Выдержка из текста работы
Механизмы индукции и репрессии предохраняют клетку от напрасной траты аминокислот и энергии на образование ненужных в данных условиях ферментов. С другой стороны, если появляется необходимость, эти ферменты могут быстро синтезироваться.
Из многих тысяч ферментов микробные клетки в процессе роста способны синтезировать постоянно и не зависимо от питательной среды так называемые конститутивные ферменты (примером таких ферментов являются ферменты гликолиза, превращающие глюкозу в пируват) [2].
Другие ферменты, называемые адаптивными или индуцибельными, образуются только тогда, когда их субстраты (или структурные аналоги субстратов) присутствуют в среде. Например, клетки Е.соli., которые растут на среде с глюкозой, содержат только следы ферментов метаболизма лактозы. Если же эти клетки перенести в среду, содержащую в качестве единственного источника углерода лактозу, то можно наблюдать значительное повышение активности бетагалактозидазы. Этот фермент способен гидролизовать лактозу на D-галактозу и D-глюкозу. Это пример индукции фермента. Клетка получает возможность полностью усвоить лактозу в результате последовательной индукции ферментов, которые превращают лактозу в метаболиты, непосредственно используемые клеткой.
Индукция фермента — это относительное увеличение скорости синтеза фермента в ответ на появление химического соединения — индуктора. Явление индукции ферментов впервые было изучено лауреатами Нобелевской премии Ф. Жакобом и Ж.Моно [4].
Схема индукции на молекулярном уровне представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 — Схема индукции на молекулярном уровне
Различают конститутивные и индуцибельные ферменты. К конститутивным ферментам относят ферменты, которые синтезируются клеткой непрерывно, независимо от наличия в питательной среде соответствующего субстрата.
Индуцибельные (адаптивные) ферменты синтезируются бактериальной клеткой только при наличии в среде субстрата данного фермента. Например, р-галактозидаза кишечной палочкой на среде с глюкозой практически не образуется, но ее синтез резко увеличивается при выращивании палочек на среде с лактозой или другим галактозидом [3].
Ответ на вопрос №2. Роль вещества-предшественника при производстве вторичных метаболитов.
Из всех продуктов, получаемых с помощью микробных процессов, наибольшее значение имеют вторичные метаболиты. Вторичные метаболиты, называемые также идиолитами, это низкомолекулярные соединения, не требующиеся для роста в чистой культуре. Они производятся ограниченным числом таксономических групп и часто представляют собой смесь близкородственных соединений, относящихся к одной и той же химической группе. Если вопрос о физиологической роли вторичных метаболитов в клетках-продуцентах был предметом серьезных дискуссий, то их промышленное получение представляет несомненный интерес, так как эти метаболиты являются биологически активными веществами: одни из них обладают антимикробной активностью, другие являются специфическими ингибиторами ферментов, третьи — ростовыми факторами, многие обладают фармакологической активностью. К вторичным метаболитам относятся антибиотики, алкалоиды, гормоны роста растений и токсины. Фармацевтическая промышленность разработала сверхсложные методы скрининга (массовой проверки) микроорганизмов на способность продуцировать ценные вторичные метаболиты [5,8].
Микроорганизмы, производящие вторичные метаболиты, вначале проходят стадию быстрого роста, тропофазу, во время которой синтез вторичных веществ незначителен. По мере замедления роста из-за истощения одного или нескольких необходимых питательных веществ в культуральной среде микроорганизм переходит в идиофазу; именно в этот период синтезируются идиолиты. Идиолиты, или вторичные метаболиты, не играют явной роли в процессах метаболизма, они вырабатываются клетками для адаптации к условиям окружающей среды, например, для защиты. Их синтезируют не все микроорганизмы, а в основном нитчатые бактерии, грибы и спорообразующие бактерии. Таким образом, продуценты первичных и вторичных метаболитов относятся к разным таксономическим группам [3].
Особенности культурального роста этих микроорганизмов необходимо учитывать при производстве. Например, в случае антибиотиков большинство микроорганизмов в процессе тропофазы чувствительно к собственным антибиотикам, однако во время идиофазы они становятся к ним устойчивыми. Чтобы уберечь микроорганизмы, продуцирующие антибиотики, от самоуничтожения, важно быстро достичь идиофазы и затем культивировать микроорганизмы в этой фазе. Это достигается путем варьирования режимов культивирования и составом питательной среды на стадиях быстрого и медленного роста.
Культуры клеток и тканей растений считаются потенциальным источником специфических вторичных метаболитов, к которым относятся такие соединения, как алкалоиды, стероиды, масла и пигменты. Многие из этих веществ все еще получают путем экстракции из растений. Не ко всем видам растений в настоящее время применимы методы микробиологической промышленности. За исключением некоторых видов растений, суспензионные и каллусные культуры клеток синтезируют вторичные метаболиты в меньших количествах, чем целые растения. При этом рост биомассы в ферментере может быть значительным [4].
Новым подходом, направленным на увеличение выхода вторичных метаболитов, является иммобилизация клеток и тканей растений. Первая удачная попытка зафиксировать целые клетки была осуществлена в 1966 г. Мосбахом. Он зафиксировал клетки лишайника Umbilicaria pustulata в полиакриламидном геле. На следующий год ван Вецель выращивал клетки эмбрионов животных, иммобилизованных на микрошариках ДЭАЭ (диэтиламиноэтил сефадекса, на основе декстрана). После этого клетки были иммобилизованы на разных субстратах. В основном это были клетки микроорган……..
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Биология / Н.В.Чебышев, Г.Г. Гринева, М.В. Кобзарь, С.И. Гулянков // М. — 2000. — 230с.
2. Волова, Т.Г. Введение в биотехнологию / Т.Г. Волова. — Красноярск: ИПК СФУ, 2008. — 183с.
3. Евтушенков А.Н., Фомичев Ю.К. Введение в биотехнологию: Курс лекций:/ А.Н. Евтушенков, Ю.К. Фомичев. — Мн.: БГУ, 2002. — 105 с.
4. Елинов, Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов// Издательская фирма “Наука”, СПБ, 1995.- 600 с.
5. Лекарственное сырьё растительного и животного происхождения. Фармакогнозия: учебное пособие / под ред. Г.П.Яковлева // СПб.: СпецЛит, 2006. — 845 с.
6. «Микробиология: словарь терминов» / Фирсов Н.Н. // М: Дрофа.- 2006. — 320 с.
7. Сазыкин, Ю.О. Антибиотики как биохимические реагенты / Ю.О. Сазыкин // М.: ВИНИТИ, 1984.-203 с.
8. Шабарова З. А., Богданов А. А. Химические основы генетической инженерии / З.А. Шабарова, А.А. Богданов // М.: Изд-во МГУ. — 2004. — 224 с.
