Микроорганизмдердің біріншілік және екіншілік метаболиттері. Бастапқы метаболиттер Бастапқы метаболиттер

Бірқатар жасуша метаболиттері мақсатты ашыту өнімдері ретінде қызығушылық тудырады. Олар негізгі және қосалқы болып бөлінеді.

Бастапқы метаболиттер- Бұл микроорганизмдердің өсуіне қажетті төмен молекулалық қосылыстар (молекулалық салмағы 1500 дальтоннан аз). Олардың кейбіреулері макромолекулалардың құрылыс материалы болып табылады, басқалары коферменттердің синтезіне қатысады. Өнеркәсіп үшін маңызды метаболиттер қатарына аминқышқылдары, органикалық қышқылдар, нуклеотидтер, витаминдер және т.б.

Біріншілік метаболиттердің биосинтезін әртүрлі биологиялық агенттер - микроорганизмдер, өсімдік және жануарлар жасушалары жүзеге асырады. Бұл жағдайда тек табиғи организмдер ғана емес, сонымен қатар арнайы алынған мутанттар да қолданылады. Ашыту сатысында өнімнің жоғары концентрациясын қамтамасыз ету үшін олардың табиғи түріне генетикалық тән реттеуші механизмдерге қарсы тұратын продуценттерді құру қажет. Мысалы, мақсатты затты алу үшін маңызды ферментті басатын немесе тежейтін соңғы өнімнің жинақталуын жою қажет.

Амин қышқылдарының түзілуі.

Ауксотрофтар (көбеюі үшін өсу факторларын қажет ететін микроорганизмдер) ашыту кезінде көптеген аминқышқылдары мен нуклеотидтер түзеді. Аминқышқылдарының продуценттерін таңдаудың ортақ объектілері тұқымдастарға жататын микроорганизмдер болып табылады Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus, Arthrobacter.

Белоктарды құрайтын 20 амин қышқылының сегізі адам ағзасында синтезделе алмайды (маңызды). Бұл аминқышқылдары адам ағзасына тамақпен қамтамасыз етілуі керек. Олардың ішінде метионин мен лизин ерекше маңызға ие. Метионин химиялық синтез арқылы, ал лизиннің 80%-дан астамы биосинтез арқылы түзіледі. Амин қышқылдарының микробиологиялық синтезі перспективалы, өйткені бұл процестің нәтижесінде биологиялық белсенді изомерлер (L-амин қышқылдары) алынады, ал химиялық синтез кезінде екі изомер де бірдей мөлшерде алынады. Оларды бөлу қиын болғандықтан, өнімнің жартысы биологиялық тұрғыдан пайдасыз.

Аминқышқылдары тағамдық қоспалар, дәмдеуіштер, дәм күшейткіштер, сонымен қатар химия, парфюмерия және фармацевтика өнеркәсібінде шикізат ретінде қолданылады.

Бір амин қышқылын алудың технологиялық схемасын жасау белгілі бір амин қышқылының биосинтезінің реттелу жолдары мен механизмдерін білуге ​​негізделген. Мақсатты өнімнің артық синтезін қамтамасыз ететін метаболизмнің қажетті теңгерімсіздігі құрамы мен қоршаған орта жағдайларының қатаң бақыланатын өзгерістерімен қол жеткізіледі. Микроорганизмдердің штаммдарын өсіру үшін аминқышқылдарын өндіруде көмірсулар көміртегі көздері ретінде ең қолжетімді - глюкоза, сахароза, фруктоза, мальтоза. Қоректік ортаның құнын төмендету үшін екінші реттік шикізат қолданылады: қызылша мелассасы, сүт сарысуы, крахмал гидролизаттары. Бұл процестің технологиясы сірке қышқылы, метанол, этанол, n- парафиндер.

Органикалық қышқылдарды өндіру.

Қазіргі уақытта бірқатар органикалық қышқылдар өнеркәсіптік ауқымда биотехнологиялық әдістермен синтезделеді. Оның ішінде лимон, глюкон, кетоглюкон және икон қышқылдары тек микробиологиялық әдіспен алынады; сүт, салицил және сірке - химиялық және микробиологиялық әдістермен де; алма - химиялық және ферментативті.

Сірке қышқылы барлық органикалық қышқылдардың ішіндегі ең маңыздысы. Ол көптеген химиялық заттарды, соның ішінде резеңке, пластмасса, талшықтар, инсектицидтер және фармацевтикалық препараттарды өндіруде қолданылады. Сірке қышқылын алудың микробиологиялық әдісі бактерия штаммдарының қатысуымен этанолды сірке қышқылына дейін тотығудан тұрады. ГлюконобактерЖәне Ацетобактерия:

Лимон қышқылы тамақ, фармацевтика және косметика өнеркәсібінде кеңінен қолданылады, металдарды тазарту үшін қолданылады. Лимон қышқылының ең ірі өндірушісі – АҚШ. Лимон қышқылын алу - ең көне өнеркәсіптік микробиологиялық процесс (1893). Оны өндіру үшін саңырауқұлақ мәдениетін қолданыңыз Aspergillus niger, A. goii. Лимон қышқылы продуценттерін өсіруге арналған қоректік орталарда көміртегі көзі ретінде арзан көмірсутек шикізаты бар: меласса, крахмал, глюкоза шәрбаты.

Сүт қышқылы – ашыту арқылы түзіле бастаған органикалық қышқылдардың біріншісі. Ол тамақ өнеркәсібінде тотықтырғыш ретінде, тоқыма өнеркәсібінде мордант ретінде, сонымен қатар пластмасса өндірісінде қолданылады. Микробиологиялық тұрғыдан сүт қышқылы глюкозаның ашытуынан алынады Lactobacillus delbrueckii.

Жақсы жұмысыңызды білім қорына жіберу оңай. Төмендегі пішінді пайдаланыңыз

Білім қорын оқу мен жұмыста пайдаланатын студенттер, аспиранттар, жас ғалымдар сізге шексіз алғысын білдіреді.

Жарияланды http://www.allbest.ru/

Ресей Федерациясының Ауыл шаруашылығы министрлігі

Ғылым және технология саясаты және білім бөлімі

федералды мемлекеттік бюджет оқу орныжоғары білім

«Волгоград мемлекеттік аграрлық университеті»

Факультет: Биотехнология және ветеринария

Кафедра: «Ветеринариялық-санитариялық сараптама, жұқпалы аурулар және морфология»

ЕСЕП

Пәні: «Биотехнология»

на тему: «Микроорганизмдердің біріншілік және екіншілік метаболиттері»

Орындаған:

Понышева Е.С.

Тексерілді:

Спивак Марина Ефимовна

Волгоград 2018

Бастапқы метаболиттер алу биотехнологиясы

Бастапқы метаболиттер микроорганизмдердің өсуіне қажетті төмен молекулалы қосылыстар болып табылады: олардың кейбіреулері макромолекулалардың құрылыс материалы болып табылады, басқалары коферменттердің синтезіне қатысады. Өнеркәсіп үшін ең маңызды бастапқы метаболиттер қатарына ферменттер, аминқышқылдары және витаминдер жатады.

Амин қышқылының түзілуі

Өнеркәсіпте аминқышқылдары алынады:

1) құрамында табиғи ақуызы бар шикізаттың гидролизі; 2) химиялық синтез; 3) микробиологиялық синтез; 4) микроорганизмдердің көмегімен немесе олардан бөлініп алынған аминқышқылдарының прекурсорларының биотрансформациясы.

Аминқышқылдарының ең перспективалы және үнемді микробиологиялық синтезі. Оның артықшылығы жаңартылатын шикізат негізінде L-аминқышқылдарын алу мүмкіндігінде жатыр. Аминқышқылдарының продуценттерінен ашытқы (30%), актиномицеттер (30%), бактериялар (20%) қолданылады. Brevibacterium flavum және Corynebacterium glutamicum қанттың үштен бір бөлігін лизинге айналдырады. Продуценттерді таңдау үшін Micrococcus, Brevibacterium, Corynebacterium, Arthrobacter тұқымдастарына жататын микроорганизмдер қолданылады.

Витамин өндіру

Витаминдер – елеусіз концентрациядағы кез келген ағзаға қажетті және ондағы каталитикалық және реттеуші қызметтерді атқаратын әртүрлі химиялық табиғаттағы алмастырылмайтын органикалық қосылыстардың тобы. Витаминдерді синтездеу қабілеті автотрофты организмдерде ғана болады. Барлық дерлік белгілі витаминдерді микробиологиялық жолмен алуға болады. Дегенмен, дәрумендерді табиғи көздерден бөліп алу немесе химиялық синтез арқылы алу экономикалық тұрғыдан тиімдірек. Микроорганизмдердің көмегімен күрделі құрылымы бар витаминдерді: β-каротин, В2, В12 және Д витаминінің прекурсорларын алған жөн.

Органикалық қышқылдарды өндіру

Қазіргі уақытта биотехнологиялық әдістермен өнеркәсіптік ауқымда бірқатар органикалық қышқылдар өндіріледі. Оның ішінде лимон, глюкон, кетоглюкон және икон қышқылдары тек микробиологиялық әдіспен, сүт, салицил және сірке қышқылдары – химиялық және микробиологиялық, алма – химиялық және ферментативті әдістермен алынады. Сірке қышқылын Asetobacter және Gluconobacter, лимон қышқылын Aspergillus niger, Aspergillus goii, сүт қышқылын Lactobacillus delbrueckii шығарады.

Екіншілік метаболиттер алу биотехнологиясы

Алу принциптері олардың микроорганизм жасушаларының түзілу ерекшеліктеріне негізделген. Екіншілік метаболиттердің биосинтезі фазаға тән және өсу кезеңі аяқталғаннан кейін идиофазада жүреді, осыған байланысты идиолит деп аталады.

Антибиотиктерді алу

Антибиотиктер - микроб жасушалары синтездейтін фармацевтикалық қосылыстардың ең үлкен класы. Сыныпқа антифунгальды агенттер, ісікке қарсы препараттар және алкалоидтар кіреді. Олар өсімдік шаруашылығында, мал шаруашылығында, ветеринарияда, тамақ өнеркәсібінде, медицинада қолданылады.

Табиғи және жартылай синтетикалық антибиотиктерді алудың бірнеше жолы бар:

1) идиофазада антибиотиктердің синтезін индукциялайтын қолайлы прекурсормен микроорганизм-продуцентті ашыту;

2) блокталған мутанттарды пайдалану. Онда қажетті антибиотиктің синтезі тежеледі. Ферменттердің субстрат спецификасының төмендігін пайдаланып және антибиотик прекурсорларының аналогтарын енгізе отырып, олар антибиотиктің аналогтарына айналады.

Бұл процесс биосинтез немесе мутасинтез деп аталады:

а) антибиотиктің синтезіне әкелетін реакциялар тізбегі қабылданады;

б) «блокталған» мутантта антибиотик синтезінің болмауы; в) прекурсорлық аналогты енгізгеннен кейін модификацияланған антибиотиктің синтезі (D*)

Өнеркәсіптік маңызды стероидтарды алу

Стероидтар – жыныстық гормондар, жүрек гликозидтері, өт қышқылдары, витаминдер, алкалоидтар және өсімдік өсу реттегіштерін қамтитын биологиялық маңызды қосылыстардың үлкен тобы. Стероидтар пергидроциклопентанофенантреннің қаңқасына негізделген.

Биотрансформация – тірі организмдердің жасушалары немесе олардан бөлініп алынған ферменттер көмегімен бастапқы органикалық қосылыстардың (прекурсорлардың) мақсатты өнімге айналу реакциялары. Микроб жасушаларының жоғары спецификалық биотрансформацияға қабілеті стероидтарды өндіруде қолданылады. Жасуша ферменттерінің абсолютті стереоспецификалық және субстрат спецификалық қасиеттерін қолдану әр түрлі әдістерді жүзеге асыру үшін жағдайлар жасауға мүмкіндік берді. химиялық реакцияларстероидтардың құрылымдық қайта құрулары үшін. Нәтижесінде жақсырақ фармакологиялық қасиеттері бар жаңа қосылыстар алынды.

Ферменттер

Ферменттер биологиялық катализаторлар болып табылады. Олар микроорганизмнің метаболизмін құрайтын мыңдаған химиялық реакцияларды катализдейді. Қазіргі уақытта екі мыңға жуық ферменттер белгілі.

Ферменттер – молекулалық массалары 10 000-нан бірнеше миллионға дейін болатын белоктар. Ферменттің атауы «аза» аяқталуының өзгеруімен әрекет ететін затпен берілген. Мысалы, целлюлоза целлюлозаның целлобиозаға гидролизін катализдейді, уреаза несепнәрдің (мочевина) аммиак пен СО2 гидролизін катализдейді және т.б. Алайда, көбінесе фермент катализдейтін химиялық реакцияның сипатын көрсететін атау алады.

Ферменттердің қазіргі классификациясы да олар катализдейтін реакциялардың табиғатына негізделген. Халықаралық биохимиялық одақтың ферменттер жөніндегі комиссиясы әзірлеген классификацияға сәйкес олар алты негізгі класқа бөлінеді.

Оксидоредуктазатотығу-тотықсыздану реакцияларын катализдейтін ферменттер. Олар биологиялық энергияны өндіру процестерінде маңызды рөл атқарады. Оларға дегидрогеназалар (NAD, NADP, FAD), цитохромдар (b, c, c1 a, a3) g ферменттер, сутегі, электрондар мен оттегінің берілуіне қатысады және т.б.

Трансферазалар.Олар жеке радикалдардың, молекулалардың бөліктерінің немесе тұтас атомдық топтардың бір қосылыстан екіншісіне ауысуын катализдейді. Мысалы, ацетилтрансферазалар сірке қышқылының қалдықтарын – СН3СО, сонымен қатар май қышқылдарының молекулаларын алып жүреді; фосфотрансферазалар немесе киназалар H2P032-фосфор қышқылы қалдықтарының тасымалдануын тудырады. Көптеген басқа трансферазалар белгілі (аминотразферазалар, фосфорилазалар және т.б.).

Гидролазаларсудың қатысуымен белоктар, майлар және көмірсулар сияқты күрделі қосылыстардың бөліну және синтезделу реакцияларын катализдейді. Бұл класқа ақуыздарға немесе пептидтерге әсер ететін протеолитикалық ферменттер (немесе пептидті гидролазалар); көмірсулар мен глюкозидтердің каталитикалық ыдырауын жүзеге асыратын глюкозидті гидролазалар (β-фруктофуранозидаза, b-глюкозидаза, а- және β-амилаза, β-галактозидаза және т.б.); Эстеразалар ыдырау мен синтезді катализдейді күрделі эфирлер(липазалар, фосфатазалар).

Жалғаубелгілі субстраттардан бөлінуін катализдейтін ферменттерді қамтиды химиялық топтарқосарлы байланыстардың түзілуімен немесе қос байланыстарға жеке топтардың немесе радикалдардың қосылуымен. Сонымен, пируватдекарбоксилаза пирожүзім қышқылынан СО2 бөлінуін катализдейді:

Лиазаларға фруктоза-1,6-дифосфаттың алты көміртекті молекуласын екі үш көміртекті қосылыстарға бөлетін альдолаза ферменті де кіреді. Альдолазаның зат алмасу процесінде маңызы зор.

Изомеразаларорганикалық қосылыстардың изомерлеріне айналуын жүзеге асыру. Изомерлену кезінде атомдардың, атомдық топтардың, әртүрлі радикалдардың т.б молекула ішілік қозғалысы жүреді.Көмірсулар және олардың туындылары, органикалық қышқылдар, аминқышқылдары т.б. изомерленуге ұшырайды.Бұл топтың ферменттері бірқатар зат алмасу процестерінде маңызды рөл атқарады. Оларға триозафосфат изомераза, глюкозафосфат изомераза және т.б.

Лигазаларқарапайымдардан күрделі органикалық қосылыстардың синтезін катализдейді. Мысалы, аспарагинсинтетаза аспарагин қышқылынан және аммиактан аспарагин амидін аденозин үшфосфор қышқылының (АТФ) міндетті қатысуымен синтездейді, ол осы реакцияны энергиямен қамтамасыз етеді:

Аспаратин қышқылы + NH3 + ATP -* аспарагин + ADP + H3P04

Лигазалар тобына сонымен қатар әртүрлі органикалық қышқылдарға СО2 қосылуын катализдейтін карбоксилаза кіреді. Мысалы, пируваткарбоксилаза ферменті пирожүзім қышқылы мен СО2-ден оксалосірке қышқылының синтезін катализдейді.

Құрылымы бойынша ферменттер екі үлкен класқа бөлінеді:

1) қарапайым белоктар,

2) күрделі белоктар.

Бірінші класқа гидролитикалық ферменттер, екінші, одан да көп класқа - тотығу қызметін атқаратын және әртүрлі химиялық топтардың тасымалдану реакцияларына қатысатын ферменттер жатады. Екінші класты ферменттерде апофермент деп аталатын ақуыздық бөліктен басқа ферменттің белсенділігін анықтайтын белокты емес топ, кофактор да болады. Бөлек, бұл бөліктер (ақуыз және белок емес) ферментативті белсенділіктен айырылған. Олар алады тән қасиеттерферменттер қосылғаннан кейін ғана. Апоферменттің кофакторы бар кешенін холофермент деп атайды.

Кофакторлар металл иондары (Fe, Cu, Co, Zn, Mo және т.б.) немесе күрделі болуы мүмкін. органикалық қосылыстаркоферменттерді немесе екеуін де атайды. Коферменттер әдетте ферменттік реакция нәтижесінде бір қосылыстан екінші қосылысқа ауысатын электрондардың, атомдардың, топтардың аралық тасымалдаушысы рөлін атқарады. Кейбір коферменттер ферменттік белокпен тығыз байланысқан; олар ферменттің протездік тобы деп аталады. Көптеген коферменттер кейбір В дәрумендерімен бірдей немесе олардан алынған.

Коферменттерге, мысалы, дегидрогеназалардың белсенді топтары – никотинамид адениндинуклеотид (NAD) немесе никотинамид адениндинуклеотидфосфат (NADP) жатады. Бұл коферменттерге никотин қышқылы жатады – В тобындағы витаминдердің бірі. Витаминдер басқа коферменттерде де болады. Сонымен, тиамин (В1 дәрумені) пирожүзім қышқылының метаболизміне қатысатын тиамин пирофосфокиназаның бөлігі болып табылады, пантотен қышқылы. ажырамас бөлігікофермент А және рибофлавин (В2 витамині) флавопротеиндік ферменттердің протездік тобы болып табылады. Маңыздылығыдәрумендер тірі ағзалардың қоректенуі коферменттердің құрамына кіретіндігіне байланысты.

Авторы заманауи идеялар, ферменттер қалпына келтіру арқылы химиялық реакцияларды жылдамдатады бос энергияактивтену (белгілі бір температурада заттың бір мольінің барлық молекулаларын белсендірілген күйге ауыстыруға қажетті энергия мөлшері).

Ферменттердің басқа катализаторлардан ерекшеленетін негізгі қасиеті – олар катализдейтін ферментативті реакциялардың ерекшелігі. Әрбір фермент тек бір нақты реакцияны катализдейді.

Ферментативті реакциялардың жоғары ерекшелігіне байланысты субстрат молекуласы бекітілген каталитикалық орталық деп аталатын фермент молекуласының орны тек субстрат молекуласына сәйкес келетін және ешқайсысына сәйкес келмейтін белгілі бір кеңістіктік конфигурацияға ие деп есептеледі. басқа молекулалар.

Ферменттердің белсенділігі әртүрлі факторларға байланысты: фермент пен субстраттың салыстырмалы концентрациясы, температура, рН және т.б. Әрбір ферменттің өзінің оптималды температурасы және рН бар. Көптеген ферментативті реакциялар қайтымды, дегенмен ферменттердің белсенділігі екі бағытта бірдей сирек болады.

Кішкентай мөлшеріне қарамастан, әрбір микроорганизм жасушасы әртүрлі қызметтері бар көптеген әртүрлі ферменттер шығара алады. Әдетте, зат алмасуға қатысатын ферменттер организмнің жасушасында болады, сондықтан оларды жасушаішілік ферменттер немесе эндоферменттер деп атайды. Кейбір ферменттер микроб жасушалары арқылы бөлінеді қоршаған ортажәне жасушадан тыс ферменттер немесе экзоферменттер деп аталады. Әдетте, гидролитикалық ферменттер микроорганизмнің жасушасына өте алмайтын үлкен молекулалық массасы бар қосылыстарды ыдырататын сыртқы ортаға шығарылады. Ыдырау өнімдері жасушаға оңай сіңеді және оны қоректік заттар ретінде пайдаланады.

Микроорганизмдердің қоректенуінде ферменттер маңызды рөл атқарады. Микроорганизм жасушаларында синтезделген әртүрлі ферменттердің көп мөлшері оларды бөлу арқылы қоректену үшін көптеген қосылыстарды (көмірсулар, белоктар, майлар, балауыздар, майлар, парафиндер және т.б.) пайдалануға мүмкіндік береді.

Амин қышқылының түзілуі

Әлемде аминқышқылдарының өндірісі үнемі өсіп келеді және қазіргі уақытта жылына шамамен 400 мың тоннаны құрайды, дегенмен оларға деген қажеттілік әлдеқайда жоғары деп бағаланады. Жоғарыда айтылғандай, диетадағы аминқышқылдарының жетіспеушілігі (әсіресе маңызды) өсу мен дамуға теріс әсер етеді. Осылайша, мал азығына жетіспейтін қышқылдың бірнеше %-ын қосу ақуыздың тағамдық құндылығын екі еседен астам арттыруы мүмкін. Бәрінен мүмкін жолдарыаминқышқылдарды (химиялық, микробиологиялық және т. бөлінуі қиын L- және D-амин қышқылдарының рацемиялық қоспасы. Аминқышқылдарының микробтық синтезі қатаң анықталған ашыту параметрлері бойынша берілген құрамдағы ортада қышқылдың қатаң анықталған продуцентін өсіруге негізделген. Продуценттер – мутантты таңдау немесе гендік инженерия әдістерімен алынған бактериялық штаммдар. Мутантты бактериялар, бір жағынан, белгілі бір заттарды өз бетінше синтездеу қабілетінен айырылса, екінші жағынан, мақсатты амин қышқылын суперсинтездеу қабілетіне ие болды. Өткен ғасырдың 70-жылдарының өзінде Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus және т.б. тұқымдас микроб-суперпродуценттер алынды, олардың көмегімен барлық белгілі аминқышқылдарын алуға болады. Қазіргі уақытта синтезделген спецификалық ақуыздың мөлшері 10-50% жететін суперпродуценттер бар (бұл жерде ең маңызды рөлді енгізілген гендерді тасымалдайтын көп көшірме плазмидалар атқарады).

Аминқышқылдарын алу технологиясы продуценттерді ашыту және бастапқы метаболиттерді бөліп алу принциптеріне негізделген, яғни аналық культураны алдымен пробиркалардағы агар ортасында, содан кейін колбаларда, егу аппараттарында және сепкіш машиналарда сұйық ортада көбейтеді, содан кейін негізгі ферментаторларда. Егер аминқышқылы жемге қоспа ретінде қарастырылса, онда жемдік өнімнің биотехнологиялық процесі келесі кезеңдерді қамтиды: ашыту, культуральды сұйықтықтағы амин қышқылын булану алдында тұрақтандыру, вакуумда булану, тазартылған ерітіндіні стандарттау. толтырғыш қосылады, кептіру және дайын өнімді орау, оның құрамында негізгі заттың 10% -дан астамы болуы керек. Егер аминқышқылы дәрілік зат ретінде қолданылса, бұл жағдайда оқшауланған таза кристалдар алынады, олар вакуумда кептіріліп, оралады.

Аминқышқылдарды алудың екі жолы бар: бір сатылы және екі сатылы. Бірінші әдіс бойынша, мысалы, мутант ауксотрофты штамм – амин қышқылы продуценті биосинтез үшін оңтайлы ортада өсіріледі.

Екі сатылы әдісте микроб продуценті мақсатты өнімді кейіннен синтездеу үшін барлық қажетті ингредиенттерді қабылдайтын және синтездейтін ортада өсіріледі. Екі сатылы процестің сызбасын былай көрсетуге болады: Амин қышқылы биосинтезінің ферменттері жасуша ішінде жиналса, 1-ші кезеңнен кейін жасушалар бөлініп, ыдырап, жасуша шырыны пайдаланылады. Басқа жағдайларда жасушалар мақсатты өнімдердің биосинтезі мақсатында тікелей пайдаланылады.

Глутамин қышқылы микробиологиялық жолмен алынған бірінші амин қышқылы. Бұл қышқылдың артық синтезін қамтамасыз ететін мутанттар алынбаған және бұл амин қышқылының «артық өндірілуі» мембраналық фосфолипидтердің синтезі бұзылатын ерекше жағдайлармен байланысты. Глютамин қышқылы тек Corynebacterium glutamicum және Brevibacterium flavum дақылдарымен синтезделеді. Оны өндіруге арналған субстраттар глюкоза мен сірке қышқылы болып табылады және 60-жылдардың басында. өткен ғасырда n-парафиндер де қолданылған. Клетка қабырғасының синтезін тежейтін дақылдық сұйықтыққа пенициллинді қосу немесе ортадағы биотиннің (В7 витамині) концентрациясын (оңтайлымен салыстырғанда) төмендету арқылы дақылдардың өсуіне ерекше жағдайлар жасалады, ол құрылымдық және жасуша мембранасының функционалдық өзгерістері, осылайша оның өткізгіштігінің жоғарылауы.Глютамин қышқылы үшін жасушаны дақылдық сұйықтыққа қалдырады. натрий тұзыГлютамин қышқылы консервіленген және мұздатылған тағамдардың дәмін жақсарту үшін тамақ өнеркәсібінде кеңінен қолданылады.

витаминдер

Витаминдер – биологиялық белсенділігі бар төмен молекулалы органикалық заттар. Табиғи ортада бұл BAS өкілдерінің көздері өсімдіктер мен микроорганизмдер болып табылады. Өнеркәсіпте витаминдер негізінен химиялық синтез арқылы алынады. Дегенмен, бұл қосылыстардың микробиологиялық өндірісі де жүреді. Мысалы, менакинондар мен кобаламиндер тек микробтық өнімдер болып табылады. Микробиологиялық жолмен аз ғана витаминдер алынады: В12 (цианокобаламин), В2 (рибофлавин), С витамині және эргостерол.

Биотехнологияның перспективті бағыты мал шаруашылығында жемдік қоспа ретінде қолданылатын биотиннің микробиологиялық синтезі болып табылады. Қазіргі уақытта биотин алу үшін химиялық синтез қолданылады.

В12 дәрумені

В12 витаминінің әлемдік өндірісі жылына 9-11 мың кг құрайды. Оның жартысына жуығы емдік мақсатта, қалғаны мал шаруашылығында жемдік қоспа ретінде пайдаланылады.

В12 дәруменінің табиғи өндірушілері пропион қышқылы бактерияларының арасында табылды р. Осы витаминнің 1-ден 8 мг/л-ге дейін синтездейтін пропионибактериялар. P.shermani M82 мутанты селективті генетикалық әдістерді қолдану арқылы алынды, ол 60 мг/л дейін өнім береді.

B. rettgerii продуценті В12 микробиологиялық синтезі үшін де қолданылады. В12 дәруменінің белсенді продуценттері ретінде актиномицеттер мен соған байланысты микроорганизмдер де қолданылады: мутация және сатылы таңдау арқылы 18 мг/л В12 жинайтын Nocardia rugosa штаммы алынды.

Микромоноспора өкілдерінің арасында белсенді В12 продуценттері табылды.

Метанотрофтардың Methanosarcina және Methanococcus өкілдері жоғары табиғи өнімділікке ие, олардың арасында Methanococcus halophilus штаммы оқшауланған, ол табиғи штамдар арасында ең жоғары өнімділік деңгейіне ие - 1 г биомассаға 16 мг.

В12-нің айтарлықтай мөлшері синтезделеді анаэробты бактерияларР. Технология үшін әсіресе тиімді болып табылатын Clostridium.

Белсенді B12 өндірушілері Pseudomonas арасында белгілі. P. denitricans-да оңтайландырылған ортада 59 мг/л дейін беретін мутант алынды. Штам B12 өнеркәсіптік өндірісі үшін Merck компаниясымен патенттелген.

Ресейде Propionibacterium freudenreichii ең көп қолданылады. Оларды культураның өсуі үшін анаэробты жағдайда жүгері сығындысы мен глюкозада 72 сағат бойы өсіреді. Синтездің 2-ші фазасында прекурсорды, ерекше азотты негізді ферментаторға енгізеді және тағы 72 сағат ашытуды жүргізеді.Содан кейін бактериалды биомассадан В12 бөліп, химиялық әдіспен тазартады. Бұл витамин медициналық мақсатта қолданылады.

Мал шаруашылығының қажеттіліктері үшін В12 құрамында Methanosarcina barkeri, Methanobacterium formicum бактериялары бар аралас культура арқылы алынады. Дақылдағы В12 мөлшері құрғақ биомассада 6,5 мг/г жетеді.

Рибофлавин

В2 витаминін табиғи түрде өсімдіктер, ашытқылар, жіп тәрізді саңырауқұлақтар және кейбір бактериялар шығарады.

Прокариоттардың ішінде белгілі флавин продуценттері микобактериялар мен ацетобутил бактериялары болып табылады. Актиномицеттерден - Nocardia eritropolis. аминқышқылдарының витаминдік фермент метаболиті

Жіп тәрізді саңырауқұлақтарға Aspergillus niger және Eremothecium ashbyi жатады.

Микробиологиялық өндірістегі рибофлавин мал шаруашылығында тек жемдік қоспа ретінде қолданылады. Азықтық рибофлавиннің негізгі өндірушісі - минералды қоспалары бар жүгері немесе соя ұнында өсірілетін Eremothecium ashbyi. Өсіру споралар пайда болғанша жүргізіледі. Оның мутация және сатылы таңдау арқылы алынған ең жақсы өндірушілері 600 мг/л өнім береді. Содан кейін культура сұйықтығын буландырады және мал азығына ұнтақ қоспа ретінде пайдаланады.

Эргостерол

Эргостерол - майда еритін D2 дәруменін өндірудің прекурсоры. Эргостерол да негізгі ашытқы стеролы болып табылады, сондықтан бұл микроорганизмдер асыл тұқымды жұмыстың негізгі көзі болып табылады. Сонымен, Saccharomyces carlbergensis – 4,3 мг/л дейін, S. ellipsoideus – 1,5 мг/л, Rhodotorula glutinis – 1 мг/л, Candida utilis – 0,5 мг/л өнім береді.

Өндірісте ашытқы Saccharomyces carlbergensis және S. cerevisiae кеңінен қолданылады.

IN Соңғы жылдарыС витаминінің өнеркәсіптік өндірісі туралы хабарламалар болды. Гендік инженерия әдістерімен продюсердің дизайны туралы хабарланады: Corynebacterium гендері Эрвге ауыстырылды. гербикола.

Рекомбинантты штамм эрвинияның глюкозаны глюкон қышқылына айналдыру қабілетін коринебактериялардың соңғысын химиялық жолмен аскорбин қышқылына айналатын гулон қышқылына айналдыру қабілетін біріктіреді.

Каротиноидтар

Каротиноидтар химиялық және фототрофтармен синтезделетін табиғи пигменттердің кең тобы: прокариоттар, жіп тәрізді саңырауқұлақтар және ашытқылар, балдырлар және жоғары сатыдағы өсімдіктер.

Микроорганизмдер синтездейтін каротиноидтар жасушада бос күйінде, сонымен қатар гликозидтер түрінде, май қышқылдарының күрделі эфирлері түрінде және каротинопротеиндік кешендер түрінде болады. Бұл қосылыстардың сүтқоректілер үшін құндылығы оның А витаминінің көзі болып табылатындығында.

Осы уақытқа дейін каротиноидтардың шынайы продуценттері жасалмаған, микроорганизмдердің каротиноидтары микроорганизмдерден негізінен экстракция арқылы бөлініп алынған.

Осы уақытқа дейін шамамен 500 түрлі каротиноидтар сипатталған. Құрылымдық жағынан каротиноидтар изопрен қалдықтарымен байланысқан хромофор (немесе өзек) болып табылады. Хромофордың айрықша белгісі конъюгацияланған қос байланыстардың болуы. Каротиноидтардың түс қарқындылығы осы байланыстардың санына байланысты. Осылайша, құрамында 5-тен көп емес конъюгацияланған байланысы бар алифатты каротиноидтар боялмаған қосылыстар болып табылады.

Олардың ішінде ең жоғары мәнфитоин мен фитофлюин бар. Neurospora crassa синтездеген каротиноидтар 9 конъюгацияланған байланысқа ие және ашық сары түске ие. Қос байланыстардың ұлғаюымен түс қызыл және күлгін түске дейін күшейеді.

Жоғары каротиноидтардың молекуласында 45-50 көміртек атомы болады. Бұл каротиноидтарға Sarcina lutea өндіретін сарцинаксантин кіреді.

Кейбір каротиноидтар Aleuria aurantia саңырауқұлағының алеуреаксантині сияқты терминалдық топты қамтуы мүмкін.

Басқа каротиноидтардың Blakeslea trispora hydroxyfleixanthin сияқты гидрокси-терминалды тобы бар.

Микроорганизмдердің жасушаларында каротиноидтардың орналасуы әртүрлі. Сонымен, фототрофты микроорганизмдерде каротиноидтар фотосинтетикалық аппаратта шоғырланған. Хемотрофтарда олар жасуша қабықшасымен байланысады. Кейбіреулері (Micrococcus radiodurans) жасуша қабырғасында локализацияланған. Саңырауқұлақтарда – цитоплазманың липидті түйіршіктерінде.

Каротиноидтар жасушадағы антиоксиданттардың рөлін атқарады және оны асқын тотығу құбылысынан қорғайды. Сонымен қатар, каротиноидтар жарық энергиясын жинайтын камера тұзақтары болып табылады.

Өнеркәсіпте каротиноидтарды алу

Каротиноидтарды алудың дәстүрлі әдістері биомассаны гомогенизациялауға және каротиноидтарды полярлы еріткіштермен (ацетон, метанол) экстракциялауға дейін төмендейді. Жеке каротиноидтарды силикагельде жұқа қабатты хроматография арқылы бөлу арқылы алады. Келесі кең таралғаны - каротиноидтардың химиялық синтезі.

Каротиноидтардың микробтық синтезінің дәстүрлі өндірушілері - бактериялар, жіп тәрізді саңырауқұлақтар және ашытқылар. Фототрофты бактерияларға хлорексус және родопсевдомонаның кейбір түрлері жатады. Бактериялардың бұл тобы жарықтандырудың қарқындылығына байланысты каротиноидтардың шығымдылығын реттеуге болатындығымен қызықты.

Антибиотиктер

Антибиотиктер немесе антибиотиктік заттар туралы дәстүрлі идеялар олардың заманауи медицинада және ветеринарияда кеңінен қолданылуымен байланысты. Кейбір антибиотиктер жануарлардың өсуін ынталандырушы ретінде, өсімдік ауруларымен күресуде, азық-түлікті сақтауда және ғылыми зерттеулер(биохимия саласында, молекулалық биология, генетика, онкология).

«Антибиотик» терминінің қазіргі заманғы анықтамасы М.М. Шемякин мен А.С. Хохлов (1961), микроорганизмдерді (бактериялар, саңырауқұлақтар, вирустар және т.б.) іріктеп өлтіретін немесе өсуі мен дамуын тежей алатын кез келген организмдердің зат алмасуының барлық өнімдерін, сондай-ақ кейбір қатерлі ісіктерді антибиотикалық заттарға жатқызуды ұсынды.

негізделген жіктеу бойынша химиялық құрылымыБарлық сипатталған антибиотиктерді келесі топтарға бөлуге болады:

1) ациклді қосылыстар (май қышқылдары мен терпендерден басқа);

2) алициклді қосылыстар (соның ішінде тетрациклиндер);

3) ароматты қосылыстар;

4) хинондар;

5) құрамында оттегі бар гетероциклдер;

7) пептидтер.

Толық химиялық құрылымыБелгілі антибиотиктердің үштен біріне белгіленген, ал олардың тек жартысын химиялық жолмен алуға болады. Сондықтан антибиотиктерді алудың микробиологиялық әдісі өте өзекті.

Микроорганизмдердің антибиотиктердің синтезі антагонизмнің бір көрінісі болып табылады; эволюция барысында пайда болған және шоғырланған метаболизмнің белгілі бір сипатымен байланысты, яғни бұл антибиотиктердің әрбір түрі үшін бір немесе бірнеше спецификалық, қатаң спецификалық түзілуден көрінетін тұқым қуалайтын қасиет. Антибиотик бөгде микроб жасушасына әсер ете отырып, оның дамуында елеулі бұзылулар тудырады. Кейбір антибиотиктер мембраналық синтезді тежей алады бактериялық жасушакөбею кезеңінде басқалары оның цитоплазмалық мембранасына әсер етіп, өткізгіштігін өзгертеді, олардың кейбіреулері метаболикалық реакциялардың ингибиторлары болып табылады. Әртүрлі антибиотиктердің әсер ету механизмінің қарқынды зерттелуіне қарамастан, олардың метаболизмге әсері негізгі зерттеу объектілері болып табылатын бактерия жасушаларында да толық ашылмаған.

Қазіргі уақытта 3000-нан астам антибиотиктер сипатталған, бірақ олардың тек 150-і ғана практикалық қолдануды тапты. Төменде біз микроорганизмдердің зат алмасу өнімдеріне жататын және ауыл шаруашылығында тиісті жемдік қоспалар (азықтық антибиотиктер) түрінде және өсімдіктерді қорғау құралдары ретінде қолданылғандарын өндіру технологиясын қарастырамыз.

Көптеген жылдар бойы антибиотиктер ауылшаруашылық жануарлары мен құстардың өсу стимуляторлары ретінде, бірқатар ашыту өндірістерінде өсімдік ауруларымен және бөтен микрофлорамен күресу құралы ретінде және тағамдық консерванттар ретінде қолданылды. Оларды ауыл шаруашылығында қолдану әсіресе жас малдардың аурушаңдығы мен өлім-жітімінің төмендеуіне және жануарлар мен құстардың өсуі мен дамуының жылдамдатылуына әкеліп соғады және тұтынылатын азықтың көлемін орта есеппен 5-10% азайтуға көмектеседі. Шошқа шаруашылығында антибиотиктерді қолданғанда әрбір 1000 шошқа қосымша 100-120 центнер ет, 1000 жұмыртқалайтын тауықтан жылына 15000-ға дейін жұмыртқа алады. Антибиотиктердің ынталандырушы әсерінің механизмі де толық түсіндірілмеген деп санауға болмайды. Антибиотиктердің төмен концентрациясының жануар организміне әсер етуінің ынталандырушы әсері негізінен екі фактормен байланысты: ішек микрофлорасына әсер ету немесе жануардың ағзасына тікелей әсер ету. Бірінші жағдайда антибиотиктер витаминдерді синтездейтін және патогендік формалардан басым болатын пайдалы микроорганизмдер санының артуына ықпал етеді. Олар биологиялық белсенді заттарды қолданатын және патогенді немесе шартты патогенді нысандары бар токсиндерді түзетін жануарлар ағзасына зиянды микробтардың санын азайтады. Антибиотиктер ішектегі микроорганизмдерге әсер етіп, жануарға зияны аз төзімді штаммдарды жасауға көмектеседі, бар микробтардың метаболизмін өзгертеді. Олар жануардың ішектерінде микроорганизмдердің қозғалысын тудырады; олардың әсерінен субклиникалық инфекциялардың төмендеуі байқалады, бұл көбінесе жас жануарлардың дамуын баяулатады, ішек мазмұнының рН төмендеуі, дене жасушаларының беткі керілуінің төмендеуі, бұл олардың дамуын жеделдетуге көмектеседі. бөлу.

Екінші жағдайда жануар организмінде гормондар әсерінің синергизмі байқалады, өсу гормондарының мөлшері артады, тағамды тұтыну процесі жеделдейді, организмнің бейімделуі. қолайсыз жағдайлар. Антибиотиктердің әсерінен жануардың дәрумендерге қажеттілігі төмендейді, тіндердің витаминдер синтезі артады, каротиннен қант пен А витаминінің синтезі ынталандырылады, фермент синтезінің жылдамдығы жоғарылайды, қосымша өнімдер аз түзіледі. Сонымен қатар, тіндердің сіңіру қабілеті артады, метаболиттерді тұтыну ынталандырылады.

Азықтық антибиотиктер антибиотиктен басқа амин қышқылдары, ферменттер, В тобындағы витаминдер және басқа да биологиялық белсенді заттар бар продуценттің кептірілген биомассасы болып табылатын шикі препараттар түрінде қолданылады. Алынған препараттар құрамында В12 дәруменінің болуын ескере отырып немесе есепке алмағанда олардың құрамына кіретін негізгі заттың белсенділігіне немесе мөлшеріне сәйкес стандартталған. Барлық өндірілген жемдік антибиотиктер:

а) емдік мақсатта қолданылмайды және медицинада қолданылатын антибиотиктерге бактериялардың айқаспалы төзімділігін туғызбайды;

б) асқорыту жолынан іс жүзінде қанға сіңбейді;

в) денеде олардың құрылымын өзгертпеу;

г) аллергияның пайда болуына ықпал ететін антигендік сипатқа ие емес.

Бір препаратты ұзақ уақыт қолданғанда антибиотиктерге төзімді микроорганизмдердің даму қаупі бар. Оның алдын алу үшін қолданылатын антибиотиктік заттар мезгіл-мезгіл өзгертіліп отырады немесе бастапқы жеткен әсерді қажетті деңгейде ұстап тұру үшін антибиотиктер қоспасы қолданылады.

КСРО-да бірнеше ондаған жылдар бойы хлортетрациклин негізіндегі жем препараттары - биовит немесе азықтық биомицин, антибиотик пен В12 витаминінің бастапқы құрамы әртүрлі. Қазіргі уақытта жемдік антибиотиктер өндірісі басқа да медициналық емес препараттарға негізделген, мысалы, бацитрацин, грисин, гигромицин В және т.б.

Соңғы 20 жыл ішінде антибиотиктер әртүрлі фитопатогендерге қарсы күрес құралы ретінде қолданылды. Өсімдіктердің фитопатогенді микроорганизмдермен жұғу көздері әртүрлі. Егіске баратын зауыттың тұқымдары да ерекшелік емес. Антибиотикалық заттың әсері өсімдіктің тұқымдары мен вегетативтік мүшелерінде фитопатогенді микроорганизмдердің өсуін немесе өлуін тоқтатуға дейін төмендейді.

Алынған препараттар өсімдік ортасындағы қоздырғышқа қарсы жоғары белсенді, өсімдік үшін қолданылатын дозада зиянсыз, антибиотикалық белсенділікті қажетті уақыт ішінде сақтай алатын және сәйкес өсімдік ұлпаларына оңай енетін болуы керек.

Фитобактериомицин, трихотецин және полимицин фитопатогендерге қарсы күресте кеңінен қолданылатын антибиотикалық заттардың қатарына жатады.

Тамақ өнеркәсібінде антибиотиктерді қолдану әртүрлі тағам өнімдерін консервілеу кезінде термиялық өңдеудің ұзақтығын айтарлықтай қысқартуы мүмкін. Ал бұл өз кезегінде олардағы биологиялық белсенді заттардың қауіпсіздігін, өнімдердің дәмі мен консистенциясын қамтамасыз етеді. Қолданылатын антибиотиктер негізінен ыстыққа төзімді клостридиальды және термофильді бактерияларға әсер етеді. Көкөністерді консервілеу үшін Ресей Федерациясында және шетелде ең тиімді антибиотик ретінде ойпаң жерлер жалпы танылған. Ол адамға улы емес және көкөністерді термиялық өңдеу уақытын екі есе қысқартуға мүмкіндік береді. Тамақ және консервілеу өнеркәсібінде қолданылатындарды қоспағанда, медициналық емес мақсатта кез келген антибиотиктерді өндіру технологиясы антибиотиктің продуценттік штаммының асептикалық өнеркәсіптік өсірудің және антибиотиктің биосинтезінің барлық кезеңдерін қамтамасыз ететін бірыңғай схема бойынша құрастырылған. , культуралық сұйықтықты алдын ала өңдеу, оны вакуумда булану, кептіру және толтырғыштың қажетті мөлшерімен араластыру арқылы дайын өнімді стандарттау. Соңғысы ретінде әдетте кебек, түрлі дақылдардың торттары және органикалық және бейорганикалық табиғаттың басқа заттары қолданылады.

Антибиотиктердің культура сұйықтығында жинақталу динамикасы жағдайлардың басым көпшілігінде екіншілік метаболиттердің биосинтезіне тән тәуелділіктің типтік формасына ие, яғни биомассаның максималды түзілуі уақыт бойынша максималды антибиотик түзілуінен бұрын болады. Сондықтан өсірудің алғашқы кезеңдерінде өндіріс мақсаты биомассаның қажетті мөлшерін жинақтау болып табылады (антибиотик іс жүзінде жоқ). Антибиотик биосинтезі негізгі ферментаторларда өндірістік өсірудің екінші кезеңінде жүреді, ал биосинтез уақыты продуцент штаммын өсіруге кеткен уақыттан 2-3 есе көп болуы мүмкін.

Қолданылған әдебиет

1. Биотехнология: практикум / С.А.Әкімова, Г.М.Фирсов. - Волгоград: Волгоград мемлекеттік аграрлық университеті, 2013. - 108 б.

2. Шевелуха В.С., Калашникова Е.А., Воронин Е.С. т.б. ауылшаруашылық биотехнологиясы. - Оқулық. М.: магистратура, 2008. - 469

3. Калашникова Е.А., Кочиева Е.З., Миронова О.Ю. Ауылшаруашылық биотехнологиясы бойынша практикум, М.: КолосС, 2006, 149 б.

Allbest.ru сайтында орналастырылған

Ұқсас құжаттар

Алкалоидтардың, изопреноидтардың және фенолды қосылыстардың биосинтезі. Екіншілік метаболиттердің эмпирикалық (тривиальды), биохимиялық және функционалдық жіктелуі, негізгі топтары, құрылыс заңдылықтары. Фенолды қосылыстардың синтезінің ацетат-малонат жолы.

курстық жұмыс, 21/10/2014 қосылды


Бірінші және екінші фазадағы микробтық синтез өнімдерін, аминқышқылдарын, органикалық қышқылдарды, витаминдерді алу. Антибиотиктердің кең ауқымды өндірісі. Спирттер мен полиолдарды өндіру. Биопроцесстердің негізгі түрлері. Өсімдіктердің зат алмасу инженериясы.

курстық жұмыс, 22/12/2013 қосылды


Биобъект дәрілік, диагностикалық және профилактикалық препараттарды өндіру құралы ретінде; талаптар, классификация. Ферменттердің иммобилизациясы, қолданылатын тасымалдаушылары. Иммобилизацияланған ферменттерді қолдану. Витаминдердің биологиялық рөлі, олардың түзілуі.

бақылау жұмысы, 11.04.2015 қосылды


Антиоксиданттар және радикалдық және тотығу процестерінің ингибиторлары. липидтердің асқын тотығуы. Биологиялық әрекетвитаминдер. Оқу биологиялық рөлібелсендірілген оттегі метаболиттері. Белок концентрациясын Брэдфорд әдісімен анықтау.

курстық жұмыс, 11/12/2013 қосылды


Биотехнология тірі организмдер мен биологиялық өнімдерді өндірістік секторда қолдану әдістерінің жиынтығы ретінде. Клондау – өсімдіктер мен жануарлар жасушаларының жыныссыз көбеюі. Микроорганизмдерді биомассадан энергия алу үшін пайдалану.

аннотация, 30.11.2009 қосылған


Жалпы сипаттамасытағамдық қышқылдар. Өсімдіктердің биологиялық және химиялық сипаттамалары. Өсімдік шикізатын дайындау. Қант қызылшасының, картоптың, пияздың және сәбіздің құрамындағы органикалық қышқылдардың мөлшерін анықтау. Ұсынылатын өсіру аймақтары.

курстық жұмыс, 21.04.2015 қосылған


Антибиотиктер - бұл микроорганизмдердің тіршілік әрекетінің өнімдері, олардың модификациялары, бактерияларға қатысты жоғары физиологиялық белсенділігі бар: классификациясы, химиялық құрылымы, топтары. Дақылдық сұйықтықтан антибиотиктерді бөліп алу әдістері.

бақылау жұмысы, 12.12.2011 қосылды


Табиғи экожүйелердегі ашытқылардың рөлі, оларды әртүрлі әзірлемелерде пайдалану перспективалары. Ашытқылардың морфологиясы мен метаболизмі, қосалқы өнімдер. Микроорганизмдердің препараттарын дайындау әдістері. Биотехнология, ашытқыларды өнеркәсіпте қолдану.

курстық жұмыс, 26.05.2009 қосылған


Витаминдердің ашылу тарихы. Ағзаға әсері, жетіспеушілік белгілері мен салдары, А, С, Д, Е витаминдерінің негізгі көздері. В тобының витаминдерінің сипаттамасы: тиамин, рибофлавин, никотин және пантотен қышқылдары, пиридоксин, биотин, холин.

презентация, 24.10.2012 қосылған


Белоктардың қызметін зерттеу – макромолекулярлық органикалық заттарамин қышқылдарының қалдықтарынан құрылған, олар барлық органдардың өмірлік белсенділігінің негізін құрайды. Амин қышқылдарының құндылығы – құрамында амин және карбоксил топтары бар органикалық заттар.

Диаксия- мәдениетте өсудің бір немесе бірнеше өтпелі (яғни, уақытша) фазаларының пайда болуы. Бұл бактериялар екі немесе одан да көп баламалы тағам көздері бар ортада болғанда орын алады. Бактериялар көбінесе бір көзді екіншісіне артықшылық беріп, біріншісі таусылғанша пайдаланады. Содан кейін бактериялар басқа тамақ көзіне ауысады. Дегенмен, азық-түлік көзінің өзгеруіне дейін өсу айтарлықтай баяулайды. Мысалы, ішек таяқшасы, әдетте ішекте кездесетін бактерия. Ол энергия мен көміртегі көзі ретінде глюкозаны немесе лактозаны пайдалана алады. Егер көмірсулардың екеуі де болса, алдымен глюкоза қолданылады, содан кейін лактозаны ашытатын ферменттер пайда болғанша өсу баяулайды.

Біріншілік және екіншілік метаболиттердің түзілуі

Бастапқы метаболиттерөсу және өмір сүру үшін қажетті зат алмасу өнімдері болып табылады.
Екіншілік метаболиттер- өсу үшін қажет емес және өмір сүру үшін маңызды емес зат алмасу өнімдері. Соған қарамастан олар пайдалы функцияларды орындайды және көбінесе басқа бәсекелес микроорганизмдердің әрекетінен қорғайды немесе олардың өсуін тежейді. Олардың кейбіреулері жануарларға улы, сондықтан оларды химиялық қару ретінде қолдануға болады. Өсудің ең белсенді кезеңдерінде олар көбінесе түзілмейді, бірақ өсу баяулағанда, резервтік материалдар пайда болған кезде өндіріле бастайды. Екіншілік метаболиттер кейбір маңызды антибиотиктер болып табылады.

Дақылдағы бактериялар мен саңырауқұлақтардың өсуін өлшеу

Алдыңғы бөлімде біз талдадық типтік бактериялардың өсу қисығы. Дәл осындай қисық ашытқылардың (біржасушалы саңырауқұлақтардың) өсуін немесе микроорганизмдердің кез келген мәдениетінің өсуін сипаттайды деп күтуге болады.

Бактериялардың өсуін талдау кезінденемесе ашытқы ретінде біз жасушалардың санын тікелей санай аламыз немесе ерітіндінің бұлыңғырлығы немесе газдың бөлінуі сияқты жасушалар санына байланысты кейбір параметрлерді өлшей аламыз. Әдетте, микроорганизмдердің аз саны стерильді қоректік ортаға егіледі және культура инкубаторда оңтайлы өсу температурасында өсіріледі. Қалған шарттар мүмкіндігінше оңтайлыға жақын болуы керек (12.1-бөлім). Өсуді егу уақытынан бастап өлшеу керек.

Әдетте зерттеуде ұстану жақсы ереже - тәжірибені бірнеше қайталаумен жүргізу және бақылау үлгілерін мүмкін және қажет жерлерге қою. Биіктікті өлшеудің кейбір әдістері белгілі бір дағдыларды талап етеді және тіпті мамандардың қолында олар өте дәл емес. Сондықтан әрбір тәжірибеде мүмкіндігінше екі үлгіні (бір қайталау) қоюдың мәні бар. Қоректік ортаға микроорганизмдер қосылмаған бақылау үлгісі шынымен стерильді жұмыс істеп жатқаныңызды көрсетеді. Тәжірибе жеткілікті болса, сіз барлық сипатталған әдістерді еркін меңгере аласыз, сондықтан оларды жобадағы жұмыста қолданбас бұрын алдымен тәжірибеден өткізуге кеңес береміз. Жасушалардың санын анықтаудың екі жолы бар, атап айтқанда өміршең жасушалардың санын немесе жасушалардың жалпы санын санау арқылы. Тіршілікке қабілетті жасушалар саны – тек тірі жасушалардың саны. Жасушалардың жалпы саны тірі және өлі жасушалардың жалпы саны; әдетте бұл көрсеткішті анықтау оңайырақ.

A. АНЫҚТАУ

Биогенез тұрғысынан антибиотиктер екіншілік метаболиттер ретінде қарастырылады. Екіншілік метаболиттер – төмен молекулалық табиғи өнімдер, олар 1) микроорганизмдердің белгілі бір түрлерімен ғана синтезделеді; 2) жасушаның өсуі кезінде ешқандай айқын қызмет атқармайды және көбінесе культураның өсуі тоқтағаннан кейін түзіледі; бұл заттарды синтездейтін жасушалар мутация нәтижесінде синтездеу қабілетін оңай жоғалтады; 3) көбінесе ұқсас өнімдердің кешендері ретінде қалыптасады.

Бастапқы метаболиттер жасушаның өсуіне қажетті аминқышқылдары, нуклеотидтер, коферменттер және т.б. сияқты жасуша алмасуының қалыпты өнімдері болып табылады.

B. БАСТАУЫШТАР АРАСЫНДАҒЫ ҚАТЫНАСЫ

ЖӘНЕ ЕКІНШІЛІК МЕТАБОЛИЗМ

Антибиотиктердің биосинтезін зерттеу бір немесе бірнеше бастапқы метаболиттер (немесе олардың биосинтезінің аралық өнімдері) антибиотикке айналатын ферментативті реакциялардың ретін анықтаудан тұрады. Екіншілік метаболиттердің, әсіресе көп мөлшерде түзілуі жасушаның бастапқы метаболизміндегі елеулі өзгерістермен бірге жүретінін есте ұстаған жөн, өйткені бұл жағдайда жасуша бастапқы материалды синтездеп, энергиямен қамтамасыз етуі керек, мысалы АТФ және коферменттердің төмендеуі. Сондықтан антибиотиктерді синтездейтін штаммдарды оларды синтездеуге қабілетсіз штаммдармен салыстырған кезде берілген антибиотиктің синтезіне тікелей қатыспайтын ферменттердің концентрацияларында айтарлықтай айырмашылықтар табылуы таңқаларлық емес.

B. НЕГІЗГІ БИОСИНТЕТИКА ЖОЛДАРЫ

Антибиотиктердің биосинтезіндегі ферментативті реакциялар бастапқы метаболиттер түзілетін реакциялардан принципті түрде айырмашылығы жоқ. Оларды вариация ретінде қарастыруға болады

бастапқы метаболиттер биосинтезінің реакциялары, әрине, кейбір ерекшеліктермен (мысалы, нитро тобы бар антибиотиктер бар - функционалдық топ, ол ешқашан бастапқы метаболиттерде кездеспейді және аминдердің спецификалық тотығуы нәтижесінде түзіледі).

Антибиотиктердің биосинтезінің механизмдерін үш негізгі категорияға бөлуге болады.

1. Бір бастапқы метаболиттен алынған антибиотиктер. Олардың биосинтезінің жолы бастапқы өнімді аминқышқылдары немесе нуклеотидтер синтезіндегідей түрлендіретін реакциялар тізбегінен тұрады.

2. Күрделі молекула түзу үшін түрлендірілген және конденсацияланатын екі немесе үш түрлі бастапқы метаболиттерден алынған антибиотиктер. Ұқсас жағдайлар фолий қышқылы немесе кофермент А сияқты кейбір коферменттердің синтезі кезінде біріншілік метаболизмде байқалады.

3. Басқа ферментативті реакциялар кезінде әрі қарай өзгертуге болатын негізгі құрылым түзілетін бірнеше ұқсас метаболиттердің полимерлену өнімдерінен шыққан антибиотиктер.

Полимерлену нәтижесінде антибиотиктердің төрт түрі түзіледі: 1) аминқышқылдарының конденсациялануынан түзілетін полипептидті антибиотиктер; 2) май қышқылының биосинтез реакциясына ұқсас полимерлену реакцияларында ацетат-пропионат бірліктерінен түзілетін антибиотиктер; 3) изопреноидты қосылыстарды синтездеу кезінде ацетатты бірліктерден алынған терпеноидты антибиотиктер; 4) полисахаридтер биосинтезінің реакцияларына ұқсас конденсация реакцияларында түзілетін аминогликозидті антибиотиктер.

Бұл процестер мембрана мен жасуша қабырғасының кейбір компоненттерінің түзілуін қамтамасыз ететін полимерлену процестеріне ұқсас.

Полимерлеу арқылы алынған негізгі құрылым әдетте одан әрі модификацияланатынын атап өту керек; ол тіпті басқа биосинтетикалық жолдармен өндірілген молекулалармен қосылуы мүмкін. Гликозидті антибиотиктер әсіресе кең тараған – бір немесе бірнеше қанттың 2-жолда синтезделген молекуласы бар конденсация өнімдері.

D. АНТИБИОТИКТЕР ОТБАСЫСЫНЫҢ СИНТЕЗІ

Көбінесе микроорганизмдердің штаммдары «отбасын» (антибиотиктік кешен) құрайтын бірнеше химиялық және биологиялық жақын антибиотиктерді синтездейді. «Отбасылардың» қалыптасуы тек биосинтезге ғана тән емес

Антибиотиктер де солай ортақ мүлікқайталама метаболизм байланысты жеткілікті үлкен «өлшемді аралық өнімдер. биосинтезі кешендері байланысты қосылыстардың процесінде жүзеге асырылады келесі метаболикалық жолдар.

1. Алдыңғы бөлімде сипатталған жолдардың бірінде «кілт» метаболитінің биосинтезі.

Рифамицин У

Күріш. 6.1. Метаболикалық ағаштың мысалы: рифамицин биосинтезі (түсіндірмелерді мәтінді қараңыз; құрылымдық формулаларсәйкес қосылыстар күріште көрсетілген. 6.17 және 6.23).

2. Негізгі метаболиттің жеткілікті кең таралған реакцияларды қолдану арқылы модификациясы, мысалы, метил тобын спиртке, содан кейін карбоксил тобына тотықтыру, қос байланысты қалпына келтіру, дегидрлеу, метилдеу, этерификация және т.б.

3. Бір метаболит осы екі немесе одан да көп реакциялардың субстраты бола алады, екі немесе одан да көп әртүрлі өнімдердің түзілуіне әкеліп соғады, олар өз кезегінде ферменттердің қатысуымен әртүрлі өзгерістерге ұшырап, «зат алмасу ағашын» тудырады.

4. Бірдей метаболит екі (немесе одан да көп) әртүрлі жолмен түзілуі мүмкін, оларда ғана
«зат алмасу торын» тудыратын ферментативті реакциялардың реті.

Метаболикалық ағаш пен метаболикалық желі туралы біршама ерекше ұғымдарды келесі мысалдармен түсіндіруге болады: рифамицин тұқымдасының (ағаш) және эритромициндердің (желінің) биогенезі. Рифамициндер тұқымдасының биогенезіндегі бірінші метаболит проторифамицин I болып табылады (6.1-сурет), оны негізгі метаболит ретінде қарастыруға болады. Кезекті

реті белгісіз реакциялар, проторифамицин I рифамицин W және рифамицин S-ге айналады, синтездің бір бөлігін бір жолды («ағаштың» діңі») пайдалана отырып аяқтайды. Рифамицин S бірнеше тармақталу үшін бастапқы нүкте болып табылады балама жолдар: екі көміртекті фрагментпен конденсациядан рифамицин О және рафимицин L және B түзіледі. Соңғысы анза тізбегінің тотығуы нәтижесінде рифамицин Y-ге айналады. D, және E). С-30-да метил тобының тотығуы рифамицин R түзеді.

Эритромициндер тұқымдасының негізгі метаболиті эритронолид В (Er.B) болып табылады, ол келесі төрт реакция арқылы эритромицинА-ға (ең күрделі метаболит) айналады (6.2-сурет): 1) 3 pu позициясында гликозилдену.

микарозбен конденсацияланғандар (Мик.) (реакция I); 2) метилдену нәтижесінде микарозаның кладинозаға (қапталған) айналуы (II реакция); 3) 12 позициядағы гидроксилдену нәтижесінде эритронолид В-ның А эритронолидке (Er.A) айналуы (III реакция); 4) 5-позициядағы деозаминмен (Дес.) конденсация (IV реакция).

Осы төрт реакцияның реті әртүрлі болуы мүмкін болғандықтан, әртүрлі метаболикалық жолдар болуы мүмкін және олар бірге суретте көрсетілген метаболикалық желіні құрайды. 6.2. Айта кету керек, ағаш пен желінің қосындысы болып табылатын жолдар да бар.

Екіншілік метаболиттер өсімдік әлеміндегі ең маңызды физиологиялық белсенді қосылыстар болып табылады. Олардың ғылым зерттейтін саны жыл сайын артып келеді. Қазіргі уақытта барлық өсімдік түрлерінің шамамен 15% осы заттардың болуы үшін зерттелген. Сондай-ақ олар жануарлар мен адам ағзасына қатысты жоғары биологиялық белсенділікке ие, бұл олардың фармацевтикалық препараттар ретіндегі мүмкіндіктерін анықтайды.

Барлық тірі ағзалардың айырықша белгісі оларда зат алмасу – зат алмасу жүреді. Бұл бастапқы және қайталама метаболиттер түзетін химиялық реакциялар жиынтығы.

Олардың арасындағы айырмашылық біріншісі барлық тіршілік иелеріне тән (белоктар, аминокарбон және нуклеин қышқылдары, көмірсулар, пуриндер, витаминдер синтезі), ал екіншісі организмдердің белгілі бір түрлеріне тән және өсу мен көбеюге қатыспайды. процесс. Дегенмен, олар белгілі бір функцияларды орындайды.

Жануарлар әлемінде қайталама қосылыстар сирек өндіріледі, олар көбінесе өсімдік тағамдарымен бірге ағзаға түседі. Бұл заттар негізінен өсімдіктерде, саңырауқұлақтарда, губкаларда және бір жасушалы бактерияларда синтезделеді.

Белгілері мен ерекшеліктері

Биохимияда өсімдік метаболиттерінің келесі негізгі белгілерін ажыратады:

жоғары биологиялық белсенділік;

шағын молекулалық массасы (2-3 кДа);

бастапқы материалдардың аз мөлшерінен өндіру (7 алкалоид үшін 5-6 аминқышқылдары);

синтез өсімдіктердің жеке түрлеріне тән;

тірі организм дамуының кейінгі кезеңдерінде қалыптасуы.

Бұл мүмкіндіктердің кез келгені міндетті емес. Осылайша, қайталама фенолдық метаболиттер барлық өсімдік түрлерінде өндіріледі, ал табиғи каучук жоғары болады молекулалық салмақ. Өсімдіктерде қайталама метаболиттердің түзілуі тек ақуыздар, липидтер және көмірсулар негізінде әртүрлі ферменттердің әсерінен жүреді. Мұндай қосылыстардың синтезделуінің өзіндік жолы жоқ.

Олар сондай-ақ келесі мүмкіндіктерге ие:

өсімдіктің әртүрлі бөліктерінде болуы;

тіндерде біркелкі таралмау;

бейтараптандыруға арналған тордың белгілі бір бөлімдерінде оқшаулау биологиялық белсенділікқайталама метаболиттер;

негізгі құрылымның болуы (көбінесе гидроксил, метил, метоксил топтары оның рөлінде әрекет етеді), оның негізінде қосылыстардың басқа нұсқалары түзіледі;

әртүрлі түрлеріқұрылымдық өзгерістер;

белсенді емес, «резервтік» пішінге ауысу мүмкіндігі;

метаболизмге тікелей қатысудың болмауы.

Екіншілік метаболизм көбінесе тірі ағзаның өзінің ферменттерімен және генетикалық материалымен әрекеттесу қабілеті ретінде қарастырылады. Екінші реттік қосылыстардың түзілуіне әкелетін негізгі процесс диссимиляция (бірінші синтез өнімдерінің ыдырауы) болып табылады. Бұл жағдайда екінші реттік қосылыстарды өндіруге қатысатын белгілі бір энергия мөлшері бөлінеді.

Функциялар

Бастапқыда бұл заттар тірі ағзалардың қажетсіз қалдықтары болып саналды. Қазіргі уақытта олардың метаболикалық процестерде белгілі бір рөл атқаратыны анықталды: