35. Вторичные метаболиты. Понятие. Характеристика. Фазы развития микроорганизмов-продуцентов в процессе биосинтеза вторичных метаболитов. Условия биосинтеза вторичных метаболитов.

Вторичные метаболиты - органические вещества, синтезируемые организмом, но не участвующие в росте, развитии или репродукции.

Особенности вторичных метаболитов

Относительная низкая молекулярная масса

Не обязательно присутвуют в каждом организме

как правило, являются биолгически-активными веществами

синтезируются из первичных метоаболитов

У растений вторичные метаболиты участвуют во взаимодействии растения с окружающей средой, защитных реакицях (например, яды). К ним относятся следующие классы: Алкалоиды, Кофеин-вторичный метаболит растений. Выполняет защитную функцию. Для своей жизнедеятельности бактерии также производятьшироокий спектр вторичных метаболитов. Среди них витамины, антибиотики, алкалоиды и прочие.

Главные функции вторичных метаболитов:

- участвуют в фотосинтезе,

- запасающая (азот),

- защищают от биопатогенов, животных,

- регулируют рост, движения.

- обеспечивая окраску цветков и плодов, способствуют размножению растений и распространению семян,

- останавливают прорастание семян конкурирующих видов,

Синтез вторичных метаболитов

Рост микроорганизмов можно охарактеризовать как S - образную кривую.

Первая стадия - стадия быстрого роста, или логарифмическая, для которой характерен синтез первичных метаболитов.

2Ая фаза – медленного роста, когда увеличение биомассы клеток резко замедляется. Для вторичных метаболитов характерны такие фазы как тропофаза и идиофаза.

Тропофаза – фаза сбалансированного роста микроорганизма. Здесь идет интенсивное накопление биомассы продуцента. Продуцент синтезирует белки, НК,углеводы, ферменты и др БАВ. Наблюдается интенсивное потребление кислорода, снижается рН.

Идиофаза – фаза несбалансированного роста микроорганизма. В этот период синтезируются идиолиты (т.е. вторичные метаболиты),которые не играют явной роли в процессах метаболизма, они вырабатываются клетками для адаптации к условиям окружающей среды, например, для защиты.

Условия биосинтеза:

Стерильность, регулирование факторов среды ( таких как температура, газовый состав, освещенность и др.),контроль продуктивности биомассы путем отбора проб.

Также с целью производства вторичных метаболитов используют закрытые или открытые системы в периодическом или проточном режимах.

В закрытой системе при периодическом режиме выращивания, клеточная масса остается закрытой в определенном объеме среды до конца выращивания. В закрытой непрерывной культуре в систему периодически подается свежая питательная среда, а старая удаляется в том же объеме. Клетки при этом остаются в системе в течение всего цикла выращивания.

В открытые проточные культуры периодически ( или непрерывно) поступает свежая питательная среда, однако отбирается не только старая среда, но и часть урожая клеточной массы.

Наиболее изученным и распространенным режимом является закрытая периодическая система. В этом случае для аэрации и перемешивания используют роллеры, качалки , ферментеры, где аэрация осуществляется механическими мешалками или воздушным потоком.

36. Антибиотики как биотехнологические продукты: понятие, классификации, характеристика. Биологическая роль антибиотиков как вторичных метаболитов. Причины позднего накопления антибиотиков в ферментационной среде по сравнению с накоплением биомассы.

Антибиотики- вещества, образуемые микроорганизмами и избирательно подавляющие рост других микроорганизмов. Некоторые из антимикробных антибиотиков обладают способностью подавлять рост опухолевых клеток, в связи с чем появился еще один новый термин – противоопухолевые антибиотики. Важнейшая характерная черта антибиотиков - их избирательность действия на метаболизм. Обычно, из нескольких тысяч метаболических реакций, антибиотик подавляет только одну или несколько.

По происхождению антибиотики можно разделить на пять групп:

1. Антибиотики, образуемые грибами и лишайниками. - пенициллин

2. Антибиотики, образуемые актиномицетами. Например, Streptomyces greseus - стрептомицин, Str. fradiae - неомицин, Str. canamyceticus - канамицин, др.

3. Антибиотики, выделенные из бактерий. В большинстве своем это сапрофиты, обитающие в почве и обладающие ярко выраженной биохимической активностью. К ним относятся грамицидин, колицин, пиоционин, субтилин, полимиксин и др.

4. Антибиотики животного происхождения. К ним относится эритрин, выделяемый из эритроцитов различных животных, экмолин, полученный из тканей рыб, лизоцим - полисахарид, полученный из яичного белка.

5. Антибиотики растительного происхождения. Многие растения выделяют летучие и нелетучие биологически активные вещества - фитонциды, способные обеспечить иммунитет растений к различным болезням. Они инактивируют ряд жизненно важных ферментов и подавляют жизнедеятельность стафилококков, стрептококков, кишечной палочки, протея и других микроорганизмов. Некоторые фитонциды выделены в чистом виде, например, аллицин получен из чеснока.

по химическому строению и свойствам:

• пенициллины;

• цефалоспорины;

• препараты группы эритромицина;

• тетрациклины;

• препараты левомицетина;

• аминогликозиды;

• полимиксины.

По спектру противомикробного действия среди антибиотиков различают:

• Антибиотики, действующие преимущественно на грамположительную микрофлору: бензилпенициллины, препараты группы эритромицина;

• Антибиотики широкого спектра действия (действующие на грамположительную и грамотрицательную микрофлору): цефалоспорины, тетрациклины, препараты левомицетина, аминогликозиды.

• Антибиотики, действующие преимущественно на грамотрицательную микрофлору: полимиксины.

• Противогрибковые антибиотики: нистатин, леворин, амфотерицин В, гризеофульвин.