo?
Zakaj je ureaplazmoza nevarna med nosečnostjo: miti in resnice o okužbi Ureaplazmoza pri nosečnicah
Tablete proti nosečnosti po nezaščitenem spolnem odnosu: priporočila in posledice
Kontracepcijske tablete Dimia navodila za uporabo Dimia navodila za uporabo
Nalaganje ...