Ce este biosinteza în biologie? Caracteristicile principalelor metode de producere a antibioticelor Ce este sinteza biologică?

Ce este sinteza biologica? Dați exemple.

Sinteza biologică este procesul de formare a macromoleculelor biologice, a căror structură este determinată de secvența de nucleotide din molecula de ADN (sinteza proteinelor). Sinteza biopolimerilor neproteici are loc astfel: în primul rând, se sintetizează o enzimă proteică, iar cu ajutorul ei se formează molecule de carbohidrați, lipide, hormoni și vitamine.

Definiți asimilarea.

Asimilarea (anabolism sau metabolism plastic) este un ansamblu de reacții de sinteză biologică, în timpul cărora substanțe simple, intrand in celula din exterior, se formeaza substante asemanatoare cu cele ale celulei.

Care este codul genetic?

cod genetic - sistem unificatînregistrări informații ereditareîn moleculele DHE şi ARN sub forma unei secvenţe de nucleotide din ele. Conține informații despre ordinea aminoacizilor din lanțul polipeptidic.

Formulați proprietățile de bază ale codului genetic.

1. Specificitatea. Aceeași tripletă corespunde întotdeauna unui singur aminoacid.

2. Redundanță. Există 64 de combinații posibile de patru baze azotate (3 într-un triplet) și ele codifică 20 de aminoacizi. Ca urmare, unii aminoacizi sunt codificați de mai multe triplete, ceea ce crește fiabilitatea transmiterii informațiilor ereditare.

H. Versatilitate. Codul genetic este universal pentru toate organismele vii. De exemplu, este același lucru la E. coli și la oameni.

4. Nesuprapunere. Tripleții care codifică aminoacizi nu se suprapun niciodată, ci sunt întotdeauna cititi și transmisi ca un întreg. Nu este posibilă utilizarea bazei azotate a unui triplet în combinație cu bazele azotate a altui triplet.

Unde se sintetizează ribo? acizi nucleici?

Informațiile despre structura tuturor tipurilor de ARN sunt conținute în secvența de nucleotide ADN și sunt realizate într-o singură etapă prin sinteza complementară a unei molecule de ARN pe unul dintre lanțurile de molecule de ADN, adică ca rezultat al transcripției.

Unde are loc sinteza proteinelor?

Asamblarea directă a moleculei proteice are loc în citoplasmă, pe ribozomi.

Explicați cum are loc sinteza proteinelor.

Procesul de sinteză a proteinelor se desfășoară în două etape:

Prima etapă este transcripția - traducerea informațiilor dintr-o secvență de tripleți ADN într-o secvență de tripleți ARN. Se realizează prin sinteza complementară a ARN-ului mesager pe unul dintre lanțurile moleculei de ADN.

A doua etapă este translația - transferul de informații din secvența tripleților de ARN mesager la secvența de aminoacizi a lanțului polipeptidic. Realizat prin selectarea anticodonilor transfer ARN la codoni (tripleți) de ARN mesager conform principiului complementarității. Dacă anticodonul ARN-ului de transfer este complementar cu codonul ARN-ului mesager, atunci are loc o conexiune între ele, iar aminoacidul este inclus în lanțul polipeptidic. Acest proces are loc în citoplasmă, pe ribozomi, care sunt, parcă, înșirați la un capăt al ARN-ului mesager și se deplasează de-a lungul acestuia, triplet cu triplet.

Ce este disimilarea? Descrieți etapele de disimilare.

Disimilarea (catabolism, metabolism energetic) este un proces invers față de reacțiile de asimilare. Biopolimerii complecși se descompun pentru a forma substanțe simple. Aceasta eliberează energia necesară reacțiilor de biosinteză.

Există trei etape ale metabolismului energetic.

1. Pregătitoare. În această etapă, moleculele de polizaharide, proteine, grăsimi se descompun în molecule mai mici glucoză, aminoacizi, acizi grași, glicerina. Toată energia eliberată este disipată sub formă de căldură.

2. Anoxic (respirație anaerobă sau glicoliză). Această etapă de oxidare incompletă se mai numește și fermentație. Oxidarea anaerobă a unei molecule de glucoză produce 2 molecule de ATP. 40% din energia eliberată este stocată în ATP, restul este disipată sub formă de căldură.

3. Diviziunea oxigenului (respirație aerobă). În această etapă, compușii organici sunt oxidați la produsele finale CO2 și H20. Diviziunea oxigenului este însoțită de eliberarea unei cantități mari de energie și stocarea a 60% din aceasta în 36 de molecule de ATP.

Care este rolul ATP-ului în metabolismul celular?

Energia eliberată în timpul oxidării nutrienților în celulă este stocată în legăturile de fosfat ale moleculei de ATP. ATP furnizează energie pentru toate funcțiile celulare - biosinteza, diviziunea celulară, contracția musculară, transportul substanțelor prin membrană, menținerea potențialului membranei și conducerea impulsurilor nervoase.

Molecula de ATP constă din adenină de bază azotată, riboză de zahăr și trei resturi de acid fosforic.

