Mikrobiyoloji. Birincil ve ikincil metabolizma ve metabolik ürünler İkincil metabolitler
İyi çalışmalarınızı bilgi tabanına gönderin basittir. Aşağıdaki formu kullanın
Bilgi tabanını çalışmalarında ve çalışmalarında kullanan öğrenciler, yüksek lisans öğrencileri, genç bilim adamları size çok minnettar olacaktır.
Yayınlanan http://www.allbest.ru/
Rusya Federasyonu Tarım Bakanlığı
Bilim ve Teknoloji Politikası ve Eğitim Bölümü
Federal Devlet Bütçeli Yüksek Öğrenim Eğitim Kurumu
"Volgograd Devlet Tarım Üniversitesi"
Fakülte: Biyoteknoloji ve Veterinerlik
Bölüm: "Veteriner Sağlık Uzmanlığı, Enfeksiyon Hastalıkları ve Morfoloji"
RAPOR
Disiplin: "Biyoteknoloji"
konuyla ilgili: "Mikroorganizmaların birincil ve ikincil metabolitleri"
Gerçekleştirilen:
E.S. Ponysheva
Kontrol:
Marina Efimovna Spivak
Volgograd 2018
Birincil metabolitlerin elde edilmesi için biyoteknoloji
Birincil metabolitler, mikroorganizmaların büyümesi için gerekli olan düşük moleküler ağırlıklı bileşiklerdir: bazıları makromoleküllerin yapı taşlarıdır, diğerleri koenzimlerin sentezinde yer alır. Endüstri için en önemli birincil metabolitler arasında enzimler, amino asitler, vitaminler bulunur.
Amino asit üretimi
Endüstride amino asitler elde edilir:
1) doğal protein içeren hammaddelerin hidrolizi; 2) kimyasal sentez; 3) mikrobiyolojik sentez; 4) Mikroorganizmalar kullanılarak veya onlardan izole edilen amino asit öncülerinin biyotransformasyonu.
En umut verici ve ekonomik açıdan faydalı olanı, amino asitlerin mikrobiyolojik sentezidir. Avantajı, yenilenebilir ham maddelerden L-amino asitler elde etme olasılığında yatmaktadır. Amino asit üreticileri arasında maya (%30), aktinomisetler (%30), bakteri (%20) kullanılmaktadır. Brevibacterium flavum ve Corynebacterium glutamicum, şekerlerin üçte birinden fazlasını lizine dönüştürür. Üreticilerin seçiminde Micrococcus, Brevibacterium, Corynebacterium, Arthrobacter cinslerine ait mikroorganizmalar kullanılmaktadır.
Vitamin üretimi
Vitaminler, herhangi bir organizma için ihmal edilebilir konsantrasyonlarda gerekli olan ve içinde katalitik ve düzenleyici işlevleri yerine getiren, çeşitli kimyasal yapıdaki yeri doldurulamaz organik bileşikler grubudur. Sadece ototrofik organizmalar vitamin sentezleme yeteneğine sahiptir. Bilinen hemen hemen tüm vitaminler mikrobiyolojik bir yöntemle elde edilebilir. Ancak vitaminleri doğal kaynaklardan izole ederek veya kimyasal sentezle elde etmek ekonomik olarak daha uygundur. Mikroorganizmaların yardımıyla karmaşık yapıdaki vitaminlerin elde edilmesi tavsiye edilir: β-karoten, B2, B12 ve D vitamini öncüleri.
Organik asit üretimi
Şu anda, endüstriyel ölçekte biyoteknolojik yöntemlerle bir dizi organik asit elde edilmektedir. Bunlardan sitrik, glukonik, ketoglukonik ve itakonik asitler sadece mikrobiyolojik yöntemlerle, laktik, salisilik ve asetik asitler - hem kimyasal hem de mikrobiyolojik olarak, malik - kimyasal ve enzimatik yöntemlerle elde edilir. Asetik asit Acetobacter ve Gluconobacter tarafından üretilir, sitrik asit Aspergillus niger, Aspergillus goii tarafından üretilir ve laktik asit Lactobacillus delbrueckii tarafından üretilir.
İkincil metabolitlerin elde edilmesi için biyoteknoloji
Elde etme ilkeleri, mikroorganizma hücreleri tarafından oluşumlarının özelliklerine dayanmaktadır. Sekonder metabolitlerin biyosentezi faza özgüdür ve büyüme aşamasının tamamlanmasından sonra idiofazda meydana gelir, çünkü bunlara idiolit denir.
antibiyotik almak
Antibiyotikler, mikrobiyal hücreler tarafından sentezlenen en büyük farmasötik bileşikler sınıfıdır. Bu sınıf, antifungal ajanları, antikanser ilaçları ve alkaloidleri içerir. Bitki yetiştirme, hayvancılık, veterinerlik, gıda endüstrisi ve tıpta kullanılırlar.
Hem doğal hem de yarı sentetik antibiyotikler elde etmenin birkaç yolu vardır:
1) üretici mikroorganizmanın, idiyofazda antibiyotiklerin sentezini indükleyen uygun bir öncü ile fermantasyonu;
2) bloke edilmiş mutantların kullanımı. İstenen antibiyotiğin sentezinin bloke edildiği. Enzimlerin düşük substrat özgüllüğü kullanılarak ve antibiyotik öncülerinin analoglarının tanıtılmasıyla, bunlar antibiyotiğin kendisinin analoglarına dönüştürülür.
Bu sürece biyosentez veya mutasentez denir:
a) antibiyotiğin sentezine yol açan reaksiyon dizisi varsayılır;
b) "bloke edilmiş" mutantta antibiyotik sentezinin olmaması; c) bir öncü analogun eklenmesinden sonra modifiye edilmiş bir antibiyotiğin sentezi (D *)
Endüstriyel olarak önemli steroidlerin elde edilmesi
Steroidler, seks hormonları, kardiyak glikozitler, safra asitleri, vitaminler, alkaloidler, bitki büyüme düzenleyicileri dahil olmak üzere biyolojik olarak önemli bileşiklerden oluşan geniş bir gruptur. Steroidler, perhidrosiklopentanofenantrenin iskeletine dayanır.
Biyotransformasyon - canlı organizmaların hücreleri veya onlardan izole edilen enzimler kullanılarak orijinal organik bileşiklerin (prekürsörlerin) hedef ürüne dönüşüm reaksiyonları. Mikrobiyal hücrelerin oldukça spesifik biyotransformasyon yeteneği, steroid üretiminde kullanılır. Hücre enzimlerinin mutlak stereospesifikliğinin ve substrat spesifikliğinin kullanılması, steroidlerin yapısal yeniden düzenlenmesi için birçok kimyasal reaksiyonun uygulanması için koşullar geliştirmeyi mümkün kıldı. Sonuç olarak, daha iyi farmakolojik özelliklere sahip yeni bileşikler elde edildi.
enzimler
Enzimler biyolojik katalizörlerdir. Bir mikroorganizmanın metabolizmasını oluşturan binlerce kimyasal reaksiyonu katalize ederler. Şu anda yaklaşık iki bin enzim bilinmektedir.
Enzimler, moleküler ağırlıkları 10.000 ila birkaç milyon arasında değişen proteinlerdir. Enzimin adı, sonunda "aza" olarak değişerek etki ettiği madde tarafından verilir. Örneğin, selülaz, selülozun selobiyoza hidrolizini katalize eder, üreaz, ürenin (üre) amonyak ve CO2'ye hidrolizini katalize eder. Bununla birlikte, daha sıklıkla enzim, katalize ettiği kimyasal reaksiyonun yapısını belirten bir isim alır.
Enzimlerin modern sınıflandırması da katalize ettikleri reaksiyonların doğasına dayanmaktadır. Uluslararası Biyokimya Birliği Enzimler Komisyonu tarafından geliştirilen sınıflandırmaya göre altı ana sınıfa ayrılırlar.
oksidoredüktaz redoks reaksiyonlarını katalize eden enzimlerdir. Biyolojik enerji üretiminde önemli rol oynarlar. Bunlara dehidrojenazlar (NAD, NADP, FAD), sitokromlar (b, c, c1 a, a3) d hidrojen, elektronlar ve oksijen vb. transferinde yer alan enzimler dahildir.
Transferazlar. Bireysel radikallerin, molekül parçalarının veya tüm atomik grupların bir bileşikten diğerine transferini katalize ederler. Örneğin, asetiltransferazlar, asetik asit - CH3CO kalıntılarını ve ayrıca yağ asidi moleküllerini aktarır; fosfotransferazlar veya kinazlar, fosforik asit kalıntılarının H2P032- transferine neden olur. Diğer birçok transferaz bilinmektedir (aminotraisferazlar, fosforilazlar, vb.).
hidrolazlar Proteinler, yağlar ve karbonhidratlar gibi kompleks bileşiklerin suyun katılımıyla parçalanma ve sentez reaksiyonlarını katalize eder. Bu sınıf, proteinler veya peptitler üzerinde etkili olan proteolitik enzimleri (veya peptit hidrolazları); karbonhidratların ve glukozitlerin katalitik bölünmesini gerçekleştiren glukozit hidrolazları (β-fruktofuranosidaz, b - glukozidaz, a - ve β-amilaz, β-galaktosidaz, vb.); esterlerin bölünmesini ve sentezini katalize eden esterazlar (lipazlar, fosfatazlar).
liyazlarÇift bağlar oluşturmak için substratlardan belirli kimyasal grupların ayrılmasını veya bireysel grupların veya radikallerin çift bağlara bağlanmasını katalize eden enzimleri içerir. Böylece piruvat dekarboksilaz, CO2'nin piruvik asitten eliminasyonunu katalize eder:
Liyazlar ayrıca altı karbonlu fruktoz-1,6-difosfat molekülünü iki üç karbonlu bileşiğe ayıran aldolaz enzimini de içerir. Aldolaz metabolik süreçte büyük önem taşır.
izomeraz Organik bileşiklerin izomerlerine dönüşümünü gerçekleştirir. İzomerizasyon sırasında atomların, atomik grupların, çeşitli radikallerin vb. moleküller arası hareketi meydana gelir.Karbonhidratlar ve türevleri, organik asitler, amino asitler vb. izomerizasyona uğrar.Bu grubun enzimleri bir dizi metabolik süreçte önemli bir rol oynar. Bunlara trioz fosfat izomeraz, glikoz fosfat izomeraz, vb. dahildir.
ligazlar Basit bileşiklerden karmaşık organik bileşiklerin sentezini katalize eder. Örneğin, asparajin sentetaz, bu reaksiyon için enerji sağlayan adenosin trifosforik asidin (ATP) zorunlu katılımıyla aspartik asit ve amonyaktan asparagin amidi sentezler:
Aspartik asit + NH3 + ATP - * asparagin + ADP + H3P04
Ligaz grubu ayrıca çeşitli organik asitlere CO2 ilavesini katalize eden karboksilazları da içerir. Örneğin, piruvat karboksilaz enzimi, oksaloasetik asitin piruvik asit ve CO2'den sentezini katalize eder.
Yapılarına göre enzimler iki büyük sınıfa ayrılır:
1) basit proteinler olan,
2) karmaşık proteinlerdir.
Birinci sınıf, hidrolitik enzimleri, ikinci, daha çok sayıda sınıf - oksidasyon işlevlerini yerine getiren ve çeşitli kimyasal grupların transfer reaksiyonlarına katılan enzimleri içerir. İkinci sınıf enzimler, apoenzim adı verilen protein kısmına ek olarak, enzimin aktivitesini belirleyen protein olmayan bir gruba da sahiptir - bir kofaktör. Ayrı olarak, bu parçalar (protein ve protein olmayan) enzimatik aktiviteden yoksundur. Enzimlerin karakteristik özelliklerini ancak birleştikten sonra kazanırlar. Bir kofaktör ile bir apoenzimin kompleksine holoenzim denir.
Kofaktörler, metal iyonları (Fe, Cu, Co, Zn, Mo, vb.) veya koenzim adı verilen karmaşık organik bileşikler veya her ikisi olabilir. Koenzimler genellikle, enzimatik bir reaksiyonun sonucu olarak bir bileşikten diğerine hareket eden elektronların, atomların, grupların ara taşıyıcılarının rolünü oynar. Bazı koenzimler, enzim proteinine sıkıca bağlıdır; enzimin prostetik grubu olarak adlandırılırlar. Birçok koenzim ya özdeştir ya da belirli B vitaminlerinden türetilmiştir.
Koenzimler, örneğin, aktif dehidrojenaz grupları - nikotinamid adenin dinükleotit (NAD) veya nikotinamid adenin dinükleotit fosfat (NADP) içerir. Bu koenzimler arasında B vitaminlerinden biri olan nikotinik asit bulunur.Vitaminler diğer koenzimlerde de bulunur. Bu nedenle, tiamin (B1 vitamini), piruvik asit metabolizmasında yer alan tiamin pirofosfokinazın bir parçasıdır, pantotenik asit, koenzim A'nın bir bileşenidir ve riboflavin (B2 vitamini), flavoprotein enzimlerinin prostetik bir grubudur. Vitaminlerin canlı organizmaların beslenmesindeki önemi, tam olarak koenzimlerde bulunmalarından kaynaklanmaktadır.
Modern kavramlara göre, enzimler serbest aktivasyon enerjisini düşürerek kimyasal reaksiyonları hızlandırır (belirli bir sıcaklıkta bir mol maddenin tüm moleküllerini aktif hale getirmek için gereken enerji miktarı).
Enzimleri diğer katalizörlerden ayıran temel özellik katalize ettikleri enzimatik reaksiyonların özgüllüğüdür. Her enzim sadece bir spesifik reaksiyonu katalize eder.
Enzimatik reaksiyonların yüksek özgüllüğü nedeniyle, substrat molekülünün bağlı olduğu katalitik merkez olarak adlandırılan enzim molekülünün bölgesinin, yalnızca substrat molekülüne uyan ve herhangi bir karşılık gelmeyen belirli bir uzaysal konfigürasyona sahip olduğuna inanılmaktadır. diğer moleküller.
Enzimlerin aktivitesi çeşitli faktörlere bağlıdır: enzim ve substratın bağıl konsantrasyonu, sıcaklık, pH, vb. Her enzimin kendi optimum sıcaklığı ve pH'ı vardır. Enzim aktivitesi nadiren her iki yönde de aynı olmasına rağmen birçok enzimatik reaksiyon geri dönüşümlüdür.
Küçük boyutuna rağmen bir mikroorganizmanın her hücresi farklı işlevlere sahip birçok farklı enzim üretebilir. Genellikle metabolizmaya dahil olan enzimler vücudun bir hücresinde bulunur ve bu nedenle hücre içi enzimler veya endoenzimler olarak adlandırılır. Bazı enzimler mikroorganizmaların hücreleri tarafından çevreye salgılanır ve hücre dışı enzimler veya ekzoenzimler olarak adlandırılır. Kural olarak, hidrolitik enzimler, mikroorganizmanın hücresine nüfuz edemeyen büyük moleküler ağırlığa sahip bileşikleri ayrıştıran dış ortama salınır. Bozunma ürünleri hücre tarafından kolayca emilir ve besin olarak kullanılır.
Enzimler mikroorganizmaların beslenmesinde önemli rol oynarlar. Mikroorganizmaların hücreleri tarafından sentezlenen çok sayıda çeşitli enzimler, çok sayıda bileşiği (karbonhidratlar, proteinler, yağlar, mumlar, yağlar, parafinler vb.) bölerek beslenme için kullanmalarını sağlar.
Amino asit üretimi
Dünyada amino asit üretimi sürekli artıyor ve şu anda talebin çok daha yüksek olduğu tahmin edilse de şu anda yaklaşık 400 bin ton/yıl civarında. Daha önce belirtildiği gibi, diyetteki amino asitlerin eksikliği (özellikle gerekli olanlar), büyümeyi ve gelişmeyi olumsuz etkiler. Bu nedenle, hayvan yemine birkaç yüzde eksik asit ilavesi, proteinin yem değerini iki katından fazlasına çıkarabilir. Amino asitleri elde etmenin tüm olası yöntemlerinden (kimyasal, mikrobiyolojik vb.), Mikrobiyolojik tercih edilir: mikrobiyal üretim organizasyonu basit olarak adlandırılamasa da, avantajı optik olarak saf (L-amino asitler) sentezinde yatmaktadır. , kimyasal sentez ise ayrılması zor olan L- ve D-amino asitlerin rasemik bir karışımını üretir. Amino asitlerin mikrobiyal sentezi, kesin olarak tanımlanmış fermantasyon parametreleri ile belirli bir bileşimin bir ortamında hedef asidin kesin olarak tanımlanmış bir üreticisinin yetiştirilmesine dayanır. Üreticiler, mutant seçilim veya genetik mühendisliği yöntemleri kullanılarak elde edilen bakteri suşlarıdır. Mutant bakteriler, bir yandan bazı maddeleri bağımsız olarak sentezleme yeteneğini kaybederken, diğer yandan hedef amino asidi aşırı sentezleme yeteneğini kazanmıştır. Zaten geçen yüzyılın 70'lerinde, bilinen tüm amino asitleri üretmenin mümkün olduğu Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus vb. Cinsinden süper üreten mikroplar elde edildi. Şu anda, sentezlenen spesifik protein miktarının %10-50'ye ulaştığı süper üreticiler var (burada en önemli rol, eklenen genleri taşıyan çok kopyalı plazmitler tarafından oynanır).
Amino asitleri elde etme teknolojisi, üreticilerin fermantasyonu ve birincil metabolitlerin izolasyonu ilkelerine dayanmaktadır, yani ana kültür, önce bir agar ortamında test tüplerinde, ardından şişelerde, aşılayıcılarda ve aşılayıcılarda sıvı bir ortamda çoğaltılır. , ve sonra ana fermenterlerde. Amino asit beslemeye katkı maddesi olarak sağlanırsa, yem ürününün biyoteknolojik süreci şu aşamaları içerir: fermantasyon, kültür sıvısındaki amino asidin buharlaştırmadan önce stabilizasyonu, vakumla buharlaştırma, ana maddenin %10'undan fazlasını içermemesi gereken bitmiş ürünün dolgu maddesi, kurutulması ve paketlenmesi. Amino asit bir ilaç olarak kullanılıyorsa, vakum altında kurutulan ve paketlenen izole edilmiş saf kristaller elde edilir.
Amino asitlerin üretilmesi için bilinen iki yöntem vardır: tek aşamalı ve iki aşamalı. İlk yönteme göre, örneğin, mutant bir oksotrofik suş - bir amino asit üreticisi - biyosentez için optimal olan bir ortamda yetiştirilir.
İki aşamalı bir yöntemde, üretici mikrop, hedef ürünün sonraki sentezi için gerekli tüm bileşenleri aldığı ve sentezlediği bir ortamda yetiştirilir. İki aşamalı sürecin şeması şu şekilde temsil edilebilir: Amino asit biyosentez enzimleri hücre içinde birikirse, 1. aşamadan sonra hücreler ayrılır, parçalanır ve hücre suyu kullanılır. Diğer durumlarda, hücreler doğrudan hedef ürünlerin biyosentezi için kullanılır.
Glutamik asit, mikrobiyolojik olarak türetilmiş ilk amino asittir. Bu asidin aşırı sentezini sağlayan hiçbir mutant elde edilmemiştir ve bu amino asidin "aşırı üretimi", zar fosfolipidlerinin sentezinin bozulduğu özel koşullarla ilişkilidir. Glutamik asit, yalnızca Corynebacterium glutamicum ve Brevibacterium flavum kültürleri tarafından sentezlenir. Üretimi için substratlar glikoz ve asetik asittir ve 60'ların başındadır. geçen yüzyılın, n-parafinler de kullanıldı. Kültürlerin büyümesi için özel koşullar, hücre duvarının sentezini baskılayan kültür sıvısına penisilin eklenmesi veya ortamdaki biyotin (B7 vitamini) konsantrasyonunun azalması (optimum ile karşılaştırıldığında) ile oluşturulur. hücre zarındaki yapısal ve fonksiyonel değişiklikler, böylece hücreyi kültür sıvısında terk eden glutamik asit için geçirgenliğini arttırır. Glutamik asidin sodyum tuzu, konserve ve dondurulmuş gıdaların tadını iyileştirmek için gıda endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Vitaminler
Vitaminler biyolojik aktiviteye sahip düşük moleküler ağırlıklı organik maddelerdir. Doğal ortamda bu BAS temsilcilerinin kaynakları bitkiler ve mikroorganizmalardır. Endüstride vitaminler esas olarak kimyasal sentez yoluyla elde edilir. Ancak bu bileşiklerin mikrobiyolojik üretimi de gerçekleşir. Örneğin menakinonlar ve kobalaminler yalnızca mikrobiyal ürünlerdir. Mikrobiyolojik olarak sadece birkaç vitamin elde edilir: B12 (siyanokobalamin), B2 (riboflavin), C vitamini ve ergosterol.
Biyoteknolojide oldukça umut verici bir yön, hayvancılıkta yem katkı maddesi olarak kullanılan biyotinin mikrobiyolojik sentezidir. Şu anda biyotin elde etmek için kimyasal senteze başvuruyorlar.
B12 vitamini
Dünya B12 vitamini üretimi yılda 9-11 bin kg'dır. Bunların yaklaşık yarısı tıbbi amaçlarla, geri kalanı ise hayvancılıkta yem katkı maddesi olarak kullanılmaktadır.
Propiyonik asit bakterileri arasında doğal B12 vitamini üreticileri bulundu. Propionibacterium, bu vitaminin 1 ila 8 mg/l'sini sentezler. P. shermanii M82 mutantı, 60 mg / L'ye kadar ürün veren seçici genetik yöntemler kullanılarak elde edildi.
Üretici B. rettgerii, B12'nin mikrobiyolojik sentezi için de kullanılır. Aktinomisetler ve ilgili mikroorganizmalar ayrıca aktif B12 vitamini üreticileri olarak kullanılır: mutasyonlar ve aşamalı seçim ile 18 mg / l B12'ye kadar biriken Nocardia rugosa suşu elde edildi.
Micromonospora'nın temsilcileri arasında aktif B12 üreticileri bulunmuştur.
Metanotrofların temsilcileri Methanosarcina, Methanococcus, doğal suşlar arasında en yüksek üretim seviyesine sahip olan Methanococcus halophilus suşunun izole edildiği yüksek doğal üretkenliğe sahiptir - 1 g biyokütle başına 16 mg.
Anaerobik bakteriler tarafından önemli miktarlarda B12 sentezlenir p. Özellikle teknoloji için etkili olan Clostridium.
Pseudomonas arasında aktif B12 üreticileri bilinmektedir. P. denitricans'ta optimize edilmiş bir ortam üzerinde 59 mg/L'ye kadar veren bir mutant elde edilmiştir. Suş, Merck tarafından B12'nin endüstriyel üretimi için patentlidir.
Rusya'da, Propionibacterium freudenreichii en yaygın olarak kullanılmaktadır. Kültür büyümesi için 72 saat boyunca anaerobik koşullar altında mısır özü ve glikoz üzerinde yetiştirilirler. Sentezin ikinci aşamasında, bir öncü, belirli bir azotlu baz, fermentöre verilir ve 72 saat daha fermantasyon yapılır, ardından B12 bakteriyel biyokütleden çıkarılır ve kimyasal olarak saflaştırılır. Bu vitamin tıbbi amaçlar için kullanılır.
Hayvancılığın ihtiyaçları için B12, Methanosarcina barkeri, Methanobacterium formicum bakterilerini içeren karma bir kültür kullanılarak elde edilir. Kültürdeki B12 içeriği 6.5 mg/g kuru biyokütleye ulaşır.
riboflavin
B2 vitamini doğal olarak bitkiler, maya, filamentli mantarlar ve bazı bakteriler tarafından üretilir.
Prokaryotlar arasında iyi bilinen flavin üreticileri mikobakteriler ve asetobütil bakterilerdir. Actinomycetes - Nocardia eritropolis. metabolit amino asit vitamin enzimi
Filamentli mantarlar arasında Aspergillus niger ve Eremotecium ashbyi bulunur.
Mikrobiyolojik olarak üretilen riboflavin, hayvancılıkta sadece yem katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Yem riboflavinin ana üreticisi, mineral katkılarla mısır veya soya unu üzerinde yetiştirilen Eremotecium ashbyi'dir. Yetiştirme, sporların ortaya çıkmasından önce gerçekleştirilir. Mutasyonlar ve aşamalı seçim yoluyla elde edilen en iyi üreticileri, 600 mg / L'ye kadar ürün üretir. Daha sonra kültür sıvısı buharlaştırılır ve hayvancılıkta yem için toz katkı maddesi olarak kullanılır.
ergosterol
Ergosterol, yağda çözünen D2 vitamini üretiminde birincil üründür. Ergosterol aynı zamanda mayanın ana sterolüdür, bu nedenle bu mikroorganizmalar üreme çalışmaları için ana kaynaktır. Böylece, Saccharomyces carlbergensis 4.3 mg / l'ye kadar, S. ellipsoideus - 1.5 mg / l, Rhodotorula glutinis - 1 mg / l, Candida utilis - 0.5 mg / l ürün verir.
Üretimde en yaygın kullanılan maya Saccharomyces carlbergensis ve S. cerevisiae'dir.
Son yıllarda, C vitamininin endüstriyel üretimine dair raporlar var. Üreticinin genetiği değiştirilmiş yöntemlerle inşa edildiği bildiriliyor: Corynebacterium'un genleri Erw'ye aktarıldı. bitki çayı.
Rekombinant suş, ervinyumun glikozu glukonik aside dönüştürme kabiliyeti ile korinebakterilerin ikincisini kimyasal olarak askorbik aside dönüştürülen gulonik aside dönüştürme kabiliyetini birleştirir.
karotenoidler
Karotenoidler, kemo ve fototroflar tarafından sentezlenen geniş bir doğal pigment grubudur: prokaryotlar, filamentli mantarlar ve maya, algler ve daha yüksek bitkiler.
Mikroorganizmalar tarafından sentezlenen karotenoidler hücrede serbest formda olduğu gibi glikozitler formunda, yağ asidi esterleri formunda ve karoten-protein kompleksleri halinde bulunur. Bu bileşiklerin memeliler için değeri, A vitamini kaynağı olmalarıdır.
Şimdiye kadar, gerçek karotenoid üreticileri oluşturulmamıştır ve mikroorganizmaların karotenoidleri, esas olarak ekstraksiyon yoluyla mikroorganizmalardan izole edilir.
Şu anda yaklaşık 500 farklı karotenoid tanımlanmıştır. Yapısal olarak karotenoidler, izopren kalıntıları ile birleştirilmiş bir kromofordur (veya çekirdek). Kromoforun ayırt edici bir özelliği, konjuge çift bağların varlığıdır. Karotenoidlerin renginin yoğunluğu bu bağların sayısına bağlıdır. Bu nedenle, en fazla 5 konjuge bağ içeren alifatik karotenoidler boyanmamış bileşiklerdir.
Bunlar arasında fitoin ve fitofluin en büyük öneme sahiptir. Neurospora crassa tarafından sentezlenen karotenoidler 9 konjuge bağa sahiptir ve parlak sarı bir renge sahiptir. Çift bağların artmasıyla renk kırmızıya ve mora dönüşür.
