Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

 
CATEGORII DOCUMENTE




BulgaraCeha slovacaCroataEnglezaEstonaFinlandezaFranceza
GermanaItalianaLetonaLituanianaMaghiaraOlandezaPoloneza
SarbaSlovenaSpaniolaSuedezaTurcaUcraineana

електроненизкуство култураикономикаисториякнигакомпютримедицинапсихология
различнисоциологиятехникауправлениефинансихимия

Биосинтеза на вторични метаболити

медицина

+ Font mai mare | - Font mai mic






DOCUMENTE SIMILARE

Trimite pe Messenger
Кратък анализ на законовата уредба във връзка с лечебните растения
ОСОБЕНОСТИ ПРИ НАЗНАЧАВАНЕТО НА ХОМЕОПАТИЧНИ ЛЕКАРСТВА ПРИ ТРАВМИ
Анализ на правата и задълженията на управляващите институции. Възможности и препоръки за ефективно сътрудничество при упражняването на контрол
Биологично разнообразие на лечебни растения в ПП Странджа
ХОМЕОПАТИЧНИ ЛЕКАРСТВА -ПРОИЗХОД И ПРИГОТВЯНЕ
ПРЕВРЪЗКИ
ХОМЕОПАТИЯТА В БЪЛГАРИЯ
Биосинтеза на вторични метаболити
ОСОБЕНОСТИ НА ХОМЕОПАТИЧНОТО ЛЕЧЕНИЕ ПРИ ХОРА С ОСТРИ ЗАБОЛЯВАНИЯ
Антибиотици

Биосинтеза на вторични метаболити

   ВМ представляват молекулни вещества , които се синтезират от МО обикновено на последните фази от растежния цикъл. Въпреки , че тези метаболи не са необходими за растежа , могат да играят важна роля в жизнената дейност на организма,който ги произвежда. Синтезират се в смес, с тясно свързани химични вещества,например при антибиотиците съществуват 3 неомицина , 10 полиликсини , 20 пеницилини. Всеки от тези продукти се изработва от тесен таксономичен ред организми,които много лесно губят сбособността си за продукция.вследствие на мутация.Сред ВМ много добре известни са антибиотици , микотксини и пигменти.В момента са описани над 2000 антибиотика , като 2/3 се продуцират от актиномицети. Постоянно се откриват нови антибиотици,от 50 до 100 антибиотика годишно.Способността на някои видове организми да продуцират антибиотици са изключително големи , например щамове на Streptomyces griseus около 40 различни антибиотика .Лабораторни разработки по биосинтезата на ВМ са произведени по време,когато не са се знаели подробно пътищата на тяхната синтеза.По-голяма част от публикациите  изобилстват от технически детайли и липсват принципите на тези процеси.Много важен момент от синтезата на антибиотици е синтезата на т. нар. предшественици.

Влияние на предшествениците

 

При реализиране на програмите за получаване на ВМ най-често се изучават възможностите за изменение в състава на хранителната среда по пътя на въвеждане на различни добавки в качеството на възможни предшественици на целевия продукт.Понякога се изпробват стотици такива добавки и накрая се оказва , че предшественикът , който увеличава продукцията на един или друг ВМ случайно е открит.В отделни случаи предшественикът може непосредствено да образува специфичен целеви продукт.Подобни случаи са известни като насочена биосинтеза.Примери за такива предшественици на продукти с насочена биосинтеза могат да са фенилоцетна киселина при получаване на бензилпеницилин и тиреоцитидини,сущо така заместени бензоени киселини при производството на новобиоцини.При много от ферментациите продуцентите не проявяват активност дотолкова ,че тяхната синтеза не лимитира скоростта на цялостния процес.В такива случаи екранирането на примесите оказва стимулиращо и инхибиращо действие на молекулите на предшествениците и тяхната роля за образуването на ВМ.Такъв ефект е обвързан с взаимодействието на оказаните съединения с регулаторни механизми , съществуващи в продуциращия организъм.Изучаването на подобно влияние позволява са се определи какви рвгулаторни механизми оказват забележимо влияние на продукцията на ВМ.

Зависисимост между трофофаза и идиофаза

 

За вторичния метаболизъм е характерно това, че съответните метаболити не се продуцират по време на фазата на интензивен растеж(трофофаза),а сео бразува на следващия стадий на продукция-идиофаза.Този феномен за първи път е наблюдаван още на ранните стадии на изработване процес за синтезата на пеницилин, но продукцията в идиофазата,както сега е установено, е характерна черта за почти всички ферментации.Задържането при образуването на ВМ представлява един от основните механизми ,  посредством който МО,продуциращи антибиотици,предотвратяват собственото си самоубийство.В началото на трофофазата болшинството МО са чувствителни към своите собствени антибиотици и само за идиофазата е характерно ,че стават физиологично резистентни към антибиотиците,като произвеждат фактори,които в края на трофофазата преориентират процеса на образуване на ВМ,но са неизвестни.Ние знаем само ,че образуването продукт обикновено започва в момент,когато от средата изчезва някой хранителен компонент.В хода на едни ферментации за изтощаващи фактори служат лесно усвоими захари,а в други – азот или фосфор.Възможно е тези ограничения при постъпването в МО на недостатъчно хранителни вещества да се обуславят от това,че индуктори на ензимите на вторичния метаболизъм под влияние на катаболитно потискане.Какъвто и да е истинския механизъм ,няма съмнение , че в края на трофофазата протичат сериозни изменеия в ензимния състав на клетките и че в този момент внезапно се появяват ензими , специфично отнасящи се към образуването на ВМ.Например появата на аминидтрансфераза стимулира образуването на стрептомицин , ацилтрансфераза-пеницилин , оксидоредуктаза-тилозин.

Индукция на ензимите

 

  Доказателства за това , че индукцията на ензимите има определена роля в продукцията на ВМ , са били получени при изследване ролята на триптофана като стимулатор на биосинтезата на алколоидите при гъбите от род Claviceps.Независимо от това ,че триптофанът също е предшественик,се предполага , че неговото стимулиращо действие е свързано с индуцирането на алкалоидообразуващи ензими,.Такова заключение може да се направи на основание на следното:

1.Аналози на триптофана ,които не се включват в структурата на алкалоидите също стимулират тяхната продукция.

2.Триптофанът трябва да се добавя по време на трофофазата,тъй като добавянето му по време на идиофазата води до временен незначителен ефект.

3.Добавеният триптофан се отделя от средата по време на растежа на МО и неговата концентрация вътре в микробната клетка непосредствено преди продукцията на алколоиди в 2 до 3 пъти превишава нормалната вътреклетъчна концентрация.

  Аналогичен ефект на индукция се наблюдава при стимулиране на метионина при биосинтезата на цефалоспорин С.Независимо , че метионинът предоставя субстрат за образуване на антибиотици чрез цистеин , стимулира и образуването на цефалоспорин С , което се оказва подобно на ефекта на индукция.Основание за това заключение служи това ,че за откриването на точното влияние на метионина се изисква неговото въвеждане в трофофазата.Освен това , както и при дивия щам,така и при серните ауксотрофи , промеждутъчните продукти на метаболизма на сярата от метионин до цистеин са по-малко активни ,отколкото самият метионин.Действително колкото междинните продукти са по-близо до метаболизма на цефалоспорин С и колкото са по-далече от метионина,толкова са по-слаби като стимулатори на ферментацията.Метионинът е задължителен за синтезата на този антибиотик.Ако бъде заменен с аналог,несъдържащ сяра,не е необходимо въвеждането на предшественици в процеса за получаване на необходимия ефект.Индукцията играе важна роля в определянето на съотношението на тясносвързаните един с друг антибиотици във ферментационните процеси.

Регулация на принципа на обратната връзка

 

  Регулацията на принципа на обратната връзка играе важна роля във вторичния метаболизъм.Класически примери за обратна връзка са биосинтезите на пеницилин , хлорамфеникол , ристомицин и др.По подобен начин добавянето на вторични метаболити , например 6-метилсалицилова киселина към мицела на Penicillium  в стадия на идиофазата инхибира собствената си синтеза.При синтезата на алкалоиди първият специфичен ензим от метаболитната верига-диметиламинотрансфераза-се инхибира на принципа на обратната връзка от два алкалоида , представляващи крайни продукти от биосинтезата.Биосинтезата на пеницилин от Penicillium chrysogenum се подлага на специфичен вид инхибиране на принципа на обратната връзка от страна на L-лизина.Причина за такъв ефект може да се установи ако се разгледа разклонените пътища на метаболизма.Един от тези пътища при синтезата на лизин –α-аминоадипат се въвлича в биосинтезата на пеницилина.Инхибирането на първия ензим от L-лизина – хомоцитратаминаза-ограничава продукцията на α-аминоадипата и по косвен път инхибира биосинтезата на пеницилина.Ако в процеса на ферментацията се добави α-аминоадипат инихибиращото влияние на лизина отпада.По аналогичен начин ароматните аминокиселини инхибират продукцията на кандицидина от културата Streptomyces griseus.Тези аминокиселини-тирозин , триптофан , фенилаланин-са крайни продукти от разклонрните вериги на превръщанията,водещи до образуването на предшественика на кандицидина , а именно β-аминобензоена киселина.По такъв начин посредством отрлицателна рагулация на принципа на обратната връзка на ензимите от равната до разклонената фаза на метаболитния път може да се получи чрез инхибиране с аминокиселини и образуване на кандицидин.Съществува и друг начин , при който с помощта субстанции се инхибира и потиска действието на фосфатазите на принципа на обратната връзка , и така се контролира образуването на ВМ.Това става най-често с фосфати.При много ферментации инхибирането се постига чрез такива концентрации на фосфтатите,които не са инхибиращи за растежа.Междинните продукти се подлагат на фософорилиране , а крайните-не.Следователно схемата на биосинтезата трябва да включва участитето на фосфатази.При биосинтезата на стрептомицина се включват три фосфатази при образуването на стрептимидина , а краен междинен продукт е стрептомицинфосфатаза-ензим , превръщащ стрептомицинфосфата в стрептомицин , и силно инхибращ се от фосфата.По такъв начин ферментацията на стрептомицина при високи концентрации на фосфати става под формата на високомолекулен стрептомицин , който е ненефективен.По аналогичен начин пирофосфатите на неомицин В и С са междинни продукти при синтезата на тези антибиотици.Фосфоразделящият ензим се подлага на инхибиране на принципа на обратната връзка.

Катаболитна регулация

 

Катаболитното потискане се наблюдава практически при получаването на антибиотици много преди да е разбрана природата на процеса.При разработването на опити за ферментация 1940г. , свързана с производството на пеницилн, е било установено ,че бързоусвовояваната глюкоза е изключително слаб субстрат за продукция на пеницилин.От друга страна лактозата бавно се изразходва за растежа на продуцента , но прекрасно поддържа образуването на пеницилин.Ярвис и Джонсън разработват класическа среда , която включва глюкоза и лактоза.В такава среда глюкозата бързо се изразходва по време на трофофазата.След изчерпване на глюкозата Penicillium chrysogenum превключва на към усвояване на лактоза и антибиотикът се продуцира при отсъствие на растеж.Лактозата не служи като специфичен предшественик за синтезата на пеницилин.Нейното значение се заключава в бавното й усвояване.Бавното подаване на глюкоза към средата при производството на пеницилин е заменено с добавянето на лактоза и в наши дни.Лимитиращата концентрация на глюкозата по всяка вероятност поддържа катаболите на ниско ниво.Голям брой други ферментации не могат да се проведат при наличие на глюкоза , вследствие на което се използва друг източник на С.Например при ферментацията на неомицин началото на идиофазата може да се изключи до пълното използване на съдържащата се в средатат глюкоза.При ферментацията на актиномицин е доказано присъствието на ензим , който във висша степен е чувствителен към потискането на глюкозата-феноксазинсинтетаза.Тoва е задължителен ензим за образуването на пръстенните системи при всички актиномицети.Глюкозата също потикса образуването на алкалоидите , цефалоспорините , бацитрацин и др.За продуцирането на новобиоцина в качеството на източник на С за предпочитане е предизвивикването на катаболитно потискане от цитрат ,а не от глюкоза.В среди,съдържащи цитрат и глюкоза, цитратът се използва първи и едва като бъде изразходван,започва използването на глюкозата и синтезата на новобиоцин.Катаболитното потискане може да играе роля при определяне на типове тясносвързани по структура антибиотици , които присъстват в структурата на ферментационната среда.

Регулация чрез запаси от енергия

 

Образуването на хлортетрациклин съществено се намалява при наличието в системата на неорганични фосфати.При циклични ферментациии началото на идиофазата започва в момент , когато запасите от фосфати се оказват изчерпани.Доколкото биосинтезата на хлортетрациклин въвлича в своята формула неизвестни фосфосъдържащи съединения ,които много често са промеждутъчни продукти на обмяната,то вредното влияние на фосфатите вероятно не е свързано с отрицателната регулация на принципа на обратната връзка върху фосфатази.В същото време е възможно висок запас от енергия вследствие на излишък от фосфати да инхибира синтезата на антибиотици .В подкрепа на тази хипотеза е установено  че вътреклетъчното съдържание на АТФ при Streptomyces aerofaciens по време на трофофазата се увеличава , но при образуването на хлортетрациклин отначало се намалява,а по-нататък се съхранява на ниско ниво. Високопродуктивният мутант на Streptomyces aerofaciens съдържа само 25-50% АТФ от това негово количество , което е характерно за изходната култура с понижена активност.

Контрол на вторичния метаболизъм по метода на байпаса

 

Дотук описаните методи за контрол и регулация са основани на принципа на байпаса или изменение на състава на хранителната среда , в която се провежда съответният процес.Именно с тази цел в процеса на алкалоидните ферментации се прибавя такъв индуктор като триптофана , допълнително се ограничава количеството на фосфатите при образуването на стрептомицин с цел избягване на инхибиране на принципа на обратната връзка и биосинтеза на фосфатази.Такива бързо метаболизирани захари като глюкозата въобще се отстраняват от средатата или при получаването на пеницилин бавно се подават към пеакционната среда за избягване на катаболитното потискане на биосинтезата на ензими.Доколкото всеки от регулационните механизми е строго детерминиран генетически , основно влияние върху продукцията на вторични метаболити оказват мутациите.На практика мутациите са определящ фактор , обезпечаващ стократно или хилядократно увеличения добив на антибиотицив промишлено отношение в сравнение с добива в момента на тяхното откриване.В повечето промишлени програми се предвижда повишаване на продуктивността на работните щамове по пътя на обработка на клетките с мутагени и чрез нанасяне на обработените клетки върху агарова повърхност и случаен избор на колонии за изследване за продуктивност.Допълнително към такъв процес на случаен избор често за изследване за продуктивност специално се избират морфологично необичайни или оцветени колонии.За съжаление до момента познаването на механизмите , отговорни за по-високата продуктивност на такива мутанти,е много ограничена или отсъства.Така например е установено , че отстраняването от клетките на ензими посредством мутация и неговата замяна по пътя на осъществяване на втора мутация или реверсия често позволява да се получи мутант ,резистентен към влияние на принципа на обратната връзка.Например по отношение на вторичния метаболизъм мутации и реверсии са били използвани при получаването на високоефективни продуценти на хлортетрациклин.При използването на една от разноеидностите на такава методика способността на микроорганизмите към продукция на предшественика на хлортетрациклин (метионин) е била установена по пътя на ауксотрофната мутация , а след това заменена с помоша на случайна реверсия.Това е схемата прототроф-ауксотроф-прототроф.Аналогичен е варианта при използването на метода , когато организмът се подлага на мутация до състояние ,при което способността за продукция на антибиотици въобще е изчезнала, като след това се връща отново към способността за продукция. Вторичният метаболит сам може да е инхибитор на растежа на продуцента , което често има място при получаването на антибиотици за селекция на резистентни култури с повишена продуктивност.При селекцията може да се използва самия антибиотик или вторичен метаболит.Такъв подход е бил приложен при получаването на стрептомицин и други антибиотици.

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 2421
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site



Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2019. All rights reserved