Metaboliți primari și secundari ai microorganismelor. Metaboliți primari Metaboliți primari

O serie de metaboliți celulari sunt de interes ca produse de fermentație țintă. Ele sunt împărțite în primare și secundare.

Metaboliți primari- Sunt compuși cu greutate moleculară mică (greutate moleculară mai mică de 1500 daltoni) necesari pentru creșterea microorganismelor. Unele dintre ele sunt blocurile de construcție ale macromoleculelor, altele sunt implicate în sinteza coenzimelor. Printre cei mai importanți metaboliți pentru industrie se numără aminoacizii, acizii organici, nucleotidele, vitaminele etc.

Biosinteza metaboliților primari este realizată de diverși agenți biologici - microorganisme, celule vegetale și animale. În acest caz, se folosesc nu numai organisme naturale, ci și mutanți obținuți special. Pentru a asigura concentrații mari de produs în stadiul de fermentație, este necesar să se creeze producători care să reziste mecanismelor de reglare inerente genetic formei lor naturale. De exemplu, este necesar să se elimine acumularea unui produs final care reprimă sau inhibă o enzimă importantă pentru a obține substanța țintă.

Producția de aminoacizi.

Auxotrofele (microorganisme care necesită factori de creștere pentru a se reproduce) produc mulți aminoacizi și nucleotide în timpul fermentațiilor. Obiectele comune pentru selecția producătorilor de aminoacizi sunt microorganismele aparținând genurilor Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus, Arthrobacter.

Din cei 20 de aminoacizi care alcătuiesc proteinele, opt nu pot fi sintetizați în corpul uman (esențial). Acești aminoacizi trebuie să fie furnizați corpului uman cu alimente. Printre acestea, metionina și lizina sunt de o importanță deosebită. Metionina este produsă prin sinteză chimică, iar mai mult de 80% din lizină este produsă prin biosinteză. Sinteza microbiologică a aminoacizilor este promițătoare, deoarece în urma acestui proces se obțin izomeri activi biologic (L-aminoacizi), iar în timpul sintezei chimice se obțin ambii izomeri în cantități egale. Deoarece sunt greu de separat, jumătate din producție este inutilă din punct de vedere biologic.

Aminoacizii sunt utilizați ca aditivi alimentari, condimente, potențiatori de aromă, precum și materii prime în industria chimică, parfumerie și farmaceutică.

Dezvoltarea unei scheme tehnologice pentru obținerea unui singur aminoacid se bazează pe cunoașterea modalităților și mecanismelor de reglare a biosintezei unui anumit aminoacid. Dezechilibrul necesar al metabolismului, care asigură suprasinteza produsului țintă, se realizează prin modificări strict controlate ale compoziției și condițiilor de mediu. Pentru cultivarea tulpinilor de microorganisme în producția de aminoacizi, carbohidrații sunt cei mai disponibili ca surse de carbon - glucoză, zaharoză, fructoză, maltoză. Pentru a reduce costul mediului nutritiv, se folosesc materii prime secundare: melasă de sfeclă, zer de lapte, hidrolizate de amidon. Tehnologia acestui proces este îmbunătățită în vederea dezvoltării unor medii nutritive sintetice ieftine pe bază de acid acetic, metanol, etanol, n-parafine.

Producerea acizilor organici.

În prezent, o serie de acizi organici sunt sintetizați prin metode biotehnologice la scară industrială. Dintre aceștia, acizii citric, gluconic, cetogluconic și itaconic se obțin numai prin metodă microbiologică; lapte, salicilic și acetic - atât prin metode chimice, cât și microbiologice; malic – chimic şi enzimatic.

Acidul acetic este cel mai important dintre toți acizii organici. Este folosit la fabricarea multor substanțe chimice, inclusiv cauciuc, materiale plastice, fibre, insecticide și produse farmaceutice. Metoda microbiologică de producere a acidului acetic constă în oxidarea etanolului în acid acetic cu participarea tulpinilor de bacterii. GluconobacterȘi Acetobacter:

Acidul citric este utilizat pe scară largă în industria alimentară, farmaceutică și cosmetică, folosit pentru curățarea metalelor. Cel mai mare producător de acid citric este SUA. Producerea acidului citric este cel mai vechi proces microbiologic industrial (1893). Pentru producerea sa folosiți cultura ciupercii Aspergillus niger, A. wentii. Mediile nutritive pentru cultivarea producatorilor de acid citric contin materii prime carbohidrati ieftine ca sursa de carbon: melasa, amidon, sirop de glucoza.

Acidul lactic este primul dintre acizii organici, care a început să fie produs prin fermentație. Este folosit ca agent oxidant în industria alimentară, ca mordant în industria textilă și, de asemenea, în producția de materiale plastice. Din punct de vedere microbiologic, acidul lactic se obține din fermentarea glucozei Lactobacillus delbrueckii.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

postat pe http://www.allbest.ru/

Ministerul Agriculturii al Federației Ruse

Departamentul de Politică și Educație în Știință și Tehnologie

bugetul statului federal instituție educațională educatie inalta

„Universitatea Agrară de Stat din Volgograd”

Facultatea: Biotehnologie și Medicină Veterinară

Departamentul: „Expertiză Sanitară Veterinară, Boli Infecțioase și Morfologie”

RAPORT

Disciplina: „Biotehnologie”

pe tema: „Meboliți primari și secundari ai microorganismelor”

Efectuat:

Ponysheva E.S.

Verificat:

Spivak Marina Efimovna

Volgograd 2018

Biotehnologie pentru obținerea metaboliților primari

Metaboliții primari sunt compuși cu greutate moleculară mică necesari pentru creșterea microorganismelor: unii dintre ei sunt blocurile de construcție ale macromoleculelor, alții sunt implicați în sinteza coenzimelor. Printre cei mai importanți metaboliți primari pentru industrie se numără enzimele, aminoacizii și vitaminele.

Producția de aminoacizi

În industrie se obțin aminoacizi:

1) hidroliza materiilor prime naturale care conțin proteine; 2) sinteza chimica; 3) sinteza microbiologică; 4) biotransformarea precursorilor de aminoacizi cu ajutorul microorganismelor sau izolate din acestea.

Cea mai promițătoare și mai rentabilă sinteză microbiologică a aminoacizilor. Avantajul acestuia consta in posibilitatea obtinerii de L-aminoacizi pe baza de materii prime regenerabile. Dintre producătorii de aminoacizi se folosesc drojdiile (30%), actinomicetele (30%), bacteriile (20%). Brevibacterium flavum și Corynebacterium glutamicum transformă peste o treime din zaharuri în lizină. Pentru selectarea producătorilor se folosesc microorganisme aparținând genurilor Micrococcus, Brevibacterium, Corynebacterium, Arthrobacter.

Producția de vitamine

Vitaminele sunt un grup de compuși organici de neînlocuit de diferite naturi chimice care sunt necesari oricărui organism în concentrații neglijabile și îndeplinesc funcții catalitice și de reglare în el. Numai organismele autotrofe au capacitatea de a sintetiza vitamine. Aproape toate vitaminele cunoscute pot fi obținute microbiologic. Cu toate acestea, este mai fezabil din punct de vedere economic să se obțină vitamine prin izolarea din surse naturale sau prin sinteză chimică. Cu ajutorul microorganismelor este indicat sa se obtina vitamine cu structuri complexe: β-caroten, precursori B2, B12 si vitamina D.

Producerea acizilor organici

În prezent, o serie de acizi organici sunt produși la scară industrială prin metode biotehnologice. Dintre aceștia, acizii citric, gluconic, cetogluconic și itaconic se obțin numai prin metodă microbiologică, lactic, salicilic și acetic - atât din punct de vedere chimic, cât și microbiologic, malic - prin mijloace chimice și enzimatice. Acidul acetic este produs de Asetobacter și Gluconobacter, acidul citric de Aspergillus niger, Aspergillus wentii și acidul lactic de Lactobacillus delbrueckii.

Biotehnologie pentru obținerea metaboliților secundari

Principiile de obținere se bazează pe particularitățile formării lor de către celulele microorganismelor. Biosinteza metaboliților secundari este fazică specifică și are loc după finalizarea etapei de creștere, în idiofază, datorită căreia se numesc idioliți.

Obținerea de antibiotice

Antibioticele sunt cea mai mare clasă de compuși farmaceutici sintetizați de celulele microbiene. Clasa include agenți antifungici, medicamente anticancerigene și alcaloizi. Ele sunt utilizate în producția de plante, creșterea animalelor, medicina veterinară, industria alimentară și medicină.

Există mai multe moduri de a obține atât antibiotice naturale, cât și semisintetice:

1) fermentarea unui microorganism-producător cu un precursor adecvat, care induce sinteza antibioticelor în idiofază;

2) utilizarea mutanților blocați. În care sinteza antibioticului dorit este blocată. Folosind specificitatea scăzută de substrat a enzimelor și introducând analogi ai precursorilor de antibiotice, acestea sunt transformate în analogi ai antibioticului însuși.

Acest proces se numește biosinteză sau mutasinteză:

a) se presupune o succesiune de reacții care conduc la sinteza unui antibiotic;

b) lipsa sintezei antibioticelor la mutantul „blocat”; c) sinteza unui antibiotic modificat după introducerea unui analog precursor (D*)

Obținerea de steroizi importanți din punct de vedere industrial

Steroizii sunt un grup mare de compuși importanți din punct de vedere biologic, inclusiv hormoni sexuali, glicozide cardiace, acizi biliari, vitamine, alcaloizi și regulatori de creștere a plantelor. Steroizii se bazează pe scheletuli.

Biotransformare - reacții de transformare a compușilor organici inițiali (precursori) în produsul țintă folosind celulele organismelor vii sau enzimele izolate din acestea. Capacitatea celulelor microbiene de biotransformare foarte specifică este utilizată în producerea de steroizi. Utilizarea stereospecificității absolute și a specificității de substrat a enzimelor celulare a făcut posibilă dezvoltarea condițiilor pentru implementarea unei varietăți de reacții chimice pentru rearanjamentele structurale ale steroizilor. Ca rezultat, s-au obținut noi compuși cu proprietăți farmacologice mai bune.

Enzime

Enzimele sunt catalizatori biologici. Ele catalizează miile de reacții chimice care compun metabolismul unui microorganism. În prezent, se cunosc aproximativ două mii de enzime.

Enzimele sunt proteine ​​cu greutăți moleculare cuprinse între 10.000 și câteva milioane. Denumirea enzimei este dată de substanța asupra căreia acționează cu o schimbare a terminației în „aza”. De exemplu, celulaza catalizează hidroliza celulozei în celobioză, ureaza catalizează hidroliza ureei (ureei) în amoniac și CO2 etc. Cu toate acestea, mai des enzima primește un nume care indică natura reacției chimice pe care o catalizează.

Clasificarea modernă a enzimelor se bazează și pe natura reacțiilor pe care le catalizează. Conform clasificării elaborate de comisia pentru enzime a Uniunii Internaționale Biochimice, acestea sunt împărțite în șase clase principale.

Oxidorreductaza sunt enzime care catalizează reacțiile redox. Ele joacă un rol important în procesele de producere a energiei biologice. Acestea includ dehidrogenaze (NAD, NADP, FAD), citocromi (b, c, c1 a, a3) g enzime implicate în transferul de hidrogen, electroni și oxigen etc.

Transferaze. Ele catalizează transferul de radicali individuali, părți de molecule sau grupări atomice întregi de la un compus la altul. De exemplu, acetiltransferazele poartă resturile de acid acetic - CH3CO, precum și molecule de acizi grași; fosfotransferazele sau kinazele provoacă transferul de reziduuri de acid fosforic H2P032. Sunt cunoscute multe alte transferaze (aminotraisferaze, fosforilaze etc.).

Hidrolazele catalizează reacțiile de scindare și sinteză a unor astfel de compuși complecși precum proteinele, grăsimile și carbohidrații, cu participarea apei. Această clasă include enzimele proteolitice (sau peptide hidrolaze) care acționează asupra proteinelor sau peptidelor; hidrolaze glucozide, care efectuează scindarea catalitică a carbohidraților și glucozidelor (β-fructofuranozidază, b-glucozidază, a- și β-amilaza, β-galactozidază etc.); esterazele catalizează descompunerea și sinteza esteri(lipaze, fosfataze).

Legătura includ enzime care catalizează scindarea de la substraturi de anumite grupe chimice cu formarea de legături duble sau adăugarea de grupări sau radicali individuale la legăturile duble. Deci, piruvat decarboxilaza catalizează scindarea CO2 din acidul piruvic:

Liazele includ, de asemenea, enzima aldolaza, care împarte molecula cu șase atomi de carbon de fructoză-1,6-difosfat în doi compuși cu trei atomi de carbon. Aldolaza este de mare importanță în procesul de metabolism.

Izomeraze realizează transformarea compuşilor organici în izomerii acestora. În timpul izomerizării are loc mișcarea intramoleculară a atomilor, grupărilor atomice, diverși radicali etc.. Glucidele și derivații lor, acizii organici, aminoacizii etc. suferă izomerizare. Enzimele din acest grup joacă un rol important într-o serie de procese metabolice. Acestea includ trioză fosfat izomeraza, glucozofosfat izomeraza etc.

Ligaze catalizează sinteza compuşilor organici complecşi din cei simpli. De exemplu, asparagin sintetaza sintetizează amida asparagină din acid aspartic și amoniac cu participarea obligatorie a acidului adenozin trifosforic (ATP), care furnizează energie pentru această reacție:

Acid aspartic + NH3 + ATP -* asparagină + ADP + H3P04

Grupul de ligaze include și carboxilaza, care catalizează adăugarea de CO2 la diferiți acizi organici. De exemplu, enzima piruvat carboxilază catalizează sinteza acidului oxaloacetic din acid piruvic și CO2.

În funcție de structură, enzimele sunt împărțite în două clase mari:

1) care sunt proteine ​​simple,

2) fiind proteine ​​complexe.

Prima clasă include enzime hidrolitice, a doua clasă, mai numeroasă - enzime care îndeplinesc funcțiile de oxidare și participă la reacțiile de transfer ale diferitelor grupe chimice. Enzimele din clasa a doua, pe lângă partea proteică, numită apoenzimă, au și o grupare non-proteică care determină activitatea enzimei, un cofactor. Separat, aceste părți (proteice și non-proteice) sunt lipsite de activitate enzimatică. Ei dobândesc proprietăți caracteristice enzime numai după conectare. Complexul unei apoenzime cu un cofactor se numește holoenzimă.

Cofactorii pot fi fie ioni metalici (Fe, Cu, Co, Zn, Mo etc.) fie complecși compusi organici numite coenzime sau ambele. Coenzimele joacă de obicei rolul de purtători intermediari de electroni, atomi, grupări, care, ca urmare a unei reacții enzimatice, se deplasează de la un compus la altul. Unele coenzime sunt strâns legate de proteina enzimatică; se numesc grupul protetic al enzimei. Multe coenzime sunt fie identice cu anumite vitamine B, fie sunt derivate din acestea.

Coenzimele includ, de exemplu, grupări active de dehidrogenaze - nicotinamidă adenin dinucleotidă (NAD) sau nicotinamidă adenin dinucleotidă fosfat (NADP). Aceste coenzime includ acidul nicotinic - una dintre vitaminele grupului B. Vitaminele sunt prezente și în alte coenzime. Deci, tiamina (vitamina B1) face parte din tiamin-pirofosfokinaza, care este implicată în metabolismul acidului piruvic, acidul pantotenic este parte integrantă coenzima A și riboflavina (vitamina B2) este un grup protetic de enzime flavoproteice. Importanţă vitaminele din alimentația organismelor vii se datorează tocmai faptului că fac parte din coenzime.

De idei moderne, enzimele accelerează reacțiile chimice prin reducerea energie gratis activare (cantitatea de energie necesară pentru a transfera la o anumită temperatură toate moleculele unui mol de substanță într-o stare activată).

Principala proprietate a enzimelor, care le deosebește de alți catalizatori, este specificitatea reacțiilor enzimatice pe care le catalizează. Fiecare enzimă catalizează o singură reacție specifică.

Datorită specificității ridicate a reacțiilor enzimatice, se crede că locul moleculei enzimatice, numit centru catalitic, de care este atașată molecula de substrat, are o anumită configurație spațială care se potrivește numai moleculei substratului și nu corespunde niciunei. alte molecule.

Activitatea enzimelor depinde de diverși factori: concentrația relativă a enzimei și a substratului, temperatura, pH-ul etc. Fiecare enzimă are propria temperatură optimă și pH. Multe reacții enzimatice sunt reversibile, deși activitatea enzimatică este rareori aceeași în ambele direcții.

În ciuda dimensiunilor mici, fiecare celulă de microorganism poate produce multe enzime diferite cu funcții diferite. De obicei, enzimele implicate în metabolism sunt conținute în celula corpului și, prin urmare, sunt numite enzime intracelulare sau endoenzime. Unele enzime sunt secretate de celulele microbiene mediu inconjuratorși sunt numite enzime extracelulare sau exoenzime. De regulă, enzimele hidrolitice sunt eliberate în mediul extern, descompunând compuși cu o greutate moleculară mare care nu pot pătrunde în celula microorganismului. Produșii de descompunere sunt ușor absorbiți de celulă și utilizați de aceasta ca nutrienți.

Enzimele joacă un rol important în nutriția microorganismelor. Un număr mare de diverse enzime sintetizate de celulele microorganismelor le permite să utilizeze numeroși compuși (glucide, proteine, grăsimi, ceară, ulei, parafine etc.) pentru nutriție prin scindarea acestora.

Producția de aminoacizi

Producția de aminoacizi în lume este în continuă creștere și se ridică în prezent la aproximativ 400 de mii de tone/an, deși necesarul de aminoacizi este estimat a fi mult mai mare. După cum sa menționat deja, lipsa aminoacizilor din dietă (în special a celor esențiali) afectează negativ creșterea și dezvoltarea. Astfel, adăugarea a câtorva % de acid deficitar în hrana animalelor poate mai mult decât dubla valoarea nutritivă a proteinei. Dintre toate moduri posibile obținând aminoacizi (chimic, microbiologic etc.), se preferă cei microbiologici: deși organizarea producției microbiene nu poate fi numită simplă, avantajul ei constă în sinteza optic puri (L-aminoacizi), în timp ce sinteza chimică produce un amestec racemic de L- și D-aminoacizi care este greu de separat. Sinteza microbiană a aminoacizilor se bazează pe cultivarea unui producător de acid țintă strict definit într-un mediu cu o compoziție dată, sub parametri de fermentație strict definiți. Producătorii sunt tulpini bacteriene obținute prin selecția mutanților sau prin metode de inginerie genetică. Bacteriile mutante, pe de o parte, și-au pierdut capacitatea de a sintetiza în mod independent anumite substanțe și, pe de altă parte, au dobândit capacitatea de a supersinteza aminoacidului țintă. Deja prin anii 70 ai secolului trecut s-au obținut microbi-superproducători din genurile Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus etc., cu ajutorul cărora este posibil să se producă toți aminoacizii cunoscuți. În prezent, există superproducători în care cantitatea de proteină specifică sintetizată ajunge la 10-50% (aici rolul cel mai important îl au plasmidele multicopie purtătoare de gene inserate).

Tehnologia de obținere a aminoacizilor se bazează pe principiile de fermentație a producătorilor și de izolare a metaboliților primari, adică, cultura mamă se înmulțește mai întâi pe un mediu de agar în eprubete, apoi pe un mediu lichid în baloane, inoculatoare și mașini de însămânțat, iar apoi în principalele fermentatoare. Dacă aminoacidul este destinat ca aditiv pentru furaje, atunci procesul biotehnologic al produsului furajer include următoarele etape: fermentație, stabilizarea aminoacidului în lichidul de cultură înainte de evaporare, evaporare în vid, standardizarea soluției îndepărtate atunci când se adaugă umplutura, uscarea și ambalarea produsului finit, care ar trebui să conțină mai mult de 10% din substanța principală. Dacă aminoacidul este utilizat ca medicament, în acest caz se obțin cristale pure izolate, care sunt uscate sub vid și ambalate.

Există două moduri de a obține aminoacizi: într-o etapă și în două etape. Conform primei metode, de exemplu, o tulpină auxotrofică mutantă - un producător de aminoacizi - este cultivată într-un mediu optim pentru biosinteză.

În metoda în două etape, producătorul de microbi este cultivat într-un mediu în care primește și sintetizează toate ingredientele necesare pentru sinteza ulterioară a produsului țintă. Schema procesului în două etape poate fi reprezentată astfel: Dacă enzimele biosintezei aminoacizilor se acumulează intracelular, atunci după prima etapă, celulele sunt separate, dezintegrate și se folosește seva celulară. În alte cazuri, celulele sunt utilizate direct în scopul biosintezei produselor țintă.

Acidul glutamic este primul aminoacid obtinut microbiologic. Nu s-au obținut mutanți care asigură suprasinteza acestui acid, iar „supraproducția” acestui aminoacid este asociată cu condiții speciale în care sinteza fosfolipidelor membranare este perturbată. Acidul glutamic este sintetizat exclusiv prin culturi de Corynebacterium glutamicum și Brevibacterium flavum. Substraturile pentru producerea sa sunt glucoza și acidul acetic, iar la începutul anilor 60. al secolului trecut s-au folosit și n-parafine. Condiții speciale pentru creșterea culturilor sunt create prin adăugarea de penicilină în lichidul de cultură, care inhibă sinteza peretelui celular, sau prin reducerea (comparativ cu optimul) concentrației de biotină (vitamina B7) în mediu, care induce structura și structura. modificări funcționale ale membranei celulare, crescând astfel permeabilitatea acesteia.pentru acidul glutamic care părăsește celula în fluidul de cultură. sare de sodiu Acidul glutamic este utilizat pe scară largă în industria alimentară pentru a îmbunătăți gustul alimentelor conservate și congelate.

vitamine

Vitaminele sunt substanțe organice cu greutate moleculară mică care au activitate biologică. În mediul natural, sursele acestor reprezentanți BAS sunt plantele și microorganismele. În industrie, vitaminele se obțin în principal prin sinteză chimică. Cu toate acestea, are loc și producția microbiologică a acestor compuși. De exemplu, menachinonele și cobalaminele sunt produse exclusiv microbiene. Microbiologic se obțin doar câteva vitamine: B12 (cianocobalamină), B2 (riboflavină), vitamina C și ergosterol.

O direcție destul de promițătoare în biotehnologie este sinteza microbiologică a biotinei, care este utilizată în creșterea animalelor ca aditiv pentru hrana animalelor. În prezent, pentru a obține biotina recurge la sinteza chimică.

Vitamina B12

Producția mondială de vitamina B12 este de 9-11 mii kg pe an. Dintre acestea, aproximativ jumătate este folosită în scopuri medicale, restul - în creșterea animalelor ca aditivi pentru hrana animalelor.

Producătorii naturali de vitamina B12 au fost găsiți printre bacteriile cu acid propionic p. Propionibacterium, care sintetizează de la 1 la 8 mg/l din această vitamină. Mutantul P. shermani M82 a fost obținut prin metode genetice selective, care dă până la 60 mg/l de produs.

Producătorul de B. rettgerii este folosit și pentru sinteza microbiologică a B12. Ca producători activi ai vitaminei B12 se folosesc și actinomicetele și microorganismele înrudite: prin mutații și selecție treptat s-a obținut o tulpină de Nocardia rugosa, acumulând până la 18 mg/l B12.

Printre reprezentanții Micromonospora au fost găsiți producători activi de B12.

Reprezentanții metanotrofelor Methanosarcina și Methanococcus au o productivitate naturală ridicată, printre care a fost izolată tulpina Methanococcus halophilus, care are cel mai înalt nivel de producție dintre tulpinile naturale - 16 mg la 1 g de biomasă.

Sunt sintetizate cantități semnificative de B12 bacterii anaerobe R. Clostridium, care este deosebit de eficient pentru tehnologie.

Producătorii activi de B12 sunt cunoscuți printre Pseudomonas. La P. denitricans, a fost obținut un mutant care a dat până la 59 mg/l pe un mediu optimizat. Tulpina este brevetată de Merck pentru producția industrială de B12.

În Rusia, Propionibacterium freudenreichii este cel mai utilizat. Se cultivă pe extract de porumb și glucoză în condiții anaerobe timp de 72 de ore pentru creșterea culturii. In faza a 2-a a sintezei se introduce in fermentator precursorul, o baza azotata specifica, iar fermentatia se efectueaza inca 72 de ore, apoi se extrage B12 din biomasa bacteriana si se purifica prin metoda chimica. Această vitamină este utilizată în scopuri medicale.

Pentru nevoile zootehniei, B12 se obține folosind o cultură mixtă care conține bacteria Methanosarcina barkeri, Methanobacterium formicum. Conținutul de B12 din cultură ajunge la 6,5 ​​mg/g de biomasă uscată.

Riboflavină

Vitamina B2 este produsă în mod natural de plante, drojdii, ciuperci filamentoase și unele bacterii.

Printre procariote, producătorii cunoscuți de flavină sunt micobacteriile și bacteriile acetobutil. Din actinomicete - Nocardia eritropolis. metabolit aminoacid vitamina enzimă

Printre ciupercile filamentoase se numără Aspergillus niger și Eremothecium ashbyi.

Riboflavina de producție microbiologică este utilizată exclusiv ca aditiv pentru hrana animalelor în creșterea animalelor. Principalul producător de riboflavină furajeră este Eremothecium ashbyi, care este cultivat pe făină de porumb sau soia cu aditivi minerali. Cultivarea se efectuează până la apariția sporilor. Cei mai buni producători ai săi obținuți prin mutații și selecție treptată produc până la 600 mg/l de produs. Apoi, lichidul de cultură este evaporat și utilizat ca aditiv sub formă de pulbere pentru hrana animalelor.

Ergosterol

Ergosterolul este precursorul pentru producerea vitaminei D2 liposolubilă. Ergosterolul este, de asemenea, principalul sterol de drojdie, astfel încât aceste microorganisme sunt sursa principală pentru munca de reproducere. Deci, Saccharomyces carlbergensis dă până la 4,3 mg/l, S. ellipsoideus - 1,5 mg/l, Rhodotorula glutinis - 1 mg/l, Candida utilis - 0,5 mg/l de produs.

Drojdia Saccharomyces carlbergensis și S. cerevisiae sunt cele mai utilizate în producție.

ÎN anul trecut au existat rapoarte despre producția industrială de vitamina C. Se raportează despre proiectarea producătorului prin metode de inginerie genetică: genele Corynebacterium au fost transferate la Erw. herbicola.

Tulpina recombinantă combină capacitatea erviniului de a transforma glucoza în acid gluconic cu capacitatea corinebacteriilor de a-l transforma pe acesta din urmă în acid gulonic, care este transformat chimic în acid ascorbic.

Carotenoide

Carotenoizii sunt un grup extins de pigmenți naturali care sunt sintetizați prin chimio și fototrofe: procariote, ciuperci filamentoase și drojdii, alge și plante superioare.

Carotenoizii sintetizați de microorganisme există în celulă sub formă liberă, precum și sub formă de glicozide, sub formă de esteri ai acizilor grași și ca complexe carotenoproteice. Valoarea acestor compuși pentru mamifere constă în faptul că este o sursă de vitamina A.

Până acum nu au fost creați adevărați producători de carotenoizi, iar carotenoidele microorganismelor sunt izolate de microorganisme în principal prin extracție.

Aproximativ 500 de carotenoizi diferiți au fost descriși până acum. Din punct de vedere structural, carotenoizii sunt un cromofor (sau miez) conectat la reziduuri de izopren. O caracteristică distinctivă a cromoforului este prezența legăturilor duble conjugate. Intensitatea culorii carotenoidelor depinde de numărul acestor legături. Astfel, carotenoizii alifatici care nu conțin mai mult de 5 legături conjugate sunt compuși necolorați.

Printre ei cea mai mare valoare au fitoină și fitofluină. Carotenoizii sintetizați de Neurospora crassa au 9 legături conjugate și au o culoare galben strălucitor. Cu o creștere a legăturilor duble, culoarea se intensifică la roșu și violet.

Carotenoizii superiori au până la 45-50 de atomi de carbon în moleculă. Acești carotenoizi includ sarcinaxantina, produsă de Sarcina lutea.

Unii carotenoizi pot conține o grupare terminală, cum ar fi aleureeaxantina din ciuperca Aleuria aurantia.

Alți carotenoizi au o grupare hidroxi-terminală, cum ar fi hidroxifleixantina Blakeslea trispora.

Locația carotenoizilor în celulele microorganismelor este diferită. Astfel, la microorganismele fototrofe, carotenoizii sunt concentrați în aparatul fotosintetic. La chimiotrofe, ele sunt asociate cu membrana celulară. Unele (Micrococcus radiodurans) sunt localizate în peretele celular. În ciuperci - în globulele lipidice ale citoplasmei.

Carotenoizii îndeplinesc rolul de antioxidanți în celulă și o protejează de fenomenul de peroxidare. În plus, carotenoizii sunt capcane foto care colectează energia luminoasă.

Obținerea carotenoidelor în industrie

Metodele tradiționale de obținere a carotenoizilor se reduc la omogenizarea biomasei și extracția carotenoidelor cu solvenți polari (acetonă, metanol). Carotenoizii individuali se obțin prin separare prin cromatografie în strat subțire pe silicagel. Următoarea cea mai comună este sinteza chimică a carotenoizilor.

Producătorii tradiționali ai sintezei microbiene a carotenoidelor sunt bacteriile, ciupercile filamentoase și drojdiile. Bacteriile fototrofe includ Chloroexus și unele specii de Rhodopseudomonas. Acest grup de bacterii este interesant prin faptul că, în funcție de intensitatea iluminării, randamentul de carotenoizi poate fi reglat.

Antibiotice

Ideile tradiționale despre antibiotice, sau substanțele antibiotice, sunt asociate cu utilizarea lor pe scară largă în medicina modernă și medicina veterinară. Unele medicamente antibiotice sunt folosite ca promotori de creștere la animale, în lupta împotriva bolilor plantelor, în conservarea alimentelor și în cercetare științifică(în domeniul biochimiei, biologie moleculara, genetică, oncologie).

Definiția modernă a termenului „antibiotic” aparține lui M.M. Shemyakin și A.S. Khohlov (1961), care a sugerat că toate produsele metabolice ale oricăror organisme care pot ucide sau inhiba selectiv creșterea și dezvoltarea microorganismelor (bacterii, ciuperci, viruși etc.), precum și unele neoplasme maligne, să fie considerate substanțe antibiotice.

Conform clasificării bazate pe structura chimica, toate antibioticele descrise pot fi împărțite în următoarele grupuri:

1) compuși aciclici (cu excepția acizilor grași și a terpenelor);

2) compuși aliciclici (inclusiv tetracicline);

3) compuși aromatici;

4) chinone;

5) heterocicluri care conţin oxigen;

7) peptide.

Complet structura chimica stabilit pentru o treime din antibioticele cunoscute și doar jumătate dintre acestea pot fi obținute prin mijloace chimice. Prin urmare, metoda microbiologică de obținere a agenților antibiotici este foarte relevantă.

Sinteza antibioticelor de către microorganisme este una dintre manifestările antagonismului; asociată cu o anumită natură a metabolismului care a apărut și s-a consolidat în cursul evoluției sale, adică aceasta este o trăsătură ereditară, exprimată prin formarea uneia sau mai multor substanțe specifice, strict specifice fiecărui tip de substanțe antibiotice. Influențând o celulă microbiană străină, antibioticul provoacă tulburări semnificative în dezvoltarea acesteia. Unele dintre antibiotice sunt capabile să inhibe sinteza membranei celula bacterianaîn timpul sezonului de reproducere, alții acționează asupra membranei sale citoplasmatice, modificând permeabilitatea, unii dintre ei sunt inhibitori ai reacțiilor metabolice. În ciuda studiului intens al mecanismului de acțiune al diferitelor antibiotice, efectul acestora asupra metabolismului este departe de a fi pe deplin dezvăluit chiar și în celulele bacteriene, care sunt principalele obiecte de studiu.

În prezent, au fost descrise peste 3000 de antibiotice, dar doar 150 dintre ele și-au găsit utilizare practică. Mai jos vom lua în considerare tehnologia de producere a celor care aparțin produselor metabolice ale microorganismelor și și-au găsit aplicație în agricultură sub formă de aditivi furajeri adecvați (antibiotice furajere) și ca produse de protecție a plantelor.

De mulți ani, antibioticele au fost folosite ca stimulente de creștere pentru animalele de fermă și păsările de curte, ca mijloc de combatere a bolilor plantelor și a microflorei străine într-o serie de industrii de fermentație și ca conservanți alimentari. Utilizarea lor în agricultură duce la scăderea morbidității și mortalității, în special la animalele tinere, și la o accelerare a creșterii și dezvoltării animalelor și păsărilor de curte, și ajută la reducerea cantității de furaje consumate în medie cu 5-10%. Atunci când antibioticele sunt utilizate în creșterea porcilor, fiecare 1.000 de porci primește suplimentar 100-120 de cenți de carne și până la 15.000 de ouă pe an de la 1.000 de găini ouătoare. De asemenea, mecanismul acțiunii stimulatoare a substanțelor antibiotice nu poate fi considerat pe deplin elucidat. Aparent, efectul stimulator al expunerii la concentrații scăzute de antibiotice asupra organismului animalului este asociat în principal cu doi factori: impactul asupra microflorei intestinale sau un efect direct asupra organismului animalului. În primul caz, antibioticele contribuie la creșterea numărului de microorganisme benefice care sintetizează vitamine și prevalează asupra formelor patogene. Acestea reduc numărul de microbi dăunători organismului animal care utilizează substanțe biologic active și formează toxine care au forme patogene sau condiționat patogene. Antibioticele afectează microorganismele prezente în intestin, ajutând la crearea unor tulpini rezistente, mai puțin dăunătoare pentru animal, modificând metabolismul microbilor prezenți. Ele provoacă mișcarea microorganismelor în intestinele animalului; sub influența lor, există o scădere a infecțiilor subclinice, care încetinesc adesea dezvoltarea animalelor tinere, o scădere a pH-ului conținutului intestinal, o scădere a tensiunii superficiale a celulelor corpului, ceea ce ajută la accelerarea acestora. Divizia.

În al doilea caz, se observă sinergia acțiunii hormonilor în corpul animalului, cantitatea de hormoni de creștere crește, procesul de consum de alimente se accelerează, adaptabilitatea organismului la Condiții nefavorabile. Sub influența antibioticelor, necesarul de vitamine al animalului scade, crește sinteza vitaminelor de către țesuturi, este stimulată sinteza zaharurilor și a vitaminei A din caroten, crește viteza de sinteză a enzimelor și se formează mai puține produse secundare. În plus, capacitatea de absorbție a țesuturilor crește, iar consumul de metaboliți este stimulat.

Antibioticele furajere sunt utilizate sub formă de preparate brute, care sunt biomasă uscată a producătorului, care conțin, pe lângă antibiotic, aminoacizi, enzime, vitamine B și alte substanțe biologic active. Preparatele obtinute sunt standardizate in functie de activitatea sau cantitatea de substanta principala inclusa in compozitia lor, tinand cont sau nu de prezenta vitaminei B12 in aceasta. Toate antibioticele furajere produse:

a) nu sunt utilizate în scop terapeutic și nu provoacă rezistență încrucișată a bacteriilor la antibioticele utilizate în medicină;

b) practic nu sunt absorbite în sângele din tractul digestiv;

c) nu-și modifică structura în organism;

d) nu au o natură antigenică care să contribuie la apariţia alergiilor.

Cu utilizarea prelungită a aceluiași medicament, există riscul de a dezvolta microorganisme rezistente la antibiotice. Pentru a o preveni, substanțele antibiotice utilizate sunt schimbate periodic sau se folosește un amestec de antibiotice pentru a menține efectul obținut inițial la nivelul necesar.

În URSS, de câteva decenii, s-au produs preparate furajere pe bază de clortetraciclină - biovit, sau biomicină furajeră, cu conținut inițial diferit de antibiotic și vitamina B12. În prezent, producția de antibiotice furajere se bazează și pe alte preparate nemedicale, precum bacitracină, grisina, higromicină B etc.

În ultimii 20 de ani, antibioticele au fost folosite ca mijloc de combatere a diverșilor fitopatogeni. Sursele de infectare a plantelor cu microorganisme fitopatogene sunt diferite. Semințele plantei în sine, care merg la semănat, nu fac excepție. Impactul unei substanțe antibiotice se reduce la oprirea creșterii sau morții microorganismelor fitopatogenice în semințele și organele vegetative ale plantei.

Preparatele rezultate trebuie să fie foarte active împotriva agentului patogen din mediul plantei, inofensive în dozele utilizate pentru plantă, capabile să mențină activitatea antibiotică pentru timpul necesar și să pătrundă cu ușurință în țesuturile vegetale corespunzătoare.

Fitobacteriomicina, tricotecina și polimicina sunt printre cele mai utilizate substanțe antibiotice în lupta împotriva fitopatogenilor.

Utilizarea antibioticelor în industria alimentară poate reduce semnificativ durata tratamentului termic al diferitelor produse alimentare în timpul conservării lor. Și aceasta, la rândul său, asigură o mai mare siguranță a substanțelor biologic active prezente în ele, gustul și consistența produselor. Antibioticele utilizate afectează în principal bacteriile clostridiene și termofile rezistente la căldură. Ținuturile joase sunt în general recunoscute ca fiind cel mai eficient antibiotic pentru conservarea legumelor în Federația Rusă și în străinătate. Nu este toxic pentru oameni și vă permite să reduceți la jumătate timpul de tratament termic al legumelor. Tehnologia de producere a oricăror antibiotice în scopuri nemedicale, cu excepția celor utilizate în industria alimentară și a conservelor, este construită după o schemă unică care prevede toate etapele cultivării industriale aseptice a tulpinii producător și biosinteza antibioticului. , pretratarea lichidului de cultură, evaporarea lui în vid, uscarea și standardizarea produsului finit prin amestecare cu cantitatea necesară de umplutură. Ca acestea din urmă, se folosesc de obicei tărâțe, prăjituri din diverse culturi și alte substanțe de natură organică și anorganică.

Dinamica acumulării antibioticelor în lichidul de cultură în majoritatea covârșitoare a cazurilor are o formă tipică de dependență caracteristică biosintezei metaboliților secundari, adică formarea maximă a biomasei precede în timp formarea maximă a antibioticului. Prin urmare, în primele etape de cultivare, scopul producției este acumularea cantității necesare de biomasă (practic nu există antibiotic). Biosinteza antibioticului are loc în a doua etapă a cultivării de producție în principalele fermentatoare, iar timpul de biosinteză poate fi de 2-3 ori mai mare decât timpul petrecut la cultivarea tulpinii producător.

Referințe

1. Biotehnologie: atelier / S. A. Akimova, G. M. Firsov. - Volgograd: Universitatea Agrară de Stat Volgograd, 2013. - 108 p.

2. Shevelukha V.S., Kalashnikova E.A., Voronin E.S. etc Biotehnologia agricolă. - Manual. M.: facultate, 2008. - 469

3. Kalashnikova E.A., Kochieva E.Z., Mironova O.Yu. Atelier de biotehnologie agricolă, M.: KolosS, 2006, 149 p.

Găzduit pe Allbest.ru

Documente similare

Biosinteza alcaloizilor, izoprenoidelor și compușilor fenolici. Clasificări empirice (triviale), biochimice și funcționale ale metaboliților secundari, grupuri principale, modele de structură. Calea acetat-malonat pentru sinteza compușilor fenolici.

lucrare de termen, adăugată 21.10.2014


Producerea de produse de sinteză microbiană a primei și a doua faze, aminoacizi, acizi organici, vitamine. Producția pe scară largă de antibiotice. Producția de alcooli și polioli. Principalele tipuri de bioprocese. Ingineria metabolică a plantelor.

lucrare de termen, adăugată 22.12.2013


Bioobiect ca mijloc de producere a preparatelor medicinale, de diagnostic și profilactice; cerințe, clasificare. Imobilizarea enzimelor, purtători utilizați. Utilizarea enzimelor imobilizate. Rolul biologic al vitaminelor, producerea lor.

lucrare de control, adaugat 11.04.2015


Antioxidanți și inhibitori ai proceselor radicale și oxidative. peroxidarea lipidelor. Acțiune biologică vitamine. Studiu rol biologic metaboliți ai oxigenului activat. Determinarea concentrației proteinelor prin metoda Bradford.

lucrare de termen, adăugată 11.12.2013


Biotehnologia ca set de metode de utilizare a organismelor vii și a produselor biologice în sectorul de producție. Clonarea este reproducerea asexuată a celulelor vegetale și animale. Utilizarea microorganismelor pentru a obține energie din biomasă.

rezumat, adăugat 30.11.2009


caracteristici generale acizi alimentari. Caracteristicile biologice și chimice ale plantelor. Pregătirea materialului vegetal. Determinarea conținutului de acizi organici din sfecla de zahăr, cartofi, ceapă și morcovi. Regiunile de cultivare recomandate.

lucrare de termen, adăugată 21.04.2015


Antibioticele sunt produse ale activității vitale ale microorganismelor, modificări ale acestora, care au o activitate fiziologică ridicată în raport cu bacteriile: clasificare, structură chimică, grupe. Metode de izolare a antibioticelor din fluidul de cultură.

lucrare de control, adaugat 12.12.2011


Rolul drojdiei în ecosistemele naturale, perspectivele utilizării lor în diverse dezvoltări. Morfologia și metabolismul drojdiei, produse secundare. Metode de preparare a preparatelor de microorganisme. Biotehnologie, utilizare industrială a drojdiei.

lucrare de termen, adăugată 26.05.2009


Istoria descoperirii vitaminelor. Influență asupra organismului, semne și consecințe ale deficienței, principalele surse de vitamine A, C, D, E. Caracteristicile vitaminelor B: tiamină, riboflavină, acizi nicotinic și pantotenic, piridoxină, biotină, colină.

prezentare, adaugat 24.10.2012


Studiul funcțiilor proteinelor - macromoleculare materie organică construit din reziduuri de aminoacizi, care formează baza activității vitale a tuturor organelor. Valoarea aminoacizilor - substanțe organice care conțin grupări amine și carboxil.

Diauxia- apariția uneia sau mai multor faze de tranziție (adică temporare) de creștere în cultură. Acest lucru se întâmplă atunci când bacteriile se află într-un mediu care conține două sau mai multe surse alternative de hrană. Bacteriile folosesc adesea o sursă de preferință față de alta, până când prima este epuizată. Apoi bacteriile trec la o altă sursă de hrană. Cu toate acestea, creșterea încetinește vizibil chiar înainte de a avea loc o schimbare a sursei de hrană. Un exemplu este E. coli, o bacterie care se găsește în mod normal în intestine. Poate folosi glucoza sau lactoza ca sursa de energie si carbon. Dacă ambii carbohidrați sunt prezenți, se folosește mai întâi glucoza și apoi creșterea încetinește până când se produc enzimele care fermenta lactoză.

Formarea metaboliților primari și secundari

Metaboliți primari sunt produse metabolice necesare creșterii și supraviețuirii.
Metaboliți secundari- produse ale metabolismului care nu sunt necesare pentru creștere și nu sunt esențiale pentru supraviețuire. Cu toate acestea, ele îndeplinesc funcții utile și adesea protejează împotriva acțiunii altor microorganisme concurente sau inhibă creșterea acestora. Unele dintre ele sunt toxice pentru animale, deci pot fi folosite ca arme chimice. În cele mai active perioade de creștere, cel mai adesea nu se formează, dar încep să fie produse atunci când creșterea încetinește, când materialele de rezervă devin disponibile. Metaboliții secundari sunt niște antibiotice importante.

Măsurarea creșterii bacteriene și fungice în cultură

În secțiunea anterioară am analizat curba tipică de creștere bacteriană. Se poate aștepta ca aceeași curbă să caracterizeze creșterea drojdiei (ciuperci unicelulare) sau creșterea oricărei culturi de microorganisme.

Când se analizează creșterea bacteriilor sau drojdie, putem fie număra direct numărul de celule, fie măsura niște parametri care depind de numărul de celule, cum ar fi turbiditatea soluției sau degajarea gazului. De obicei, un număr mic de microorganisme sunt inoculate într-un mediu nutritiv steril și cultura este crescută într-un incubator la temperatura optimă de creștere. Restul condițiilor ar trebui să fie cât mai aproape de optim posibil (Secțiunea 12.1). Creșterea trebuie măsurată din momentul inoculării.

De obicei în cercetare ține de regula buna - efectuați experimentul în mai multe repetări și puneți probe de control acolo unde este posibil și necesar. Unele metode de măsurare a înălțimii necesită o anumită abilitate și chiar și în mâinile specialiștilor nu sunt foarte precise. Prin urmare, este logic să puneți, dacă este posibil, două mostre (o repetiție) în fiecare experiment. O mostră de control în care nu au fost adăugate microorganisme la mediul de cultură va arăta dacă lucrați într-adevăr steril. Cu suficientă experiență, poți deveni fluent în toate metodele descrise, așa că te sfătuim să le exersezi mai întâi înainte de a fi folosite în lucrul la proiect. Există două moduri de a determina numărul de celule, și anume prin numărarea fie a numărului de celule viabile, fie a numărului total de celule. Numărul de celule viabile este numărul numai de celule vii. Numărul total de celule este numărul total de celule vii și moarte; acest indicator este de obicei mai ușor de determinat.

A. DEFINIȚIE

Din punct de vedere al biogenezei, antibioticele sunt considerate metaboliți secundari. Metaboliții secundari sunt produse naturale cu greutate moleculară mică care sunt 1) sintetizate numai de anumite tipuri de microorganisme; 2) nu îndeplinesc nicio funcție evidentă în timpul creșterii celulare și se formează adesea după încetarea creșterii culturii; celulele care sintetizează aceste substanțe își pierd ușor capacitatea de sinteză ca urmare a mutațiilor; 3) sunt adesea formate ca complexe de produse similare.

Metaboliții primari sunt produșii normali ai metabolismului celular, cum ar fi aminoacizii, nucleotidele, coenzimele etc., necesari creșterii celulare.

B. RELAȚIA DINTRE PRIMAR

SI METABOLISMUL SECUNDAR

Studiul biosintezei antibioticelor constă în stabilirea secvenței reacțiilor enzimatice în timpul cărora unul sau mai mulți metaboliți primari (sau produși intermediari ai biosintezei lor) sunt transformați într-un antibiotic. Trebuie amintit că formarea metaboliților secundari, în special în cantități mari, este însoțită de modificări semnificative ale metabolismului primar al celulei, deoarece în acest caz celula trebuie să sintetizeze materia primă, să furnizeze energie, de exemplu sub formă de ATP și coenzime reduse. Nu este deci surprinzător că atunci când tulpinile care sintetizează antibiotice sunt comparate cu tulpini care nu sunt capabile să le sintetizeze, se găsesc diferențe semnificative în concentrațiile de enzime care nu sunt direct implicate în sinteza unui anumit antibiotic.

B. PRINCIPALE CĂI DE BIOSINTETICĂ

Reacțiile enzimatice din biosinteza antibioticelor nu diferă în principiu de reacțiile în care se formează metaboliți primari. Ele pot fi considerate ca o variație

reacții de biosinteză a metaboliților primari, desigur, cu unele excepții (de exemplu, există antibiotice care conțin o grupare nitro - grup functional, care nu se găsește niciodată în metaboliții primari și se formează prin oxidarea specifică a aminelor).

Mecanismele de biosinteză a antibioticelor pot fi împărțite în trei categorii principale.

1. Antibiotice derivate dintr-un singur metabolit primar. Calea biosintezei lor constă într-o succesiune de reacții care modifică produsul inițial în același mod ca și în sinteza aminoacizilor sau a nucleotidelor.

2. Antibioticele derivate din doi sau trei metaboliți primari diferiți care sunt modificați și condensați pentru a forma o moleculă complexă. Cazuri similare sunt observate în metabolismul primar în timpul sintezei anumitor coenzime, cum ar fi acidul folic sau coenzima A.

3. Antibiotice provenite din produsele de polimerizare a mai multor metaboliți similari cu formarea unei structuri de bază care poate fi modificată în continuare în timpul altor reacții enzimatice.

Ca urmare a polimerizării se formează patru tipuri de antibiotice: 1) antibiotice polipeptidice formate prin condensarea aminoacizilor; 2) antibiotice formate din unități de acetat-propionat în reacții de polimerizare similare reacției de biosinteză a acizilor grași; 3) antibiotice terpenoide derivate din unități de acetat în sinteza compușilor izoprenoizi; 4) antibiotice aminoglicozide formate în reacții de condensare similare reacțiilor de biosinteză a polizaharidelor.

Aceste procese sunt similare cu procesele de polimerizare care asigură formarea unor componente ale membranei și peretelui celular.

Trebuie subliniat că structura de bază obţinută prin polimerizare este de obicei modificată în continuare; i se poate alătura chiar și molecule produse prin alte căi de biosinteză. Antibioticele glicozide sunt deosebit de comune - produse de condensare a unuia sau mai multor zaharuri cu o moleculă sintetizată în calea 2.

D. SINTEZA FAMILIILOR DE ANTIBIOTICE

Adesea tulpinile de microorganisme sintetizează mai multe antibiotice apropiate din punct de vedere chimic și biologic care alcătuiesc o „familie” (complex de antibiotice). Formarea „familiilor” este caracteristică nu numai pentru biosinteză

Antibioticele sunt la fel proprietate comună metabolismul secundar asociat cu o „dimensiune destul de mare a produselor intermediare. Biosinteza complecșilor de compuși înrudiți se realizează în cursul următoarelor căi metabolice.

1. Biosinteza unui metabolit „cheie” într-una dintre căile descrise în secțiunea anterioară.

Rifamicină U

Orez. 6.1. Exemplu de arbore metabolic: biosinteza rifamicinei (a se vedea textul pentru explicații; formule structurale compușii corespunzători sunt prezentați în fig. 6.17 și 6.23).

2. Modificarea unui metabolit cheie folosind reacții destul de comune, de exemplu, prin oxidarea unei grupări metil la un alcool și apoi la o grupare carboxil, reducerea dublelor legături, dehidrogenare, metilare, esterificare etc.

3. Același metabolit poate fi substratul a două sau mai multe dintre aceste reacții, ducând la formarea a doi sau mai mulți produși diferiți, care la rândul lor pot suferi diverse transformări cu participarea enzimelor, dând naștere unui „arborele metabolic”.

4. Același metabolit poate fi format în două (sau mai multe) moduri diferite, în care numai
ordinea reacțiilor enzimatice, dând naștere „rețelei metabolice”.

Conceptele destul de deosebite ale arborelui metabolic și ale rețelei metabolice pot fi explicate prin următoarele exemple: biogeneza familiei rifamicinei (arborele) și eritromicinelor (rețeaua). Primul metabolit din biogeneza familiei rifamicinei este protorifamicină I (Fig. 6.1), care poate fi considerată un metabolit cheie. In secvență

reacții, a căror ordine este necunoscută, protorifamicină I este convertită în rifamicină W și rifamicină S, completând o parte a sintezei folosind o singură cale („trunchi” a copacului). Rifamicina S este punctul de plecare pentru ramificarea mai multor moduri alternative: condensarea cu un fragment de doi atomi de carbon dă naștere la rifamicină O și rafimicină L și B. Aceasta din urmă este transformată în rifamicină Y ca urmare a oxidării lanțului anza.în așa-numitul complex de rifamicină (rifamicină A, C, D și E). Oxidarea grupării metil la C-30 dă naștere la rifamicină R.

Metabolitul cheie al familiei eritromicinei este eritronolida B (Er.B), care este transformată în eritromicină A (cel mai complex metabolit) prin următoarele patru reacții (Fig. 6.2): ​​​​1) glicozilare la poziția 3 pu

cele de condensare cu micaroză (Mic.) (reacția I); 2) transformarea micarozei în cladinoză (clad.) ca rezultat al metilarii (reacția II); 3) conversia eritronolidei B în eritronolidă A (Er.A) ca rezultat al hidroxilării la poziţia 12 (reacţia III); 4) condensare cu deozamină (Des.) în poziţia 5 (reacţia IV).

Deoarece ordinea acestor patru reacții poate varia, sunt posibile căi metabolice diferite și, luate împreună, formează rețeaua metabolică prezentată în Fig. 6.2. Trebuie remarcat faptul că există și căi care sunt o combinație între un arbore și o rețea.

Metaboliții secundari sunt cei mai importanți compuși fiziologic activi din lumea plantelor. Numărul lor, studiat de știință, crește în fiecare an. În prezent, aproximativ 15% din toate speciile de plante au fost studiate pentru prezența acestor substanțe. De asemenea, au o activitate biologică ridicată în raport cu corpul animalelor și al oamenilor, ceea ce determină potențialul lor ca produse farmaceutice.

O trăsătură distinctivă a tuturor organismelor vii este că acestea suferă metabolism - metabolism. Este un set de reacții chimice care produc metaboliți primari și secundari.

Diferența dintre ele este că primele sunt caracteristice tuturor creaturilor (sinteza proteinelor, acizilor aminocarboxilici și nucleici, carbohidraților, purinelor, vitaminelor), în timp ce ultimele sunt caracteristice anumitor tipuri de organisme și nu participă la creșterea și reproducerea. proces. Cu toate acestea, ele îndeplinesc și anumite funcții.

În regnul animal, compușii secundari sunt rar produși; mai des intră în organism împreună cu alimentele vegetale. Aceste substanțe sunt sintetizate în principal în plante, ciuperci, bureți și bacterii unicelulare.

Semne și caracteristici

În biochimie, se disting următoarele semne principale ale metaboliților secundari de plante:

activitate biologică ridicată;

greutate moleculară mică (2-3 kDa);

producerea dintr-o cantitate mică de materii prime (5-6 aminoacizi pentru 7 alcaloizi);

sinteza este inerentă speciilor individuale de plante;

formarea în stadiile ulterioare de dezvoltare a unui organism viu.

Oricare dintre aceste caracteristici este opțională. Astfel, metaboliții fenolici secundari sunt produși la toate speciile de plante, iar cauciucul natural are un nivel ridicat greutate moleculară. Producerea metaboliților secundari în plante are loc numai pe baza proteinelor, lipidelor și carbohidraților sub influența diferitelor enzime. Astfel de compuși nu au propria lor modalitate de sinteză.

Au, de asemenea, următoarele caracteristici:

prezența în diferite părți ale plantei;

distribuție neuniformă în țesuturi;

localizarea în anumite compartimente ale cuștii pentru neutralizare activitate biologică metaboliți secundari;

prezența unei structuri de bază (în rolul său acționează cel mai adesea grupări hidroxil, metil, metoxil), pe baza căreia se formează alte variante de compuși;

tipuri diferite modificări de structură;

abilitatea de a trece la un formular inactiv, de „rezervare”;

lipsa participării directe la metabolism.

Metabolismul secundar este adesea considerat ca fiind capacitatea unui organism viu de a interacționa cu propriile enzime și material genetic. Procesul principal care are ca rezultat formarea compușilor secundari este disimilarea (descompunerea produselor de sinteză primară). În acest caz, se eliberează o anumită cantitate de energie, care este implicată în producerea de compuși secundari.

Funcții

Inițial, aceste substanțe au fost considerate deșeuri inutile ale organismelor vii. Acum este stabilit că joacă un anumit rol în procesele metabolice: