Mikro-organismien primaariset ja sekundaariset metaboliitit. Primaariset metaboliitit Primaariset metaboliitit

Useat solumetaboliitit ovat kiinnostavia kohdefermentaatiotuotteina. Ne on jaettu ensisijaiseen ja toissijaiseen.

Primaariset metaboliitit– nämä ovat pienimolekyylisiä yhdisteitä (molekyylipaino alle 1500 daltonia), joita tarvitaan mikro-organismien kasvulle. Jotkut niistä ovat makromolekyylien rakennuspalikoita, toiset osallistuvat koentsyymien synteesiin. Teollisuuden tärkeimpiä metaboliitteja ovat aminohapot, orgaaniset hapot, nukleotidit, vitamiinit jne.

Primaaristen metaboliittien biosynteesiä suorittavat erilaiset biologiset aineet - mikro-organismit, kasvi- ja eläinsolut. Tässä tapauksessa ei käytetä vain luonnollisia organismeja, vaan myös erityisesti saatuja mutantteja. Tuotteen korkeiden pitoisuuksien varmistamiseksi käymisvaiheessa on tarpeen luoda tuottajia, jotka vastustavat luonnollisille lajeilleen geneettisesti ominaisia ​​säätelymekanismeja. On esimerkiksi välttämätöntä eliminoida sellaisen lopputuotteen kerääntyminen, joka repressoi tai inhiboi kohdeaineen tuotannon kannalta tärkeää entsyymiä.

Aminohappojen tuotanto.

Auksotrofien (lisääntymiseen kasvutekijöitä vaativien mikro-organismien) suorittamien fermentaatioprosessien aikana syntyy monia aminohappoja ja nukleotideja. Aminohappojen tuottajien yleisiä valintakohteita ovat sukuun kuuluvat mikro-organismit Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus, Arthrobacter.

Proteiineja muodostavista 20 aminohaposta kahdeksaa ei voida syntetisoida ihmiskehossa (välttämätön). Nämä aminohapot on saatava ihmiskehoon ruoan kautta. Niistä metioniini ja lysiini ovat erityisen tärkeitä. Metioniinia tuotetaan kemiallisella synteesillä, ja yli 80 % lysiinistä tuotetaan biosynteesillä. Aminohappojen mikrobiologinen synteesi on lupaava, koska tämän prosessin tuloksena saadaan biologisesti aktiivisia isomeerejä (L-aminohappoja) ja kemiallisen synteesin aikana molempia isomeerejä saadaan yhtä suuret määrät. Koska niitä on vaikea erottaa, puolet tuotteista on biologisesti hyödyttömiä.

Aminohappoja käytetään elintarvikelisäaineina, mausteina, arominvahventeena sekä raaka-aineina kemian-, hajuvesi- ja lääketeollisuudessa.

Teknologisen järjestelmän kehittäminen yksittäisen aminohapon saamiseksi perustuu tietoon tietyn aminohapon biosynteesin säätelyreiteistä ja -mekanismeista. Tarvittava aineenvaihdunnan epätasapaino, joka varmistaa kohdetuotteen ylisynteesin, saavutetaan tiukasti kontrolloiduilla koostumuksen ja ympäristöolosuhteiden muutoksilla. Mikro-organismikantojen viljelyyn aminohappojen tuotannossa saavutettavimpia hiilenlähteitä ovat hiilihydraatit - glukoosi, sakkaroosi, fruktoosi, maltoosi. Ravinnealustan kustannusten alentamiseksi käytetään toissijaisia ​​raaka-aineita: juurikasmelassia, heraa, tärkkelyshydrolysaatteja. Tämän prosessin tekniikkaa parannetaan kohti halpoja synteettisiä ravintoalustoja, jotka perustuvat etikkahappoon, metanoliin, etanoliin, n-parafiinit.

Orgaanisten happojen tuotanto.

Tällä hetkellä useita orgaanisia happoja syntetisoidaan bioteknologisilla menetelmillä teollisessa mittakaavassa. Näistä sitruuna-, glukoni-, ketoglukoni- ja itakonihappoja saadaan vain mikrobiologisilla menetelmillä; maito-, salisyyli- ja etikkahappo - sekä kemialliset että mikrobiologiset menetelmät; omena - kemiallisesti ja entsymaattisesti.

Etikkahappo on kaikista orgaanisista hapoista tärkein. Sitä käytetään monien kemikaalien valmistuksessa, mukaan lukien kumi, muovit, kuidut, hyönteismyrkyt ja lääkkeet. Mikrobiologinen menetelmä etikkahapon valmistamiseksi koostuu etanolin hapettamisesta etikkahapoksi bakteerikantojen osallistuessa Gluconobacter Ja Asetobakteeri:

Sitruunahappoa käytetään laajalti elintarvike-, lääke- ja kosmetiikkateollisuudessa, ja sitä käytetään metallien puhdistamiseen. Suurin sitruunahapon tuottaja on Yhdysvallat. Sitruunahapon valmistus on vanhin teollinen mikrobiologinen prosessi (1893). Sen tuottamiseen käytetään sieniviljelmää Aspergillus niger, A. gotii. Sitruunahapon tuottajien viljelyyn käytettävät ravintoaineet sisältävät hiilenlähteenä halpoja hiilihydraattiraaka-aineita: melassia, tärkkelystä, glukoosisiirappia.

Maitohappo on ensimmäinen orgaaninen happo, joka tuotetaan käymisen avulla. Sitä käytetään hapettavana aineena elintarviketeollisuudessa, peittausaineena tekstiiliteollisuudessa ja myös muovien valmistuksessa. Mikrobiologisesti maitohappoa saadaan glukoosin käymisestä Lactobacillus delbrueckii.

Lähetä hyvä työsi tietokanta on yksinkertainen. Käytä alla olevaa lomaketta

Opiskelijat, jatko-opiskelijat, nuoret tutkijat, jotka käyttävät tietopohjaa opinnoissaan ja työssään, ovat sinulle erittäin kiitollisia.

Lähetetty http://www.allbest.ru/

Venäjän federaation maatalousministeriö

Tiede- ja teknologiapolitiikan ja koulutuksen laitos

Liittovaltion budjetti oppilaitos korkeampi koulutus

"Volgogradin osavaltion maatalousyliopisto"

Tiedekunta: Biotekniikka ja eläinlääketiede

Osasto: "Eläinlääkintä- ja terveystarkastus, tartuntataudit ja morfologia"

RAPORTOINTI

Tieteenala: "Bioteknologia"

aiheesta: "Mikro-organismien primaariset ja sekundaariset metaboliitit"

Esitetty:

Ponysheva E.S.

Tarkistettu:

Spivak Marina Efimovna

Volgograd 2018

Biotekniikka primaaristen metaboliittien tuottamiseksi

Primaariset metaboliitit ovat pienimolekyylipainoisia yhdisteitä, jotka ovat välttämättömiä mikro-organismien kasvulle: osa niistä on makromolekyylien rakennuspalikoita, toiset osallistuvat koentsyymien synteesiin. Teollisuuden tärkeimpiä ensisijaisia ​​metaboliitteja ovat entsyymit, aminohapot ja vitamiinit.

Aminohappojen tuotanto

Teollisuudessa aminohappoja saadaan:

1) luonnollisten proteiinipitoisten raaka-aineiden hydrolyysi; 2) kemiallinen synteesi; 3) mikrobiologinen synteesi; 4) aminohappoprekursorien biotransformaatio mikro-organismeja käyttämällä tai niistä eristettynä.

Aminohappojen mikrobiologinen synteesi on lupaavin ja taloudellisesti kannattavin. Sen etuna on mahdollisuus saada uusiutuviin raaka-aineisiin perustuvia L-aminohappoja. Aminohappojen tuottajista käytetään hiivaa (30 %), aktinomykeettejä (30 %) ja bakteereita (20 %). Brevibacterium flavum ja Corynebacterium glutamicum muuttavat yli kolmanneksen sokereista lysiiniksi. Tuottajien valinnassa käytetään mikro-organismeja, jotka kuuluvat sukuihin Micrococcus, Brevibacterium, Corynebacterium ja Arthrobacter.

Vitamiinituotanto

Vitamiinit ovat joukko kemiallisia luonteeltaan erilaisia ​​välttämättömiä orgaanisia yhdisteitä, joita tarvitaan mille tahansa organismille pieninä pitoisuuksina ja jotka suorittavat siinä katalyyttisiä ja sääteleviä toimintoja. Vain autotrofisilla organismeilla on kyky syntetisoida vitamiineja. Melkein kaikki tunnetut vitamiinit voidaan saada mikrobiologisesti. On kuitenkin taloudellisesti kannattavampaa saada vitamiineja eristämällä ne luonnollisista lähteistä tai käyttämällä kemiallista synteesiä. Mikro-organismien avulla on suositeltavaa saada monimutkaisia ​​​​vitamiineja: beetakaroteenia, B2-, B12- ja D-vitamiinin esiasteita.

Orgaanisten happojen tuotanto

Tällä hetkellä useita orgaanisia happoja tuotetaan teollisessa mittakaavassa bioteknologisilla menetelmillä. Näistä sitruuna-, glukoni-, ketoglukoni- ja itakonihappoja saadaan vain mikrobiologisilla menetelmillä, maito-, salisyyli- ja etikkahappoja - sekä kemiallisesti että mikrobiologisesti, omenahappoa - kemiallisin ja entsymaattisin menetelmin. Etikkahappoa tuottavat Acetobacter ja Gluconobacter, sitruunahappoa Aspergillus niger, Aspergillus gotii ja maitohappoa Lactobacillus delbrueckii.

Biotekniikka sekundääristen metaboliittien tuottamiseksi

Tuotantoperiaatteet perustuvat niiden mikrobisolujen muodostumisen ominaisuuksiin. Sekundaaristen metaboliittien biosynteesi on faasispesifistä ja tapahtuu kasvuvaiheen päätyttyä, idiofaasissa, minkä vuoksi niitä kutsutaan idioliiteiksi.

Antibioottien saaminen

Antibiootit ovat suurin farmaseuttisten yhdisteiden luokka, jonka synteesiä suorittavat mikrobisolut. Luokkaan kuuluvat antifungaaliset aineet, antineoplastiset lääkkeet ja alkaloidit. Niitä käytetään kasvinviljelyssä, karjanhoidossa, eläinlääketieteessä, elintarviketeollisuudessa ja lääketieteessä.

On olemassa useita tapoja saada sekä luonnollisia että puolisynteettisiä antibiootteja:

1) tuottavan mikro-organismin fermentointi sopivalla prekursorilla, joka indusoi antibioottien synteesin idiofaasissa;

2) estettyjen mutanttien käyttö. Jossa vaaditun antibiootin synteesi estetään. Käyttämällä entsyymien alhaista substraattispesifisyyttä ja lisäämällä antibioottien esiasteiden analogeja, ne muunnetaan itse antibiootin analogeiksi.

Tätä prosessia kutsutaan biosynteesiksi tai mutasynteesiksi:

a) oletetaan reaktiosarja, joka johtaa antibiootin synteesiin;

b) antibioottisynteesin puute "estetyssä" mutantissa; c) modifioidun antibiootin synteesi prekursorin analogin (D*) lisäämisen jälkeen

Teollisesti tärkeiden steroidien hankkiminen

Steroidit ovat suuri joukko biologisesti tärkeitä yhdisteitä, mukaan lukien sukupuolihormonit, sydämen glykosidit, sappihapot, vitamiinit, alkaloidit ja kasvien kasvunsäätelyaineet. Steroidit perustuvat runkoon.

Biotransformaatio on reaktio, jossa alkuperäiset orgaaniset yhdisteet (prekursorit) muunnetaan kohdetuotteeksi käyttämällä elävien organismien soluja tai niistä eristettyjä entsyymejä. Mikro-organismisolujen kykyä suorittaa erittäin spesifinen biotransformaatio käytetään steroidien valmistuksessa. Soluentsyymien absoluuttisen stereospesifisyyden ja substraattispesifisyyden käyttö mahdollisti olosuhteiden kehittämisen monien kemialliset reaktiot steroidien rakenteellisiin uudelleenjärjestelyihin. Tuloksena saatiin uusia yhdisteitä, joilla oli paremmat farmakologiset ominaisuudet.

Entsyymit

Entsyymit ovat biologisia katalyyttejä. Ne katalysoivat tuhansia kemiallisia reaktioita, jotka muodostavat mikro-organismin aineenvaihdunnan. Tällä hetkellä tunnetaan noin kaksi tuhatta entsyymiä.

Entsyymit ovat proteiineja, joiden molekyylipainot vaihtelevat 10 000:sta useisiin miljooniin. Entsyymin nimen antaa aine, johon se vaikuttaa, muuttaen päätteen "aza". Esimerkiksi sellulaasi katalysoi selluloosan hydrolyysiä sellobioosiksi, ureaasi katalysoi urean hydrolyysiä ammoniakiksi ja CO2:ksi jne. Kuitenkin useammin entsyymi saa nimen, joka ilmaisee sen katalysoiman kemiallisen reaktion luonteen.

Nykyaikainen entsyymien luokittelu perustuu myös niiden katalysoimien reaktioiden luonteeseen. Kansainvälisen biokemian liiton entsyymitoimikunnan kehittämän luokituksen mukaan ne on jaettu kuuteen pääluokkaan.

Oksidoreduktaasit ovat entsyymejä, jotka katalysoivat redox-reaktioita. Niillä on tärkeä rooli biologisen energian tuotantoprosesseissa. Näitä ovat dehydrogenaasit (NAD, NADP, FAD), sytokromit (b, c, c1 a, a3) g entsyymit, jotka osallistuvat vedyn, elektronien ja hapen siirtoon jne.

Siirrot. Ne katalysoivat yksittäisten radikaalien, molekyylien osien tai kokonaisten atomiryhmien siirtymistä yhdisteestä toiseen. Esimerkiksi asetyylitransferaasit kuljettavat etikkahappojäännöksiä - CH3CO:ta sekä rasvahappomolekyylejä; fosfotransferaasit tai kinaasit määrittävät fosforihappotähteiden H2P032- siirtymisen. Tunnetaan monia muita transferaaseja (aminotraisferaasit, fosforylaasit jne.).

Hydrolaasit katalysoi monimutkaisten yhdisteiden, kuten proteiinien, rasvojen ja hiilihydraattien, hajoamis- ja synteesiä veden mukana. Tähän luokkaan kuuluvat proteolyyttiset entsyymit (tai peptidihydrolaasit), jotka vaikuttavat proteiineihin tai peptideihin; glukosidihydrolaasit, jotka suorittavat hiilihydraattien ja glukosidien katalyyttisen hajotuksen (b-fruktofuranosidaasi, b-glukosidaasi, a- ja b-amylaasi, b-galaktosidaasi jne.); esteraasit, jotka katalysoivat pilkkomista ja synteesiä esterit(lipaasit, fosfataasit).

Lyases entsyymejä, jotka katalysoivat tiettyjen aineiden pilkkoutumista substraateista kemialliset ryhmät kaksoissidosten muodostuksella tai yksittäisten ryhmien tai radikaalien lisäämisellä kaksoissidoksiin. Siten pyruvaattidekarboksylaasi katalysoi CO2:n poistumista palorypälehaposta:

Lyaaseihin kuuluu myös entsyymi aldolaasi, joka jakaa fruktoosi-1,6-bifosfaatin kuusihiilisen molekyylin kahdeksi kolmehiiliyhdisteeksi. Aldolaasi on erittäin tärkeä aineenvaihduntaprosessissa.

Isomeraasit suorittaa orgaanisten yhdisteiden muuttamisen isomeereikseen. Isomerisaation aikana tapahtuu atomien, atomiryhmien, erilaisten radikaalien jne. molekyylinsisäistä liikettä.. Isomeroituvat hiilihydraatit ja niiden johdannaiset, orgaaniset hapot, aminohapot jne. Tämän ryhmän entsyymeillä on tärkeä rooli useissa aineenvaihduntaprosesseissa. Näitä ovat triosefosfaatti-isomeraasi, glukoosifosfaatti-isomeraasi jne.

Ligaasit katalysoi monimutkaisten orgaanisten yhdisteiden synteesiä yksinkertaisista yhdisteistä. Esimerkiksi asparagiinisyntetaasi syntetisoi asparagiiniamidia asparagiinihaposta ja ammoniakista adenosiinitrifosforihapon (ATP) pakollisella osallistumisella, joka antaa energiaa tälle reaktiolle:

Asparagiinihappo + NH3 + ATP -* asparagiini + ADP + H3P04

Ligaasien ryhmään kuuluvat myös karboksylaasit, jotka katalysoivat CO2:n lisäämistä erilaisiin orgaanisiin happoihin. Esimerkiksi entsyymi pyruvaattikarboksylaasi katalysoi oksaloetikkahapon synteesiä palorypälehaposta ja CO2:sta.

Rakenteensa mukaan entsyymit jaetaan kahteen suureen luokkaan:

1) edustavat yksinkertaisia ​​proteiineja,

2) ovat monimutkaisia ​​proteiineja.

Ensimmäiseen luokkaan kuuluvat hydrolyyttiset entsyymit, toiseen, useampaan luokkaan kuuluvat entsyymit, jotka suorittavat hapetustoimintoja ja osallistuvat erilaisten kemiallisten ryhmien siirtoreaktioihin. Toisen luokan entsyymeillä on proteiiniosan, jota kutsutaan apoentsyymiksi, lisäksi myös ei-proteiiniryhmä, joka määrää entsyymin aktiivisuuden - kofaktori. Näistä osista (proteiini ja ei-proteiini) erikseen puuttuu entsymaattinen aktiivisuus. He hankkivat tyypillisiä ominaisuuksia entsyymejä vasta liittämisen jälkeen. Apoentsyymin kompleksia kofaktorin kanssa kutsutaan holoentsyymiksi.

Kofaktorit voivat olla joko metalli-ioneja (Fe, Cu, Co, Zn, Mo jne.) tai komplekseja orgaaniset yhdisteet, joita kutsutaan koentsyymeiksi tai molemmille. Koentsyymeillä on yleensä elektronien, atomien ja ryhmien välikantajia, jotka entsymaattisen reaktion seurauksena siirtyvät yhdisteestä toiseen. Jotkut koentsyymit ovat tiukasti sitoutuneita entsyymiproteiiniin; niitä kutsutaan entsyymin proteettiseksi ryhmäksi. Monet koentsyymit ovat joko identtisiä tiettyjen B-vitamiinien kanssa tai ovat niiden johdannaisia.

Koentsyymejä ovat esimerkiksi dehydrogenaasien aktiiviset ryhmät - ni(NAD) tai nikotiiniam(NADP). Näitä koentsyymejä ovat nikotiinihappo, yksi B-vitamiineista. Vitamiineja löytyy myös muista koentsyymeistä. Siten tiamiini (B1-vitamiini) on osa tiamiinipyrofosfokinaasia, joka osallistuu palorypälehapon aineenvaihduntaan, pantoteenihappo on olennainen osa koentsyymi A ja riboflaviini (B2-vitamiini) ovat proteettinen flavoproteiinientsyymien ryhmä. Tärkeä Vitamiinit elävien organismien ravinnossa johtuvat juuri siitä, että ne ovat osa koentsyymejä.

Tekijä: moderneja ideoita, entsyymit nopeuttavat kemiallisia reaktioita vähentäen ilmaista energiaa aktivaatio (energiamäärä, joka tarvitaan aineen yhden moolin kaikkien molekyylien muuttamiseksi aktivoituun tilaan tietyssä lämpötilassa).

Entsyymien pääominaisuus, joka erottaa ne muista katalyyteistä, on niiden katalysoimien entsymaattisten reaktioiden spesifisyys. Jokainen entsyymi katalysoi vain yhtä tiettyä reaktiota.

Entsymaattisten reaktioiden suuren spesifisyyden vuoksi uskotaan, että entsyymimolekyylin katalyyttiseksi keskukseksi kutsutulla osalla, johon substraattimolekyyli on kiinnittynyt, on tietty avaruudellinen konfiguraatio, joka "sopii" vain substraattimolekyyliin eikä vastaa muihin molekyyleihin.

Entsyymien aktiivisuus riippuu useista tekijöistä: entsyymin ja substraatin suhteellisesta pitoisuudesta, lämpötilasta, pH:sta jne. Jokaisella entsyymillä on oma optimilämpötilansa ja pH-arvonsa. Monet entsymaattiset reaktiot ovat palautuvia, vaikka entsyymiaktiivisuus on harvoin sama molempiin suuntiin.

Pienestä koostaan ​​huolimatta jokainen mikro-organismisolu voi tuottaa monia erilaisia ​​entsyymejä, joilla on eri tehtävät. Tyypillisesti aineenvaihduntaan osallistuvat entsyymit ovat kehon soluissa, ja siksi niitä kutsutaan solunsisäisiksi entsyymeiksi tai endoentsyymeiksi. Joitakin entsyymejä erittävät mikrobisolut ympäristöön ja niitä kutsutaan solunulkoisiksi entsyymeiksi tai eksoentsyymeiksi. Yleensä hydrolyyttisiä entsyymejä vapautuu ulkoiseen ympäristöön, jolloin ne hajottavat yhdisteitä, joilla on suuri molekyylipaino ja jotka eivät voi tunkeutua mikro-organismisoluun. Hajoamistuotteet imeytyvät helposti soluihin ja käyttävät niitä ravintoaineina.

Entsyymeillä on merkittävä rooli mikro-organismien ravinnossa. Suuri määrä erilaisia ​​mikro-organismien solujen syntetisoimia entsyymejä mahdollistaa lukuisten yhdisteiden (hiilihydraatit, proteiinit, rasvat, vahat, öljyt, parafiinit jne.) käytön ravinnoksi niitä hajottamalla.

Aminohappojen tuotanto

Aminohappojen tuotanto maailmassa kasvaa jatkuvasti ja on tällä hetkellä noin 400 tuhatta tonnia/vuosi, vaikka niiden tarpeen arvioidaan olevan paljon suurempi. Kuten jo todettiin, aminohappojen (erityisesti välttämättömien aminohappojen) puute ruokavaliossa vaikuttaa negatiivisesti kasvuun ja kehitykseen. Siten muutaman jakeen lisääminen puutteellisesta haposta rehuun voi yli kaksinkertaistaa proteiinin ravintoarvon. Kaikista mahdollisia tapoja aminohappojen hankinnassa (kemiallisesti, mikrobiologisesti jne.) etusijalla ovat mikrobiologiset: vaikka mikrobituotannon organisointia ei voida kutsua yksinkertaiseksi, sen etuna on optisesti puhtaiden (L-aminohappojen) synteesissä, kun taas kemiallinen synteesi tuottaa raseeminen L- ja D-aminohappojen seos, jota on vaikea erottaa. Aminohappojen mikrobisynteesi perustuu tiukasti määritellyn kohdehapon tuottajan viljelyyn tietyn koostumuksen omaavassa alustassa tiukasti määritellyissä fermentaatioparametreissa. Tuottajat ovat bakteerikantoja, jotka on saatu mutanttivalinnan tai geenitekniikan menetelmiä käyttäen. Mutanttibakteerit ovat toisaalta menettäneet kyvyn itsenäisesti syntetisoida tiettyjä aineita, ja toisaalta ovat saaneet kyvyn ylisyntetisoida kohdeaminohappoa. Jo viime vuosisadan 70-luvulla supertuottavia mikrobeja saatiin suvuista Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus jne., joiden avulla on mahdollista tuottaa kaikkia tunnettuja aminohappoja. Tällä hetkellä on supertuottajia, joissa spesifisen syntetisoidun proteiinin määrä saavuttaa 10-50 % (tärkein rooli monikopioisilla plasmideilla, jotka sisältävät sisäänrakennettuja geenejä).

Aminohappojen tuotantotekniikka perustuu tuottajien fermentoinnin ja primaaristen aineenvaihduntatuotteiden eristämisen periaatteisiin, eli emoviljelmä kasvatetaan ensin agar-elatusaineella koeputkissa, sitten nestemäisellä alustalla pulloissa, ymppäyslaitteissa ja kylvölaitteissa. ja sitten pääfermentoreissa. Jos aminohappo annetaan lisäaineena rehuun, niin rehutuotteen bioteknologinen prosessi sisältää seuraavat vaiheet: fermentointi, viljelynesteen aminohapon stabilointi ennen haihdutusta, tyhjöhaihdutus, haihdutetun liuoksen standardointi täyteainetta lisättäessä. , kuivaus ja lopputuotteen pakkaaminen, jonka tulee sisältää yli 10 % pääainetta. Jos aminohappoa käytetään lääkkeenä, saadaan eristettyjä puhtaita kiteitä, jotka kuivataan tyhjiössä ja pakataan.

Aminohappojen saamiseksi tunnetaan kaksi menetelmää: yksivaiheinen ja kaksivaiheinen. Ensimmäisen menetelmän mukaan esimerkiksi mutanttia auksotrofista kantaa - aminohappojen tuottajaa - viljellään biosynteesin kannalta optimaalisella alustalla.

Kaksivaiheisessa menetelmässä mikrobien tuottajaa viljellään alustassa, jossa se vastaanottaa ja syntetisoi kaikki tarvittavat ainesosat kohdetuotteen myöhempää synteesiä varten. Kaksivaiheisen prosessin kaavio voidaan esittää seuraavasti: Jos aminohappobiosynteesientsyymit kerääntyvät solunsisäisesti, niin 1. vaiheen jälkeen solut erotetaan, hajotetaan ja solumehua käytetään. Muissa tapauksissa soluja käytetään suoraan kohdetuotteiden biosynteesiin.

Glutamiinihappo on ensimmäinen mikrobiologisesti saatu aminohappo. Tämän hapon ylisynteesiä aikaansaavia mutantteja ei ole saatu, ja tämän aminohapon "ylituotanto" liittyy erityisiin olosuhteisiin, joissa kalvon fosfolipidien synteesi häiriintyy. Glutamiinihappoa syntetisoivat yksinomaan Corynebacterium glutamicum ja Brevibacterium flavum -viljelmät. Sen tuotannon substraatit ovat glukoosi ja etikkahappo, ja 60-luvun alussa. n-parafiineja käytettiin myös viime vuosisadalla. Viljelmien kasvulle luodaan erityisiä olosuhteita lisäämällä viljelynesteeseen penisilliiniä, joka estää soluseinän synteesiä, tai vähentämällä (optimaaliseen verrattuna) biotiinin (B7-vitamiinin) pitoisuutta alustassa, mikä indusoi rakenteellisia ja toiminnalliset muutokset solukalvossa, mikä lisää sen läpäisevyyttä glutamiinihapolle, joka lähtee solusta viljelynesteeseen. Natriumsuola Glutamiinihappoa käytetään laajalti elintarviketeollisuudessa parantamaan säilyke- ja pakasteruokien makua.

Vitamiinit

Vitamiinit ovat pienimolekyylisiä orgaanisia aineita, joilla on biologista aktiivisuutta. Luonnollisessa ympäristössä näiden biologisesti aktiivisten aineiden edustajien lähteet ovat kasvit ja mikro-organismit. Teollisuudessa vitamiineja saadaan pääasiassa kemiallisella synteesillä. Kuitenkin myös näiden yhdisteiden mikrobiologista tuotantoa tapahtuu. Esimerkiksi menakinonit ja kobalamiinit ovat yksinomaan mikrobituotteita. Mikrobiologisesti saadaan vain muutamia vitamiineja: B12 (syanokobalamiini), B2 (riboflaviini), C-vitamiini ja ergosteroli.

Varsin lupaava suunta biotekniikassa on karjantaloudessa rehun lisäaineena käytettävän biotiinin mikrobiologinen synteesi. Tällä hetkellä biotiinin saamiseksi käytetään kemiallista synteesiä.

B12-vitamiini

B12-vitamiinin maailmantuotanto on 9-11 tuhatta kiloa vuodessa. Näistä noin puolet käytetään lääketieteellisiin tarkoituksiin, loput käytetään karjanhoidossa rehun lisäaineina.

Luonnollisia B12-vitamiinin tuottajia löydettiin propionihappobakteereista. Propionibakteerit, jotka syntetisoivat 1-8 mg/l tätä vitamiinia. Selektio- ja geneettisiä menetelmiä käyttäen saatiin P. shermanii M82:n mutantti, joka tuottaa jopa 60 mg/l tuotetta.

Tuottajaa B. rettgerii käytetään myös B12:n mikrobiologiseen synteesiin. Aktinomykeettejä ja niihin liittyviä mikro-organismeja käytetään myös aktiivisina B12-vitamiinin tuottajina: mutaatioiden ja vaiheittaisen valinnan avulla saatiin Nocardia rugosa -kanta, joka kerää jopa 18 mg/l B12:ta.

Aktiivisia B12-tuottajia löydettiin Micromonosporan edustajista.

Metanotrofien Methanosarcina ja Methanococcus edustajilla on korkea luontainen tuottavuus, joista on eristetty Methanococcus halophilus -kanta, jonka tuotantotaso on korkein luonnollisista kannoista - 16 mg per 1 g biomassaa.

B12:ta syntetisoidaan merkittäviä määriä anaerobisia bakteereja R. Clostridium, joka on erityisen tehokas teknologian kannalta.

Aktiiviset B12-tuottajat tunnetaan Pseudomonasin joukossa. P. denitricansista saatiin mutantti, joka tuottaa jopa 59 mg/l optimoidulla alustalla. Merck on patentoinut kannan B12:n teolliseen tuotantoon.

Venäjällä Propionibacterium freudenreichii on yleisimmin käytetty. Niitä viljellään maissiuutteella ja glukoosilla anaerobisissa olosuhteissa 72 tunnin ajan viljelmän kasvattamiseksi. Synteesin 2. vaiheessa fermentoriin lisätään prekursori - spesifinen typpipitoinen emäs - ja fermentointi jatkuu vielä 72 tuntia, jonka jälkeen B12 uutetaan bakteeribiomassasta ja puhdistetaan kemiallisesti. Tätä vitamiinia käytetään lääketieteellisiin tarkoituksiin.

Karjan tarpeisiin B12 saadaan käyttämällä sekaviljelmää, joka sisältää bakteerin Methanosarcina barkeri, Methanobacterium formicum. Viljelmän B12-pitoisuus saavuttaa 6,5 ​​mg/g kuivaa biomassaa.

Riboflaviini

B2-vitamiinia tuottavat luonnollisesti kasvit, hiiva, rihmasienet ja jotkut bakteerit.

Prokaryooteista tunnettuja flaviinien tuottajia ovat mykobakteerit ja asetobutyylibakteerit. Aktinomykeeteista - Nocardia eritropolis. metaboliitti aminohappovitamiini entsyymi

Rihmasieniä ovat Aspergillus niger ja Eremothecium ashbyi.

Mikrobiologisesti tuotettua riboflaviinia käytetään yksinomaan rehun lisäaineena karjanhoidossa. Rehuriboflaviinin päätuottaja on Eremothecium ashbyi, jota viljellään maissi- tai soijajauholla mineraalilisäaineilla. Viljelyä jatketaan, kunnes itiöt ilmestyvät. Sen parhaat tuottajat, jotka on saatu mutaatioiden ja vaiheittaisen valinnan kautta, tuottavat jopa 600 mg/l tuotetta. Viljelyneste haihdutetaan sitten ja sitä käytetään jauheen lisäaineena eläinten rehussa.

Ergosteroli

Ergosteroli on rasvaliukoisen D2-vitamiinin tuotannon lähtötuote. Ergosteroli on myös hiivan päästeroli, joten nämä mikro-organismit ovat jalostustyön päälähde. Siten Saccharomyces carlbergensis antaa jopa 4,3 mg/l, S. ellipsoideus - 1,5 mg/l, Rhodotorula glutinis - 1 mg/l, Candida utilis - 0,5 mg/l tuotetta.

Tuotannossa eniten käytetyt hiivat ovat Saccharomyces carlbergensis ja S. cerevisiae.

SISÄÄN viime vuodet C-vitamiinin teollisesta tuotannosta on raportoitu. On raportoitu, että tuottaja on rakennettu geenitekniikan menetelmillä: Corynebacterium-geenit siirrettiin Erw:lle. herbicola

Yhdistelmäkanta yhdistää Erwinian kyvyn muuntaa glukoosia glukonihapoksi Corynebacteria -bakteerien kyvyn muuttaa jälkimmäinen gulonihapoksi, joka muunnetaan kemiallisesti askorbiinihapoksi.

karotenoidit

Karotenoidit ovat suuri joukko luonnollisia pigmenttejä, joita syntetisoivat kemo- ja fototrofit: prokaryootit, rihmasienet ja hiivat, levät ja korkeammat kasvit.

Mikro-organismien syntetisoimat karotenoidit esiintyvät solussa vapaassa muodossa, samoin kuin glykosidien muodossa, rasvahappoestereinä ja karoteeni-proteiinikomplekseina. Näiden yhdisteiden arvo nisäkkäille on, että ne ovat A-vitamiinin lähde.

Tähän mennessä todellisia karotenoidien tuottajia ei ole luotu, ja mikro-organismien karotenoideja eristetään mikro-organismeista pääasiassa uuttamalla.

Tällä hetkellä on kuvattu noin 500 erilaista karotenoidia. Rakenteellisesti karotenoidit ovat kromofori (tai ydin), joka on yhdistetty isopreenitähteisiin. Kromoforin erottuva piirre on konjugoitujen kaksoissidosten läsnäolo. Karotenoidien värin intensiteetti riippuu näiden sidosten lukumäärästä. Siten alifaattiset karotenoidit, jotka sisältävät enintään 5 konjugoitua sidosta, ovat värittömiä yhdisteitä.

Heidän joukossa korkein arvo sisältää fytoeenia ja fytofluiinia. Neurospora crassan syntetisoimissa karotenoideissa on 9 konjugoitua sidosta ja ne ovat väriltään kirkkaan keltaisia. Kun kaksoissidokset lisääntyvät, väri voimistuu punaiseksi ja violetiksi.

Korkeammissa karotenoideissa on jopa 45-50 hiiliatomia molekyylissä. Nämä karotenoidit sisältävät Sarcina lutean tuottaman sarsinaksantiinin.

Jotkut karotenoidit voivat sisältää terminaalisen ryhmän, kuten Aleuria aurantia -sienen aleureaksantiini.

Muilla karotenoideilla on terminaalinen hydroksiryhmä, kuten Blakeslea trispora hydroksifleiksantiini.

Karotenoidien sijainti mikro-organismien soluissa on erilainen. Näin ollen fototrofisissa mikro-organismeissa karotenoidit ovat keskittyneet fotosynteesilaitteistoon. Kemotrofeissa ne liittyvät solukalvoon. Joissakin (Micrococcus radiodurans) ne sijaitsevat soluseinässä. Sienissä - sytoplasman lipidipalloissa.

Karotenoidit toimivat solussa antioksidantteina ja suojaavat sitä peroksidaatioilmiöltä. Lisäksi karotenoidit ovat valoloukkuja, jotka keräävät valoenergiaa.

Karotenoidien tuotanto teollisuudessa

Perinteiset menetelmät karotenoidien saamiseksi rajoittuvat biomassan homogenointiin ja karotenoidien uuttamiseen polaarisilla liuottimilla (asetoni, metanoli). Yksittäiset karotenoidit saadaan erottamalla ohutkerroskromatografialla silikageelillä. Seuraavaksi yleisin on karotenoidien kemiallinen synteesi.

Perinteisiä karotenoidien mikrobisynteesin tuottajia ovat bakteerit, rihmasienet ja hiiva. Fototrofisia bakteereja ovat Chloroexus ja jotkut Rhodopseudomonas-lajit. Tämä bakteeriryhmä on mielenkiintoinen, koska karotenoidien saantoa voidaan säätää valon voimakkuudesta riippuen.

Antibiootit

Perinteiset ajatukset antibiooteista tai antibioottisista aineista liittyvät niiden laajaan käyttöön modernissa lääketieteessä ja eläinlääketieteessä. Joitakin antibioottisia lääkkeitä käytetään eläinten kasvun stimulantteina, kasvitautien torjunnassa, elintarvikkeiden säilönnässä ja mm tieteellinen tutkimus(biokemian alalla, molekyylibiologia, genetiikka, onkologia).

Termin "antibiootti" nykyaikainen määritelmä kuuluu M.M. Shemyakin ja A.S. Khokhlov (1961), joka ehdotti, että antibioottisina aineina pidettäisiin kaikkien organismien aineenvaihduntatuotteita, jotka voivat selektiivisesti tappaa tai tukahduttaa mikro-organismien (bakteerit, sienet, virukset jne.) kasvun ja kehityksen sekä joidenkin pahanlaatuisten kasvainten.

Luokituksen mukaisesti, joka perustuu kemiallinen rakenne, kaikki kuvatut antibiootit voidaan jakaa seuraaviin ryhmiin:

1) asykliset yhdisteet (pois lukien rasvahapot ja terpeenit);

2) alisykliset yhdisteet (mukaan lukien tetrasykliinit);

3) aromaattiset yhdisteet;

4) kinonit;

5) happea sisältävät heterosyklit;

7) peptidit.

Täysin kemiallinen rakenne kolmasosa tunnetuista antibiooteista, ja vain puolet niistä voidaan saada kemiallisesti. Siksi mikrobiologinen menetelmä antibioottisten aineiden saamiseksi on erittäin tärkeä.

Antibioottien synteesi mikro-organismien toimesta on yksi antagonismin ilmentymismuodoista; liittyy tiettyyn aineenvaihdunnan luonteeseen, joka syntyi ja oli kiinnitetty sen evoluution aikana, eli se on perinnöllinen piirre, joka ilmenee yhden tai useamman spesifisen, tiukasti spesifisen kullekin antibioottiainetyypille. Vaikuttamalla vieraaseen mikrobisoluun antibiootti aiheuttaa merkittäviä häiriöitä sen kehityksessä. Jotkut antibiootit voivat estää kalvosynteesiä bakteerisolu pesimäkauden aikana toiset vaikuttavat sen sytoplasmiseen kalvoon ja muuttavat läpäisevyyttä; jotkut niistä estävät metabolisia reaktioita. Huolimatta erilaisten antibioottien vaikutusmekanismin intensiivisestä tutkimuksesta, niiden vaikutusta aineenvaihduntaan edes bakteerisoluissa, jotka ovat tutkimuksen pääkohteita, ei ole täysin tunnistettu.

Tällä hetkellä on kuvattu yli 3000 antibioottia, mutta vain 150 niistä on löytänyt käytännön käyttöä. Seuraavassa tarkastellaan niiden tuotantotekniikkaa, jotka ovat mikro-organismien aineenvaihdunnan tuotteita ja ovat löytäneet käyttöä maataloudessa sopivina lisäaineina rehuun (rehuantibiootit) ja kasvinsuojeluaineina.

Antibiootteja on käytetty useiden vuosien ajan tuotantoeläinten ja siipikarjan kasvua stimuloivana aineena, kasvitautien ja vieraan mikroflooran torjuntakeinona useilla käymisteollisuuden aloilla sekä elintarvikkeiden säilöntäaineina. Niiden käyttö maataloudessa vähentää sairastuvuutta ja kuolleisuutta erityisesti nuorilla eläimillä sekä kiihdyttää eläinten ja siipikarjan kasvua ja kehitystä, mikä auttaa vähentämään kulutetun rehun määrää keskimäärin 5-10 %. Käytettäessä antibiootteja siankasvatuksessa jokainen 1000 sikaa tuottaa lisäksi 100-120 senttiä lihaa ja 1000 munivasta kanasta jopa 15 tuhatta munaa vuodessa. Antibioottisten aineiden stimuloivan vaikutuksen mekanismia ei myöskään voida pitää täysin ymmärrettävänä. Ilmeisesti pienten antibioottipitoisuuksien stimuloiva vaikutus eläimen kehoon liittyy pääasiassa kahteen tekijään: vaikutukseen suoliston mikroflooraan tai suoraan vaikutukseen eläimen kehoon. Ensimmäisessä tapauksessa antibiootit auttavat lisäämään hyödyllisten mikro-organismien määrää, jotka syntetisoivat vitamiineja ja hallitsevat patogeenisiä muotoja. Ne vähentävät eläimen keholle haitallisten mikrobien määrää, jotka käyttävät biologisesti aktiivisia aineita ja muodostavat myrkkyjä, joilla on patogeenisiä tai ehdollisesti patogeenisiä muotoja. Antibiootit vaikuttavat suolistossa oleviin mikro-organismeihin edistäen vastustuskykyisten, eläimelle vähemmän haitallisten kantojen muodostumista ja muuttavat läsnä olevien mikrobien aineenvaihduntaa. Ne aiheuttavat mikro-organismien liikkumista eläimen suolistossa; Niiden vaikutuksen alaisena subkliiniset infektiot vähenevät, mikä usein hidastaa nuorten eläinten kehitystä, suoliston sisällön pH:n lasku, kehon solujen pintajännityksen lasku, mikä auttaa nopeuttamaan niiden jakautumista.

Toisessa tapauksessa eläimen kehossa havaitaan hormonien toiminnan synergismia, kasvuhormonien määrä lisääntyy, ruuan kulutusprosessi nopeutuu ja elimistön sopeutumiskyky epäsuotuisat olosuhteet. Antibioottien vaikutuksesta eläimen vitamiinitarve vähenee, kudosten vitamiinisynteesi lisääntyy, sokerien ja A-vitamiinin synteesi karoteenista stimuloituu, entsyymisynteesinopeus lisääntyy ja sivutuotteita muodostuu vähemmän. Lisäksi kudosten absorptiokyky kasvaa ja aineenvaihduntatuotteiden kulutus kiihtyy.

Rehuantibiootteja käytetään raakavalmisteina, jotka ovat tuottajan kuivattua biomassaa, joka sisältää antibiootin lisäksi aminohappoja, entsyymejä, B-vitamiineja ja muita biologisesti aktiivisia aineita. Tuloksena olevat valmisteet standardoidaan niiden koostumukseen sisältyvän pääaineen aktiivisuuden tai määrän mukaan, ottaen huomioon tai jättämättä huomioon B12-vitamiinin esiintyminen siinä. Kaikki valmistetut rehuantibiootit:

a) niitä ei käytetä hoitotarkoituksiin eivätkä ne aiheuta bakteerien ristiresistenssiä lääketieteessä käytettäville antibiooteille;

b) eivät käytännössä imeydy verenkiertoon maha-suolikanavasta;

c) eivät muuta niiden rakennetta kehossa;

d) niillä ei ole antigeenistä luonnetta, joka edistää allergioiden esiintymistä.

Saman lääkkeen pitkäaikaisessa käytössä on olemassa antibiooteille vastustuskykyisten mikro-organismien syntymisen riski. Sen estämiseksi vaihdetaan säännöllisin väliajoin käytettyjä antibioottisia aineita tai käytetään antibioottiseosta alun perin saavutetun vaikutuksen ylläpitämiseksi vaaditulla tasolla.

Neuvostoliitossa on useiden vuosikymmenten ajan valmistettu klooritetrasykliiniin - biovitiin tai rehubiomysiiniin perustuvia rehuvalmisteita, joissa on erilaisia ​​antibiootin ja B12-vitamiinin alkupitoisuuksia. Tällä hetkellä rehuantibioottien tuotanto perustuu muihin ei-lääketieteellisiin lääkkeisiin, kuten basitrasiiniin, grisiiniin, hygromysiini B:hen jne.

Viimeisten 20 vuoden aikana antibiootteja on käytetty keinona torjua erilaisia ​​kasvipatogeenejä. Kasvipatogeenisten mikro-organismien aiheuttamat kasvitartunnan lähteet ovat erilaisia. Itse kasvin siemenet, joita käytetään kylvämiseen, eivät ole poikkeus. Antibioottisen aineen vaikutus rajoittuu kasvin siemenissä ja kasvullisissa elimissä olevien fytopatogeenisten mikro-organismien kasvun tai kuoleman estämiseen.

Syntyvien valmisteiden tulee olla erittäin aktiivisia taudin aiheuttajaa vastaan ​​kasveja ympäröivässä ympäristössä, kasveille käytetyillä annoksilla vaarattomia, pystyä ylläpitämään antibioottista aktiivisuutta vaaditun ajan ja tunkeutumaan helposti asiaankuuluviin kasvin kudoksiin.

Kasvipatogeenien vastaisessa taistelussa eniten käytettyjä antibioottisia aineita ovat ensisijaisesti fytobakteriomysiini, trikotesiini ja polymysiini.

Antibioottien käyttö elintarviketeollisuudessa voi merkittävästi lyhentää erilaisten elintarvikkeiden lämpökäsittelyn kestoa purkituksen aikana. Ja tämä puolestaan ​​varmistaa niissä olevien biologisesti aktiivisten aineiden paremman säilymisen, tuotteiden maun ja koostumuksen. Käytetyt antibiootit vaikuttavat pääasiassa lämpöä kestäviin klostridi- ja termofiilisiin bakteereihin. Nisiiniä pidetään yleisesti Venäjän federaatiossa ja ulkomailla tehokkaimpana antibioottina vihannesten säilytykseen. Se on myrkytön ihmisille ja antaa mahdollisuuden puolittaa vihannesten lämpökäsittelyaika. Kaikkien muiden kuin lääketieteellisiin tarkoituksiin tarkoitettujen antibioottien tuotantotekniikka, paitsi elintarvike- ja säilyketeollisuudessa käytettävien antibioottien tuottamiseksi, on rakennettu yhden järjestelmän mukaan, joka mahdollistaa tuottajakannan aseptisen teollisen viljelyn ja antibiootin biosynteesin kaikki vaiheet. , viljelynesteen esikäsittely, sen tyhjöhaihdutus, kuivaus ja valmiin tuotteen standardointi sekoittamalla tarvittavaan määrään täyteainetta. Jälkimmäisinä käytetään yleensä leseitä, eri viljelykasvien kakkuja ja muita orgaanisia ja epäorgaanisia aineita.

Antibioottien kertymisen dynamiikalla viljelynesteeseen on suurimmassa osassa tapauksia tyypillinen riippuvuustyyppi, joka on ominaista sekundääristen metaboliittien biosynteesille, eli maksimaalinen biomassan muodostuminen ajassa edeltää maksimaalista antibiootin muodostumista. Siksi viljelyn alkuvaiheissa tuotannon tavoitteena on kerätä tarvittava määrä biomassaa (antibioottia ei käytännössä ole). Antibiootin biosynteesi tapahtuu teollisen viljelyn toisessa vaiheessa pääfermentoreissa ja biosynteesiaika voi olla 2-3 kertaa pidempi kuin tuottajakannan viljelyyn käytetty aika.

Viitteet

1. Biotekniikka: työpaja / S. A. Akimova, G. M. Firsov. - Volgograd: Liittovaltion budjettitaloudellinen korkea-asteen koulutuslaitos Volgogradin osavaltion maatalousyliopisto, 2013. - 108 s.

2. Shevelukha V.S., Kalashnikova E.A., Voronin E.S. ja muut Maatalouden bioteknologia. - Oppikirja. M.: valmistua koulusta, 2008. - 469

3. Kalashnikova E.A., Kochieva E.Z., Mironova O.Yu. Maatalouden bioteknologian työpaja, M.: KolosS, 2006, 149 s.

Lähetetty osoitteessa Allbest.ru

Samanlaisia ​​asiakirjoja

Alkaloidien, isoprenoidien ja fenoliyhdisteiden biosynteesi. Sekundaaristen metaboliittien empiiriset (triviaalit), biokemialliset ja toiminnalliset luokitukset, pääryhmät, rakennemallit. Asetaatti-malonaattireitti fenoliyhdisteiden synteesiin.

kurssityö, lisätty 21.10.2014


Ensimmäisen ja toisen vaiheen mikrobisynteesituotteiden, aminohappojen, orgaanisten happojen, vitamiinien valmistus. Antibioottien laajamittainen tuotanto. Alkoholien ja polyolien tuotanto. Bioprosessien päätyypit. Kasvien aineenvaihduntatekniikka.

kurssityö, lisätty 22.12.2013


Biologinen esine lääke-, diagnostisten ja profylaktisten lääkkeiden tuotantovälineenä; vaatimukset, luokitus. Entsyymi immobilisaatio, käytetyt kantajat. Immobilisoitujen entsyymien käyttö. Vitamiinien biologinen rooli, niiden tuotanto.

testi, lisätty 11.4.2015


Antioksidantit ja radikaalien ja oksidatiivisten prosessien estäjät. Lipidiperoksidaatio. Biologinen toiminta vitamiinit Opiskelu biologinen rooli aktivoidut hapen metaboliitit. Proteiinipitoisuuden määritys Bradfordin menetelmällä.

kurssityö, lisätty 12.11.2013


Bioteknologia menetelminä elävien organismien ja biologisten tuotteiden käyttämiseksi tuotantosektorilla. Kloonaus on kasvi- ja eläinsolujen aseksuaalista lisääntymistä. Mikro-organismien käyttö energian saamiseksi biomassasta.

tiivistelmä, lisätty 30.11.2009


Yleiset luonteenpiirteet ruokahapot. Kasvien biologiset ja kemialliset ominaisuudet. Kasvimateriaalin valmistus. Sokerijuurikkaan, perunan, sipulin ja porkkanoiden orgaanisten happojen pitoisuuden määritys. Suositeltavat viljelyalueet.

kurssityö, lisätty 21.4.2015


Antibiootit ovat mikro-organismien jätetuotteita, niiden muunnelmia, joilla on korkea fysiologinen aktiivisuus bakteereja vastaan: luokittelu, kemiallinen rakenne, ryhmät. Menetelmät antibioottien eristämiseksi viljelynesteestä.

testi, lisätty 12.12.2011


Hiivan rooli luonnollisissa ekosysteemeissä, niiden käyttömahdollisuudet erilaisissa kehityshankkeissa. Hiivan morfologia ja aineenvaihdunta, sivutuotteet. Mikro-organismivalmisteiden valmistusmenetelmät. Biotekniikka, hiivan teollinen käyttö.

kurssityö, lisätty 26.5.2009


Vitamiinien löytämisen historia. Vaikutus elimistöön, puutoksen merkit ja seuraukset, tärkeimmät A-, C-, D-, E-vitamiinien lähteet. B-vitamiinien ominaisuudet: tiamiini, riboflaviini, nikotiini- ja pantoteenihapot, pyridoksiini, biotiini, koliini.

esitys, lisätty 24.10.2012


Proteiinien toimintojen tutkimus - korkea molekyylipaino eloperäinen aine, rakennettu aminohappotähteistä, jotka muodostavat perustan kaikkien elinten elintärkeille toiminnoille. Aminohappojen merkitys on orgaaniset aineet, jotka sisältävät amiini- ja karboksyyliryhmiä.

Diauxia- yhden tai useamman siirtymävaiheen (eli väliaikaisen) kasvuvaiheen ilmaantuminen viljelmään. Tämä tapahtuu, kun bakteerit ovat ympäristössä, joka sisältää kaksi tai useampia vaihtoehtoisia ravintolähteitä. Bakteerit käyttävät usein yhtä lähdettä mieluummin kuin toista, kunnes ensimmäinen on ehtynyt. Sitten bakteerit siirtyvät toiseen ravintolähteeseen. Kasvu kuitenkin hidastuu tuntuvasti jo ennen kuin ruokalähteen muutos tapahtuu. Esimerkki on E. coli, bakteeri, jota tyypillisesti esiintyy suolistossa. Se voi käyttää glukoosia tai laktoosia energian ja hiilen lähteenä. Jos molempia hiilihydraatteja on läsnä, käytetään ensin glukoosia ja sitten kasvu hidastuu, kunnes laktoosia fermentoivia entsyymejä tuotetaan.

Primaaristen ja sekundaaristen metaboliittien muodostuminen

Primaariset metaboliitit- Nämä ovat kasvun ja selviytymisen kannalta välttämättömiä aineenvaihduntatuotteita.
Sekundaariset metaboliitit- aineenvaihduntatuotteet, joita ei tarvita kasvuun ja jotka eivät ole välttämättömiä selviytymiselle. Ne kuitenkin suorittavat hyödyllisiä tehtäviä ja usein suojaavat muiden kilpailevien mikro-organismien vaikutukselta tai estävät niiden kasvua. Jotkut niistä ovat myrkyllisiä eläimille, joten niitä voidaan käyttää kemiallisina aseina. Aktiivisimpien kasvukausien aikana niitä ei useimmiten valmisteta, vaan niitä aletaan tuottaa kasvun hidastuessa, kun varamateriaalia tulee saataville. Sekundaariset metaboliitit ovat tärkeitä antibiootteja.

Bakteerien ja sienten kasvun mittaaminen viljelmässä

Edellisessä osiossa analysoimme tyypillinen bakteerikasvukäyrä. Voisi olettaa, että sama käyrä luonnehtii hiivan (yksisoluiset sienet) kasvua tai minkä tahansa mikro-organismiviljelmän kasvua.

Kun analysoidaan bakteerien kasvua tai hiivaa, voimme joko suoraan laskea solujen lukumäärän tai mitata joitain solujen lukumäärästä riippuvia parametreja, kuten liuoksen sameutta tai kaasuntuotantoa. Tyypillisesti pieni määrä mikro-organismeja siirrostetaan steriiliin viljelyalustaan ​​ja viljelmää kasvatetaan inkubaattorissa optimaalisessa kasvulämpötilassa. Muiden olosuhteiden tulee olla mahdollisimman lähellä optimaalisia (kohta 12.1). Kasvu tulee mitata rokotushetkestä lähtien.

Yleensä tieteellisessä tutkimuksessa noudattaa hyvä sääntö - Suorita koe useissa toistoissa ja aseta kontrollinäytteet mahdollisuuksien ja tarpeen mukaan. Jotkut korkeudenmittaustekniikat vaativat tiettyjä taitoja, eivätkä ne ole edes asiantuntijoiden käsissä kovin tarkkoja. Siksi on järkevää suorittaa, jos mahdollista, kaksi näytettä (yksi toisto) jokaisessa kokeessa. Kontrollinäyte, jossa elatusaineeseen ei lisätty mikro-organismeja, osoittaa, työskenteletkö todella steriilisti. Riittävällä kokemuksella hallitset kaikki kuvatut menetelmät täydellisesti, joten suosittelemme harjoittelemaan niitä ensin ennen kuin käytät niitä projektissasi. Solujen lukumäärä voidaan määrittää kahdella tavalla, nimittäin laskemalla joko elävien solujen lukumäärä tai solujen kokonaismäärä. Elinkykyisten solujen määrä on vain elävien solujen lukumäärä. Kokonaismäärä solut on sekä elävien että kuolleiden solujen kokonaismäärä; tämä indikaattori on yleensä helpompi määrittää.

A. MÄÄRITELMÄ

Biogeneesin näkökulmasta antibiootteja pidetään toissijaisina metaboliitteina. Sekundaariset metaboliitit ovat pienimolekyylipainoisia luonnontuotteita, joita 1) syntetisoivat vain tietyntyyppiset mikro-organismit; 2) eivät suorita mitään ilmeisiä toimintoja solukasvun aikana ja muodostuvat usein viljelmän kasvun lopettamisen jälkeen; solut, jotka syntetisoivat näitä aineita, menettävät helposti syntetisointikykynsä mutaatioiden seurauksena; 3) muodostuvat usein samankaltaisten tuotteiden kompleksien muodossa.

Primaariset metaboliitit ovat normaaleja solujen aineenvaihduntatuotteita, kuten aminohappoja, nukleotideja, koentsyymejä jne., jotka ovat välttämättömiä solujen kasvulle.

B. ENSISIJAISEN VÄLINEN SUHDE

JA TOISSIJAINEN aineenvaihdunta

Antibioottien biosynteesin tutkimus koostuu entsymaattisten reaktioiden sekvenssin määrittämisestä, jonka aikana yksi tai useampi primaarinen metaboliitti (tai niiden biosynteesin välituote) muuttuu antibiootiksi. On muistettava, että sekundääristen aineenvaihduntatuotteiden muodostumiseen, varsinkin suurina määrinä, liittyy merkittäviä muutoksia solun primaarisessa aineenvaihdunnassa, koska solun täytyy syntetisoida lähtöaine, toimittaa energiaa esimerkiksi ATP:n muodossa ja vähentyneet koentsyymit. Siksi ei ole yllättävää, että kun verrataan antibiootteja syntetisoivia kantoja kantoihin, jotka eivät kykene synteesiin, havaitaan merkittäviä eroja niiden entsyymien pitoisuuksissa, jotka eivät ole suoraan mukana tietyn antibiootin synteesissä.

B. TÄRKEIMMÄT BIOSYNTEETTISET POLIT

Entsymaattiset reaktiot antibioottien biosynteesiä varten eivät periaatteessa eroa reaktioista, joiden aikana muodostuu primaarisia metaboliitteja. Niitä voidaan pitää muunnelmina

primaaristen aineenvaihduntatuotteiden biosynteesin reaktiot, tietenkin, joitain poikkeuksia lukuun ottamatta (esim. on nitroryhmän sisältäviä antibiootteja - toiminnallinen ryhmä, jota ei koskaan löydy primaarisista metaboliiteista ja se muodostuu amiinien spesifisen hapettumisen aikana).

Antibioottien biosynteesin mekanismit voidaan jakaa kolmeen pääluokkaan.

1. Antibiootit, jotka on johdettu yhdestä ensisijaisesta metaboliitista. Niiden biosynteesin reitti koostuu sekvenssistä reaktioita, jotka modifioivat alkuperäistä tuotetta samalla tavalla kuin aminohappojen tai nukleotidien synteesissä.

2. Antibiootit, jotka on johdettu kahdesta tai kolmesta erilaisesta primaarisesta metaboliitista, joita modifioidaan ja kondensoidaan muodostamaan monimutkainen molekyyli. Samanlaisia ​​tapauksia havaitaan primaarisessa aineenvaihdunnassa tiettyjen koentsyymien, esimerkiksi foolihapon tai koentsyymi A:n, synteesin aikana.

3. Antibiootit, jotka ovat peräisin useiden samankaltaisten aineenvaihduntatuotteiden polymeroitumistuotteista, jolloin muodostuu perusrakenne, jota voidaan myöhemmin modifioida muiden entsymaattisten reaktioiden aikana.

Polymeroinnin tuloksena muodostuu neljän tyyppisiä antibiootteja: 1) polypeptidiantibiootteja, jotka muodostuvat aminohappojen kondensaatiosta; 2) asetaatti-propionaattiyksiköistä muodostuvat antibiootit polymerointireaktioissa, jotka ovat samanlaisia ​​kuin rasvahappojen biosynteesireaktio; 3) terpenoidiantibiootit, jotka ovat peräisin asetaattiyksiköistä isoprenoidiyhdisteiden synteesin reitillä; 4) aminoglykosidiantibiootit, jotka muodostuvat kondensaatioreaktioissa, jotka ovat samanlaisia ​​kuin polysakkaridien biosynteesin reaktiot.

Nämä prosessit ovat samanlaisia ​​kuin polymerointiprosessit, jotka mahdollistavat joidenkin kalvon ja soluseinän komponenttien muodostumisen.

On korostettava, että polymeroinnilla saatua perusrakennetta muutetaan yleensä edelleen; siihen voivat liittyä jopa muiden biosynteesireittien kautta muodostuneet molekyylit. Erityisen yleisiä ovat glykosidiset antibiootit - tuotteet, jotka syntetisoituvat yhden tai useamman sokerin reitillä 2 syntetisoidun molekyylin kanssa.

D. ANTIBIOOTTIPERHEIDEN SYNTEESI

Usein mikro-organismikannat syntetisoivat useita kemiallisesti ja biologisesti samanlaisia ​​antibiootteja, jotka muodostavat "perheen" (antibioottikompleksin). "Perheiden" muodostuminen ei ole ominaista vain biosynteesille

Antibiootteja, mutta se on yhteinen omaisuus sekundaarinen aineenvaihdunta, joka liittyy välituotteiden melko suureen kokoon.. Sukulaisten yhdisteiden kompleksien biosynteesi tapahtuu seuraavien aineenvaihduntareittien aikana.

1. "Avain"-metaboliitin biosynteesi jollakin edellisessä osiossa kuvatuista reiteistä.

Rifamysiini U

Riisi. 6.1. Esimerkki aineenvaihduntapuusta: rifamysiinin biosynteesi (katso selitys tekstistä; rakennekaavat vastaavat liitännät on esitetty kuvassa. 6.17 ja 6.23).

2. Keskeisen metaboliitin modifiointi melko yleisillä reaktioilla, esimerkiksi hapettamalla metyyliryhmä alkoholiryhmäksi ja sitten karboksyyliryhmäksi, kaksoissidosten pelkistys, dehydraus, metylaatio, esteröinti jne.

3. Sama metaboliitti voi olla kahden tai useamman tällaisen reaktion substraatti, mikä johtaa kahden tai useamman erilaisen tuotteen muodostumiseen, jotka puolestaan ​​voivat käydä läpi erilaisia ​​muunnoksia entsyymien osallistuessa, jolloin syntyy "aineenvaihduntapuu".

4. Sama metaboliitti voi muodostua kahdella (tai useammalla) eri reitillä, joissa vain
entsyymireaktioiden järjestys, mikä saa aikaan "aineenvaihduntaverkoston".

Melko omituiset aineenvaihduntapuun ja metabolisen verkoston käsitteet voidaan selittää seuraavilla esimerkeillä: rifamysiiniperheen (puu) ja erytromysiiniperheen (verkosto) biogeneesi. Ensimmäinen metaboliitti rifamysiiniperheen biogeneesissä on protorifamysiini I (kuva 6.1), jota voidaan pitää keskeisenä metaboliittina. Järjestyksessä

reaktiot, joiden järjestystä ei tunneta, muuntaa protorifamysiini I:n rifamysiini W:ksi ja rifamysiini S:ksi, mikä saattaa loppuun synteesin yhden polun osan (puun "runko"). Rifamysiini S on useiden haarautumien lähtökohta vaihtoehtoisia polkuja: kondensaatio kaksihiilisen fragmentin kanssa tuottaa rifamysiini O:ta ja rafimysiinejä L ja B. Jälkimmäinen muuttuu anza-ketjun hapettumisen seurauksena rifamysiini Y:ksi. Yksihiilifragmentin eliminaatio hapettumisen aikana rifamysiini S johtaa rifamysiini G:n muodostumiseen, ja tuntemattomien reaktioiden seurauksena rifamysiini S muuttuu ns. rifamysiinikompleksiksi (rifamysiinit A, C, D ja E). Metyyliryhmän hapettuminen kohdassa C-30 saa aikaan rifamysiini R:n.

Erytromysiiniperheen avainmetaboliitti on erytromysiini B (Er.B), joka muuttuu erytromysiiniA:ksi (monimutkaisin metaboliitti) seuraavien neljän reaktion kautta (kuva 6.2): ​​1) glykosylaatio asemassa 3 pu

mykaroosin (mikrofonin) kanssa kondensoituneet (reaktio I); 2) mykaroosin muuttuminen kladinoosiksi (Clad.) metylaation seurauksena (reaktio II); 3) erytronolidi B:n muuntaminen erytronolidi A:ksi (Er.A) asemassa 12 tapahtuvan hydroksylaation tuloksena (reaktio III); 4) kondensaatio desosamiinilla (Dez.) kohdassa 5 (reaktio IV).

Koska näiden neljän reaktion järjestys voi vaihdella, erilaiset aineenvaihduntareitit ovat mahdollisia, ja yhdessä ne muodostavat kuvassa 2 esitetyn metabolisen verkon. 6.2. On huomattava, että on myös polkuja, jotka ovat puun ja verkon yhdistelmä.

Sekundaariset metaboliitit ovat tärkeimpiä fysiologisesti aktiivisia yhdisteitä kasvimaailmassa. Niiden tieteen tutkima määrä kasvaa joka vuosi. Tällä hetkellä noin 15 % kaikista kasvilajeista on tutkittu näiden aineiden esiintymisen varalta. Niillä on myös korkea biologinen aktiivisuus suhteessa eläimiin ja ihmisiin, mikä määrittää niiden potentiaalin lääkkeinä.

Kaikkien elävien organismien erottuva piirre on, että niissä tapahtuu aineenvaihduntaa. Se on joukko kemiallisia reaktioita, jotka johtavat primaaristen ja sekundaaristen metaboliittien tuotantoon.

Niiden välinen ero on se, että ensimmäiset ovat tyypillisiä kaikille olennoille (proteiinien, aminohiilivetyjen ja nukleiinihapot, hiilihydraatit, puriinit, vitamiinit), ja viimeksi mainitut ovat ominaisia ​​tietyntyyppisille organismeille eivätkä osallistu kasvu- ja lisääntymisprosessiin. Ne suorittavat kuitenkin myös tiettyjä toimintoja.

Eläinmaailmassa sekundäärisiä yhdisteitä tuotetaan harvoin, useammin ne joutuvat elimistöön kasviravinnon mukana. Näitä aineita syntetisoidaan pääasiassa kasveissa, sienissä, sienissä ja yksisoluisissa bakteereissa.

Merkit ja ominaisuudet

Biokemiassa erotetaan seuraavat kasvien sekundääristen metaboliittien pääominaisuudet:

korkea biologinen aktiivisuus;

pieni molekyylipaino (2-3 kDa);

tuotanto pienestä määrästä lähtöaineita (5-6 aminohappoa 7 alkaloidille);

synteesi on luontainen tietyille kasvilajeille;

muodostuminen elävän organismin myöhemmissä kehitysvaiheissa.

Mikä tahansa näistä merkeistä on valinnainen. Siten sekundäärisiä fenolisia metaboliitteja tuotetaan kaikissa kasvilajeissa, ja luonnonkumilla on korkea molekyylipaino. Sekundaaristen metaboliittien tuotanto kasveissa tapahtuu vain proteiinien, lipidien ja hiilihydraattien perusteella erilaisten entsyymien vaikutuksesta. Tällaisilla yhdisteillä ei ole omaa synteesireittiään.

Niille on myös tunnusomaista seuraavat ominaisuudet:

läsnäolo kasvin eri osissa;

epätasainen jakautuminen kudoksissa;

lokalisointi solun tiettyihin osiin neutralointia varten biologista toimintaa sekundaariset metaboliitit;

perusrakenteen läsnäolo (useimmiten sitä esittävät hydroksyyli-, metyyli-, metoksiryhmät), jonka perusteella muodostuu muita yhdisteiden muunnelmia;

erilaisia ​​tyyppejä rakenteen muutokset;

kyky siirtyä ei-aktiiviseen, "vara"-muotoon;

suoran osallistumisen puute aineenvaihduntaan.

Toissijaista aineenvaihduntaa ajatellaan usein elävän organismin kyvyksi olla vuorovaikutuksessa omien entsyymiensä ja geneettisen materiaalinsa kanssa. Pääprosessi, jonka seurauksena sekundäärisiä yhdisteitä muodostuu, on dissimilaatio (primaarisen synteesin tuotteiden hajoaminen). Tässä tapauksessa vapautuu tietty määrä energiaa, joka osallistuu sekundääristen yhdisteiden tuotantoon.

Toiminnot

Aluksi näitä aineita pidettiin elävien organismien tarpeettomina jätetuotteina. Nyt on todettu, että niillä on tietty rooli aineenvaihduntaprosesseissa: