57. Биосинтетические процессы. Образование вторичных метаболитов. Виды антибиотиков. Механизм действия.

Вторичные метаболиты – вещества микробного или растительного происхождения, не существенные для роста и продукции собственно продуцента. Многие из таких веществ играют большую роль как лечебные, стимулирующие препараты, добавки к кормам. В качестве продуцентов вторичных метаболитов микроорганизмы приобрели огромное значение в медицине, экономике и промышленности.

Вторичные метаболиты обычно образуются в конце ростовых процессов, образование зависит от условий роста, состава питательных сред.

К вторичным метаболитам относят: антибиотики; токсины; витамины; алкалоиды; экзополисахариды; ферменты.

Антибиотики – это вещества биологического происхождения, способные даже в низких концентрациях подавлять или прекращать рост микроорганизмов. Подавляют рост фунгистатические и бактеристатические антибиотики, а прекращают рост грибов или бактерий – фунгицидные и бактерицидные.

К синтезу антибиотиков способны в основном грибы семейства Aspergilales, актиномицины и некоторые эубактерии. К настоящему времени охарактеризовано подробно более 2000 антибиотиков. По химическому разнообразию синтезируемых антибиотиков первое место занимают микроорганизмы рода Streptomyces.

К важнейшим антибиотикам, применяемым в медицине и промышленности относятся пенициллин, цефалоспорины, стрептомицин, тетрациклин, грамицидин и многие другие.

*Наиболее важным веществом антибактериальной природы до сих пор остается пенициллин, синтезируемый Penicillum notatum, P. chrysogenum и некоторыми другими грибами. Пенициллин – низкомолекулярное вещество неферментное, имеющее бета-лактамное кольцо.

Удалось получить и полусинтетические пенициллины – природный пенициллин расщепляется до 6-аминопенициллановой кислоты, к которой затем присоединяются различные боковые группы.

Для человека пенициллин не токсичен, но может вызывать побочные аллергические реакции при повторном применении.

Наиболее распространены полусинтетические пенициллины – фенетициллин, метициллин, ампициллин.

Все пенициллины подавляют синтез клеточной стенки бактерий. Многие бактерии образуют пенициллазу (бета-лактамаза), которая расщепляет бета-лактамное кольцо пенициллина и инактивирует его.

* Цефалоспорины. Эти антибиотики являются продуктами одного из видов грибов цефалоспориумов. В настоящее название гриба Acremonium chrysogenum. Цефалоспорин С имеет бета-лактамное кольцо и близок по строению к пенициллину. Подавляет гр+ и гр- бактерии, активность ниже, чем у пенициллина.

* Стрептомицин. Синтезируется грибком Streptomyces griseus. Активно воздействует на грамотрицательные и кислотоустойчивые бактерии, устойчивые к пенициллину. Однако часто вызывает выраженные аллергические реакции.

* Хлорамфеникол – впервые был обнаружен в культурах Streptomyces venezuelae, отличается исключительной стабильностью и воздействует активно на многие грамотрицательные бактерии, риккетсии, актиномицеты, а также на крупные вирусы. Модификациями хлорамфеникола являются левомицетин и синтомицин.

* Тетрациклины – это метаболиты различных стрептомицетов (в том числе Streptomyces aureofaciens). Тетрациклины отличаются широким спектром действия и хорошей переносимостью.

* Макролиды – антибиотики различного происхождения с относительно большой молекулярной массой, для которых характерно макроциклическое лактамовое кольцо (эритромицин, карбомицин, пикромицин и др.).

* Полипептидные антибиотики – грамицидин, полимиксины, бацитрацин и др. Обладают высоким сродством к плазматической мембране, поэтому они одинаково токсичны как для бактерий, так и для эукариот и не применяются в клинике. Благодаря своей способности избирательно транспортировать ионы через мембрану полипептидные антибиотики могут применяться в исследовательских целях в качестве ионофоров.

В зависимости от механизма действия антибиотиков на молекулярном уровне различают следующие группы соединений:

1.Антибиотики, ингибирующие синтез клеточной стенки (пенициллины, ванкомицин, цефалоспорины);

2. Антибиотики, нарушающие функции мембран (грамицидины, кандицидины, нистатин, трихомицин, и др.);

3. Антибиотики, избирательно подавляющие синтез (обмен) нуклеиновых кислот:

а) РНК (актиномицин, гризеофульвин, канамицин, неомнцин, новобиоцин, оливомицин и др.);

б) ДНК (актидион, митомицины, новобиоцин, саркомицин и др.);

4. антибиотики – ингибиторы синтеза пуринов и пиримидинов (азасерин, саркомицин и др.);

5.антибиотики, подавляющие синтез белка (канамицин, метимицин, неомицин, тетрациклины, хлорамфеникол, эритромицин и др.);

6. антибиотики – ингибиторы дыхания (олигомицины, пиоцианин, усниновая кислота и др.);

7. антибиотики – ингибиторы окислительного фосфорилирования (валиномицин, грамицидины, колицины, олигомицин, тироцидин и др.);

8. антибиотики, обладающие антиметаболитными свойствами, т.е. выступают в качестве антиметаболитов аминокислот, витаминов, нуклеиновых кислот (фураномицин – антиметаболит лейцина);

9. антибиотики-иммуномодуляторы (актиномицины С и D, оливомицин, рубомицин).