Daha yüksek karotenoidler, bir molekülde 45-50 kadar karbon atomuna sahiptir. Bu karotenoidler, Sarcina lutea tarafından üretilen sarcinaxanthin içerir.
Bazı karotenoidler, Aleuria aurantia mantarının aleureaksantin gibi bir terminal grup içerebilir.
Diğer karotenoidler, Blakeslea trispora hidroksifleiksanthin gibi bir terminal hidroksi grubuna sahiptir.
Karotenoidlerin mikroorganizmaların hücrelerindeki yeri farklıdır. Böylece, fototrofik mikroorganizmalarda, karotenoidler fotosentetik aparatta konsantre edilir. Kemotrofik olarak, hücre zarı ile ilişkilidirler. Bazılarında (Micrococcus radiodurans) hücre duvarında lokalizedirler. Mantarlarda - sitoplazmanın lipid globüllerinde.
Karotenoidler, hücrede antioksidanların rolünü oynar ve onu peroksidasyon fenomeninden korur. Ayrıca karotenoidler, ışık enerjisini toplayan kamera tuzaklarıdır.
Endüstride karotenoid elde etmek
Karotenoid elde etmenin geleneksel yöntemleri, biyokütlenin homojenleştirilmesine ve karotenoidlerin polar çözücüler (aseton, metanol) ile ekstraksiyonuna indirgenir. Tek tek karotenoidler, silika jel üzerinde ince tabaka kromatografisiyle ayırma yoluyla elde edilir. Bir sonraki en yaygın olanı karotenoidlerin kimyasal sentezidir.
Karotenoidlerin mikrobiyal sentezinin geleneksel üreticileri bakteri, filamentli mantar ve mayadır. Fototrofik bakteriler arasında Chloroexus ve bazı Rhodopseudomonas türleri not edilebilir. Bu bakteri grubu, aydınlatmanın yoğunluğuna bağlı olarak, karotenoidlerin çıktısının içlerinde düzenlenebilmesi açısından ilginçtir.
antibiyotikler
Geleneksel antibiyotik kavramları veya antibiyotik maddeler, modern tıpta ve veterinerlik tıbbında yaygın kullanımlarıyla ilişkilidir. Bazı antibiyotik ilaçlar hayvanlarda büyüme uyarıcısı olarak, bitki hastalıklarıyla mücadelede, gıdaların muhafazasında ve bilimsel araştırmalarda (biyokimya, moleküler biyoloji, genetik ve onkoloji alanında) kullanılmaktadır.
"Antibiyotik" teriminin modern tanımı M.M. Shemyakin ve A.S. Khokhlov (1961), mikroorganizmaların (bakteriler, mantarlar, virüsler, vb.) Büyümesini ve gelişimini seçici olarak öldürebilen veya baskılayabilen herhangi bir organizmanın tüm metabolik ürünlerini ve ayrıca bazı malign neoplazmları antibiyotik maddeler olarak düşünmeyi önermiştir.
Kimyasal yapıya dayanan sınıflandırmaya göre, tarif edilen tüm antibiyotikler aşağıdaki gruplara ayrılabilir:
1) asiklik bileşikler (yağ asitleri ve terpenler hariç);
2) alisiklik bileşikler (tetrasiklinler dahil);
3) aromatik bileşikler;
4) kinonlar;
5) oksijenli heterosikller;
7) peptitler.
Bilinen antibiyotiklerin üçte biri için tam kimyasal yapı oluşturulmuştur ve bunların sadece yarısı kimyasal olarak elde edilebilmektedir. Bu nedenle, antibiyotik ajanları elde etmek için mikrobiyolojik yöntem çok önemlidir.
Antibiyotiklerin mikroorganizmalar tarafından sentezi, antagonizma biçimlerinden biridir; evrimi sırasında ortaya çıkan ve sabitlenen belirli bir metabolizma doğası ile ilişkilidir, yani, her tür antibiyotik maddesi için kesinlikle spesifik olan bir veya daha fazla spesifik oluşumunda ifade edilen kalıtsal bir özelliktir. Antibiyotik, yabancı bir mikrobiyal hücre üzerinde etki ederek gelişiminde önemli rahatsızlıklara neden olur. Bazı antibiyotikler üreme döneminde bakteri hücre zarının sentezini baskılayabilir, diğerleri sitoplazmik zarını etkiler, geçirgenliği değiştirir, bazıları metabolik reaksiyonların inhibitörleridir. Çeşitli antibiyotiklerin etki mekanizmasının yoğun çalışmasına rağmen, araştırmaların ana nesneleri olan bakteri hücrelerinde bile metabolizma üzerindeki etkileri tam olarak ortaya çıkmaktan uzaktır.
Şu anda 3000'den fazla antibiyotik tanımlanmıştır, ancak bunlardan sadece 150'si pratik kullanım bulmuştur. Aşağıda, mikroorganizmaların metabolizma ürünlerine ait olan ve tarımda yem için uygun katkı maddeleri (yem antibiyotikleri) ve bitki koruma ürünleri şeklinde uygulama bulmuş olanların üretim teknolojisini ele alacağız.
Uzun yıllardır, antibiyotikler çiftlik hayvanları ve kümes hayvanları için büyüme uyarıcıları olarak, bir dizi fermente endüstride bitki hastalıkları ve yabancı mikroflora ile mücadele aracı olarak gıda koruyucuları olarak kullanılmıştır. Tarımda kullanımları, özellikle genç hayvanlarda hastalık ve ölüm oranlarında azalmaya ve hayvanların ve kümes hayvanlarında büyüme ve gelişmenin hızlanmasına yol açmakta, tüketilen yem miktarının ortalama %5-10 oranında azalmasına katkıda bulunmaktadır. . Domuz yetiştiriciliğinde antibiyotik kullanıldığında, her 1000 domuzdan ve 1000 yumurta tavuğundan - yılda 15 bine kadar ilave 100 120 kental et alınır. Antibiyotik maddelerin uyarıcı etkisinin mekanizması da tam olarak açıklanmış olarak kabul edilemez. Görünüşe göre, düşük konsantrasyonlarda antibiyotiklerin hayvanın vücudu üzerindeki etkisinin uyarıcı etkisi, esas olarak iki faktörle ilişkilidir: bağırsak mikroflorası üzerindeki etki veya hayvanın vücudu üzerindeki doğrudan etki. İlk durumda, antibiyotikler, vitaminleri sentezleyen ve patojenik formlara hakim olan faydalı mikroorganizmaların sayısını arttırır. Biyolojik olarak aktif maddeler kullanan ve patojenik veya koşullu patojenik formlara sahip toksinler oluşturan hayvanın vücuduna zararlı mikropların sayısını azaltırlar. Antibiyotikler bağırsakta bulunan mikroorganizmaları etkileyerek hayvana daha az zararlı dirençli suşların oluşmasına katkıda bulunur ve mevcut mikropların metabolizmasını değiştirir. Hayvanın bağırsaklarında mikroorganizmaların hareketine neden olurlar; etkileri altında, genellikle genç hayvanların gelişimini yavaşlatan subklinik enfeksiyonlarda bir azalma, bağırsak içeriğinin pH'ında bir azalma, vücut hücrelerinin yüzey geriliminde bir azalma, bu da bölünmelerinin hızlanmasına katkıda bulunur. .
İkinci durumda, hayvanın vücudunda hormonların etkisinin bir sinerjisi gözlenir, büyüme hormonlarının miktarı artar, gıda tüketim süreci hızlanır ve vücudun olumsuz koşullara adaptasyonu artar. Antibiyotiklerin etkisi ile hayvanın vitamin ihtiyacı azalır, dokular tarafından vitamin sentezi artar, karotenden şeker ve A vitamini sentezi uyarılır, enzim sentez hızı artar ve daha az yan ürün oluşur. Ayrıca dokuların emilim kapasitesi artar, metabolitlerin tüketimi uyarılır.
Yem antibiyotikleri, antibiyotiğe ek olarak amino asitler, enzimler, B vitaminleri ve diğer biyolojik olarak aktif maddeler içeren, üreticinin kurutulmuş biyokütlesi olan ham müstahzarlar şeklinde kullanılır. Elde edilen müstahzarlar, içindeki B12 vitamininin varlığı dikkate alınarak veya dikkate alınmayarak, bileşimlerinde yer alan ana maddenin aktivitesine veya miktarına göre standardize edilir. Üretilen tüm yem antibiyotikleri:
a) Tedavi amaçlı kullanılmaz ve tıpta kullanılan antibiyotiklere bakterilerin çapraz direncine neden olmaz;
b) pratik olarak sindirim sisteminden kana emilmez;
c) vücuttaki yapılarını değiştirmeyin;
d) Alerji oluşumuna katkıda bulunan antijenik bir yapıya sahip değildir.
Aynı ilacın uzun süreli kullanımı ile antibiyotiğe dirençli mikroorganizma riski vardır. Bunu önlemek için, kullanılan antibiyotik maddeler periyodik olarak değiştirilir veya başlangıçta elde edilen etkiyi gerekli seviyede tutmak için bir antibiyotik karışımı kullanılır.
SSCB'de, birkaç on yıl boyunca, klortetrasikline dayalı yem müstahzarları üretildi - biovit veya farklı başlangıç antibiyotik ve B12 vitamini içeriğine sahip biyomisin yemi. Şu anda yem antibiyotiklerinin üretimi, basitrasin, grisin, higromisin B, vb. gibi diğer tıbbi olmayan ilaçlara da dayanmaktadır.
Son 20 yılda, antibiyotikler çeşitli fitopatojenlerle mücadele aracı olarak kullanılmıştır. Fitopatojenik mikroorganizmalar tarafından bitki enfeksiyonu kaynakları farklıdır. Ekime giden bitkinin tohumları istisna değildir. Bir antibiyotik maddenin etkisi, bitkinin tohumlarında ve vejetatif organlarında bulunan fitopatojenik mikroorganizmaların büyüme geriliğine veya ölümüne indirgenir.
Ortaya çıkan ilaçların bitki ortamında etkene karşı oldukça aktif olması, bitki için kullanılan dozlarda zararsız olması, antibiyotik etkinliğini gereken süre boyunca koruyabilmesi ve karşılık gelen bitki dokularına kolayca nüfuz edebilmesi gerekir.
Fitopatojenlerle mücadelede en yaygın kullanım alanı bulan antibiyotik maddeler arasında öncelikle fitobakteriyomisin, trikotesin ve polimisin yer almaktadır.
Gıda endüstrisinde antibiyotik kullanımı, konserve sırasında çeşitli gıda ürünlerinin ısıl işlem süresini önemli ölçüde azaltmayı mümkün kılar. Bu da, içlerinde bulunan biyolojik olarak aktif maddelerin, ürünlerin tadının ve kıvamının daha fazla güvenliğini sağlar. Kullanılan antibiyotikler esas olarak ısıya dayanıklı Clostridial ve termofilik bakteriler üzerinde etkilidir. Konserve sebzeler için en etkili antibiyotik genellikle Rusya Federasyonu'nda ve yurtdışındaki ovalarda tanınır. İnsanlar için toksik değildir ve sebzelerin pişme süresini yarıya indirebilir. Gıda ve konserve endüstrisinde kullanılanlar dışında herhangi bir tıbbi olmayan antibiyotik üretim teknolojisi, üretici suşun aseptik endüstriyel ekiminin tüm aşamalarını ve antibiyotiğin biyosentezini sağlayan birleşik bir şemaya göre inşa edilmiştir, kültürel sıvının ön işlenmesi, vakumla buharlaştırılması, gerekli miktarda dolgu maddesi ile karıştırılarak bitmiş ürünün kurutulması ve standardizasyonu. İkincisi olarak, kepek, çeşitli kültürlerin kekleri ve organik ve inorganik nitelikteki diğer maddeler genellikle kullanılır.
Kültür sıvısında antibiyotik birikiminin dinamikleri, vakaların ezici çoğunluğunda, ikincil metabolitlerin biyosentezinin özelliği olan tipik bir bağımlılık biçimine sahiptir, yani, zaman içindeki maksimum biyokütle oluşumu, maksimum antibiyotik üretiminden önce gelir. Bu nedenle, yetiştirmenin ilk aşamalarında üretimin amacı, gerekli miktarda biyokütle biriktirmektir (pratik olarak antibiyotik yoktur). Antibiyotiğin biyosentezi, ana fermenterlerde endüstriyel ekimin ikinci aşamasında gerçekleşir ve biyosentez süresi, üretici suşun kültivasyonu için harcanan zamandan 2-3 kat daha uzun olabilir.
Referanslar
1. Biyoteknoloji: atölye / S. A. Akimova, G. M. Firsov. - Volgograd: FGBOU VPO Volgograd GAU, 2013 .-- 108 s.
2. Shevelukha V.S., Kalaşnikof E.A., Voronin E.S. ve diğer Tarımsal biyoteknoloji. - Ders kitabı. M.: Yüksekokul, 2008 .-- 469
3. Kalaşnikof E.A., Kochieva E.Z., Mironova O.Yu. Tarımsal biyoteknoloji çalıştayı, M.: KolosS, 2006, 149 s.
Allbest.ru'da yayınlandı
benzer belgeler
Alkaloitlerin, izoprenoidlerin ve fenolik bileşiklerin biyosentezi. Sekonder metabolitlerin ampirik (önemsiz), biyokimyasal ve fonksiyonel sınıflandırılması, ana gruplar, yapısal modeller. Fenolik bileşiklerin sentezi için asetat-malonat yolu.
dönem ödevi, 21/10/2014 eklendi
Birinci ve ikinci fazların, amino asitlerin, organik asitlerin, vitaminlerin mikrobiyal sentezi ürünlerinin üretimi. Büyük ölçekli antibiyotik üretimi. Alkol ve poliol üretimi. Başlıca biyoproses türleri. Bitki metabolik mühendisliği.
dönem ödevi eklendi 22/12/2013
Tıbbi, teşhis ve profilaktik ilaçların üretim aracı olarak bioobject; gereksinimler, sınıflandırma. Taşıyıcıların kullandığı enzimlerin immobilizasyonu. İmmobilize enzimlerin kullanımı. Vitaminlerin biyolojik rolü, üretimi.
test, 11/04/2015 eklendi
Antioksidanlar ve radikal ve oksidatif süreçlerin inhibitörleri. Lipid peroksidasyonu. Vitaminlerin biyolojik etkisi. Aktif oksijen metabolitlerinin biyolojik rolünün incelenmesi. Bradford yöntemi ile protein konsantrasyonunun belirlenmesi.
dönem ödevi, eklendi 11/12/2013
Biyoteknoloji, endüstriyel alanda canlı organizmaların ve biyolojik ürünlerin kullanımı için bir dizi yöntem olarak. Bitki ve hayvan hücrelerinin eşeysiz üremesi olarak klonlama. Biyokütleden enerji üretimi için mikroorganizmaların kullanımı.
özet, 30.11.2009 eklendi
Gıda asitlerinin genel özellikleri. Bitkilerin biyolojik ve kimyasal özellikleri. Bitki materyalinin hazırlanması. Şeker pancarı, patates, soğan ve havuçta organik asit içeriğinin belirlenmesi. Önerilen yetiştirme bölgeleri.
dönem ödevi, eklendi 04/21/2015
Antibiyotikler, bakterilerle ilgili olarak yüksek fizyolojik aktiviteye sahip olan mikroorganizmaların atık ürünleri, modifikasyonlarıdır: sınıflandırma, kimyasal yapı, gruplar. Kültür sıvısından antibiyotik izolasyonu için yöntemler.
test, 12/12/2011 eklendi
Mayaların doğal ekosistemlerdeki rolü, çeşitli gelişmelerde kullanım beklentileri. Maya morfolojisi ve metabolizması, yan ürünler. Mikroorganizmaların preparatlarının hazırlanması için yöntemler. Biyoteknoloji, mayanın endüstriyel kullanımı.
dönem ödevi, 26/05/2009 eklendi
Vitaminlerin keşfinin tarihi. Vücut üzerindeki etkisi, eksikliğin belirtileri ve sonuçları, A, C, D, E vitaminlerinin ana kaynakları. B vitaminlerinin özellikleri: tiamin, riboflavin, nikotinik ve pantotenik asitler, piridoksin, biyotin, kolin.
24.10.2012 tarihinde eklenen sunum
Proteinlerin işlevlerinin incelenmesi - tüm organların hayati aktivitesinin temelini oluşturan amino asit kalıntılarından yapılmış yüksek moleküler ağırlıklı organik maddeler. Amino asitlerin anlamı, amin ve karboksil grupları içeren organik maddelerdir.
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-1.jpg" alt = "(! LANG:> İkincil metabolitler İkincil metabolitler, vücut tarafından sentezlenen organik maddelerdir, ancak"> 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:> Antibiyotikler Antibiyotik, mikrobiyal, hayvansal veya"> 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:> Antibiyotiklerin sınıflandırılması Çok çeşitli antibiyotikler ve insan vücudu"> 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:> Antibiyotiklerin kimyasal yapılarına göre sınıflandırılması Beta-laktam antibiyotikler (β- laktam antibiyotikler, β-laktamlar)"> 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:> Penisilin (1) ve sefalosporin (2) yapıları">!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-6.jpg" alt = "(! LANG:> Makrolidler bir grup ilaçtır, çoğunlukla antibiyotiklerdir, temeli antibiyotiklerdir. kimyasal yapı"> 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:> Eritromisin yapısı">!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-8.jpg" alt = "(! LANG:> Tetrasiklinler, poliketidler sınıfına ait bir grup antibiyotiktir, kimyasal olarak ilgili"> 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:> Diğer önemli tetrasiklinler: yarı sentetik oksitetrasiklin türevleri - doksisiklin, metasiklin ."> 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:> Tetrasiklin yapısı">!}
Src = "https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-11.jpg" alt = "(! LANG:> Aminoglikozitler, kimyasal yapısında yaygın olan bir grup antibiyotiktir. mevcudiyet hangisi"> 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:> Aminoglikozitler bakterisidal antibiyotiklerdir, yani onlara duyarlı olanları doğrudan öldürürler."> 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:> Levomycetins (Kloramfenikol) ilk sentetik antibiyotiktir."> 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:> Glikopeptit antibiyotikler - glikosile siklik veya polisiklik peptidik nonribozomalden oluşur"> 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:> Hayvansal kökenli antibiyotikler Lysozym (muramidase) - antibakteriyel"> 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:> Bitki antibiyotikleri (fitositler) Kimyasal yapıları çok çeşitlidir:"> 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:> Antibakteriyel maddeler Sülfanilamid, buhardan elde edilen bir kimyasallar grubudur -"> 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:> Antibakteriyeller Mevcut sülfa ilaçları farmakolojik parametrelerde farklılık gösterir. Streptocide,"> 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:> Antibakteriyel maddeler Kinolonlar, florokinolonları da içeren bir antibakteriyel ilaç grubudur. İlk"> 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:> Antibakteriyel maddeler Nitrofuranlar, furandan türetilen bir antibakteriyel madde grubudur. К"> Антибактериальные вещества Нитрофураны - группа антибактериальных средств, производные фурана. К нитрофуранам чувствительны грамположительные и грамотрицательные бактерии, а также хламидии и некоторые простейшие (трихомонады, лямблии). Обычно Нитрофураны действуют на микроорганизмы бактериостатически, однако в высоких дозах они могут оказывать бактерицидное действие. Кроме того анибактериальное действие могут оказывать тяжелые металлы, цианиды, фенолы и т. д.!}
Biyogenez açısından antibiyotikler ikincil metabolitler olarak kabul edilir. İkincil metabolitler, 1) sadece bazı mikroorganizma türleri tarafından sentezlenen; 2) hücre büyümesi sırasında herhangi bir belirgin işlevi yerine getirmezler ve genellikle kültür büyümesinin kesilmesinden sonra oluşurlar; bu maddeleri sentezleyen hücreler mutasyonlar sonucunda sentezleme yeteneklerini kolaylıkla kaybederler; 3) genellikle benzer ürünlerin kompleksleri olarak oluşturulur.
Birincil metabolitler, hücre büyümesi için gerekli amino asitler, nükleotitler, koenzimler vb. gibi hücrenin normal metabolik ürünleridir.
B. BİRİNCİL ARASINDAKİ İLİŞKİ
VE SEKONDER METABOLİZMA
Antibiyotiklerin biyosentezi çalışması, bir veya birkaç birincil metabolitin (veya biyosentezlerinin ara ürünlerinin) bir antibiyotiğe dönüştürüldüğü bir dizi enzimatik reaksiyonun oluşturulmasından oluşur. Özellikle büyük miktarlarda ikincil metabolitlerin oluşumuna, hücrenin birincil metabolizmasındaki önemli değişikliklerin eşlik ettiği unutulmamalıdır, çünkü bu durumda hücre, başlangıç materyalini sentezlemeli, örneğin şeklinde enerji sağlamalıdır. ATP ve indirgenmiş koenzimler. Bu nedenle, antibiyotik sentezleyen suşlar ile sentezlenemeyen suşlar karşılaştırıldığında, bu antibiyotiğin sentezinde doğrudan yer almayan enzimlerin konsantrasyonunda önemli farklılıklar bulunması şaşırtıcı değildir.
- ANA BİYOSENTETİK YOLLAR
Tabii ki, bazı istisnalar dışında, birincil metabolitlerin biyosentez reaksiyonları (örneğin, bir nitro grubu içeren antibiyotikler vardır - birincil metabolitlerde asla oluşmayan ve aminlerin spesifik oksidasyonu sırasında oluşan fonksiyonel bir grup).
Antibiyotik biyosentezinin mekanizmaları üç ana kategoriye ayrılabilir.
- Tek bir birincil metabolitten türetilen antibiyotikler. Biyosentezlerinin yolu, orijinal ürünü amino asitlerin veya nükleotitlerin sentezinde olduğu gibi değiştiren bir dizi reaksiyondan oluşur.
- Karmaşık bir molekül oluşturmak üzere modifiye edilmiş ve yoğunlaştırılmış iki veya üç farklı birincil metabolitten türetilen antibiyotikler. Folik asit veya koenzim A gibi belirli koenzimlerin sentezi sırasında birincil metabolizmada benzer durumlar gözlenir.
- Daha sonra diğer enzimatik reaksiyonlar sırasında değiştirilebilen temel bir yapının oluşumu ile birkaç benzer metabolitin polimerizasyon ürünlerinden kaynaklanan antibiyotikler.
Bu işlemler, zar ve hücre duvarının bazı bileşenlerinin oluşumunu sağlayan polimerizasyon işlemlerine benzer.
Polimerizasyon ile elde edilen temel yapının genellikle daha fazla değiştirildiği vurgulanmalıdır; hatta diğer biyosentetik yolların oluşturduğu moleküller tarafından bile birleştirilebilir. Glikozit antibiyotikler özellikle yaygındır - yol 2'de sentezlenen bir molekül ile bir veya daha fazla şekerin yoğunlaştırılması ürünleri.
D. ANTİBİYOTİK AİLESİNİN SENTEZİ
Çoğu zaman mikroorganizma suşları, bir "aile" (antibiyotik kompleksi) oluşturan kimyasal ve biyolojik olarak birbirine yakın birkaç antibiyotiği sentezler. "Ailelerin" oluşumu sadece biyosentezin özelliği değildir.
antibiyotiklerdir, ancak oldukça büyük "boyutlu ara ürünlerle ilişkili ikincil metabolizmanın ortak bir özelliğidir. İlgili bileşiklerin komplekslerinin biyosentezi, aşağıdaki metabolik yollar sırasında gerçekleştirilir.
- Önceki bölümde açıklanan yollardan birinde "anahtar" metabolitin biyosentezi.
NS
OKUC / İ.
Rifamisin B
Protarifamisin I h
Z-atna-5-hidroksi5enzoik asit + c "Metilmelanat birimleri + 2 Malonat birimleri
- Örneğin, bir metil grubunun bir alkol grubuna ve daha sonra bir karboksil grubuna oksidasyonu, çift bağların indirgenmesi, dehidrojenasyon, metilasyon, esterifikasyon gibi oldukça yaygın reaksiyonlar kullanılarak bir anahtar metabolitin modifikasyonu.
- Bir ve aynı metabolit, bu reaksiyonların iki veya daha fazlası için bir substrat olabilir, bu da iki veya daha fazla farklı ürünün oluşumuna yol açar, bu da enzimlerin katılımıyla farklı dönüşümlere uğrayarak "metabolik ağaç" meydana getirir.
- Aynı metabolit iki (veya daha fazla) farklı yolda oluşturulabilir;
"metabolik ağa" yol açan enzimatik reaksiyonların sırası.
(Zritromisin B)
sırası bilinmeyen reaksiyonlar, protorifamisin I, rifamisin W ve rifamisin S'ye dönüştürülür ve sentezin bir kısmını tek bir yol (ağacın "gövdesi") kullanarak tamamlar. Rifamisin S, birkaç alternatif yolun dallanmasının başlangıç noktasıdır: iki karbonlu bir parça ile yoğunlaşma, rifamisin O ve rafamisin L ve B'ye yol açar. İkincisi, anza zincirinin oksidasyonunun bir sonucu olarak, rifamisin Y'ye dönüştürülür. Rifamisin S'nin oksidasyonu sırasında tek karbonlu bir parçanın bölünmesi, rifamisin G oluşumuna yol açar ve bilinmeyen reaksiyonların bir sonucu olarak, rifamisin S, sözde rifamisin kompleksine (rifamisin A, C, D ve E) dönüştürülür. Metil grubunun C-30'da oksidasyonu, rifamisin R'ye yol açar.
Eritromisin ailesinin anahtar metaboliti, aşağıdaki dört reaksiyonla eritromisin A'ya (en karmaşık metabolit) dönüştürülen eritronolid B'dir (Er B): 1) PU'nun 3. pozisyonunda glikosilasyon
mikaroz ile yoğunlaştırma (Mic.) (reaksiyon I); 2) mikarozun kladinoza dönüşümü (Clad.) Metilasyonun bir sonucu olarak (reaksiyon II); 3) 12. pozisyonda hidroksilasyonun bir sonucu olarak eritronolid B'nin eritronolid A'ya (Er.A) dönüştürülmesi (reaksiyon III); 4) desozamin ile kondensasyon (Des.) Pozisyon 5'te (reaksiyon IV).
Bu dört reaksiyonun sırası değişebileceğinden, farklı metabolik yollar mümkündür ve birlikte Şekil 1'de gösterilen metabolik ağı oluştururlar. 6.2. Bir ağaç ve bir ağın birleşimi olan yollar da olduğuna dikkat edilmelidir.
RUSYA FEDERASYONU TARIM BAKANLIĞI
"VORONEZH DEVLET TARIM ÜNİVERSİTESİ
İMPARATOR PETER I'İN ADI OLDU"
Botanik, Bitki Koruma, Biyokimya ve Mikrobiyoloji Anabilim Dalı
ders çalışması
bitki biyokimyası üzerine
Konu: İkincil metabolitler
Tamamlayan: öğrenci TT-2-1b
Kalinina Yana Gennadievna
Kontrol eden: Doçent
Maraeva Olga Borisovna
VORONEZH 2013
Tanıtım
Sekonder metabolitler - hücre metabolizmasının ana ara bileşikleri olmayan, genellikle karmaşık bileşime sahip bileşikler, çıkmaz dallarında oluşur. İkincil bitki metabolitleri, örneğin alkaloidlerdir. Mikroorganizmalar, bir kural olarak, aktif büyümenin ve ekinlerin üremesinin yavaşlaması veya durdurulması döneminde ikincil metabolitler oluşturur. Sekonder metabolitler olarak mikroorganizmalar bazı pigmentler, antibiyotikler, vitaminler oluşturur. Toprak humusunun oluşumu sırasında mikroorganizmalar tarafından sekonder metabolitlerin sentezi büyük önem taşımaktadır.
Fotosentez hangi yolla yapılırsa yapılsın, sonuçta hücrenin ve nihayetinde tüm çok hücreli organizmanın hayati aktivitesini sürdürmenin temelini oluşturan enerji açısından zengin rezerv maddelerin birikimi ile sona erer. Bu maddeler birincil metabolizmanın ürünleridir. Ana işlevlerine ek olarak, birincil metabolitler, genellikle ikincil metabolizma ürünleri olarak adlandırılan bileşiklerin biyosentezinin temelidir. Genellikle geleneksel olarak "ikincil metabolitler" olarak adlandırılan ikincisi, doğadaki varlıklarını tamamen fotosentez sonucu oluşan ürünlere "borçludur". Sekonder metabolitlerin sentezinin, hücresel solunum sürecinde mitokondride salınan enerji nedeniyle gerçekleştirildiğine dikkat edilmelidir.
1. Literatür taraması
1.1 Sekonder metabolitlerin belirtileri
Molekülün kimyasal yapısı ile ikincil metabolitleri birincil olanlardan ayırt etmek her zaman mümkün değildir. İncirde. 1, birincil ve ikincil metabolitlerin bazı örneklerini göstermektedir.
Pirinç. 1. Kampesterol (birincil metabolit), ekdison ve protopanaksatriol (ikincil metabolitler) yapıları
Fitosteroller (sitosterol, kampesterol, stigmasterol) bitki hücre zarlarının temel bileşenleridir ve bu nedenle tipik birincil bileşiklerdir. Ecdysteroidler (böcek tüy dökücü hormonlar) ikincil metabolitlerdir, sadece bazı bitki türlerinde bulunurlar. Bu maddelerin bitkilerin böceklerden korunmasında rol oynadığına inanılmaktadır. Protopanaxatriol, sadece Rapach cinsinde bulunan ve biyolojik aktivitesinden büyük ölçüde sorumlu olan ginseng'in ikincil metabolitleri olan ginsenosidlerin bir aglikonudur. Aynı zamanda, bu bileşiklerin moleküler yapıları benzerdir ve sadece metil ve hidroksil gruplarının sayısı ve düzeni bakımından farklılık gösterir. Protein amino asitlerinin (birincil metabolitler) ve protein olmayan amino asitlerin (tipik ikincil metabolitler) yapıları genellikle yalnızca bir metil, hidroksil veya başka bir fonksiyonel grubun varlığında veya yokluğunda farklılık gösterir.
Literatürün analizine dayanarak, ikincil metabolitlerin dört özelliği formüle edilebilir:
) tüm bitkilerde bulunmaz;
) biyolojik aktivitenin varlığı;
) nispeten düşük moleküler ağırlık;
) sentezleri için küçük bir başlangıç bileşikleri seti.
Bunlar tam olarak ikincil metabolitlerin işaretleridir, çünkü bunların her biri genel olarak gerekli değildir. Hemen hemen tüm bitkilerde bir dizi ikincil metabolit bulunur (örneğin, birçok fenilpropanoid); belirgin biyolojik aktiviteye sahip olmayan birçok ikincil metabolit vardır (ancak bulunamaması mümkündür); yüksek moleküler ağırlıklı ikincil metabolitler bilinmektedir (örn. kauçuk ve güta-perka). Bununla birlikte, bu özelliklerin toplamı, ikincil bitki metabolitlerinin aralığını açıkça ortaya koymaktadır.
Bir bileşik, ancak bir bitkinin yaşamındaki rolü açıklığa kavuşturulduktan sonra, örneğin birincil veya ikincil metabolitlere en makul şekilde atfedilebilir. işlevsel uygunluğuna dayanmaktadır. Birinci yaklaşımdaki ikincil metabolizmanın işlevsel tanımı, hücre düzeyinde önemli olan bileşiklerin metabolizması olarak verilebilir.
1.2 Sekonder metabolitlerin sınıflandırılması için ilkeler
Tek tek bileşiklerin adları gibi ikincil metabolitlerin sınıflandırılma ilkeleri, çalışıldıkça değişti. Artık en az dört sınıflandırma seçeneğinin öğelerini bulabilirsiniz.
Ampirik (önemsiz) sınıflandırma. İkincil metabolitlerin belirli özelliklerine dayanan en "eski" sınıflandırma ilkesi. Örneğin, alkaloidler, alkali özelliklere sahip bileşiklerdir; saponinler - çalkalandığında köpük oluşturan maddeler; acılık - acı bir tada sahip bileşikler; uçucu yağlar aromatik uçucu sekonder metabolitlerdir. Bu sınıflandırma ilkesinin birçok dezavantajı vardır, ancak gelenek ve uzun süreli kullanım nedeniyle unsurları hala bulunmaktadır.
İkincil metabolitler, kural olarak ampirik olarak da adlandırılır (ve adlandırılır). Çoğu zaman, isimler, bileşiğin ilk izole edildiği bitkiden gelir. Örneğin, alkaloidler papaverin (haşhaş), berberin (kızamık), kokain (koka çalısı). Oldukça sık, isimler mitoloji, tarih, kişilikler vb. Örneğin, alkaloid morfin, uyku tanrısının adını almıştır. Bileşiklerin bu şekilde sınıflandırılması ve adlandırılması genellikle yanıltıcıdır. Örneğin, ginseng'in biyolojik olarak aktif triterpen glikozitleri, Japonya ve Rusya'da neredeyse aynı anda incelenmeye başlandı. Japon araştırmacılar onlara ginsenosidler demeyi önerdiler - ginseng'in özel adıyla, Rus araştırmacılar ise panaxosides, yani. jenerik adıyla. Daha sonra, aynı bileşiklerin farklı olarak adlandırıldığı netleştiğinde, ginsenosidlerin ve panaksositlerin "karşılık tablolarını" yayınlamak gerekliydi.
Kimyasal sınıflandırma. Sınıflandırmanın bu versiyonu, ikincil metabolitlerin kimyasal yapısının özelliklerine dayanmaktadır ve şu anda en gelişmiş ve yaygın olanıdır. Ancak, bu sınıflandırma dezavantajları olmadan değildir. Örneğin, bu sınıflandırmaya göre alkaloidler, heterosiklde bir nitrojen atomuna sahip bileşiklerdir. Bu özelliğe göre, patateslerin veya domateslerin glikoalkaloitleri tipik alkaloitlerdir, ancak sentez yöntemine, yapıya ve bir takım özelliklere göre bu bileşikler izoprenoidlerdir.
Biyokimyasal sınıflandırma. Bu sınıflandırma, ikincil metabolitlerin biyosentez yöntemlerine dayanmaktadır. Örneğin, bu sınıflandırmaya göre, yukarıda bahsedilen glikoalkaloidler, triterpen psödoalkaloidlere aittir, çünkü bunlar, steroid glikozitler gibi izoprenoid yolu ile sentezlenir. Bu, görünüşe göre, sınıflandırmanın en nesnel versiyonudur. Ancak ikincil metabolizmanın biyokimyası henüz yeterince gelişmediğinden, böyle bir sınıflandırma emekleme aşamasındadır.
Fonksiyonel sınıflandırma. Bozulmamış bir bitkideki ikincil metabolitlerin işlevlerine dayanmaktadır. Bu seçenek temelde öncekilerden farklıdır ve onlarla paralel olarak var olmalıdır. Fonksiyonel sınıflandırmaya göre, kimyasal olarak farklı yapılar bir bileşik grubuna düşebilir. Örneğin, fitoaleksinler (koruyucu işlevlere sahip olan ve bir patojen saldırısına yanıt olarak sentezlenen ikincil metabolitler), fenolik bileşikler, izoprenoidler, poliasetilenler vb. ile farklı tiplerde temsil edilir. İkincil metabolitlerin işlevsel bir sınıflandırmasının geliştirilmesi yeni başlıyor, ancak bitki fizyolojisi için temel öneme sahiptir.
Sekonder metabolitlerin sınıflandırılmasının farklı varyantlarının varlığı, bazı zorluklara yol açmaktadır. Özellikle, kimyasal sınıflandırmada kullanılan farklı özellikler kullanıldığında, ikincil metabolit gruplarının "örtüşmesi" mümkündür. Örneğin, "farmakognozi" de, glikozitler (molekülleri bir aglikon ve bir karbonhidrat parçasından oluşan bileşikler), birçok şifalı bitkinin aktif maddeleri olarak ayrı bir grupta izole edilir. Aynı zamanda, aglikon yapısına göre, bu glikozitler fenolik bileşiklere, izoprenoidlere veya diğer ikincil metabolit gruplarına atfedilebilir. Bir bileşik, farklı ikincil metabolit gruplarının (örneğin, prenile fenolik bileşikler) karakteristik bir takım özelliklerini içerdiğinde daha da fazla sorun ortaya çıkar. Bazı durumlarda, ortaya çıkan sorunlar, biyokimyasal olanın kimyasal sınıflandırmasını ayarlayarak ortadan kaldırılabilir.
1.3 Sekonder metabolitlerin ana grupları
Şu anda, bir düzineden fazla ikincil metabolit grubu (sınıfı) bilinmektedir. Aynı zamanda, bazı gruplar birkaç bin bireysel bileşiğe sahipken, diğerleri - sadece birkaçı. Bitki krallığındaki gruplar da eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır. Örneğin, izoprenoidler ve fenolik bileşikler tüm bitki türlerinde bulunurken bazı gruplar (örneğin tiyofenler veya asetogeninler) sadece birkaç türün özelliğidir.
En büyük üç ikincil metabolit grubu iyi bilinmektedir - alkaloidler, izoprenoidler (terpenoidler) ve fenolik bileşikler. Bu grupların her biri birkaç bin bileşikten oluşur ve çok sayıda alt gruba ayrılır. Yaklaşık bir düzine daha az sayıda ikincil metabolit grubu da bilinmektedir: bitki aminleri, protein olmayan amino asitler, siyanojenik glikozitler, glukozinolatlar, poliasetilenler, betalainler, alkilamidler, tiyofenler, vb. Bu gruplara dahil edilen bileşiklerin sayısı birkaç ila birkaç arasında değişir. birkaç yüz.
Bir bitkideki sekonder metabolitler neredeyse hiçbir zaman "saf formda" bulunmazlar, genellikle karmaşık karışımlara dahil edilirler. Bu tür karışımlar, bileşimlerine ve bitkideki mevcudiyetine bağlı olarak, genellikle kendi tarihsel olarak kurulmuş isimlerine sahiptir.
Uçucu yağlar genellikle oldukça uçucu izoprenoidlerin (mono ve seskiterpenler) bir karışımıdır.
Reçineler esas olarak diterpenlerle temsil edilir.
Sakızlar esas olarak polisakkaritlerden oluşur, ancak genellikle alkaloidleri, fenolik bileşikleri içerirler.
Mukus, suda çözünür oligo ve polisakaritler, şekerler ve ayrıca az miktarda fenolik bileşikler, alkaloidler veya izoprenoidlerin bir karışımıdır.
1.4 İkincil metabolitlerin yapısının düzenlilikleri
İkincil metabolitlerin yapılarını analiz ederken, büyük çeşitliliğinin belirli bir modele göre meydana geldiği izlenimi edinilir. Kural olarak, çok sayıda varyantın oluşturulduğu belirli bir "temel" yapı vardır. Aynı zamanda, bu tür varyantların ortaya çıkmasının birkaç yolu not edilebilir.
Temel yapıdaki değişiklikler: genellikle bu, fonksiyonel grupların eklenmesi veya değiştirilmesi, molekülün oksidasyon durumundaki bir değişikliktir; hidroksil, metil veya metoksil grupları genellikle fonksiyonel gruplar olarak kullanılır.
Konjugatların oluşumu: "birleşik blokların" temel yapısının birleştirilmesi; çoğu zaman çeşitli şekerler (mono- veya oligosakaritler), organik asitler veya bazı ikincil metabolit grupları.
Yoğunlaşma: aynı veya farklı temel yapıların birkaçının kombinasyonu, örneğin prenile fenolik bileşiklerin veya dimerik indol alkaloitlerinin oluşumu.
Farklı ikincil metabolit grupları için spesifik yapısal değişiklikler karakteristiktir. Örneğin, alkaloitler metoksilasyon ile karakterize edilir, ancak glikosilasyon ile karakterize edilmez; izopreoidler için, aksine, glikosilasyon tipiktir, ancak metoksilasyon değildir; bu modifikasyonların her iki türü de fenolik bileşiklerde gözlenir.
Bazı moleküler modifikasyonların önemli fonksiyonel etkileri olduğu görülmektedir. Birçoğu (özellikle glikosilasyon), molekülün biyolojik aktivitesini önemli ölçüde değiştirir. Çok sık olarak, glikosilasyon, ikincil bir metabolitin aktif (fonksiyonel) formunu aktif olmayan (yedek) bir forma dönüştürmenin evrensel bir yoludur. Bu nedenle, tüm glikozitleri ayrı bir ikincil metabolit grubuna ayırmak görünüşte uygun değildir.
1.5. İkincil Metabolizma Fitokimyası
Alkaloidler. Bu madde grubunun adı, Arapça alkali - alkali ve Yunanca eidos - benzerlerinden gelir. Şu anda, yaklaşık 10.000 bireysel alkaloid bilinmektedir.
Alkaloidler söz konusu olduğunda, ampirik ve kimyasal sınıflandırma oldukça uyumluydu. Kimyasal sınıflandırmaya göre, alkaloidler, bir molekülde bir veya daha fazla nitrojen atomu içeren ve onlara alkali özellikler veren bileşiklerdir. Kimyasal yapılarına göre alkaloidler genellikle iki alt gruba ayrılır: heterosiklde azot içermeyen protoalkaloidler ve heterosiklde azot içeren gerçek alkaloidler. Alkaloitlerin alt gruplara dağılımı biyokimyasal sınıflandırma ile düzeltildi. Glikoalkaloitlerin yanı sıra bir dizi başka alkaloit (örneğin, akonit alkaloidleri), sentez ve yapı tipine göre aslında izoprenoidlerdir. Bu nedenle, onları özel bir gruba ayırmaya karar verildi - izoprenoid psödoalkaloidler.
Alkaloidler en yaygın olarak anjiyospermler arasında dağılır. Özellikle haşhaş, itüzümü, bakliyat, kutrovy, kök boya, düğün çiçeği aileleri bunlar açısından oldukça zengindir. Yosunlarda, eğrelti otlarında, gymnospermlerde, alkaloidler nispeten nadirdir.
Bir bitkinin farklı organları ve dokuları farklı alkaloitler içerebilir. Genellikle konsantrasyonları düşüktür ve yüzde onda biri ve yüzde biri kadardır. Alkaloit içeriği yaklaşık %1 - 3 olduğunda, bitki alkaloidler (alkaloid) açısından zengin kabul edilir. Kınakına ağacının kültüre alınmış formları gibi sadece birkaç bitki, %15 - 20'ye kadar alkaloit biriktirebilir. Protoalkaloidler, farklı ailelerin bitkilerinde oldukça sık bulunur, ancak kural olarak, önemli miktarlarda birikmezler.
Alkaloidler, kural olarak, vakuollerde birikir ve pratik olarak periplazmik boşluğa girmez. Belki de bu, bitkinin azot içeren bileşiklere "dikkatli tutumunun" bir sonucudur. Alkaloitlerin vakuolde taşınması, belirli taşıyıcıların (görünüşe göre, ABC taşıyıcıları) katılımıyla gerçekleşir. Her durumda, yalnızca "kendi" alkaloidleri izole vakuollere etkin bir şekilde girer; Bu bitkinin özelliği. Vakuollerde alkaloidler genellikle tuz formundadır. Alkaloitlerin sentezi esas olarak plastidlerde veya sitozolde gerçekleşir.
Pirinç. 2. Bazı alkaloitlerin yapıları
İzoprenoidler, genel formül (C5H8) n olan büyük bir bileşik grubudur. C5H8 bir izopren birimidir, bu nedenle izoprenoidler, birkaç izopren biriminden oluşan bileşiklerdir. Biyosentezleri aslında beş karbon parçalarını birleştirerek ilerler, bu nedenle bu madde grubunun adı biyokimyasal sınıflandırmalarıyla örtüşür.
İzoprenoidlerin sınıflandırılması, molekülü oluşturan izopren birimlerinin sayısına dayanmaktadır. Bitkilerde yalnızca bir izopren birimine dayalı bileşikler, ancak nispeten yakın zamanda keşfedilmiştir. Bu nedenle, tarihsel olarak, monoterpenlere iki izopren birimi içeren ve bu nedenle genel formül (C5H8) 2'ye, yani. C10H16. Üç izopren birimi içeren izoprenoidlere C15H24 genel formülüyle seskiterpenler denir Buna göre, diterpenler dörtten, triterpenler altıdan ve tetraterpenler sekiz beş karbonlu parçadan yapılır. Bir ve beş izopren biriminden oluşan bileşikler keşfedildiğinde, sırasıyla hemiterpenler ve sesterterpenler olarak adlandırılmaları gerekiyordu. Politerpenoidler kauçuk ve guta 100 ila 5000 izopren birimi içerir.
Mono ve seskiterpenoidler genellikle çeşitli kokulara sahip uçucu sıvılardır. Bu bileşiklerin 3000'den fazlası bilinmektedir. Sınıflandırmaları, molekülde bir halka yapısının varlığına veya yokluğuna, halka tipine ve moleküldeki çift bağların varlığına ve sayısına göre yapılır. Mono- ve seskiterpenler alifatik (açık bir atom zincirine sahip hidrokarbon), farklı sayıda döngüye sahip siklik (birden üçe kadar) olabilir ve ayrıca çeşitli fonksiyonel gruplar (hidroksi-, karboksi-, keto grupları) içerebilir. Uçucu yağların temelini oluştururlar. Mono ve seskiterpenoidler genellikle bakterisittir.
Diterpenoidler ayrıca birkaç bin yapı içerir. Gymnospermlerdeki (ladin, çam, köknar, sedir) reçinelerin ana bileşenleridir. Reçinelerin diterpenoidleri genellikle bakterisit özelliklere sahiptir.
Triterpenoidler, birkaç bileşik grubuyla temsil edilir. Her şeyden önce, bunlar birincil metabolizma bileşikleridir - fitosteroller, ancak çoğu triterpenoid tipik ikincil metabolitlerdir. Triterpenoidler çok çeşitli biyolojik aktivitelere sahiptir. Bunlara kardiyak, steroid, triterpen glikozitler, ekdisteroidler dahildir.
Tetraterpenoidler bitkilerde esas olarak karotenoidler tarafından temsil edilir, bazıları ana metabolizmada (fotosentez) yer alır, ancak çoğu (yaklaşık 500) tipik olarak ikincil metabolitlerdir.
Alkaloitlerin aksine izoprenoid sekonder metabolitleri genellikle sentezden sonra hücreden temizlenir. Hücre duvarına ek olarak bazen vakuollerde birikebilirler. İzoprenoid sentezi iki bölmede gerçekleşebilir - plastidlerde veya sitozolde. Aynı zamanda, izoprenoid sentezinin iki bağımsız yolu vardır: mevalonat - sitoplazmada, alternatif - plastidlerde. İzoprenoidlerin "plastid" sentezi genellikle lökoplastlarda gerçekleştirilir - bir dizi morfolojik özelliğe sahip özel "izoprenoit" plastidler (örneğin, ribozomların yokluğu, özel bir iç zar düzenlemesi). İzoprenoidlerin sentezi sırasında plastidlerin ve ER'nin etkileşimini dolaylı olarak gösteren ER ("retiküler kılıf") ile yakın temaslarla karakterize edilirler.
Pirinç. 3. Bazı seskiterpenoidlerin ve diterpenoidlerin yapısı
Fenolik bileşikler, aromatik halkada bir veya daha fazla hidroksil grubu içeren aromatik maddelerdir. Fenoller, bir hidroksil atomu, polifenoller - iki veya daha fazla olan bileşiklerdir. Birçok fenolik bileşik ana metabolizmada (özellikle fotosentez ve solunum süreçlerinde) yer alır, ancak bunların çoğu ikincil metabolizmanın tipik temsilcileridir.
Fenolik bileşikler, aromatik halkaların sayısına ve bunlara bağlı karbon atomlarının sayısına göre sınıflandırılır. Fenolik bileşikler genellikle üç büyük alt gruba ayrılır: bir ve iki aromatik halkalı ve ayrıca polimerik fenolik bileşikler. Bazen dimerik fenolik bileşikler özel bir gruba ayrılır.
Fenolik bileşiklerin ayırt edici bir özelliği, moleküler modifikasyonlar nedeniyle çok sayıda bileşiğin oluşması ve çeşitli yapılara sahip konjugatların oluşmasıdır. Değişikliklerden fenolik bileşikler, glikozitlerin oluşumu, metilasyon ve metoksilasyon ile karakterize edilir. Hidroksil ve karboksil grupları nedeniyle fenolik bileşikler şekerler, organik asitler, bitki aminleri, alkaloitler ile bağlanabilir. Ek olarak, bitki fenolleri, büyük bir prenile fenol grubu oluşturmak için izoprenoidlerle birleşebilir. Fenolik bileşiklerin bu özellikleri, bitki fenollerine özgü çok çeşitli yapılar sağlar.
Fenolik bileşikler hem vakuollerde hem de periplazmik boşlukta birikir. Bu durumda, vakuoller genellikle glikosillenmiş fenolik bileşikler içerirken, periplazmik boşluk metaksillenmiş bileşikler veya aglikonlar içerir. Fenolik bileşiklerin sentezi kloroplastlarda ve sitozolde meydana gelir. Aromatik bileşiklerin (şikimat yollar) sentezi için iki bağımsız yolun varlığı gösterilmiştir - sitozolde ve plastidlerde.
Diğer sekonder metabolit sınıflarının birçok bileşiği de vakuollerde birikir. Örneğin, siyanojenik glikozitler, glukozinolatlar, betalainler benzer bir lokalizasyona sahiptir.
Pirinç. 4. İki aromatik halkalı fenolik bileşikler: stilbenler (A), antrakinonlar (B), ana flavonoid grupları (C), antosiyanidinler (D)
İkincil metabolitlerin küçük grupları
Bitkisel aminler. Daha yüksek bitkiler çok miktarda amin içerir - birincil, ikincil, üçüncül ve dördüncül. Birçoğu, hem proteinli hem de proteinsiz, yapısal olarak dekarboksilatlanmış amino asitlerdir. Bitki aminleri monoaminler (bir amino gruplu), diaminler (iki amino gruplu) ve poliaminler olarak sınıflandırılır.
Betalainler. Bu, daha yüksek bitkilerin suda çözünür azot içeren pigmentlerinin adıdır. Sadece karanfil takımının bitkilerinde bulunurlar.
Şimdiye kadar, iki suda çözünür pigment grubunun - antosiyaninler ve betalainler - aynı anda meydana geldiği hiçbir bitki bulunamadı. Betalain grubu, sırasıyla kırmızı-mor ve sarı bileşikler olan betasiyaninler ve betaksantinlerden oluşur. Betasiyaninler, sadece iki aglikonun glikozitleri ve açilglikozitleridir.
Siyanojenik glikozitler. Siyanojenik glikozitler ?2-hidroksinitrillerin (siyanohidrinler) glikozitleri. Bugüne kadar, yüksek bitkilerde bu türden onlarca bileşik bulunmuştur. Ana yapısal farklılıklar, R1 ve R2 sübstitüentlerinin doğasından kaynaklanmaktadır. Kural olarak, D-glukoz bir karbonhidrat parçası olarak işlev görür. Siyanojenik glikozitlerin spesifik glikozidaz ile hidrolizi, hidrosiyanik asit açığa çıkarır.
Protein olmayan amino asitler. Bu terim, normalde proteinlere dahil olmayan doğal amino asitler, bunların amidleri, imino asitleri anlamına gelir. Şu anda 400'den fazla protein olmayan amino asit bilinmektedir. Birçoğu protein modifikasyonları olarak kabul edilebilir. En yaygın varyantlar, karbon zincirinin uzatılması veya kısaltılması (CH2 veya CH3 fragmanlarının eklenmesi veya çıkarılması), hidrojenasyon ve dehidrojenasyon, hidroksilasyon ve aminasyondur. Ayrıca olağandışı (örneğin selenyum içeren) amino asitler de vardır. Protein olmayan amino asitler, "normal" amino asitler yerine proteinlere dahil edilebildikleri ve işlevlerini bozabildikleri için ağırlıklı olarak oldukça toksiktir.
Olağandışı lipidler. Bunlar, her şeyden önce, karbon zincirinin uzunluğundaki "sıradan" olanlardan farklı bir düzenlemede ve çift bağların sayısında, ek fonksiyonel gruplar ve döngülerin varlığında "olağandışı" yağ asitlerini içerir. . Çoğu zaman, olağandışı yağ asitleri tohum yağında bulunur. Bir veya daha fazla üçlü bağa sahip bileşikler, birçok yüksek bitki türünde bulunmuştur. Bu tür bileşiklere asetilen türevleri veya poliasetilenler denir. Bu tür birkaç yüz yapı bilinmektedir. Alışılmadık yağ asitlerinin aksine, asetilen türevleri bitkinin tüm organlarında ve kısımlarında bulunabilir. Siyanolipidler ayrıca hidrolizi hidrosiyanik asit üreten olağandışı lipidlerdir.
Kükürt içeren ikincil metabolitler. Bunlar öncelikle ti-glikozitleri (S-glikozitleri) içerir. En iyi bilinen hardal yağı glikozitleri (glukozinolatlar). Bu glikozitler, turpgillerden bitkilerin karakteristiğidir. Güçlü bir antimikrobiyal etkiye sahiptirler ve hardal, yaban turpu ve turpta keskin veya keskin bir tada neden olurlar. Glukozinolatların etki mekanizması, siyanojenik glikozitlerin etkisine çok benzer: şekerin mirosinaz tarafından bölünmesinden sonra, yanan bir tada ve tahriş edici etkiye neden olan izotiyosiyanatlar oluşur. Kükürt içeren sekonder metabolitlerin bir diğer grubu, sisteinden sentezlenen sarımsak ve soğan allisinleridir. Ayrıca bu bitkilerin keskin tadı ve antimikrobiyal özelliklerinden de sorumludurlar.
1.6 İkincil metabolizmanın biyokimyası
Sekonder metabolitlerin biyosentetik yolları
Çoğu sekonder metabolitin sentezi için yollar iyi kurulmuştur. İkincil metabolizmanın enzimolojisi yoğun bir şekilde çalışılmaktadır. Mevcut bilgilere dayanarak, bu bileşiklerin biyosentezindeki bazı düzenlilikleri formüle etmek mümkündür. Sentezin öncüleri, nispeten az miktarda birincil metabolitlerdir. Birçok ikincil metabolit grubu çeşitli şekillerde sentezlenebilir. Genellikle sentez aşamaları, hücrenin farklı bölümlerinde (örneğin, plastidler - sitozol) çoğaltılır. Sentez açıkça planlanmıştır ve çoğu durumda çok spesifik olan bir dizi özel enzim tarafından desteklenir.
Alkaloitlerin biyosentezi. Bu maddelerin oluşumu, hücredeki genel azot değişimi ile yakından ilgilidir. Alkaloitlerin çoğu için sentez şemalarının birleşik olduğu, yani benzer bir reaksiyon dizisine sahip oldukları gösterilmiştir. Biyosentez sürecinde, amino asit molekülü neredeyse tamamen alkaloidin yapısına dahil edilir. Farklı grupların alkaloitlerinin sentezi aynı tip reaksiyonları içerir: dekarboksilasyon, oksidatif deaminasyon, aldol yoğunlaşması, ancak her bir alkaloid grubu için bu reaksiyonlar "kendi" enzimleri tarafından gerçekleştirilir. Sentezin ilk aşamasında, amino asidin dekarboksilasyonu, karşılık gelen dekarboksilazın katılımıyla gerçekleşir. Oluşan biyojenik aminler, amin oksidazların katılımıyla oksidatif deaminasyona uğrar. Elde edilen aminoaldehitler veya amino ketonlar, bir dizi ardışık reaksiyon yoluyla anahtar heterosiklik bileşikler oluşturur. Daha sonra temel yapı, çeşitli reaksiyonların katılımıyla değiştirilir - hidroksilasyon, metilasyon, vb. Ek karbon birimleri, örneğin asetat (asetil-CoA formunda) veya monoterpen gibi alkaloidin nihai yapısının oluşumuna katılabilir. birim (karmaşık indol alkaloidleri için). Alkaloidin karmaşıklığına bağlı olarak, biyosentezi üç ila dört ila on ila on beş reaksiyon içerir.
Bir dizi alkaloid için sadece sentez şeması oluşturulmamıştır, aynı zamanda enzimler de karakterize edilmiş ve izole edilmiştir. Bazı sentez enzimlerinin çok spesifik olmadığı ortaya çıktı (çeşitli bileşikler substrat olarak kullanılabilir), ancak sentez zinciri mutlaka sadece bir substrat (veya çok sayıda benzer substrat) kullanan ve çok spesifik bir performans sergileyen oldukça spesifik enzimler içerir. reaksiyon.
Örneğin izokinolinlerin sentezinde farklı enzimler her pozisyonda temel yapının hidroksilasyonunu gerçekleştirir. Sentezin son aşamalarına geçildiğinde, enzimlerin substrata afinitesi genellikle artar: örneğin, berberin alkaloitlerinin sentezi için bir dizi enzim için Km, 1 uM'den azdır. Örnek olarak, Şekil. Şekil 5, izokinolin alkaloitlerinin sentezi için bir şemayı göstermektedir.
Pirinç. 5. İzokinolin alkaloitlerinin biyosentez şeması
İzoprenoid biyosentezi. Alkaloitlerin sentezinde, çeşitli başlangıç bileşikleri (amino asitler) için benzer bir dönüşüm zinciri kullanılırsa, o zaman muazzam sayıda izoprenoid sentezi, tek bir öncüden, izopentenil difosfattan (IPDP) meydana gelir. Çift bağı değiştiren izopentenil difosfat izomeraz enziminin etkisi altında IPDP, dimetilallil difosfata (DMADP) dönüştürülür. Ayrıca IPADP, DMADP'ye bir çift bağ ile bağlanır ve bir C10 bileşiği olan geranildifosfat oluşur.
Tüm monoterpenoidlerin kaynağı olarak hizmet eder.
Daha sonra geranildifosfata başka bir IPDP eklenir ve seskiterpenoidlerin sentezi için başlangıç malzemesi olan C15 bileşiği farnesil difosfat oluşur. Ayrıca, farnesil difosfat, geranil geranil difosfat oluşturmak için başka bir IPDP molekülü ekleyebilir (C20 bileşiği, diterpenoidlerin kaynağıdır) veya skualen oluşturmak üzere dimerize olabilir (C30 bileşiği, tüm triterpenoidler için ilk bileşiktir). Son olarak, geranilgeranildifosfat, bir tetraterpenoid kaynağı olan bir C40 bileşiği olan fitoini oluşturmak üzere dimerize olabilir. Ek olarak, büyük miktarda IPDP, geranilgeranildifosfata sırayla eklenebilir ve sonuçta poliizoprenoidler - kauçuk ve güta-perka oluşturur. Tarif edilen reaksiyonların bir sonucu olarak, farklı uzunluklarda tam bir homolog C5 bileşikleri serisi oluşur. Ayrıca, bu alifatik moleküller döngüsel yapılara "katlanabilir" ve döngü sayısı, boyutları ve eklem türleri çok farklı olabilir. İncirde. 9.13, izoprenoidlerin sentezi için genel bir şema gösterir.
Temel izoprenoid yapılarının sentezi sadece iki tip enzim tarafından gerçekleştirilir - izoprenoidlerin uzunluğunu "arttıran" preniltransferazlar ve molekülün karşılık gelen siklik iskeletini oluşturan siklazlar. Ayrıca her yapı tipi özel bir siklaz oluşturur. İzoprenoitlerin çok sayıda döngüsel yapısı olduğundan, siklazların sayısı da etkileyici olmalıdır. Bugüne kadar, yüzden fazla bilinmektedir. Temel yapının oluşumundan sonra (veya aynı zamanda), işlevsel gruplarla değiştirilir ve "donanır".
Pirinç. 6. İzoprenoit biyosentezinin (A) genel şeması ve bitkilerde izopentenil difosfatın (B) sentezi için iki yol
Noktalar, başlangıç bileşiklerindeki ve sonuçtaki IPDF'deki etiketli atomları gösterir.
Bu nedenle, izoprenoidlerin biyosentezi bir tür biyokimyasal "model oluşturucu" olarak hayal edilebilir. Başlangıçta, çeşitli uzunluklarda esnek doğrusal yapılar, birleşik C5 modüllerinden yapılır. "Biyokimyasal yapı" ve birçok döngüsel yapı varyantının oluşumu için neredeyse ideal bir malzemeyi temsil ederler.
Bitkiler, izoprenoidlerin oluşumu için her iki seçeneği de kullanır: sitozolde sentez, klasik yol boyunca ve plastidlerde alternatif bir yol boyunca ilerler. Bu durumda, sadece izoprenoid sentezinin farklı hücre bölmelerinde çoğaltılması değil, aynı zamanda sentezlenen yapıların tipine göre ayrılması da mümkündür. Triterpenoidler (steroidler dahil) sitozolde mevalonattan sentezlenirken, diterpenoidler (fitol klorofil dahil) ve tetraterpenoidler (öncelikle karotenoidler) alternatif bir yolla plastidlerde sentezlenir. Mono ve seskiterpenler muhtemelen molekülün yapısına ve bitki türüne bağlı olarak farklı varyantlarda oluşturulabilir.
Fenolik bileşiklerin biyosentezi. Bugüne kadar, fenolik bileşiklerin oluşumunun iki yolu bilinmektedir - şikimat (şikimik asit yoluyla) ve asetat-malonat. Ana yol shikimate, aromatik bir halka oluşturmanın pratik olarak tek yolu bu. Fosfoenolpiruvat (PEP) ve eritroso-4-fosfat, sentez için başlangıç bileşikleri olarak işlev görür. Yoğunlaşmaları, daha sonra 5-dehidrokinik aside siklize olan bir heptokarbon asit (2-keto-3-deoksi-7-fosfoaraboheptanoik asit) meydana getirir. Dehidrokinik asitten altı üyeli bir halkaya, bir çift bağa sahip olan şikimik asit oluşur ve onu aromatik bileşiklere dönüştürmek kolaydır. Şikimik asitten hidroksibenzoik asitlerin oluşumu mümkündür - n-hidroksibenzoik, protokateşik, gallik. Bununla birlikte, şikimik asit kullanmanın ana yolu, aromatik amino asitler olan fenilalanin ve tirozin'in prefenik asit yoluyla oluşturulmasıdır. Fenilalanin (bazı durumlarda muhtemelen tirozin), fenolik bileşiklerin sentezi için ana öncüdür. Fenilalaninin deaminasyonu, fenilalanin amonyak liyaz (PAL) enzimi tarafından gerçekleştirilir. Sonuç olarak, hidroksilasyonu para-kumarik (oksisinamik) asit oluşumuna yol açan sinnamik asit oluşur. Ek hidroksilasyon ve müteakip metilasyondan sonra, kalan hidroksisinamik asitler ondan oluşur.
Oksisinnamik asitler, hücredeki tüm fenolik bileşiklerin sentezinde merkezi bağlantıdır. Opto-kumarik asit, kumarinlerin bir öncüsüdür. Molekülün alifatik kısmının kısaltılması için bir dizi reaksiyondan sonra, C6-C2 ve C6-C1 oluşur - bileşikler - bu, hidroksibenzoik asitlerin oluşumunun ikinci yoludur (birincisi doğrudan şikimik asitten). Hidroksisinnamik asitler, başta şekerler olmak üzere çeşitli konjugatlar oluşturabilir, ancak oksisinamik asitlerin büyük kısmı CoA ile etkileşime girerek aktive edilir. Oksisinnamik asitlerin CoA-esterlerini kullanmanın iki ana yolu, ligninlerin sentezi ve flavonoidlerin sentezidir. Ligninlerin sentezi için, oksisinamik asitlerin CoA esterleri, sentez monomerleri olarak hareket eden alkollere indirgenir. Flavonoidlerin sentezi sırasında, oksisinnamik asidin CoA-türevi, kalkon oluşturmak için üç malonil-CoA molekülü ile etkileşime girer. Reaksiyon, kalkon sentaz enzimi tarafından katalize edilir. Elde edilen kalkon kolayca flavanona dönüştürülür. Diğer flavonoid grupları, hidroksilasyon ve oksidasyon-redüksiyon reaksiyonları nedeniyle flavanonlardan oluşur. Daha sonra molekül değiştirilebilir - glikosilasyon, metoksilasyon, vb.
Fenolik bileşiklerin sentezi için asetat-malonat yolu mantarlarda, likenlerde ve mikroorganizmalarda yaygındır. Bitkilerde, küçüktür. Bu yol boyunca bileşiklerin sentezi sırasında, asetil-CoA, malonilasetil-CoA oluşturmak üzere karboksillenir. Daha sonra bir dizi benzer reaksiyonlar meydana gelir, bunun sonucunda bir karbon zinciri oluşur ve bir poli- ?-ketometilen zinciri. Poliketid zincirinin siklizasyonu, çeşitli fenolik bileşiklerin oluşumuna yol açar. Bu şekilde floroglusinol ve türevleri, bazı antrakinonlar sentezlenir. Flavonoidlerin yapısında B halkası şikimat yolu (hidroksisinamik asitten) ile, A halkası ise asetat-malonat yolu ile oluşturulur.
Flavonoid sentezinin iki shikimate yolu hücrede çalışır - biri plastidlerde, diğeri sitozolde. Bu bölmeler, PAL ve kalkon sentaz dahil olmak üzere fenolik metabolizma enzimlerinin yanı sıra şikimat yolunun tam bir izozim setini içerir. Böylece, bir bitki hücresinde, fenolik bileşiklerin (izoprenoitlere benzer) iki paralel sentez zinciri vardır.
İkincil bileşiklerin küçük sınıflarının sentezi. Bu maddelerin oluşumu da oldukça kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Azot içeren birçok bileşik için amino asitler başlangıç malzemeleridir. Örneğin, siyanojenik glikozitlerin sentezi, karşılık gelen amino asidin dekarboksilasyonu ile başlar, ardından aldoksim, nitril ve ?-hidroksinitril. Sentezin son aşamasında, glikozilasyon nedeniyle bir siyanojenik glikozit oluşur. ?-UDP-glukoz kullanan hidroksinitril. Sentez genellikle bir enzim kompleksi tarafından gerçekleştirilir: örneğin, durrin için bu kompleks dört enzimden oluşur. Enzim genleri klonlanmıştır. İki gende transgenik olan Arabidopsis bitkisi, siyanojenik glikozitleri sentezleme yeteneği kazandı. Betalainlerin sentezi, dioksifenilalanin (DOPA) oluşturmak üzere hidroksile olan tirozinden başlar. DOPA, betayanin molekülünün iki parçası için bir kaynak görevi görür - betalamik asit ve siklo-DOPA. Bu iki bileşiğin kombinasyonu, betasiyaninlerin oluşumu ile sonuçlanır. Betaksantinlerin sentezi sırasında, betalamik asit prolin ile yoğunlaşır. Kükürt içeren ikincil metabolitler genellikle kükürt içeren amino asitlerden sentezlenir.
2. Araştırma yöntemleri
Fenolün bromatometrik tayini büyük bir pratik uygulamaya sahiptir. Fenolün belirlenmesi, analiz edilen çözeltiye, asidik bir ortamda serbest brom salan fazla miktarda bromat-bromür karışımının eklenmesi gerçeğine dayanır. Elde edilen brom, fenol ile reaksiyona girer:
С6Н5ОН + ЗВг2 С6Н2Вг3ОН + 3HBr
Bu çözeltiye potasyum iyodür eklendiğinde, reaksiyona girmemiş fazla brom, iyodürü standart bir sodyum tiyosülfat çözeltisi ile titre edilen iyodine oksitler:
Br2 + 2I = 2Br + I2 + 2S2O = 2I + S4O
reaktifler
Sodyum tiyosülfat 0,02 M solüsyon (veya standartlaştırılmış) *
Bromat-bromür karışımı.
Sülfürik asit 1M çözeltisi
Nişasta, %0.5 solüsyon
Potasyum iyodür, KI (k)
ölçülü balon 500 ml
Balon 250-300 ml
Ölçüm silindiri 20 ml
Pipetler 20 ve 25 ml
Büret 25 ml
İşin tamamlanması
Bromat-bromür çözeltisi tartılan bir miktara göre hazırlanabilir: 0.334 g KBrO3 ve 1.2 KBr damıtılmış suda çözülür ve 500 ml'lik bir ölçülü balonda işarete getirilir, bu durumda konsantrasyon yaklaşık 0.024 M'dir. aynı konsantrasyonda, çözelti sabit KBrO3 - KBr 0.1 N'den hazırlanabilir, ancak bu durumda kapalı ampulün içeriği 4 litre distile suda çözülmelidir.
Analiz için, 0.02-0.4 g / l fenol ** içeren bir çözeltinin bir kısmı (10 mi) bir pipetle titrasyon için konik bir şişeye alınır. 12 ml (pipet ile) bromat-bromür karışımı, 10 ml 1M sülfürik asit çözeltisi ekleyin, bir tıpa ile kapatın ve 30 dakika bekletin. Daha sonra teknik bir terazide tartılan 1 g potasyum iyodür ekleyin ve tekrar tıpayı kapatın. 5 dakika sonra, salınan iyot bir sodyum tiyosülfat çözeltisi ile titre edilir, titrasyonun sonunda çözeltinin rengi açık sarı olduğunda 2-3 ml nişasta çözeltisi eklenir. Çözeltinin mavi rengi kaybolana kadar titrasyona devam edilir. Üç titrasyon gerçekleştirilir ve ortalama hacim V1, yakınsak sonuçlardan hesaplanır.
3. Pratik görev
İkincil metabolitler arasında antibiyotikler, alkaloidler, bitki büyüme hormonları ve toksinler bulunur.
2. Protein biyosentezi ribozomlarda gerçekleşir.
3. Fotosentez yaprakta, yaprak hücrelerinde, yeşil pigment klorofil içeren kloroplastlarda gerçekleşir.
4. Fotosentez birimi kantozomdur.
Anaerobik solunum fazı, glikoliz adı verilen bir dizi reaksiyondur.
Glikoliz sürecinde, heksoz molekülü iki molekül pirüvik aside dönüştürülür:
C6H12O6?2C3H4O2 + 2H2.
Bu oksidatif süreç anaerobik koşullar altında gerçekleşebilir.
Çözüm
Tamamlanan kursun bir sonucu olarak, ikincil metabolitlerin ne olduğunu ve ayrıca aşağıdakileri içeren ikincil metabolitlerin özelliklerini öğrendim: nispeten düşük moleküler ağırlık (istisna, örneğin, yüksek moleküler ağırlıklı poliizoprenoidler: kauçuk, güta-perka, çile); her organizmada isteğe bağlı mevcudiyet (bazı ikincil metabolitler yaygındır, örneğin hemen hemen tüm bitkilerde birçok fenilpropanoid bulunur); kural olarak biyolojik olarak aktif maddelerdir; birincil metabolitlerden sentezlenir.
Bu işaretler gerekli değildir, ancak birlikte alındığında ikincil metabolitlerin aralığını açıkça tanımlarlar.
Bitkilerde ikincil metabolitler, bitkinin çevre ile etkileşiminde, savunma reaksiyonlarında (örneğin zehirler) yer alır. Bunlar aşağıdaki sınıfları içerir: alkaloidler, izoprenoidler, fenolik bileşikler, küçük bileşikler (10-12 grup vardır, özellikle: protein olmayan amino asitler, biyojenik aminler, siyanojenik glikozitler, hardal yağı glikozitleri (izotiyosiyanatlar), betalainler, siyanolipidler, asetojeninler , asetilenik türevler, allisinler, asetofenonlar, tiyofenler, olağandışı yağ asitleri vb.)
sentez fenolik alkaloidler biyokimyasal
kullanılmış literatür listesi
1."Mikrobiyoloji: terimler sözlüğü", Firsov N.N., M: Bustard, 2006
2.Bitkisel ve hayvansal kökenli tıbbi hammaddeler. Farmakognozi: ders kitabı / ed. G.P. Yakovleva. SPb.: SpetsLit, 2006.845 s.
.Shabarova Z.A., Bogdanov A.A., Zolotukhin A.S. Genetik mühendisliğinin kimyasal temelleri. - M.: Moskova Devlet Üniversitesi yayınevi, 2004, 224 s.
4.Chebyshev N.V., Grineva G.G., Kobzar M.V., Gulyankov S.I. Biyoloji, Moskova, 2000
özel ders
Bir konuyu keşfetmek için yardıma mı ihtiyacınız var?
Uzmanlarımız, ilginizi çeken konularda tavsiyelerde bulunacak veya özel ders hizmetleri sunacaktır.
İstek gönder Konsültasyon alma olasılığını öğrenmek için şu anda konunun göstergesi ile.
BİR TANIM
Biyogenez açısından antibiyotikler ikincil metabolitler olarak kabul edilir. İkincil metabolitler, 1) sadece bazı mikroorganizma türleri tarafından sentezlenen; 2) hücre büyümesi sırasında herhangi bir belirgin işlevi yerine getirmezler ve genellikle kültür büyümesinin kesilmesinden sonra oluşurlar; bu maddeleri sentezleyen hücreler mutasyonlar sonucunda sentezleme yeteneklerini kolaylıkla kaybederler; 3) genellikle benzer ürünlerin kompleksleri olarak oluşturulur.
Birincil metabolitler, hücre büyümesi için gerekli amino asitler, nükleotitler, koenzimler vb. gibi hücrenin normal metabolik ürünleridir.
B. BİRİNCİL ARASINDAKİ İLİŞKİ
VE SEKONDER METABOLİZMA
Antibiyotiklerin biyosentezi çalışması, bir veya birkaç birincil metabolitin (veya biyosentezlerinin ara ürünlerinin) bir antibiyotiğe dönüştürüldüğü bir dizi enzimatik reaksiyonun oluşturulmasından oluşur. Özellikle büyük miktarlarda ikincil metabolitlerin oluşumuna, hücrenin birincil metabolizmasındaki önemli değişikliklerin eşlik ettiği unutulmamalıdır, çünkü bu durumda hücre, başlangıç materyalini sentezlemeli, örneğin şeklinde enerji sağlamalıdır. ATP ve indirgenmiş koenzimler. Bu nedenle, antibiyotik sentezleyen suşlar ile sentezlenemeyen suşlar karşılaştırıldığında, bu antibiyotiğin sentezinde doğrudan yer almayan enzimlerin konsantrasyonunda önemli farklılıklar bulunması şaşırtıcı değildir.
B. ANA BİYOSENTETİK YOLLAR
Antibiyotik biyosentezinin enzimatik reaksiyonları, prensip olarak, birincil metabolitlerin oluştuğu reaksiyonlardan farklı değildir. Varia olarak düşünülebilirler
Tabii ki, bazı istisnalar dışında, birincil metabolitlerin biyosentez reaksiyonları (örneğin, bir nitro grubu içeren antibiyotikler vardır - birincil metabolitlerde asla oluşmayan ve aminlerin spesifik oksidasyonu sırasında oluşan fonksiyonel bir grup).
Antibiyotik biyosentezinin mekanizmaları üç ana kategoriye ayrılabilir.
1. Tek bir birincil metabolitten türetilen antibiyotikler. Biyosentezlerinin yolu, orijinal ürünü amino asitlerin veya nükleotitlerin sentezinde olduğu gibi değiştiren bir dizi reaksiyondan oluşur.
2. Kompleks bir molekül oluşturmak üzere modifiye edilmiş ve yoğunlaştırılmış iki veya üç farklı birincil metabolitten türetilen antibiyotikler. Folik asit veya koenzim A gibi belirli koenzimlerin sentezi sırasında birincil metabolizmada benzer durumlar gözlenir.
3. Diğer enzimatik reaksiyonlar sırasında daha da modifiye edilebilen, temel bir yapının oluşumu ile birkaç benzer metabolitin polimerizasyon ürünlerinden kaynaklanan antibiyotikler.
Polimerizasyonun bir sonucu olarak, dört tip antibiyotik oluşur: 1) amino asitlerin yoğunlaştırılmasıyla oluşan polipeptit antibiyotikler; 2) yağ asidi biyosentezinin reaksiyonuna benzer polimerizasyon reaksiyonlarında asetat-propionat birimlerinden oluşturulan antibiyotikler; 3) izoprenoid bileşiklerinin sentezi yolundaki asetat birimlerinden türetilen terpenoid antibiyotikler; 4) Polisakkarit biyosentez reaksiyonlarına benzer şekilde kondenzasyon reaksiyonlarında oluşan aminoglikozid antibiyotikler.
Bu işlemler, zar ve hücre duvarının bazı bileşenlerinin oluşumunu sağlayan polimerizasyon işlemlerine benzer.
Polimerizasyon ile elde edilen temel yapının genellikle daha fazla değiştirildiği vurgulanmalıdır; hatta diğer biyosentetik yolların oluşturduğu moleküller tarafından bile birleştirilebilir. Glikozit antibiyotikler özellikle yaygındır - yol 2'de sentezlenen bir molekül ile bir veya daha fazla şekerin yoğunlaştırılması ürünleri.
D. ANTİBİYOTİK AİLESİNİN SENTEZİ
Çoğu zaman mikroorganizma suşları, bir "aile" (antibiyotik kompleksi) oluşturan kimyasal ve biyolojik olarak birbirine yakın birkaç antibiyotiği sentezler. "Ailelerin" oluşumu sadece biyosentezin özelliği değildir.
Antibiyotikler, ancak oldukça büyük bir ara ürün boyutu ile ilişkili ikincil metabolizmanın ortak bir özelliğidir. İlgili bileşiklerin komplekslerinin biyosentezi, aşağıdaki metabolik yollar sırasında gerçekleştirilir.
1. Önceki bölümde açıklanan yollardan birinde "anahtar" metabolitin biyosentezi.
Rifamisin U
 |
|||
oksit.
Pirinç. 6.1. Metabolik ağaç örneği: rifamisin biyosentezi (açıklamalar için metne bakınız; karşılık gelen bileşiklerin yapısal formülleri Şekil 6.17 ve 6.23'te gösterilmiştir).
2. Anahtar metabolitin, örneğin metil grubunu bir alkol grubuna ve daha sonra bir karboksil grubuna oksitlenmesi, çift bağların indirgenmesi, hidrojen giderme, metilasyon, esterifikasyon vb. gibi oldukça yaygın reaksiyonlar kullanılarak modifikasyonu.
3. Bir ve aynı metabolit, bu reaksiyonların iki veya daha fazlası için bir substrat olabilir, bu da iki veya daha fazla farklı ürünün oluşumuna yol açar, bu da enzimlerin katılımıyla farklı dönüşümlere uğrayarak "metabolik ağaç" meydana getirir. ".
4. Aynı metabolit iki (veya daha fazla) farklı yolda oluşturulabilir;
"metabolik ağa" yol açan enzimatik reaksiyonların sırası.
Metabolik ağaç ve metabolik ağ ile ilgili oldukça tuhaf kavramlar aşağıdaki örneklerle gösterilebilir: rifamisin ailesinin (ağaç) ve eritromisin ailesinin (ağ) biyogenezi. Rifamisin ailesinin biyogenezindeki ilk metabolit, önemli bir metabolit olarak kabul edilebilecek protorifamisin I'dir (Şekil 6.1). Sırayla
sırası bilinmeyen reaksiyonlar, protorifamisin I, rifamisin W ve rifamisin S'ye dönüştürülür ve sentezin bir kısmını tek bir yol (ağacın "gövdesi") kullanarak tamamlar. Rifamisin S, birkaç alternatif yolun dallanmasının başlangıç noktasıdır: iki karbonlu bir parça ile yoğunlaşma, rifamisin O ve rafamisin L ve B'ye yol açar. İkincisi, ansa zincirinin oksidasyonunun bir sonucu olarak, rifamisin Y'ye dönüştürülür. Rifamisin S'nin oksidasyonu sırasında tek karbonlu bir parçanın bölünmesi, rifamisin G oluşumuna yol açar ve bilinmeyen reaksiyonlar sonucunda rifamisin S, rifamisin kompleksine (rifamisin A, C, D ve E) dönüştürülür. Metil grubunun C-30'da oksidasyonu, rifamisin R'ye yol açar.
Eritromisin ailesinin anahtar metaboliti, aşağıdaki dört reaksiyonla eritromisin A'ya (en karmaşık metabolit) dönüştürülen eritronolid B'dir (Er B): 1) PU'nun 3. pozisyonunda glikosilasyon
mikaroz ile yoğunlaştırma (Mic.) (reaksiyon I); 2) mikarozun kladinoza dönüşümü (Clad.) Metilasyonun bir sonucu olarak (reaksiyon II); 3) 12. pozisyonda hidroksilasyonun bir sonucu olarak eritronolid B'nin eritronolid A'ya (Er.A) dönüştürülmesi (reaksiyon III); 4) desozamin ile kondensasyon (Des.) Pozisyon 5'te (reaksiyon IV).
Bu dört reaksiyonun sırası değişebileceğinden, farklı metabolik yollar mümkündür ve birlikte Şekil 1'de gösterilen metabolik ağı oluştururlar. 6.2. Bir ağaç ve bir ağın birleşimi olan yollar da olduğuna dikkat edilmelidir.
Biz de tavsiye ederiz
Bakteriler, virüsler ve diğer enfeksiyonlar için evrensel bir tedavi var mı?
Kova erkekleri aşk ve sekste nelerdir
Kızlar için yüksek ücretli meslekler ve uzmanlık alanları
Hazır kahve - içeceğin yararları ve zararları, doğaldan farkı İyi hazır kahve zararlı mı?
Femur deformitesi Femur boynunun varus deformitesi
Birincil metabolitler Birincil ve ikincil metabolitlerin karakterizasyonu
Yükleniyor ...