214

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ДНІПРОДЗЕРЖИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Д.В.Філімоненко

Конспект лекцій з дисципліни «Біохімічні основи мікробного синтезу» для студентів напряму 6.051401 «Біотехнологія»

Затверджено редакційно-видавничою секцією науково-методичної ради ДДТУ

__________2009 р. протокол №_______

Дніпродзержинськ

2009

Розповсюдження і тиражування без офіційного дозволу Дніпродзержинського державного технічного університету заборонено

Конспект лекцій з дисципліни „Біохімічні основи мікробного синтезу” для студентів денної та заочної форм навчання напряму 6.051401 „Біотехнологія”/ Укл.: старший викладач Філімоненко Д.В., – Дніпродзержинськ, ДДТУ, 2009. – 200 с.

Укладачі: ст. викладач Філімоненко Д.В.

Відповідальний за випуск: к.т.н., доцент Гуляєв В.М.

Рецензент: к.т.н., доцент кафедри БТЕ Авраменко С.Х.

Затверджено на засіданні кафедри

біотехнології та екології,

протокол № 11 від 02.03.2009 р.

Коротка анотація видання. Конспект лекцій складений з урахуванням робочої програми з дисципліни «Біохімічні основи мікробного синтезу».

ЗМІСТ

Вступ	4
Тема 1. Транспорт компонентів середовища в клітини мікроорганізмів	7
1.1 Функції позаклітинних гідролаз	7
1.2 Трансортні білки (пермеази)	9
1.3 Фосфоенолпіруват-фосфотрансферазна система	13
1.4 Піноцитоз	16
1.5 Мембранні іонофори	16
Тема 2. Азотмісткі компоненти середовища і їхня асиміляція мікроорганізмами	18
Азотмісткі компоненти середовища	18
Ферментативні механізми асиміляції	21
Тема 3. Асиміляція вуглеводів мікроорганізмами	24
3.1 Основіні відомості про асиміляцію вуглеводів	24
3.2 Гексозомонофосфатний шлях	27
3.3. Метаболізм вуглеводів,відмінних від глюкози	32
3.4 Цикл трикарбонових кислот	34
3.5 Гліоксилатний шлях	36
3.6 Регуляція активності ферментів циклу три карбонових кислот	37
Тема 4. Асиміляція жирів мікроорганізмами	39
4.1 Ферментативний гідроліз жирів	39
4.2 Піногасники	40
Тема 5. Асиміляція вуглеводнів, етанолу, метанолу і ацетату мікроорганізмами	41
5.1 Асиміляція вуглеводнів	41
5.2 Включення етанолу і ацетату в обмін речовин	42
5.3 Асиміляція метанолу	43
Тема 6. Основні принципи регуляції обміну речовин у мікроорганізмів	44
Основні уявлення про механізм регуляції	44
6.2 Індукція й репресія синтезу ферментних білків	45
Тема 7. Метаболічний фонд мікроорганізмів	47
Амінокислоти фонду	47
7.2 Нуклеотиди фонду	49

ВСТУП

Мікробіологічний синтез виступає сьогодні як найважливіша частина сучасної біотехнології. Практично всі основні досягнення біотехнології отримані прямо або побічно при участі мікроорганізмів або продуктів їх обміну.

Під мікробіологічним синтезом розуміють синтез структурних компонентів мікробних клітин або продуктів їх метаболізму з низькомолекулярних з'єднань. Основні особливості мікробіологічного синтезу полягають у наступному:

1) синтез відбувається ферментними системами самої клітини й відбувається переважно внутрішньоклітинно поза залежністю від локалізації цільового продукту після проведення технологічних операцій по його одержанню;

2) синтез походить із низькомолекулярних попередників, які в ході реакцій синтезу, як правило, повинні бути активовані;

3) синтез є енергозалежним процесом;

4) шляхи синтезу пов'язані з катаболізмом, але можуть істотно відрізнятися від них і здебільшого здійснюються іншими ферментними системами.

Завдання мікробіологічного синтезу полягає в тому, щоб одержати максимум цільового продукту й мінімум інших продуктів. Для досягнення надсинтезу необхідно порушити нормальну регуляцію шляхів метаболізму. Цього можна домогтися за допомогою генетичних методів, зокрема методів генетичної інженерії, або шляхом зміни умов культивування. Звичайно ефекту надсинтезу досягають комбінацією цих методів.

Уявлення, які сформувалися в останні роки про те, що практично будь-який метаболіт виконує функції регуляторів, спричинило істотну зміну поглядів, що панували раніше, на вплив компонентів середовища і їх катаболітів на хід процесу. Взаємозв'язок продуктів обміну речовин у клітині, множинність функції того самого метаболіту в різних фізіологічних умовах, наявність шунтових метаболічних шляхів, обмін коферментами й кофакторами в сполучених ферментативних реакціях і т.п. ускладнюють інтерпретацію й прогноз ходу мікробіологічного синтезу.

Одержання й використання нових мутантних штамів, сконструйованих методом генетичної інженерії, не звільняє від необхідності знати механізми біохімічних реакцій і механізми їх регуляції. Навіть якщо мова буде йти про конструювання зовсім нового генома, то функціонувати повинні відомі ферментні системи, робота яких здійснюється відповідно до основних положень біохімії. І нарешті, якщо відбувається спроба конструювання нового генома, то елементами нової "конструкції", у майбутньому повинні стати нині відомі системи.

Істотною особливістю реакцій біосинтезу є активування низькомолекулярних метаболітів або проміжних продуктів для здійснення чергової ферментативної реакції. Найголовніші з них:

- утворення КоА-ацильних похідних,

- утворення аденилатів,

- фосфорилювання в реакціях з АТФ із наступним розщепленням проміжного продукту фосфатазою.

Відомо, що багато продуктів мікробіологічного синтезу відносять до вторинних метаболітів. Ми не користуємося цим терміном, оскільки сьогодні немає строгого визначення, які продукти відносяться до їх числа. Синтез ферментів й їхнє надходження в зовнішнє середовище підкоряються закономірностям, відмінним від закономірностей, характерних для синтезу низькомолекулярних метаболітів. Для синтезу ферментів застосовні загальні подання про синтез білків. Відомо, що багато ферментів синтезуються у вигляді своїх неактивних попередників, а потім здобувають свою активну конформацію. Здійснення більшості ферментативних реакцій неможливо без коферментів. Їхній дефіцит може привести до гальмування ферментативної реакції, де кофермент виконує функції переносника відповідних функціональних груп у реакції.

Для технологів важливе питання локалізації ферментних білків, тому особлива увага повинне бути приділене механізмам секреції ферментних білків.

Матеріал курсу значною мірою базується на інформації, по органічній і біологічній хімії, генетиці й мікробіології.