Čo je biologická syntéza. Čo je biosyntéza v biológii? Otázky a úlohy na zopakovanie
Biologická syntéza proteínov je veľmi zložitý viacstupňový proces. Teraz sa dokázalo, že k biosyntéze proteínov nedochádza v jadre, ale v cytoplazme. DNA sa priamo nezúčastňuje na syntéze bielkovín. Úlohu sprostredkovateľa, ktorého funkciou je preložiť dedičnú informáciu o chemickom zložení a štruktúre proteínov uložených v DNA do polypeptidového reťazca určitého proteínu, plnia ribonukleové kyseliny (i-RNA, t-RNA). Messengerová RNA má veľký význam pri biosyntéze proteínov. Pôsobí ako matrica. Počet molekúl i-RNA vytvorených na DNA je určený počtom génov, ktoré riadia syntézu špecifických proteínov v konkrétnom organizme. Každý proteín potrebuje na syntézu vlastnú i-RNA, ktorej jedna molekula „odpíše“ nukleotidovú sekvenciu z úseku DNA rovnajúcej sa jednému génu a potom i-RNA prenesie túto informáciu do aminokyselinovej sekvencie v proteínovom polypeptidovom reťazci. . Messengerová RNA z jadra preniká do cytoplazmy a pôsobí na ribozómy vo vzťahu k proteínom ako matrica.
Biosyntéza bielkovín začína procesom nazývaným transkripcia (z angl. transkripcia – prepisovanie, kopírovanie). Poloha zapnutá špecifický gén Molekuly DNA sú syntetizované mRNA. Syntéza mRNA prebieha za pomoci mnohých enzýmov, ale hlavná úloha patrí RNA polymeráze, ktorá sa naviaže na východiskový bod transkripčnej iniciačnej molekuly DNA nazývanej promótor, rozvinie dvojitú špirálu a syntetizuje mRNA. Promótor je umiestnený pred génom a obsahuje asi 80 nukleotidov v eukaryotoch a asi 10 nukleotidov vo vírusoch a baktériách.
RNA polymeráza sa pohybuje pozdĺž génu a vedie k syntéze mRNA. Syntetizovaná molekula mRNA sa oddelí od DNA a znova sa spoja génové úseky, na ktorých táto kyselina vznikla. Koniec syntézy mRNA určuje miesto, ktoré sa nazýva terminátor. Promótorové a terminátorové nukleotidy rozpoznávajú špecifické proteíny, ktoré regulujú aktivitu RNA polymerázy.
Teraz sa dokázalo, že ako prvá sa syntetizuje prekurzorová mRNA, takzvaná pro-mRNA. Táto kyselina je väčšia ako mRNA a obsahuje fragmenty, ktoré nekódujú syntézu peptidového reťazca špecifického proteínu. Je to spôsobené tým, že v DNA spolu s oblasťami kódujúcimi rRNA, tRNA a polypeptidy existujú fragmenty, ktoré nenesú genetická informácia. Tieto fragmenty sa nazývajú intróny a kódujúce fragmenty sa nazývajú exóny. Po vytvorení pro-mRNA nastáva proces dozrievania mRNA, ktorý sa nazýva spracovanie. V procese dozrievania mRNA sa intróny odstraňujú špeciálnymi enzýmami a informatívne oblasti (exóny) sú navzájom prepojené v prísnom poradí pomocou ligázových enzýmov. Tento proces sa nazýva splicing (z anglického splice – spájať). Biologický význam a úloha intrónov zostáva nejasná. Zistilo sa však, že keď sa v DNA čítajú iba exóny, zrelá mRNA sa nevytvorí.
Ďalším krokom biosyntézy je translácia, ktorá sa vyskytuje v cytoplazme na ribozómoch. Jeho podstatou je, že sekvencia nukleopeptidov v mRNA je preložená do striktne usporiadanej sekvencie aminokyselín v syntetizovanej molekule proteínu. Tento proces prebieha za aktívnej účasti t-RNA a pozostáva z aktivácie aminokyselín a priamej syntézy proteínovej molekuly. Voľné aminokyseliny sú aktivované a pripojené k tRNA enzýmom aminoacyl-t-RNA-syntetály. Aktivované aminokyseliny tRNA sú dodávané do ribozómov. Tieto cytoplazmatické organely pozostávajú z dvoch subčastíc, z ktorých jedna má sedimentačnú konštantu 30 S, druhá 50 S. Molekula mRNA vystupuje z jadra do cytoplazmy a pripája sa k malej subčastici ribozómu. Signál pre transláciu je štartovací kodón AUG. Keď tRNA dodáva aktivovanú aminokyselinu do ribozómu, jej antikodón je spárovaný s komplementárnym kodónom mRNA. Akceptorový koniec tRNA so zodpovedajúcou aminokyselinou sa pripojí na povrch veľkej podjednotky ribozómu. Potom ďalšia tRNA dodá ďalšiu aminokyselinu atď. Molekula mRNA funguje na niekoľkých ribozómoch spojených tak, aby vytvorili polyzómy. Začiatok syntézy polypeptidového reťazca sa nazýva elongácia. Koniec syntézy polypeptidového reťazca sa nazýva terminácia. K ukončeniu dochádza, keď sa na mRNA objaví jeden z terminačných kodónov UAA, UAT alebo UGA.
pozri tiež
Luteinizačné a folikuly stimulujúce hormóny. Fyziologická úloha a mechanizmy regulácie
Úvod Nedávno boli identifikované nové črty práce gonadotropov prednej hypofýzy, týkajúce sa rôznych mechanizmov tvorby a sekrécie luteinizačného (LH) a fo...
Použitie mikrosatelitnej analýzy DNA na štúdium populácií pstruha potočného (Salmo Trutta L.) v riekach Abcházska
Úvod Pstruh potočný (Salmo trutta L.) je cenná úžitková ryba. V dôsledku neregulovaného rybolovu, vodných stavieb, znečistenia riek a pytliactva sa populácia pstruha potočného prudko znížila ...
Stručný popis mikroflóry Arktídy
ÚVOD Jedným z unikátnych biotopov extrémofilných mikroorganizmov je arktická zóna s jej neodmysliteľným permafrostom. Arktické moria sú iné...
Aktuálna strana: 7 (kniha má spolu 18 strán) [úryvok na čítanie: 12 strán]
4.1. Anabolizmus
Súbor reakcií biologickej syntézy sa nazýva výmena plastov alebo anabolizmus(z gréckeho anabole - stúpať). Názov tohto typu výmeny odráža jeho podstatu: z jednoduchých látok vstupujúcich zvonka do bunky vznikajú látky, ktoré sú podobné látkam bunky, t.j. asimilácia.
Všetky metabolické procesy v bunke a celom organizme prebiehajú pod kontrolou dedičného aparátu. Dá sa povedať, že všetky sú výsledkom implementácie genetickej informácie dostupnej v bunke.
Uvažujme o jednom z najdôležitejších procesov prejavu dedičnej informácie v priebehu metabolizmu plastov - biosyntéze bielkovín.
Implementácia dedičnej informácie - biosyntéza bielkovín
Ako už bolo uvedené, celá škála vlastností proteínových molekúl je v konečnom dôsledku určená primárnou štruktúrou, t. j. sekvenciou aminokyselín.
Aby mohol byť proteín syntetizovaný, musia byť informácie o sekvencii aminokyselín v jeho primárnej štruktúre doručené do ribozómov. Tento proces zahŕňa dva kroky prepis a vysielať.
Ryža. 4.1. Prepis
Prepis(z lat. transcriptio - prepisovanie) informácia vzniká syntetizovaním jednovláknovej molekuly RNA na jednom z reťazcov molekuly DNA, ktorej nukleotidová sekvencia sa presne zhoduje (komplementárna) s nukleotidovou sekvenciou matrice - polynukleotidovým reťazcom DNA. Existujú špeciálne mechanizmy na „rozpoznanie“ východiskového bodu syntézy, výber reťazca DNA, z ktorého sa informácie čítajú, ako aj mechanizmy na dokončenie procesu. Takto vzniká messenger RNA (obr. 4.1).
Vysielanie(z lat. translatio - prenos). Ďalším stupňom biosyntézy je translácia informácie obsiahnutej v nukleotidovej sekvencii (sekvencii kodónov) molekuly i-RNA do aminokyselinovej sekvencie polypeptidového reťazca – translácia.
V prokaryotoch (baktériách a modrozelených), ktoré nemajú dobre vytvorené jadro, sa ribozómy môžu viazať na novosyntetizovanú molekulu mRNA ihneď po jej oddelení od DNA alebo dokonca pred dokončením syntézy. U eukaryotov musí byť mRNA najskôr dodaná cez jadrový obal do cytoplazmy. Prenos sa uskutočňuje pomocou špeciálnych proteínov, ktoré tvoria komplex s molekulou RNA. Okrem transportu mRNA do ribozómov tieto proteíny chránia mRNA pred škodlivými účinkami cytoplazmatických enzýmov. V cytoplazme jeden z koncov mRNA (presne ten, z ktorého začala syntéza molekuly v jadre) vstupuje do ribozómu a začína syntéza polypeptidu.
Ribozóm sa pohybuje po molekule i-RNA nie plynulo, ale prerušovane, triplet po triplete (obr. 4.2). Keď sa ribozóm pohybuje pozdĺž molekuly mRNA, aminokyseliny zodpovedajúce mRNA tripletom sú pripojené jedna po druhej na polypeptidový reťazec. Presnú zhodu aminokyseliny s kódom tripletu i-RNA poskytuje t-RNA. Každá aminokyselina má svoju vlastnú t-RNA, ktorej jeden z tripletov je antikodón- je komplementárna k presne definovanému tripletu mRNA. Rovnakým spôsobom má každá aminokyselina svoj vlastný enzým, ktorý ju pripája k tRNA.
Ryža. 4.2. Vysielanie
Ryža. 4.3. Schéma prenosu dedičnej informácie z DNA na mRNA a proteín
Všeobecný princíp prenosu dedičnej informácie o štruktúre proteínových molekúl pri biosyntéze polypeptidového reťazca je znázornený na obrázku 4.3.
Po dokončení syntézy je polypeptidový reťazec oddelený od matrice - molekuly mRNA, stočený do špirály a potom získa terciárnu štruktúru charakteristickú pre tento proteín.
Molekula i-RNA sa môže použiť na syntézu polypeptidov mnohokrát, rovnako ako ribozóm. Popis prekladu a prepisu je tu uvedený veľmi zjednodušene. Malo by sa pamätať na to, že biosyntéza proteínov je mimoriadne zložitý proces spojený s účasťou mnohých enzýmov a výdajom veľkého množstva energie, ktorá výrazne prevyšuje množstvo energie vytvorených peptidových väzieb. Úžasná komplexnosť biosyntetického systému a jeho vysoká energetická náročnosť zaisťujú vysokú presnosť a usporiadanosť pri syntéze polypeptidov.
Biologická syntéza neproteínových molekúl v bunke prebieha v troch stupňoch. Najprv sa zistia informácie o štruktúre konkrétneho proteínového enzýmu a potom sa pomocou tohto enzýmu vytvorí molekula konkrétneho uhľohydrátu alebo lipidu. Podobným spôsobom vznikajú aj ďalšie molekuly: vitamíny, hormóny a iné.
Kotviace body
1. Hlavnou úlohou metabolických procesov je udržiavať stálosť vnútorného prostredia tela (homeostázy) v neustále sa meniacich podmienkach existencie.
2. Metabolizmus pozostáva z dvoch vzájomne súvisiacich procesov – asimilácie a disimilácie.
3. V bunke sú metabolické procesy spojené s rôznymi membránovými štruktúrami cytoplazmy.
4.2. Energetický metabolizmus - katabolizmus1. Čo je biologická syntéza? Uveďte príklady.
2. Definujte asimiláciu.
3. Čo je to genetický kód?
4. Formulujte hlavné vlastnosti genetického kódu.
5. Kde sa syntetizujú ribonukleové kyseliny?
6. Kde prebieha syntéza bielkovín?
7. Povedzte nám, ako prebieha syntéza bielkovín.
Opačným procesom k syntéze je disimilácia – súbor štiepiacich reakcií. Pri rozklade makromolekulových zlúčenín sa uvoľňuje energia potrebná na biosyntetické reakcie. Preto sa aj disimilácia nazýva metabolizmus bunkovej energie alebo katabolizmus(z gréckeho katabole – ničenie).
Ryža. 4.4. Schéma štruktúry ATP a jeho transformácie na ADP
Chemická energia živín je obsiahnutá v rôznych kovalentných väzbách medzi atómami v molekulách organických zlúčenín. Napríklad, keď sa preruší chemická väzba, ako je napríklad peptidová, uvoľní sa asi 12 kJ na 1 mol. V glukóze je množstvo potenciálnej energie obsiahnutej vo väzbách medzi atómami C, H a O 2800 kJ na 1 mol (t.j. na 180 g glukózy). Keď sa glukóza rozkladá, energia sa uvoľňuje postupne za účasti množstva enzýmov podľa konečnej rovnice:
C6H12O6 + 6O2 → 6H20 + 6CO2 + 2800 kJ
Časť energie uvoľnenej zo živín sa rozptýli vo forme tepla a časť sa akumuluje, teda akumuluje v energeticky bohatých fosfátových väzbách ATP.
Práve ATP zabezpečuje energiu pre všetky typy bunkových funkcií: biosyntézu, mechanickú prácu (delenie buniek, svalovú kontrakciu), aktívny transport látok cez membrány, udržiavanie membránového potenciálu v procese vedenia nervového vzruchu a vylučovanie rôznych tajomstiev.
Molekula ATP pozostáva z dusíkatej bázy adenínu, ribózového cukru a troch zvyškov kyseliny fosforečnej (obr. 4.4). Adenín, ribóza a prvý fosfát tvoria adenozínmonofosfát (AMP). Keď sa k prvému fosfátu pridá druhý fosfát, získa sa adenozíndifosfát (ADP). Energeticky najnáročnejšia je molekula s tromi zvyškami kyseliny fosforečnej (ATP). Štiepenie koncového fosfátu ATP je sprevádzané uvoľnením 40 kJ namiesto 12 kJ, ktoré sa uvoľní pri prerušení obvyklých chemických väzieb.
Vďaka energeticky bohatým väzbám v molekulách ATP dokáže bunka uložiť veľké množstvo energie na veľmi malom priestore a vydať ju podľa potreby. K syntéze ATP dochádza hlavne v mitochondriách. Odtiaľ molekuly ATP vstupujú do rôznych častí bunky a poskytujú energiu pre metabolické procesy.
Etapy energetického metabolizmu. Energetický metabolizmus sa zvyčajne delí na tri stupne. Prvé štádium - prípravný. V tomto štádiu sa molekuly di- a polysacharidov, tukov, bielkovín rozkladajú na malé molekuly - glukózu, glycerol a mastné kyseliny, aminokyseliny; veľké molekuly nukleových kyselín – na nukleotidy. V tejto fáze sa uvoľňuje malé množstvo energie, ktorá sa rozptýli vo forme tepla.
Druhá fáza - anoxický. Nazýva sa tiež anaeróbne dýchanie (glykolýza ) alebo fermentácia. Termín "fermentácia" sa zvyčajne používa v súvislosti s procesmi vyskytujúcimi sa v bunkách mikroorganizmov alebo rastlín. Látky vznikajúce v tomto štádiu v cytoplazme buniek za účasti enzýmov podliehajú ďalšiemu štiepeniu. Napríklad vo svaloch sa v dôsledku anaeróbneho dýchania molekula glukózy rozpadne na dve molekuly kyseliny pyrohroznovej (C 3 H 4 O 3), ktoré sa potom redukujú na kyselinu mliečnu (C 3 H 6 O 3). Kyselina fosforečná a ADP sa podieľajú na rozklade glukózy. V súhrne to vyzerá takto:
C6H1206 + 2H3RO4 + 2ADP → 2C3H603 + 2ATP + 2H20
V kvasinkových hubách sa molekula glukózy bez účasti kyslíka premieňa na etylalkohol a oxid uhličitý (alkoholová fermentácia):
C6H1206 + 2H3RO4 + 2ADP → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP + 2H20
V iných mikroorganizmoch môže glykolýza skončiť tvorbou acetónu, kyseliny octovej atď.
Vo všetkých prípadoch je rozpad jednej molekuly glukózy sprevádzaný tvorbou dvoch molekúl ATP. Pri bezkyslíkovom rozklade glukózy vo forme chemickej väzby sa 40 % energie uloží do molekuly ATP a zvyšok sa rozptýli vo forme tepla.
Tretia etapa energetického metabolizmu - štádium aeróbneho dýchania, alebo rozklad kyslíka. Reakcie tohto štádia energetického metabolizmu prebiehajú v mitochondriách. S prístupom kyslíka do bunky sa látky vzniknuté v predchádzajúcom štádiu oxidujú na konečné produkty - H 2 O a CO 2 . Dýchanie kyslíka je sprevádzané uvoľňovaním veľkého množstva energie a jej akumuláciou v molekulách ATP. Celková rovnica pre aeróbne dýchanie vyzerá takto:
2C3H603 + 602 + 36H3RO4 + 36ADP → 6CO2 + 42H20 + 36ATP
Keď sa teda oxidujú dve molekuly kyseliny mliečnej, vytvorí sa 36 molekúl ATP. V dôsledku toho hrá aeróbne dýchanie hlavnú úlohu pri zásobovaní bunky energiou.
Podľa spôsobu získavania energie sa všetky organizmy delia do dvoch skupín – autotrofné a heterotrofné.
4.3. Autotrofný typ metabolizmuAutotrofy- sú to organizmy, ktoré zabezpečujú výživu (t.j. prijímajú energiu) vďaka anorganickým zlúčeninám. Patria sem niektoré baktérie a všetky zelené rastliny. Podľa toho, aký zdroj energie využívajú autotrofné organizmy na syntézu organických zlúčenín, sa delia na dve skupiny: fototrofy a chemotrofy.
Ryža. 4.5. Schéma procesu fotosyntézy
Pre fototrofy slúži svetlo ako zdroj energie a chemotrofy využívajú energiu uvoľnenú počas redoxných reakcií. Zelené rastliny sú fototrofy. Pomocou chlorofylu obsiahnutého v chloroplastoch uskutočňujú fotosyntézu – premenu svetelnej energie na energiu chemických väzieb.
Fotosyntéza. Fotosyntéza je tvorba organických (a anorganických) molekúl z anorganických pomocou energie slnečného žiarenia. Tento proces pozostáva z dvoch fáz - svetlo a tmavé(obr. 4.5).
Vo svetelnej fáze svetelné kvantá – fotóny – interagujú s molekulami chlorofylu, v dôsledku čoho tieto molekuly na veľmi krátky čas prechádzajú do energeticky bohatšieho „vzrušeného“ stavu. Potom sa prebytočná energia časti excitovaných molekúl chlorofylu premení na teplo alebo sa vyžaruje vo forme svetla. Ďalšia jeho časť sa prenesie na vodíkové ióny H +, ktoré sú vždy prítomné vo vodnom roztoku v dôsledku disociácie vody.
H 2 O → H + + OH -
Vzniknuté atómy vodíka (H 0) sú voľne spojené s organickými molekulami – nosičmi vodíka. Hydroxylové ióny OH - darujú svoje elektróny iným molekulám a menia sa na voľné radikály OH 0. Radikály OH 0 sa navzájom ovplyvňujú, čo vedie k tvorbe vody a molekulárneho kyslíka:
4OH -» 02 + 2H20
Zdrojom molekulárneho kyslíka, ktorý vzniká pri fotosyntéze a uvoľňuje sa do atmosféry, je teda voda, ktorá sa štiepi v dôsledku fotolýzy – rozkladu vody vplyvom svetla. Okrem fotolýzy vody sa vo svetelnej fáze využíva svetelná energia na syntézu ATP z ADP a fosfátu bez účasti kyslíka.
Ide o veľmi efektívny proces: v chloroplastoch sa tvorí 30-krát viac ATP ako v mitochondriách tých istých rastlín za účasti kyslíka. Týmto spôsobom sa akumuluje energia potrebná pre procesy prebiehajúce v temnej fáze fotosyntézy.
V komplexe chemických reakcií tmavej fázy, na ktorú nie je potrebné svetlo, zastáva kľúčové miesto väzba CO 2 . Tieto reakcie zahŕňajú molekuly ATP syntetizované počas svetelnej fázy a atómy vodíka vytvorené počas fotolýzy vody a spojené s molekulami nosiča:
6CO2 + 24H → C6H1206 + 6H20
Takže energia slnečného žiarenia sa premieňa na energiu chemických väzieb zložitých organických zlúčenín.
Ako je uvedené vyššie, vedľajším produktom fotosyntézy v zelených rastlinách je molekulárny kyslík uvoľňovaný do atmosféry. Voľný kyslík v atmosfére je silným faktorom pri premene látok. Jeho vzhľad slúžil ako predpoklad pre vznik aeróbneho typu metabolizmu na našej planéte a pre vznik života na súši.
Chemosyntéza. Niektoré baktérie, ktorým chýba chlorofyl, sú tiež schopné syntetizovať organické zlúčeniny, pričom využívajú energiu chemických reakcií. anorganické látky. Premena energie chemických reakcií na chemickú energiu syntetizovaných organických zlúčenín je tzv chemosyntéza.
Chemosyntézu objavil významný ruský mikrobiológ S. N. Vinogradsky (1887).
Do skupiny autotrofov-chemosyntetikov (chemotrofy) zahŕňajú nitrifikačné baktérie. Niektoré využívajú energiu oxidácie amoniaku na kyselinu dusičnú, iné využívajú energiu oxidácie kyseliny dusičnej na kyselinu dusičnú. Sú známe chemosyntetiká, ktoré získavajú energiu z oxidácie železnatého železa na železité železo („železné baktérie“) alebo z oxidácie sírovodíka na kyselinu sírovú („sírne baktérie“). Fixáciou atmosférického dusíka, premenou minerálov na rozpustnú formu, ktorú asimilujú rastliny, hrajú chemosyntetické baktérie dôležitú úlohu v kolobehu látok v prírode.
Heterotrofný typ metabolizmu. Organizmy, ktoré nie sú schopné samy syntetizovať organické zlúčeniny z anorganických, musia byť dodané z prostredia. Takéto organizmy sú tzv heterotrofy. Patria sem väčšina baktérií, húb a všetky živočíchy. Zvieratá jedia iné živočíchy a rastliny a s potravou prijímajú hotové sacharidy, tuky, bielkoviny a nukleové kyseliny. V priebehu života sa tieto látky odbúravajú. Z časti molekúl uvoľnených pri tom - glukózy, aminokyselín, nukleotidov atď., sa syntetizujú zložitejšie organické zlúčeniny charakteristické pre tento organizmus - glykogén, tuky, bielkoviny, nukleové kyseliny. Ďalšia časť molekúl sa rozštiepi a uvoľnená energia sa v tomto prípade využije na celý život.
V bunkách nepretržite prebiehajú procesy biosyntézy. Pomocou enzýmov sa pomerne jednoduché organické látky premieňajú na komplikované vysokomolekulárne: bielkoviny sa tvoria z aminokyselín, multimolekulové sacharidy z jednoduchých sacharidov, nukleotidy z dusíkatých báz a sacharidov, DNA a RNA z nukleotidov. Všetky reakcie biosyntézy v organizme sa nazývajú asimilácia. Opačným procesom, ktorý zahŕňa deštrukciu organických zlúčenín, je disimilácia. Energia získaná z disimilačných reakcií je nevyhnutná pre proces biosyntézy.
Kotviace body
1. Metabolizmus pozostáva z dvoch úzko prepojených a opačne smerovaných procesov: asimilácie a disimilácie.
2. Prevažná väčšina životných procesov prebiehajúcich v bunke vyžaduje energiu vo forme ATP.
3. Rozklad glukózy v aeróbnych organizmoch, pri ktorom po bezkyslíkatom kroku nasleduje rozklad kyseliny mliečnej za účasti kyslíka, je 18-krát energeticky efektívnejší ako anaeróbna glykolýza.
4. Najúčinnejšia forma fotosyntézy je tá, ktorá využíva vodu ako zdroj vodíka.
Skontrolujte si otázky a úlohy
1. Čo je disimilácia? Opíšte fázy disimilácie.
2. Aká je úloha ATP v bunkovom metabolizme?
3. Povedzte nám o energetickom metabolizme v bunke na príklade rozkladu glukózy.
4. Aké druhy výživy organizmov poznáte?
5. Ktoré organizmy sa nazývajú autotrofné?
6. Opíšte svetlú a tmavú fázu fotosyntézy.
7. Prečo sa v dôsledku fotosyntézy u zelených rastlín uvoľňuje do atmosféry voľný kyslík?
8. Čo je chemosyntéza?
9. Ktoré organizmy sa nazývajú heterotrofné? Uveďte príklady.
Použitím slovná zásoba nadpisy „Terminológia“ a „Súhrn“ preložte do angličtiny odseky „Referenčné body“.
Terminológia
Kapitola 4 Prehľad učeniaOtázky na diskusiu
Ktoré organizmy sa nazývajú autotrofy? Do akých skupín sa delia autotrofy?
Aký je mechanizmus tvorby voľného kyslíka v dôsledku fotosyntézy v zelených rastlinách? Aký je biologický a ekologický význam tohto procesu?
Kde, v dôsledku akých premien molekúl a v akom množstve vzniká ATP v živých organizmoch?
Základné ustanovenia
Podstatou metabolizmu je premena hmoty a energie.
Metabolické reakcie sú zložené zo vzájomne prepojených, ale viacsmerných procesov asimilácie a disimilácie, ktorých konzistencia zabezpečuje homeostázu organizmu.
Genetický kód je historicky založená organizácia molekúl DNA a RNA, v ktorej sú dedičné informácie o znakoch a vlastnostiach organizmu obsiahnuté v sekvencii nukleotidov.
Energetický metabolizmus organizmu alebo bunky zahŕňa tri stupne: prípravné - štiepenie potravinových biopolymérov na monoméry, bezkyslíkové štiepenie - na medziprodukty a štiepenie kyslíka - na konečné produkty. Len posledné dve fázy sú sprevádzané tvorbou ATP.
Problémové oblasti
Ako sa realizujú dedičné informácie o vlastnostiach a vlastnostiach vírusov obsahujúcich DNA a RNA?
Aký je biologický význam redundancie genetického kódu?
Ako sa realizuje dedičná informácia o štruktúre a funkciách neproteínových molekúl syntetizovaných v bunke?
Myslíte si, že je možné zvýšiť efektivitu fotosyntézy?
Aplikované aspekty
Ako si myslíte, ako môžete zvýšiť efektivitu fotosyntézy v zelených rastlinách?
Aké príklady charakterizujú využitie metabolických vlastností živých organizmov v medicíne, poľnohospodárstvo a iné odvetvia, môžete viesť?
Úlohy
Napíšte reakčné rovnice pre svetlú a tmavú fázu fotosyntézy. Označte spôsoby prenosu elektrónov a protónov.
Opíšte rôzne reakcie anoxického rozkladu glukózy v anaeróbnych a aeróbnych organizmoch.
Opíšte proces štiepenia organických molekúl za účasti kyslíka v bunkách aeróbnych organizmov.
Kapitola 5
Pre najrozmanitejšie elementárne časti organizmov existuje všeobecný princíp štruktúry a vývoja a týmto princípom je tvorba buniek.
T. Schwann
Biochemické premeny sú neoddeliteľne spojené s tými štruktúrami živej bunky, ktoré sú zodpovedné za vykonávanie určitej funkcie. Takéto štruktúry sa nazývajú organoidy, pretože ako orgány celého organizmu vykonávajú špecifickú funkciu. Moderné metódyštúdie umožnili biológom zistiť, že podľa štruktúry bunky by sa všetky živé bytosti mali rozdeliť na organizmy „nejadrové“ - prokaryoty (doslova - predjadrové) a "jadrové" - eukaryoty. Skupina prokaryotov zahŕňa všetky baktérie a modrozelené (kyanidy) a skupina eukaryotov zahŕňa huby, rastliny a zvieratá.
V súčasnosti sa rozlišujú dve úrovne bunkovej organizácie: prokaryotická a eukaryotická. Prokaryotické organizmy si zachovávajú črty najhlbšieho staroveku: sú veľmi jednoducho usporiadané. Na tomto základe sa delia na samostatné kráľovstvo. Eukaryotické organizmy obsahujú jadro ohraničené obalom a tiež komplexne usporiadané „energetické stanice“ – mitochondrie. Inými slovami, všetky „jadrové“ bunky – eukaryoty – sú vysoko organizované, prispôsobené spotrebe kyslíka a preto dokážu vyprodukovať veľké množstvo energie.
5.1. prokaryotická bunkaBaktérie sú typické prokaryotické bunky. Žijú všade: vo vode, v pôde, v potravinách. Žijú v najhlbšej panve oceánu a na najvyššom horskom vrchole Zeme - Evereste, nachádzajú sa v ľade Arktídy a Antarktídy, v podzemných zdrojoch horúcej vody, vo vyšších vrstvách atmosféry. Už tento zoznam životných podmienok ukazuje, aký vysoký stupeň adaptability majú prokaryotické organizmy napriek jednoduchosti ich štruktúry. Baktérie sú primitívne formy života a dá sa predpokladať, že patria k druhu živých bytostí, ktoré sa objavovali v najskorších štádiách vývoja života na Zemi.
Baktérie zrejme pôvodne žili v moriach; z nich pravdepodobne vznikli moderné mikroorganizmy. Človek sa zoznámil so svetom mikróbov pomerne nedávno, až potom, čo sa naučil vyrábať šošovky (XVII. storočie), ktoré dávajú pomerne silný nárast. Rozvoj techniky v nasledujúcich storočiach umožnil podrobne študovať baktérie a iné prokaryotické organizmy.
Zastavme sa pri štruktúrnych znakoch bakteriálnej bunky (obr. 5.1). Veľkosti bakteriálnych buniek sa značne líšia: od 1 do 10–15 µm. V tvare sa rozlišujú sférické bunky - koky, predĺžené - palice alebo bacily a stočené - spirilla (obr. 5.2). V závislosti od toho, ku ktorému druhu mikroorganizmy patria, existujú buď jednotlivo, alebo tvoria charakteristické zhluky. Napríklad streptokok, ktorý spôsobuje zápalové ochorenia u ľudí a zvierat, tvorí reťazce niekoľkých bakteriálnych buniek; stafylokok, ktorý postihuje dýchacie cesty u detí, rastie vo forme útvarov pripomínajúcich strapec hrozna. Podľa povahy takýchto akumulácií bakteriálnych buniek a zvláštností ich životnej aktivity môžu mikrobiológovia určiť, ku ktorému druhu izolovaný mikroorganizmus patrí.
Ryža. 5.1. Schéma štruktúry prokaryotických buniek
Ryža. 5.2. Tvar a relatívna poloha baktérií: 1 - tyčinky, 2-4 - koky, 5 - spirilla
Hlavným znakom štruktúry baktérií je absencia jadra ohraničeného škrupinou. Ich dedičná informácia je obsiahnutá v jednom chromozóme. Bakteriálny chromozóm pozostávajúci z jedinej molekuly DNA má tvar kruhu a je ponorený do cytoplazmy. DNA v baktériách netvorí komplexy s proteínmi, a preto drvivá väčšina dedičných sklonov – génov, ktoré tvoria chromozóm „funguje“, čiže dedičná informácia sa z nich priebežne číta. Bakteriálna bunka je obklopená membránou (pozri obr. 5.1), ktorá oddeľuje cytoplazmu od bunkovej steny, tvorenej komplexnou heteropolymérnou látkou. V cytoplazme je málo membrán. Obsahuje ribozómy, ktoré syntetizujú proteíny. Všetky enzýmy, ktoré zabezpečujú životne dôležité procesy baktérií, sú difúzne rozptýlené po celej cytoplazme alebo sú pripojené k vnútornému povrchu membrány. V mnohých mikroorganizmoch sa vnútri bunky ukladajú rezervné látky – polysacharidy, tuky, polyfosfáty. Tieto látky, ktoré sú súčasťou metabolických procesov, môžu predĺžiť životnosť bunky v neprítomnosti vonkajších zdrojov energie.
baktérie sa množia delenie na dve časti. Po reduplikácii prstencového chromozómu a predĺžení bunky sa postupne vytvorí priečna priehradka a potom sa dcérske bunky rozchádzajú alebo zostávajú spojené do charakteristických skupín - reťazcov, obalov a pod.. Niekedy reprodukcii predchádza pohlavný proces, podstata tzv. ktorým je výmena genetického materiálu a vznik nových kombinácií génov na bakteriálnom chromozóme.
Ryža. 5.3. Zrelá spóra v bakteriálnej bunke
Mnoho baktérií má sporulácia. Spory vznikajú väčšinou vtedy, keď je nedostatok živiny alebo keď sa metabolické produkty hromadia v nadbytku v prostredí. Sporulácia začína oddelením časti cytoplazmy od materskej bunky. Nešnurovaná časť obsahuje chromozóm a je obklopená membránou (obr. 5.3). Potom je spór obklopený bunkovou stenou, často viacvrstvovou. Procesy vitálnej aktivity vo vnútri spór prakticky prestávajú. Bakteriálne spóry v suchom stave sú veľmi stabilné a môžu zostať životaschopné po mnoho stoviek a dokonca tisícok rokov, pričom odolávajú prudkým teplotným výkyvom. Príkladom toho sú spóry nájdené v starovekých pohrebiskách (múmie starých Egypťanov, zásoby potravy v rôznych jaskyniach) pri sterilnom vŕtaní ľadu obklopujúceho južný pól. Po dosiahnutí priaznivých podmienok sa spóry premenia na aktívnu bakteriálnu bunku. Mikrobiológovia vypestovali kolónie mikroorganizmov zo spór zachytených vo vzorke ľadu starej 10 000 až 12 000 rokov.
Spóry patogénnych baktérií, ktoré ležali spiace mnoho rokov v zemi a padali do vody (pri rôznych druhoch zavlažovacích opatrení), môžu spôsobiť prepuknutie infekčných chorôb. Takže napríklad tyčinky antraxu zostávajú životaschopné a zostávajú vo forme spór viac ako 30 rokov.
Sporulácia u prokaryotov je teda fázou životného cyklu, ktorá zabezpečuje prežitie nepriaznivých podmienok prostredia. Okrem toho v stave spór môže dôjsť k šíreniu mikroorganizmov pomocou vetra a iných prostriedkov.
V súčasnosti sa rozlišujú dve úrovne bunkovej organizácie: prokaryotická a eukaryotická. V prokaryotických organizmoch zostalo mnoho starých znakov vrátane jednoduchosti ich štruktúry. Nemajú teda žiadne jadrá oddelené od protoplazmy membránou, žiadnu špeciálnu schopnosť reprodukovať organely a žiadne útvary podobné kostre v cytoplazme. Kvôli týmto vlastnostiam sú vylúčené do samostatného kráľovstva prokaryotických mikroorganizmov. Eubaktérie a cianobaktérie sú považované za najvýznamnejších predstaviteľov tohto Kráľovstva a archeobaktérie zostali najpodobnejšie starovekým predkom.
Kotviace body
1. U prokaryotov je genetický materiál bunky reprezentovaný jednou kruhovou molekulou DNA.
2. Všetky baktérie, modrozelené a mykoplazmy sú haploidné, to znamená, že obsahujú jednu kópiu génov.
3. V bunkách prokaryotických organizmov sa prakticky nenachádzajú žiadne vnútorné membrány, preto je väčšina enzýmov difúzne distribuovaná po celej cytoplazme.
Skontrolujte si otázky a úlohy
1. Čo sú to bunkové organely?
2. Z čoho vychádza rozdelenie všetkých živých organizmov na dve skupiny – prokaryoty a eukaryoty?
3. Aké organizmy sú prokaryoty?
4. Opíšte stavbu bakteriálnej bunky.
5. Ako sa baktérie rozmnožujú?
6. Čo je podstatou procesu tvorby spór u baktérií?
Pomocou slovnej zásoby nadpisov „Terminológia“ a „Súhrn“ preložte do angličtiny odseky „Referenčné body“.
Terminológia
Pre každý výraz uvedený v ľavom stĺpci vyberte zodpovedajúcu definíciu uvedenú v pravom stĺpci v ruštine a angličtine.
Vyberte správnu definíciu pre každý výraz v ľavom stĺpci z anglických a ruských variantov uvedených v pravom stĺpci.
Otázky na diskusiu
Aký význam majú prokaryoty v biocenózach? Aká je ich ekologická úloha?
Ako patogénne mikroorganizmy ovplyvňujú stav makroorganizmu (hostiteľa)?
Metabolizmus a premena energie sú základom vitálnej aktivity buniek. Energetický metabolizmus v bunke a jeho podstata. Hodnota ATP v energetickom metabolizme.
výmena plastov. Fotosyntéza. Spôsoby zvýšenia produktivity poľnohospodárskych rastlín. Biosyntéza bielkovín. Gén a jeho úloha v biosyntéze. DNA kód. Reakcia syntézy matrice. Vzťah medzi procesmi plastického a energetického metabolizmu.
Otázky na samovyšetrenie:
Čo je biologická syntéza? Uveďte príklady.
Definujte asimiláciu.
Aký je genetický kód? Formulovať hlavné vlastnosti genetického kódu?
Kde sa syntetizujú ribonukleové kyseliny?
Kde prebieha syntéza bielkovín? Povedzte nám, ako prebieha syntéza 6elky.
Čo je disimilácia? Opíšte fázy disimilácie.
Aká je úloha ATP v bunkovom metabolizme?
Povedzte nám o energetickom metabolizme v bunke na príklade rozkladu glukózy.
Aké druhy potravinových organizmov poznáte? Ktoré organizmy sa nazývajú autotrofy? Na aké skupiny sa delia autotrofné organizmy?
Popíšte svetlú a tmavú fázu fotosyntézy.
Prečo fotosyntéza v zelených rastlinách uvoľňuje voľný kyslík do atmosféry?
Čo je chemosyntéza?
Uveďte príklady fotosyntetických organizmov.
Ktoré organizmy sa nazývajú heterotrofy? Uveďte príklady.
Časť 4. Rozmnožovanie živých organizmov
Schopnosť rozmnožovania alebo sebarozmnožovania je jednou z najdôležitejších charakteristík organickej prírody. Rozmnožovanie je vlastnosť vlastná všetkým živým organizmom bez výnimky – od baktérií po cicavce. Existencia akéhokoľvek druhu živočíchov a rastlín, baktérií a húb, kontinuita medzi rodičovskými jedincami a ich potomkami sa udržiava iba rozmnožovaním.
Nevyhnutnou podmienkou rozmnožovania je dedičnosť, t.j. schopnosť reprodukovať vlastnosti a vlastnosti rodičov.
Sú známe rôzne formy rozmnožovania, ale všetky možno rozdeliť do dvoch typov: sexuálne a asexuálne.
Sexuálne rozmnožovanie sa nazýva zmena generácií a vývoj organizmov na základe špecializovaných - zárodočných buniek vytvorených v pohlavných žľazách. V evolúcii reprodukcie bola najprogresívnejšia metóda, pri ktorej vzniká nový organizmus ako výsledok splynutia dvoch zárodočných buniek vytvorených rôznymi rodičmi. U bezstavovcov sa však spermie a vajíčka často tvoria v tele jedného organizmu. Takýto jav – bisexualita – sa nazýva hermafroditizmus. Kvitnúce rastliny sú tiež obojpohlavné. Existujú prípady, keď sa nový organizmus nemusí nevyhnutne objaviť ako výsledok fúzie zárodočných buniek. U niektorých druhov zvierat a rastlín sa vývoj pozoruje z neoplodneného vajíčka. Takáto reprodukcia sa nazýva panenská alebo partenogenetická.
Nepohlavné rozmnožovanie sa vyznačuje tým, že z nepohlavného sa vyvinie nový jedinec ( somatické) bunky.
Otázky na samovyšetrenie:
Aké metódy reprodukcie poznáte? Čo je sexuálna reprodukcia?
Ktoré organizmy sa rozmnožujú nepohlavne? Aké formy nepohlavného rozmnožovania poznáte? Uveďte príklady.
Prečo sú potomkovia nepohlavného rozmnožovania geneticky podobní jeden druhému a rodičovi?
Ako sa sexuálna reprodukcia líši od nepohlavnej reprodukcie? Uveďte rozdiel medzi meiózou a mitózou.
Aký je biologický význam meiózy? Prečo zrelé zárodočné bunky toho istého organizmu nesú rôzne kombinácie génov?
Obsahuje evolučné výhody sexuálnej reprodukcie oproti nepohlavnej?
DNA – nositeľka všetkej genetickej informácie v bunke – sa priamo nezúčastňuje na syntéze bielkovín (realizácii tejto dedičnej informácie). V živočíšnych a rastlinných bunkách sú molekuly DNA oddelené jadrovou membránou od cytoplazmy, kde sa syntetizujú proteíny. Z jadra sa do ribozómov - miest zostavenia proteínov - posiela sprostredkovateľ, ktorý nesie skopírované informácie a je schopný prejsť cez póry jadrovej membrány. Messenger RNA, ktorá sa podieľa na matricových reakciách, je takým sprostredkovateľom.
Matricové reakcie sú reakcie na syntézu nových zlúčenín na báze „starých“ makromolekúl, ktoré fungujú ako matrica, teda forma, model na kopírovanie nových molekúl. Matricové reakcie na realizáciu dedičnej informácie, na ktorých sa podieľajú DNA a RNA, sú:
1. replikácia DNA- zdvojenie molekúl DNA, vďaka čomu sa prenos genetickej informácie uskutočňuje z generácie na generáciu. Materská DNA je šablóna.
2. Prepis(lat. prepis- prepisovanie) je syntéza molekúl RNA podľa princípu komplementarity na templáte jedného z reťazcov DNA. Vyskytuje sa v jadre pôsobením enzýmu DNA-dependentnej RNA polymerázy. Messenger RNA je jednovláknová molekula a gén je skopírovaný z jedného vlákna dvojvláknovej molekuly DNA. Jazyk DNA tripletov sa prekladá do jazyka kodónov a RNA. V dôsledku transkripcie rôznych génov sa syntetizujú všetky typy RNA. Potom i-RNA, t-RNA, r-RNA cez póry v jadrovom obale vstupujú do cytoplazmy bunky, aby vykonávali svoje funkcie.
3. Vysielanie (lat. preklad- prenos, translácia) je syntéza polypeptidových reťazcov proteínov na zrelej matrici mRNA, ktorú vykonávajú ribozómy. V tomto procese existuje niekoľko fáz:
Prvá fáza - zasvätenie(začiatok syntézy). V cytoplazme jeden z koncov mRNA (presne ten, z ktorého začala syntéza molekuly v jadre) vstupuje do ribozómu a začína syntéza polypeptidu. Molekula t-RNA transportujúca aminokyselinu glutamín (t-RNA GLN) je pripojená k ribozómu a pripojená na začiatok reťazca m-RNA (kód UAG). Vedľa prvej t-RNA (ktorá nemá nič spoločné so syntetizujúcim proteínom) je pripojená druhá t-RNA s aminokyselinou. Ak je antikodónom tRNA, tak medzi aminokyselinami vzniká peptidová väzba, ktorá je tvorená určitým enzýmom. Potom tRNA opustí ribozóm (ide do cytoplazmy pre novú aminokyselinu) a mRNA presunie jeden kodón.
Druhá fáza - predĺženie(predĺženie reťaze). Ribozóm sa pohybuje pozdĺž molekuly mRNA nie hladko, ale prerušovane, triplet po triplete. Tretia tRNA s aminokyselinou sa viaže svojim antikodónom na kodón mRNA. Keď sa vytvorí komplementarita väzby, ribozóm urobí ďalší krok o jeden "kodón" a špecifický enzým "zosieťuje" druhú a tretiu aminokyselinu peptidovou väzbou - vytvorí sa peptidový reťazec. Aminokyseliny v rastúcom polypeptidovom reťazci sú spojené v sekvencii, v ktorej sa nachádzajú kodóny i-RNA, ktoré ich kódujú (obr. 14).
Tretia etapa - ukončenie(koniec syntézy) reťazec. Vyskytuje sa, keď ribozóm preloží jeden z troch „nezmyselných kodónov“ (UAA, UAG, UGA). Ribozómy vyskočia z mRNA, syntéza proteínov je dokončená.
Keď teda poznáme poradie usporiadania aminokyselín v molekule proteínu, je možné určiť poradie nukleotidov (tripletov) v reťazci i-RNA a z neho poradie nukleotidových párov v segmente DNA a naopak. naopak, berúc do úvahy princíp nukleotidovej komplementarity.
Ale v procese matricových reakcií môžu nastať zmeny - mutácie. Ide o génové mutácie na molekulárnej úrovni – výsledok rôznych poškodení v molekulách DNA – ovplyvňujúce jeden alebo viac nukleotidov. Všetky formy génových mutácií možno rozdeliť do dvoch veľkých skupín.
Prvá skupina- frameshift - je vloženie alebo vymazanie jedného alebo viacerých darovaných nukleotidov. V závislosti od miesta porušenia sa mení jeden alebo iný počet kodónov. Toto je najvážnejšie poškodenie génu, pretože proteín obsahuje úplne iné aminokyseliny. Takéto delécie a inzercie predstavujú 80 % všetkých spontánnych génových mutácií.
Najväčší škodlivý účinok majú nezmysly - mutácie, ktoré sú spojené s objavením sa terminačných kodónov, ktoré spôsobujú zastavenie syntézy proteínov. To môže viesť k predčasnému ukončeniu syntézy bielkovín, ktorá sa rýchlo odbúrava. Výsledkom je bunková smrť alebo zmena charakteru individuálneho vývoja.
Mutácie spojené so substitúciou, deléciou alebo inzerciou v kódujúcej časti génu sa fenotypicky javia ako substitúcia aminokyselín v proteíne. V závislosti od charakteru aminokyselín a funkčného významu poškodenej oblasti dochádza k úplnej alebo čiastočnej strate funkčnej aktivity proteínu. To sa prejavuje znížením životaschopnosti, zmenou charakteristík organizmov atď.
Druhá skupina sú génové mutácie s nahradením párov báz nukleotidov. Existujú dva typy základných substitúcií:
1. Prechod - výmena jedného purínu za inú purínovú bázu (A za G alebo G za A) alebo jedného pyrimidínu za iný pyrimidín (C za T alebo T za C).
2. Transverzia - nahradenie jednej purínovej bázy pyrimidínovou bázou alebo naopak (A za C, alebo G za T, alebo A za Y). Príkladom transverzie je kosáčikovitá anémia, ku ktorej dochádza v dôsledku dedičnej poruchy v štruktúre hemoglobínu. V mutantnom géne kódujúcom jeden z hemoglobínových reťazcov je narušený iba jeden nukleotid a adenín je v mRNA nahradený uracilom (GAAna GUA). V dôsledku toho dochádza k zmene biochemického fenotypu, v β-reťazci hemoglobínu je kyselina glutámová nahradená valínom. Táto náhrada mení povrch molekuly hemoglobínu: namiesto bikonkávneho disku sa červené krvinky stávajú ako kosáčiky a buď upchávajú malé cievy, alebo sú rýchlo odstránené z obehu, čo rýchlo vedie k anémii. .
Preto význam génových mutácií pre život organizmu nie je rovnaký:
Niektoré "tiché mutácie" neovplyvňujú štruktúru a funkciu proteínu (napríklad substitúcia nukleotidov, ktorá nevedie k substitúcii aminokyselín);
Niektoré mutácie vedú k úplnej strate funkcie proteínu a bunkovej smrti (napríklad nezmyselné mutácie);
iné mutácie - s kvalitatívnou zmenou i-RNA a aminokyselín vedú k zmene charakteristík organizmu;
Niektoré mutácie, ktoré menia vlastnosti proteínových molekúl, majú škodlivý vplyv na životnú aktivitu buniek – takéto mutácie spôsobujú ťažký priebeh chorôb (napríklad transverzie).
Koniec práce -
Táto téma patrí:
Úvod. Molekulárny základ dedičnosti
Úvod .. genetika z gréckeho pôvodu genesis ako veda o zákonitostiach .. i etapa gg obdobie vývoja klasickej genetiky mendelizmu ..
Ak potrebujete ďalší materiál k tejto téme, alebo ste nenašli to, čo ste hľadali, odporúčame použiť vyhľadávanie v našej databáze prác:
Čo urobíme s prijatým materiálom:
Ak sa tento materiál ukázal byť pre vás užitočný, môžete si ho uložiť na svoju stránku v sociálnych sieťach:
| pípanie |
Všetky témy v tejto sekcii:
Hlavné typy dedičnosti
Genetika je veda, ktorá študuje zákonitosti dedičnosti a premenlivosti živých organizmov. Dedičnosť je schopnosť organizmov opakovať sa
Hlavnými nositeľmi dedičnosti
Hlavnými nositeľmi jadrovej dedičnosti sú chromozómy nachádzajúce sa v jadre bunky. Každý chromozóm má chemické zložky: jednu obrovskú molekulu DNA
Koncept ľudského karyotypu
Počet, veľkosť a tvar chromozómov sú špecifické znaky pre každý typ živých organizmov. Bunky kraba pustovníka teda obsahujú 254 chromozómov, zatiaľ čo komáre iba 6. Somatické
Pravidlá pre chromozómy
Existujú 4 pravidlá chromozómov: Pravidlo nemennosti počtu chromozómov Somatické bunky organizmu každého druhu majú bežne presne definovaný počet chromozómov (napr.
Bunkové a mitotické cykly
Bunkový (životný) cyklus je obdobie v živote bunky od okamihu, keď sa objaví až po smrť alebo vytvorenie dcérskych buniek. Mitotický cyklus je obdobie v živote
Reprodukcia na úrovni organizmu
Gametogenéza je proces tvorby gamét - mužských a ženských zárodočných buniek. Vajíčka sú produkované v ženských pohlavných žľazách (vaječníky) a sú veľké.
Vlastnosti ľudskej reprodukcie
Charakteristiky ľudskej reprodukcie sú spôsobené jej špecifickosťou ako biologickej a sociálnej bytosti. Schopnosť reprodukovať sa stáva možná s nástupom puberty, rozpoznaná
Nukleové kyseliny
V roku 1869 švajčiarsky biochemik Johann Friedrich Miescher prvýkrát objavil, izolovanú z bunkových jadier a opísal DNA. Ale až v roku 1944 O. Avery, S. McLeod a M. McCarthy dokázali genetickú úlohu
Genetický kód a jeho vlastnosti
Na realizáciu génovej expresie existuje genetický kód - prísne usporiadaný vzťah medzi nukleotidovými bázami a aminokyselinami (tabuľka 3). Bežné skratky pre
Základné vlastnosti genetického kódu
1. Tripletita - jedna aminokyselina zodpovedá trom susedným nukleotidom, nazývaným triplet (kodón) (triplety v i-RNA sa nazývajú kodóny); 2. Kombi
Úrovne organizácie dedičného materiálu
Existujú nasledujúce úrovne štruktúrnej a funkčnej organizácie dedičného materiálu eukaryotov: génová, chromozomálna a genómová. Základná štruktúra génovej úrovne orgánu
Cytologické a molekulárne základy variability organizmov
Genetika študuje nielen fenomén dedičnosti, ale aj fenomén variability. Variabilita je vlastnosť živých organizmov meniť sa pod vplyvom vonkajších a vnútorných faktorov.
Nededičná variabilita
Nededičná (fenotypová) variabilita je typ variability, ktorý odráža zmeny vo fenotype pod vplyvom podmienok prostredia, ktoré neovplyvňujú genotyp. Rozsah jej vy
dedičná variabilita
Genotypová (dedičná) variabilita je dedičná zmena vlastností organizmu, určená genotypom a zachovaná v niekoľkých generáciách. Predstavujú ho dvaja
Mutačná variabilita
Mutácia je náhla, stabilná zmena genetického materiálu pod vplyvom vonkajších alebo vnútorných faktorov prostredia, ktorá je dedičná. organizmu, dedičné
Molekulárny mechanizmus mutácií
Mutácie spojené so zmenou štruktúry molekuly DNA sa nazývajú génové mutácie. Predstavujú deléciu alebo inzerciu jednej alebo viacerých dusíkatých báz alebo oboch súčasne.
Charakterizácia mutácií na úrovni tkaniva
Somatické mutácie sa vyskytujú v somatických bunkách, dedia sa len pri vegetatívnom rozmnožovaní a objavujú sa u samotného jedinca (rôzne farby očí u jednej osoby
Mutácia na úrovni organizmu
Podľa charakteru zmeny fenotypu možno všetky mutácie rozdeliť do nasledujúcich skupín. 1. Morfologické, porušujúce znaky fyzickej štruktúry; bezočivosť, krátkoruká
Mutácie na úrovni populácie
Predpokladá sa, že akákoľvek mutácia je škodlivá, pretože narúša interakciu organizmu s prostredím. Niektoré mutácie však spôsobujú menšie zmeny v organizme a nepredstavujú pre telo zvláštne nebezpečenstvo.
Vplyv chromozomálnych mutácií na rôzne telesné systémy
Miera zmeny charakteristík organizmu pri chromozomálnych mutáciách závisí od veľkosti defektnej oblasti a od obsahu génov dôležitých pre vývoj v nej. Určiť dôsledky chromozomálnych mutácií
Dôsledky mutácie v pohlavných a somatických bunkách
Výsledok pôsobenia mutácie na ľudský fenotyp sa môže líšiť v závislosti od typu buniek, v ktorých k zmene dedičných štruktúr dochádza. generatívne mutácie alebo zmeny v
Stabilita a oprava genetického materiálu
Stabilita genetického materiálu je zabezpečená: diploidným súborom chromozómov; dvojitá špirála DNA; degenerácia (redundancia) genetického kódu;
Antimutagény
Mutačný proces je zdrojom zmien vedúcich k rôznym patologickým stavom. Princíp kompenzácie v súčasnej fáze zahŕňa opatrenia na prevenciu genetických
1. Predmet, úlohy a metódy genetiky. História vývoja a formovania genetiky ako vedy. 2. Etapy vývoja klasickej genetiky. Moderná (molekulárna) genetika. Základné pojmy a
Antibiotiká sú špeciálne odpadové produkty mikroorganizmov a ich modifikácií, ktoré majú vysokú fyziologickú aktivitu proti niektorým skupinám mikroorganizmov (vírusy, baktérie, plesne, riasy) alebo zhubným nádorom. Tradičné predstavy o antibiotikách sú spojené s ich širokým využitím v modernej medicíne a veterinárnej medicíne. Niektoré antibiotiká sa používajú ako stimulátory rastu zvierat, v boji proti chorobám rastlín, pri konzervácii potravín a vo vedeckom výskume (v oblasti biochémie, molekulárnej biológie, genetiky, onkológie). V súlade s klasifikáciou, ktorá je založená na chemickej štruktúre, možno antibiotiká rozdeliť do nasledujúcich skupín:
1. Acyklické zlúčeniny (okrem mastných kyselín a terpénov)
2. Alicyklické zlúčeniny (vrátane tetracyklínov)
3. Aromatické zlúčeniny
5. Heterocykly obsahujúce kyslík
7. Peptidy
V súčasnosti existujú tri spôsoby získania antibiotík: biologické, spôsob získavania polosyntetických liečiv a syntéza chemických zlúčenín - analógov prírodných antibiotík.
Syntetické antibiotiká
Štúdium chemickej štruktúry antibiotík umožnilo získať ich chemickou syntézou. Jedným z prvých antibiotík získaných touto metódou bol chloramfenikol. Veľké pokroky vo vývoji a chémii viedli k vytvoreniu antibiotík so smerovo modifikovanými vlastnosťami, s predĺženým účinkom, účinných proti stafylokokom rezistentným na penicilín. Medzi predĺžené lieky patrí ekmonovocilín, bicilín 1,3,5.
Polosyntetické antibiotiká
Pripravujú sa kombinovaným spôsobom: hlavné jadro molekuly natívneho antibiotika sa získa biologickou syntézou a polosyntetické prípravky sa získajú chemickou syntézou, čiastočnou zmenou chemickej štruktúry. Veľkým úspechom je vývoj spôsobu získavania polosyntetických penicilínov. Metódou biologickej syntézy bolo extrahované jadro molekuly penicilínu, kyselina 6-aminopenicilánová (6-APA), ktorá mala slabú antimikrobiálnu aktivitu. Naviazaním benzylovej skupiny na molekulu 6-APA vznikol benzylpenicilín, ktorý sa dnes získava aj biologickou syntézou.
Benzylpeicilín, široko používaný v medicíne pod názvom penicilín, má silnú chemoterapeutickú aktivitu, je však aktívny len proti grampozitívnym mikróbom a neovplyvňuje rezistentné mikroorganizmy, najmä stafylokoky, ktoré tvoria enzým – β-laktamázu. Benzylpenicilín rýchlo stráca svoju aktivitu v kyslom a zásaditom prostredí, preto sa nemôže užívať perorálne, pretože sa ničí v gastrointestinálnom trakte. Polosyntetické prípravky sa získavajú aj na báze kyseliny 7-aminocefalosporovej (7-ACA). Deriváty 7-ACC: cefalotín, cefaloridín (ceporia) nespôsobujú alergické reakcie u osôb citlivých na penicilín. Získali sa aj iné polosyntetické antibiotiká, napríklad rifampicín, účinný liek proti tuberkulóze.
biologická syntéza
Kompletná chemická štruktúra bola stanovená pre jednu tretinu známych antibiotík a iba polovica z nich môže byť získaná chemickou syntézou. Preto je veľmi dôležitá mikrobiologická syntéza získavania antibiotických činidiel. Syntéza antibiotík mikroorganizmami je jedným z prejavov antagonizmu; je spojená s určitou povahou metabolizmu, ktorá vznikla a upevnila sa počas jeho vývoja, to znamená, že ide o dedičný znak, ktorý sa prejavuje tvorbou jedného alebo viacerých špecifických, prísne špecifických pre každý typ antibiotických látok.
Priemyselná výroba antibiotík sa spravidla uskutočňuje biosyntézou a zahŕňa tieto fázy:
výber vysokovýkonných produkčných kmeňov (až 45 tisíc jednotiek/ml)
výber živného média;
Biosyntetický proces
izolácia antibiotika z kultivačnej tekutiny;
čistenie antibiotikami.
Výber vysokovýkonných produkčných kmeňov. Prírodné kmene sú väčšinou neaktívne a nemožno ich použiť na priemyselné účely. Preto sa po výbere najaktívnejšieho prírodného kmeňa na zvýšenie jeho produktivity používajú rôzne mutagény spôsobujúce pretrvávajúce dedičné zmeny. Účinné mutagény sú mutagény fyzikálnej povahy – ultrafialové a röntgenové lúče, rýchle neutróny alebo chemikálie. Použitie mutagénov umožňuje nielen zvýšiť produktivitu prírodného kmeňa, ale aj získať kmene s novými vlastnosťami, ktoré prírodný mikroorganizmus nepozná.
Veľký význam pre biosyntézu antibiotika má výber racionálneho zloženia živných médií. Pojem „kultivačné médium“ zahŕňa nielen určité kvalitatívne a kvantitatívne zloženie zložiek alebo jednotlivých prvkov potrebných na konštruktívnu a energetickú výmenu organizmu (zdroje dusíka, uhlíka, fosforu, zdroje množstva stopových prvkov, vitamínov a pod. rastové látky), ale aj fyzikálno-chemické a fyzikálne faktory (aktívna kyslosť, redoxný potenciál, teplota, prevzdušňovanie a pod.). Všetky tieto faktory spolu súvisia a zohrávajú významnú úlohu pri vývoji mikroorganizmov.
Pri výbere média požadovaného zloženia je potrebné vziať do úvahy špecifiká kultivovaného organizmu. Je to nevyhnutné na vytvorenie optimálnych podmienok, ktoré by prispeli k najlepšiemu rastu mikróbov a biosyntéze potrebných odpadových produktov. Napríklad, ak organizmus nedokáže syntetizovať určité esenciálne zlúčeniny pre svoju životne dôležitú aktivitu (ako sú aminokyseliny alebo vitamíny) z jednoduchých substancií substrátu, potom by sa do kompozície mali zaviesť hotové aminokyseliny alebo vitamíny na jeho vývoj. Medzi takéto „náročné“ organizmy patria niektoré druhy baktérií (kyselina mliečna a pod.). Aktinomycéty a prevažne plesňové huby spravidla budujú látky svojho tela a pomerne zložité konečné produkty metabolizmu zo zlúčenín vytvorených z jednoduchých zložiek substrátu.
Spôsoby pestovania producentov antibiotík
V moderných podmienkach je metóda hĺbkovej kultivácie uznávaná ako najsľubnejšia metóda pre pestovanie mikroorganizmov - výrobcov antibiotík alebo iných biologicky aktívnych zlúčenín. Metóda spočíva v tom, že mikroorganizmus sa vyvíja v hrúbke tekutého živného média, cez ktoré kontinuálne prechádza sterilný vzduch a médium sa mieša.
Existujú štyri hlavné modifikácie hĺbkovej metódy pestovania mikroorganizmov.
1. Periodické pestovanie. Touto metódou je celý proces vývoja mikroorganizmov kompletne ukončený v jednom fermentore, po ktorom je fermentor zbavený kultivačnej tekutiny, dôkladne premytý, sterilizovaný a znovu naplnený čerstvým živným médiom. Médium sa naočkuje skúmaným mikroorganizmom a proces sa obnoví.2. Odnímateľná metóda. Kultivácia mikroorganizmov sa uskutočňuje vo fermentoroch s periodickým výberom časti objemu kultivačnej kvapaliny (od 30 do 60 % z celkového objemu). Objem kultivačnej kvapaliny vo fermentore sa potom upraví na počiatočnú úroveň čerstvým živným médiom.
3. Batériový spôsob. Vývoj mikroorganizmov prebieha v sérii sériovo zapojených fermentorov. Kultivačná tekutina v určitom štádiu vývoja mikroorganizmu sa čerpá z prvého fermentora do druhého, potom z druhého do tretieho atď. Prázdny fermentor sa ihneď naplní čerstvým živným médiom naočkovaným mikroorganizmom. Pri tomto spôsobe pestovania mikroorganizmov dochádza k racionálnejšiemu využívaniu nádob.
4. Nepretržité pestovanie. Metóda sa zásadne líši od naznačených modifikácií submerznej kultivácie producentov antibiotík. Táto metóda je založená na skutočnosti, že vývoj mikroorganizmu prebieha za podmienok kontinuálneho toku živného média, čo umožňuje podporovať vývoj mikroorganizmu v určitom štádiu jeho rastu. Stupeň vývoja mikroorganizmu sa určuje na základe najužitočnejšieho antibiotika alebo inej biologicky aktívnej zlúčeniny pre maximálnu biosyntézu.
Ďalšou metódou kultivácie mikroorganizmov je povrchová kultivácia. Metóda povrchovej kultivácie na rôznych agarových médiách je široko používaná v laboratórnej praxi a v niektorých priemyselných procesoch, najmä na konzervovanie zberových kultúr, na štúdium fyziologických a biochemických vlastností mikroorganizmov a na analytické účely. V priemyselnom meradle našiel tento spôsob uplatnenie pri výrobe spórového materiálu na výrobu organických kyselín pomocou plesní rodu Aspergillus.
Pri povrchovej metóde sa kultúra producenta mikroorganizmov pestuje na povrchu tenkej vrstvy kvapalného alebo pevného média. Kvapalné živné médiá sa používajú hlavne pri výrobe organických kyselín (citrónová, itakónová), tuhé - pri výrobe komplexov na báze škrobu a celulózy obsahujúcich suroviny.
Spôsoby izolácie antibiotík z kultivačnej tekutiny sú veľmi rôznorodé a sú určené chemickou povahou antibiotika. Používajú sa hlavne tieto metódy:
1. Naočkovanie suspenzie pôdy vo vode na povrch agarovej platne. Určitá vzorka pôdy, opatrne rozomletá v mažiari s malým objemom vody, sa kvantitatívne prenesie do banky so sterilnou vodou. Obsah banky sa pretrepáva počas 5 minút a potom sa z vodnej suspenzie pripraví séria postupných riedení, ktoré sa vysievajú na vhodné odporúčané médium. Na získanie čistých kultúr v budúcnosti sa jednotlivé kolónie po inkubácii v termostate pri požadovanej teplote subkultivujú do skúmaviek so šikmým živným agarom. Každá čistá kultúra mikroorganizmu je subkultivovaná na médiách rôzneho zloženia a po dostatočne dobrom vývoji sa testujú jej antibiotické vlastnosti.
2. Naočkovanie pôdy na živný agar predtým naočkovaný testovacím organizmom. Povrch živného agaru sa naočkuje testom - kultúrou potrebného organizmu, po ktorej sa na agarovú platňu položia malé, nie viac ako prosa, hrudky pôdy alebo sa pôda aplikuje vo forme prachu, rozloženie po celej ploche platne. Potom sa poháre umiestnia do termostatu a po určitom čase (24-48 hodín, niekedy aj viac) sa skúmajú kúsky pôdy alebo jej jednotlivé časti, okolo ktorých sa vytvorili zóny inhibície rastu testovaného organizmu. Z týchto miest sa izolujú čisté kultúry organizmov a podrobia sa ďalšiemu štúdiu.
3. Spôsob obohacovania pôdy. Pôda, z ktorej majú byť antagonisty izolované, je obohatená o organizmy tých druhov, ku ktorým chcú antagonistu získať. Na tento účel sa do vzoriek pôdy umiestnených v sklenených nádobách systematicky pridáva premytá suspenzia požadovaných mikroorganizmov. Potom sa v určitých intervaloch takáto pôda vysieva vo forme samostatných hrudiek na agarové platne do Petriho misiek, predtým naočkovaných tým istým organizmom, ktorý sa použil na obohatenie pôdy.
4. Metóda odstreďovania pôdnej suspenzie. Na izoláciu aktinomycét z pôd a najmä z pôd na jar, keď sa v nich vyvíja veľké množstvo húb a baktérií, sa používa metóda odstreďovania pôdnej suspenzie. Metóda je založená na rozdiele v rýchlosti usadzovania určitých typov mikroorganizmov v odstredivom poli. Pri 3000 otáčkach za minútu počas 20 minút sa častice zodpovedajúce veľkosti spór plesní alebo bakteriálnych buniek ukladajú na dno skúmavky. Častice zodpovedajúce veľkosti spór aktinomycét sa pri danej rýchlosti odstreďovania objavujú v povrchovej vrstve kvapaliny. Naočkovaním supernatantu je možné vo väčšine prípadov (až do 92 %) získať iba kolónie aktinomycét na platniach s živným agarom.
5. Spôsob zmrazovania - rozmrazovanie pôdy. Je známe, že mikroorganizmy v pôde sú v stave adsorbovanom na pôdnych časticiach. Na dokončenie desorpcie mikroorganizmov z pôdnych častíc sa používajú rôzne metódy: chemické, pri ktorých sa vzorky pôdy upravujú rôznymi detergentmi, fyzikálne, ktoré sú založené na metóde mechanického mletia vzoriek pôdy.
Pre lepšiu desorpciu mikroorganizmov z pôdnych častíc sa odporúča použiť metódu zmrazovania-rozmrazovania pôdy. Podstata metódy je nasledovná. Vzorka pôdy vybraná na izoláciu aktinomycét sa umiestni do výparníka domácej chladničky pri teplote 8 °C. Po hodine sa vzorka vyberie z chladničky a udržiava sa pri teplote miestnosti až do úplného rozmrazenia. Postup zmrazovania a rozmrazovania sa opakuje dvakrát. Potom sa vzorka pôdy umiestni do sterilnej vody z vodovodu, suspenzia sa pretrepáva 15 minút na kruhovej trepačke pri 230 ot./min., potom sa rôzne riedenia suspenzie vysejú na platňu s živným agarom v Petriho miskách.
Metóda zmrazovania-rozmrazovania vzoriek pôdy umožňuje v nich odhaliť 1,2-3,6-krát viac aktinomycét ako v rovnakých vzorkách bez zmrazenia. To je zjavne spojené so zvýšením desorpcie aktinomycét z povrchu pôdnych častíc. Čistenie antibiotika sa uskutočňuje chromatografickými metódami (chromatografia na oxide hlinitom, celulóze, iónomeničoch) alebo protiprúdovou extrakciou. Vyčistené antibiotiká sa lyofilizujú. Po izolácii antibiotika sa testuje jeho čistota. Na tento účel určte jeho elementárne zloženie, fyzikálno-chemické konštanty (teplota topenia, molekulová hmotnosť, adsorpcia vo viditeľnej, UV a IR spektrálnej oblasti, špecifická rotácia). Skúma sa aj antibakteriálna aktivita, sterilita a toxicita antibiotika.
Toxicita antibiotík sa stanovuje na pokusných zvieratách, ktorým sa intravenózne, intraperitoneálne, intramuskulárne alebo inak počas určitého časového obdobia podávajú rôzne dávky skúmaného antibiotika. Pri absencii vonkajších zmien v správaní zvierat počas 12-15 dní sa má za to, že testované antibiotikum nemá viditeľné toxické vlastnosti. Hlbším štúdiom sa zisťuje, či má toto antibiotikum latentnú toxicitu a či ovplyvňuje jednotlivé tkanivá a orgány zvierat. Súčasne sa študuje povaha biologického účinku antibiotika - bakteriostatického alebo baktericídneho, čo umožňuje predpovedať mechanizmy jeho antibakteriálnych vlastností.
Ďalšou etapou štúdia antibiotika je hodnotenie jeho terapeutických vlastností. Pokusné zvieratá sú infikované určitým typom patogénnych mikróbov. Minimálne množstvo antibiotika, ktoré chráni zviera pred smrteľnou dávkou infekcie, je minimálna terapeutická dávka. Čím väčší je pomer toxickej dávky antibiotika k terapeutickej, tým vyšší je terapeutický index. Ak je terapeutická dávka rovnaká alebo blízka toxickej dávke (nízky terapeutický index), potom je pravdepodobnosť použitia antibiotika v lekárskej praxi obmedzená alebo úplne nemožná. V prípade, že antibiotikum vstúpi do širokej lekárskej praxe, vyvíjajú sa priemyselné metódy na jeho výrobu a podrobne sa študuje jeho chemická štruktúra.
Štandardizácia antibiotík
Jednotka antibiotickej aktivity sa berie ako minimálne množstvo antibiotika, ktoré môže potlačiť vývoj alebo oddialiť rast štandardného kmeňa testovaného mikróbu v určitom objeme živného média. Veľkosť biologickej aktivity antibiotík sa zvyčajne vyjadruje v konvenčných dávkových jednotkách (ED) obsiahnutých v 1 ml roztoku (ED / ml) alebo 1 mg liečiva (ED / mg). Napríklad za jednotku antibiotickej aktivity penicilínu sa považuje minimálne množstvo liečiva, ktoré môže inhibovať rast Staphylococcus aureus štandardného kmeňa 209 v 50 ml živného bujónu. Pre streptomycín sa za jednotku aktivity považuje minimálne množstvo antibiotika, ktoré spomaľuje rast E. coli v 1 ml živného bujónu.
Po získaní mnohých antibiotík v čistej forme začali niektoré z nich vykazovať biologickú aktivitu v hmotnostných jednotkách. Napríklad sa zistilo, že 1 mg čistej streptomycínovej bázy zodpovedá 1000 IU. Preto je 1 jednotka aktivity streptomycínu ekvivalentná 1 ug čistej bázy tohto antibiotika. Preto je v súčasnosti vo väčšine prípadov množstvo streptomycínu vyjadrené v μg / mg alebo μg / ml. Čím je počet mikrogramov/mg v prípravkoch streptomycínu bližšie k 1000, tým je prípravok čistejší. Je zrejmé, že jednotka biologickej aktivity antibiotika sa nie vždy zhoduje s 1 μg. Napríklad pre benzylpenicilín je 1 jednotka ekvivalentná približne 0,6 μg, pretože 1 mg antibiotika obsahuje 1667 jednotiek.
Metódy analýzy antibiotík
Na rozdiel od niektorých iných prírodných zlúčenín (alkaloidy, glykozidy) neexistujú pre antibiotiká všeobecné skupinové reakcie. Takéto reakcie možno použiť len pre antibiotiká jednej chemickej triedy, napríklad pre tetracyklíny alebo nitrofenylalkylamíny (levomycetíny). Na identifikáciu antibiotík možno použiť rôzne farebné reakcie pre zodpovedajúce funkčné skupiny; spektrálne charakteristiky vo viditeľnej, UV a IR oblasti spektra; chromatografické metódy. Na kvantitatívne stanovenie antibiotík sa používajú biologické, chemické, fyzikálno-chemické metódy.
Biologické metódy sú založené na priamom biologickom pôsobení antibiotika na aplikovaný testovací organizmus, ktorý je na toto antibiotikum citlivý. Použitá difúzna metóda je založená na schopnosti molekúl antibiotík difundovať v agarovom médiu. Odhaduje sa veľkosť zóny, v ktorej sa použité testovacie organizmy nevyvíjajú. Táto veľkosť závisí od chemickej povahy antibiotika, jeho koncentrácie, pH a zloženia média a od teploty experimentu.
Ďalší typ biologického testovania je založený na turbi-dimetrii - metóde kvantitatívnej analýzy intenzity svetla absorbovaného suspendovanými časticami - bunkami mikroorganizmov. Keď sa pridajú určité množstvá antibiotík, rast buniek mikroorganizmov sa oneskorí (bakteriostatický účinok) a následne ich smrť (baktericídny účinok). Tým sa mení (znižuje) intenzita absorbovaného svetla. Ako alternatívnu metódu k turbidimetrii možno použiť nefelometrickú metódu kvantitatívnej analýzy podľa intenzity svetla rozptýleného mikroorganizmami.
Na kvantitatívne stanovenie antibiotík sa používajú rôzne spektrálne metódy - predovšetkým fotokolorimetrické a spektrofotometrické metódy. Napríklad na stanovenie koncentrácie roztoku erytromycínu možno použiť fotokolorimetrickú metódu založenú na zmene absorpcie roztoku antibiotika po jeho interakcii s kyselinou sírovou. Antibiotiká tetracyklínového radu možno stanoviť spektrofotometrickou metódou podľa absorpčného pásu, ktorý zmizne po alkalickej hydrolýze účinnej látky. Bola vyvinutá metóda, ktorá kombinuje fyzikálno-chemický a biologický prístup na hodnotenie aktivity liečiv. Metóda je založená na laserovej difrakcii v médiu obsahujúcom bunky mikroorganizmov za pôsobenia chemikálií, najmä antibiotík.
Uchovávanie kmeňov výrobcov antibiotík v aktívnom stave
Veľký význam pre priemyselnú výrobu antibiotík, ako aj pre laboratórne štúdie výrobcov antibiotických látok majú metódy udržiavania životaschopnosti organizmov, ktoré umožňujú udržať ich antibiotickú aktivitu na konštantnej úrovni. Je známe, že mikroorganizmy, a najmä aktinomycéty, sa ľahko menia bežnými spôsobmi skladovania. Navyše pomerne často dochádza k úplnej alebo čiastočnej strate antibiotických vlastností. Strata antibiotických vlastností zrejme závisí od toho, že za normálnych podmienok pestovania nedokážeme vytvoriť také podmienky, ktoré by telu pomohli zachovať si základné fyziologické vlastnosti. Pomerne často sa pozoruje strata aktivity pri kultivácii mikroorganizmov na médiách bohatých na zloženie a s častými prenosmi.
Zmena fyziologických alebo biochemických vlastností výrobcov antibiotických látok môže byť zároveň určená ich genetickými vzormi. Je napríklad známe, že výrobca gramicidínu C disociuje počas vývoja na množstvo variantov, z ktorých niektoré netvoria toto antibiotikum. Navyše, proces disociácie kultúry ide v smere vzdelávania v vo veľkom počte biologicky neaktívne varianty, čo v konečnom dôsledku vedie k úplnej strate schopnosti kultúry tvoriť gramicidín. V súčasnosti sa na konzervovanie kultúr producentov antibiotík používa množstvo metód, ktoré zabezpečujú ich dlhodobý pobyt v aktívnom stave. Tieto metódy sú založené na princípe oddialenia vývoja mikroorganizmov, princípe konzervácie. Pre každý typ producenta antibiotických látok by sa mal zvoliť vlastný, najvhodnejší spôsob konzervácie, ktorý umožňuje udržať kultúry v aktívnom stave relatívne dlhú dobu.
Najbežnejšie spôsoby udržiavania kultúr mikroorganizmov produkujúcich antibiotiká v aktívnom stave sú nasledujúce.
1. Lyofilizácia kultúr.
2. Skladovanie vegetatívnych buniek alebo spór organizmov v sterilnej pôde, sterilnom piesku alebo na semenách niektorých rastlín (napríklad prosa). Podľa mnohých autorov zostávajú kultúry aktinomycét umiestnené v sterilnej pôde životaschopné 30 alebo viac rokov.
3. Skladovanie spór vo forme vodných suspenzií v uzavretých ampulkách.
4. Skladovanie spór v sterilnom kremennom piesku.
5. Skladovanie kultúr na agarovom spoji pod minerálnym olejom.
6. Skladovanie kultúr pri nízkych teplotách (+4, +5°С).
7. V poslednej dobe sa na udržanie rôznych mikroorganizmov v aktívnom stave používa tekutý dusík, do ktorého je umiestnená suspenzia buniek premytých z média. Niekedy sa kultúry aktinomycét nachádzajúce sa na agarových blokoch vyrezaných z agarovej platne v Petriho miskách uchovávajú v plynnej fáze kvapalného dusíka.
Najlepšou formou konzervácie organizmov, pri ktorej nie je pozorovaná strata antibiotickej aktivity, je ich lyofilizácia – metóda je vhodná pre spórotvorné aj nespórotvorné kultúry mikroorganizmov. Podstatou tejto metódy je, že suspenzia buniek alebo spór mikroorganizmu, pripravená v médiu bohatom na bielkoviny (často sa na tento účel používa krvné sérum), sa rýchlo zmrazí na teplotu -40 až -60 °C a suší sa vo vákuu na zvyškovú vlhkosť (0,5-0,7 %). Po takomto ošetrení sa ampulky so spórami alebo bunkami lyofilizovaného mikróbu uzavrú. Lyofilizované formy baktérií môžu byť konzervované 16-18 rokov, spóry húb nestrácajú svoje základné vlastnosti, ak sú skladované v lyofilizovanej forme 10 rokov.
