Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

Общие сведения

Антибиотики

Алкалоиды

Токсины

Вторичные метаболиты в продуктах питания

Производство вторичных метаболитов

Заключение

Список литературы

Введение

Целью данной работы является моё ознакомление с продуктами метаболизма, так как обмен веществ играет существенную роль в жизни микроорганизмов. А именно меня заинтересовали вторичные метаболиты.

Актуальность этой темы, весьма понятна, так как промышленное получение вторичных метаболитов представляет несомненный интерес не в одной области промышленности (пищевая, фармацевтическая), так как эти метаболиты являются биологически активными веществами.

Выполняя данную работу я поставила перед собой следующие задачи :

1. Дать понятие, что же такое вторичные метаболиты;

2. Изучить получение вторичных метаболитов;

3. Узнать в какой области они применяются;

4. Какого их значение, а также как будущему пищевику мне хотелось бы узнать применяют ли идиолиты ( как позже выясниться по другому называют вторичные метаболиты) в пищевой промышленности и как именно.

Прежде чем начать свою работу, мне хотелось бы узнать что такое вторичные метаболиты и дать им понятие:

Вторичные метаболиты (идиолиты)- низкомолекулярными макромолекулярные соединения, не требующиеся для роста клеток: антибиотики, алкалоиды, токсины, гормоны и др.[6]

Общие сведения

Метаболиты вторичные соединения, часто сложного состава, не являющиеся основными промежуточными соединениями метаболизма клетки, образуются в его тупиковых ветвях. Микроорганизмы образуют некоторые пигменты, антибиотики, витамины. Большое значение имеет синтез идиолитов микроорганизмами (например в процессе формирования гумуса почвы).

Они не требуют для роста чистую культуру. Представляют собой смесь близкородственных соединений, относящихся к одной и той же химической группе.

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(в данной работе не будут рассмотрены.так как темой являются вторичные метаболиты микроорганизмов) и токсины.[3]

Вторичные метаболиты синтезируют не все микроорганизмы, а в основном нитчатые бактерии, грибы и спорообразующие бактерии.

Антибиотики

Антибиотики - органические соединения. Они синтезируются живой клеткой и способны в небольших концентрациях замедлить развитие или полностью уничтожить чувствительные к ним виды микроорганизмов.[6]

Огромное разнообразие антибиотиков и видов их воздействия на организм человека явилось причиной классифицирования и разделения антибиотиков на группы.

По характеру воздействия на бактериальную клетку антибиотики можно разделить на три группы:

· бактериостатические (бактерии живы, но не в состоянии размножаться),

· бактерициды (бактерии умертвляются, но физически продолжают присутствовать в среде),

· бактериолитические (бактерии умертвляются, и бактериальные клеточные стенки разрушаются).

Классификация по химической структуре, состоит из следующих групп:

· Бета-лактамные антибиотики, делящиеся на две подгруппы:

1. Пенициллины - вырабатываются колониями плесневого грибка Penicillium;

2. Цефалоспорины - обладают схожей структурой с пенициллинами.

· Макролиды -со сложной циклической структурой. Действие - бактериостатическое.

· Тетрациклины - используются для лечения инфекций дыхательных и мочевыводящих путей, лечения тяжелых инфекций. Действие - бактериостатическое.

· Аминогликозиды - обладают высокой токсичностью. Используются для лечения тяжелых инфекций: заражения крови или перитонитов.

· Левомицетины -поражении костного мозга, вырабатывающего клетки крови. Действие - бактерицидное.

· Гликопептидные антибиотики нарушают синтез клеточной стенки бактерий. Оказывают бактерицидное действие.

· Линкозамиды оказывают бактериостатическое действие, которое обусловлено ингибированием синтеза белка рибосомами.

· Противогрибковые - разрушают мембрану клеток грибков и вызывают их гибель. Действие - литическое.

Антибиотики в отличие от антисептиков обладают антибактериальной активностью не только при наружном применении, но и в биологических средах организма при их системном применении.

Механизмы биологического действия:

· Нарушение синтеза клеточной стенки посредством ингибирования синтеза пептидогликана (пенициллин, цефалоспорин,), образования димеров и их переноса к растущим цепям пептидогликана (ванкомицин, флавомицин) или синтеза хитина (никкомицин). Антибиотики, действующие по подобному механизму обладают бактерицидным действием, не убивают покоящиеся клетки и клетки, лишенные клеточной стенки.

· Нарушение функционирования мембран: нарушение целостности мембраны, образование ионных каналов, связывание ионов в комплексы, растворимые в липидах, и их транспортировка. Подобным образом действуют нистатин, грамицидины, полимиксины.

· Подавление синтеза нуклеиновых кислот: связывание с ДНК и препятствование продвижению РНК-полимеразы (актидин), сшивание цепей ДНК, что вызывает невозможность её расплетания (рубомицин), ингибирование ферментов.

· Нарушение синтеза пуринов и пиримидинов (азасерин, саркомицин).

· Нарушение синтеза белка: ингибирование активации и переноса аминокислот, функций рибосом (стрептомицин, тетрациклин, пуромицин).

· Ингибирование работы дыхательных ферментов (антимицины, олигомицины, ауровертин).

 Алкалоиды

Алкалоиды - группа азотсодержащих органических соединений природного происхождения (чаще всего растительного), большинство из которых обладает свойствами слабого основания.[6]

По сравнению с большинством других классов природных соединений класс алкалоидов отличается большим структурным многообразием. Единой классификации алкалоидов не существует. Алкалоиды часто делят на следующие большие группы:

1. Алкалоиды с атомом азота в гетероцикле, биогенетическими предшественниками которых являются аминокислоты. Примерами истинных алкалоидов являются атропин, никотин, морфин. К этой группе также относят некоторые алкалоиды, содержащие кроме азотистых гетероциклов терпеноидные фрагменты (как эвонин) или имеющие пептидную структуру (как эрготамин).

2. Алкалоиды с атомом азота в боковой цепи, биогенетическими прекурсорами которых являются аминокислоты. Также называются протоалкалоидами(мескалин, адреналин и эфедрин).

3. Полиаминные алкалоиды (производные путресцина, спермидина и спермина).

4. Пептидные (циклопептидные) алкалоиды.

5. Псевдоалкалоиды - соединения, похожие на алкалоиды, биогенетическими предшественниками которых не являются аминокислоты(терпеноидные, стероидные алкалоиды).

Алкалоиды, молекулы которых содержат атомы кислорода (что справедливо для подавляющего большинства алкалоидов) при стандартных условиях представляют собой бесцветные кристаллы. Алкалоиды, молекулы которых не содержат атомов кислорода, чаще всего являются летучими бесцветными маслянистыми жидкостями (как никотин или кониин).

Большинство алкалоидов обладает свойствами слабых оснований, но некоторые из них амфотерны (как теобромин и теофиллин).

Как правило, алкалоиды плохо растворимы в воде, но хорошо растворимы во многих органических растворителях (диэтиловом эфире, хлороформе и 1,2-дихлорэтане). Исключением является, например, кофеин, хорошо растворимый в кипящей воде. При взаимодействии с кислотами алкалоиды образуют соли различной степени прочности. Соли алкалоидов, как правило, хорошо растворимы в воде и спиртах и плохо растворимы в большинстве органических растворителей, хотя известны соли, плохо растворимые в воде (сульфат хинина) и хорошо растворимые в органических растворителях (гидробромид скополамина).[4]

Большинство алкалоидов имеет горький вкус. Предполагается, что таким образом естественный отбор защитил животных от вырабатываемых растениями алкалоидов, многие из которых сильно ядовиты.

Большинство известных функций алкалоидов относятся к защите растений от внешних воздействий. Так, например, апорфиновый алкалоид лириоденин, вырабатываемый лириодендроном тюльпановым, защищает растение от паразитических грибов. Алкалоиды имеют и эндогенное значение. Такие вещества, как серотонин, дофамин и гистамин, иногда также относимые к алкалоидам, являются важными нейромедиаторами у животных. Известна также роль алкалоидов в регулировке роста растений.

Токсины

Токсин-биологически активные вещества микробного, растительного и животного происхождения, поражающие чужеродную эукариотическую клетку и не действующие на клетки прокариот.[6]

По мишени действия токсины разделяют на:

· Гематические яды (Heamotoxic) - яды, затрагивающие кровь.

· Нейротоксины (Neurotoxic) - яды, поражающие нервную систему и мозг.

· Миоксичные яды (Myotoxic) - яды, повреждающие мышцы.

· Гемотоксины (Haemorrhaginstoxins) - токсины, которые повреждают кровеносные сосуды и вызывают кровотечение.

· Гемолитические токсины (Haemolysinstoxins) - токсины, которые повреждают эритроциты.

· Нефротоксины (Nephrotoxins) - токсины, которые повреждают почки.

· Кардиотоксины (Cardiotoxins) - токсины, которые повреждают сердце.

· Некротоксины (Necrotoxins) - токсины, которые разрушают ткани, вызываяя их омертвление (некроз) и др.

Свойство вырабатывать токсины делает микробы патогенными. По химической природе большая часть токсинов микроорганизмов высокомолекулярными соединениями (пептиды, белки, гликопротеины), и то же время токсины грибков представляют собой компоненты преимущественно с низкой молекулярной массой.

По физико-химическим свойствам токсины бактерий относятся к белкам и пептидам. Некоторые из них синтезируются бактериальной клеткой в виде неактивного предшественника (дифтерийный, ботулинические токсины и др.), для переведения которого в активное состояние требуется стадия активации. Токсины бактерий, у которых функционально-активная структура представлена одной полипептидпой цепью, названы простыми; токсины, имеющие субъединичное строение и состоящие из нескольких функционально различных пептидов, - сложными.[1]

Вторичные метаболиты в продуктах питания, напитках

Большинство пряностей, приправ, чая и других напитков, таких как кофе и какао обязаны их индивидуальным свойствам (вкусу и аромату) фармакологически активным вторичным метаболитам растений, которые их содержат. Хотя некоторые из этих активных веществ (например, ванилин, эфедрин и кофеин) получают путем полу или полного синтеза, высокие цены по-прежнему выплачиваются в для соединений, выделенных из природных источников, особенно если они предназначены для использования в качестве пищевых добавок и ароматизаторов.

Некоторые биологически активные вторичные метаболиты нашли применение как наркотики или в качестве модельных соединений для синтеза наркотиков и semisyntheses. Однако, часто забывают, что натуральные продукты часто служат химическим моделям для проектирования и полного синтеза новых структур наркотиков. Например, меперидин (демерол), пентазоцин (Talwin) и пропоксифен (Darvon) являются полностью синтетическими анальгетиками для которых опиаты, такие как морфин и кодеин, были моделями, в то время как аспирин является простой производной салициловой кислоты, первоначально полученные из ивы (Salix SPP.).

Натуральные продукты часто имеют весьма сложные структуры с множеством хиральных центров, которые могут определить биологическую активность. Такие сложные соединения не могут быть синтезированы искусственно. Хорошим примером такого метаболита с высокой степенью структурной сложности является естественный азадирахтин растительный инсектицидам.

Экономически важные характеристики вторичных метаболитов. Большинство из них может быть получено из растительного сырья путем дистилляции паром или экстракцией органическими растворителями, и (за исключением биополимеров, натурального каучука, конденсированных танинов и веществ с высоким молекулярным весом, полисахариды, такие как десны, пектин и крахмал), у них, как правило, относительно низкая молекулярная масса (как правило, менее чем 2000).

Антибиотики в настоящее время нашли широкое применение в химиотерапии, патологии растений, сохранения пищевых продуктов, ветеринарии и используются в качестве инструментов исследования в области биохимии и молекулярной биологии. Около 7000 антибиотиков известны сегодня, и сотни из них производится на коммерческой основе микробной ферментации.

Но также выяснилось что, микотоксины - вторичные метаболиты микроскопических плесневых грибов. Из кормов и продуктов питания выделено около 30 тыс. видов плесневых грибов, большинство из которых продуцирует высокотоксичные метаболиты, в частности более 120 микотоксинов. С биологических позиций микотоксины выполняют в обмене микроскопических грибов функции, направленные на их выживание и конкурентоспособность. С гигиенических позиций это особо опасные токсичные вещества, загрязняющие корма ипищевы епродукты.

По данным ФАО, около 30 % мирового сбора зерновых и зернобобовых культур заражено токсикогенными грибами и загрязнено микотоксинами.[5]

Производство вторичных метаболитов

Фармацевтическая промышленность разработала сверхсложные методы скрининга (массовой проверки) микроорганизмов на способность продуцировать ценные вторичные метаболиты.

Получение такого рода веществ послужило основой для создания целого ряда отраслей микробиологической промышленности. Первым в этом ряду стало производство пенициллина; микробиологический способ получения пенициллина был разработан в 1940-х годах и заложил фундамент современной промышленной биотехнологии.

Молекулы антибиотиков очень разнообразны по составу и механизму действия на микробную клетку. При этом в связи с возникновением устойчивости патогенных микроорганизмов к старым антибиотикам постоянно существует потребность в новых. В некоторых случаях природные микробные антибиотические продукты химическим или энзиматическим путем могут быть превращены в так называемые полусинтетические антибиотики.

Рост микроорганизмов можно охарактеризовать как S - образную кривую. Первая стадия - стадия быстрого роста, или логарифмическая, для которой характерен синтез первичных метаболитов. Далее наступает фаза медленного роста, когда увеличение биомассы клеток резко замедляется. 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. Таким образом, продуценты первичных и вторичных метаболитов относятся к разным таксономическим группам.

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.

Заключение

В ходе работы я смогла узнать что же такое вторичные метаболиты. Также я узнала ,что их роль в процесса метаболизма не значительна, они всего лишь адаптируют клетку к условиям окружающей среды и вырабатываются не всеми микроорганизмами. Зато область применения идиолитов достаточна широка, особенно в фармацевтической промышленности . Но применение вторичных метаболитов микроорганизмов в пищевой промышленности не велико, так как используются в основном идиолиты растений,но более того некоторые из них оказались опасными для жизни.

метаболит алкалоид антибиотик токсин

Список литературы

1. Далин М.В., Фиш Н.Г. Токсины микроорганизмов. В кн.: Микробиология. М., 1977, т.6. 103с.

2. Езепчук Ю. В. - Патогенность как функция биомолекул. - М.: Медицина, 1985. - 238 с.

3. Безбородов А. М. - Метаболиты внутриклеточного фонда микроорганизмов. - М.: Наука, 1974. - 76 с.

4. Супотницкий М.В. Микроорганизмы, токсины и эпидемии. - М., 2000.

5. Нечаев А.П. Пищевая химия. СПб.: ГИОРД, 2003 - 640 с.

6. http://ru.wikipedia.org/

Размещено на Allbest.ru