Spuneți-ne despre metabolismul energetic într-o celulă folosind ca exemplu descompunerea glucozei.

1. Etapa pregătitoare. Descompunerea glicogenului sau a amidonului în molecule de glucoză:

(C6H10O5)n + nH2O > C6H12O6

2. Oxidarea anaerobă. Dintr-o moleculă de glucoză se formează 2 molecule de acid piruvic, 2 molecule de ATP și 2 molecule de apă. Moleculele de acid piruvic sunt ulterior reduse la acid lactic:

C 6H 12O 6 + 2H 3PO 4 + 2ADP > 2C 3H 6O 3 +2ATP +2H 2O

3. Oxidarea oxigenului. Moleculele rezultate de acid lactic și prezența oxigenului sunt oxidate la dioxid de carbon și apă cu formarea a 36 de molecule de ATP:

2SZNb03 + 60236ADF + 36NZRO.1 -

E 6C02 + 42H20 +36ATP.

Ce tipuri de nutriție ale organismelor cunoașteți?

Pe baza tipului de nutriție, toate organismele sunt împărțite în autotrofe și heterotrofe.

Ce organisme sunt numite autotrofe?

Autotrofe - organisme care trăiesc dintr-o sursă anorganică de carbon - dioxid de carbon, folosind energia luminii solare pentru a efectua procese de sinteză - fototrofe sau energie legături chimice- chimiotrofe.

Descrieți fazele luminoase și întunecate ale fotosintezei.

Fotosinteza - procesul de formare compuși organici din anorganic datorită energiei lumina soarelui. Există faze luminoase și întunecate ale fotosintezei.

Faza ușoară a fotosintezei. Are loc absorbția cuantică de către clorofile și fotoliza (descompunerea) apei. Ca urmare, se formează molecule de ATP, hidrogen atomic H”, care sunt utilizate în continuare în faza întunecată pentru sinteza glucozei și oxigen molecular (ca produs secundar) eliberat în mediu.

Faza întunecată a fotosintezei. Glucoza se formeaza din dioxid de carbon absorbit din exterior, hidrogen H obtinut in faza de lumina, cu cheltuirea energiei ATP, sintetizata si in faza de lumina.

De ce plantele verzi eliberează oxigen liber în atmosferă ca rezultat al fotosintezei?

În timpul reacțiilor fazei luminoase a fotosintezei, sub influența cuantelor de lumină și la interacțiunea cu clorofila, are loc descompunerea (fotoliza) în hidrogen atomic și radicali liberi, aceștia din urmă interacționează între ei, formând oxigen liber și apă.

Deoarece oxigenul nu este inclus în cascada ulterioară a reacțiilor de fotosinteză, este eliberat în mediul extern.

Ce este chimiosinteza?

Chemosinteza este procesul de sinteză a compușilor organici folosind carbon din dioxid de carbon folosind energia legăturilor chimice substanțe anorganice.

Ce organisme se numesc heterotrofe? Dați exemple.

Heterotrofele sunt organisme care folosesc o sursă de carbon organic. Acestea includ toate animalele, ciupercile și majoritatea plantelor.

(Etichete: moleculă, sinteza, fotosinteza, are loc, acid, proces, sinteza, organisme, energie, oxigen, dioxid de carbon, rezultat, secvență, oxigen, lumină, aminoacizi, Care, prin, se realizează, tripleți, carbon, se formează, energie , celulă, aminoacizi, complementare, nucleotide, folosind, organisme, solare, întunecate, realizate, organice, legături, quanta, descompunere, anaerobe, căldură, plumb, citoplasmă, Spune, schimb, de asemenea, transport, fotoliză, lumină, gratuit, substanțe, disipează, C6H12O6, oxidează, azotat, secvență, atomic, întotdeauna, energie, triplet, combinație, scindare, formare, ereditar, polipeptid, anorganic, disimilare, dezintegrare, etapă, etapă, strălucitor, triplet, între, stocat, inclus, din exterior, piruvic, oxidare, constă, numit, hidrogen, mediu, nutriție, respirație, celule, oxidare, compuși, format, chimic, chimiosinteză, Descrie, plante, înregistrări, De exemplu, oameni, primit, non-proteic, Non- suprapuse, genetice, singure, carbohidrați, transfer, transportă)

Reacțiile de sinteză a substanțelor organice apar în celulă concomitent cu procesele de scindare. Biopolimerii specifici complexi (proteine, grasimi, carbohidrati, acizi nucleici) sunt sintetizati din substante simple formate ca urmare a proceselor de disimilare.

Substanțele organice sintetizate sunt folosite pentru a construi diverse organele celulare, enzime, secreții și substanțe de rezervă care să le înlocuiască pe cele uzate. Toate aceste procese au loc odată cu absorbția de energie. Sinteza substanțelor care apar în celulă se numește biosinteză sau schimb plastic.

În această etapă, un total de 2600 kJ de energie este eliberat la un număr de verigi intermediare.

Formarea a 36 de legături de înaltă energie în timpul conversiei ADP în ATP necesită 1440 kJ, sau 54% din energia eliberată, care este convertită în energia potențială a ATP. În consecință, în timpul divizării oxigenului, este generată de 13 ori mai multă energie decât în ​​timpul divizării fără oxigen, iar celula stochează de 18 ori mai multă energie sub formă de ATP.

Ecuația generală pentru descompunerea completă a glucozei în două etape poate fi scrisă după cum urmează:

Conform metodei de obținere a compușilor organici, toate celulele sunt împărțite în autotrofe și heterotrofe (vezi secțiunea „Botanică”).

ATP-ul format în acest caz este trimis prin canalele reticulului endoplasmatic către alte părți ale celulei unde apare nevoia. Astfel, din energia generată în timpul descompunerii glucozei, pentru celulă se economisesc în total 80 kJ + 1440 kJ = 1520 kJ, sau 55% din energie, care se transformă în energie potențială și este ulterior utilizată de celulă. Prin urmare, reacția de scindare se numește schimb de energie.

Fotosinteză(tabelul de culori I) este un proces unic de formare a compușilor organici din substanțe anorganice folosind energia luminii. Pentru prima dată, procesul de fotosinteză și rolul clorofilei plantei în acesta au fost descrise de remarcabilul om de știință rus Kliment Arkadyevich Timiryazev (1843-1920). Fotosinteza este un proces complex în mai multe etape care are loc în două faze - lumină și întuneric.

Faza de luminăîncepe cu iluminarea cloroplastului cu lumină vizibilă. Sub influența cuantelor de lumină, unii dintre electronii mobili ai moleculelor de clorofilă se deplasează la un nivel de energie mai înalt și dobândesc energie potențială. Unii dintre acești electroni „excitați” revin la locul lor inițial, iar energia eliberată este disipată sub formă de căldură. O altă parte a acestora, cu participarea purtătorilor, acționează ca agenți reducători și se atașează la ionii de hidrogen care se formează constant în celule în timpul disocierii moleculelor de apă (H 2 O =H + +OH -). Ionii de hidrogen, după ce a adăugat un electron, se transformă în atomi de hidrogen (H + +e - = H) și se combină cu molecule de substanțe purtătoare.

Ionii OH -, rămași fără contraioni de hidrogen, renunță la electronii altor ioni și se transformă în radicali OH (OH = e - + OH). Interacționând între ele, formează apă și oxigen molecular (40H = 2H 2 O+O 2).

Procesul de formare a oxigenului molecular în timpul descompunerii apei sub influența energiei luminoase se numește fotoliza apei. A fost studiat și descris pentru prima dată de omul de știință sovietic Alexander Pavlovich Vinogradov (1895 -1975), folosind metoda atomilor marcați. În mecanismul său, fotoliza apei este similară cu electroliza apei.

În plus, în timpul fazei de lumină, unii dintre electronii „excitați” ai clorofilei și electronii separați de ionii OH - participă la formarea unei legături de fosfat de înaltă energie în timpul sintezei ATP din ADP și fosfat anorganic (P) (ADP). + P = ATP).

Astfel, în timpul fazei luminoase a fotosintezei, ca urmare a absorbției energiei luminoase de către clorofilă datorită electronilor „excitați”, are loc fotoliza apei cu eliberarea de oxigen și sinteza ATP.

Faza întunecată a fotosintezei constă dintr-o serie de reacții enzimatice secvenţiale pentru legarea CO 2 , în urma cărora se formează glucoza, care servește ca material de pornire pentru biosinteza altor substanțe organice ale plantei. Acest proces are loc datorită energiei ATP cu participarea atomilor de hidrogen formați în faza luminoasă (6СO 2 +24Н=С 6 Н 12 O 6 +6Н 2 O).

Ecuația generală pentru fotosinteză este:

6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Structura membranei cloroplastei face distincție între substanțele reactive.

Productivitate fotosintetică- 1 g de materie organică la 1 m2 de frunze în 1 oră În fiecare an, ca urmare a fotosintezei, se formează aproximativ 400 de miliarde de tone de materie organică. Necesarul anual de oxigen al unei persoane este asigurat de funcționarea a 10-12 copaci de vârstă mijlocie în timpul sezonului de vegetație. S-a stabilit că productivitatea fotosintezei crește odată cu creșterea, până la un anumit nivel, a intensității luminii, a conținutului de CO 2, a temperaturii și umidității aerului înconjurător. Aceste modele sunt utilizate pe scară largă atunci când se cultivă plante în sol protejat.

Chemosinteza a fost descoperită în 1888 de biologul rus S. N. Vinogradsky, care a dovedit capacitatea unor bacterii de a asimila dioxid de carbon datorită energie chimică. Există mai multe grupuri de bacterii chemosintetice, dintre care cea mai mare valoare au bacterii nitrofe, bacterii sulf și bacterii de fier. De exemplu, bacteriile nitrificatoare obțin energie pentru sinteza substanțelor organice prin oxidarea amoniacului la azot și apoi la acid azotic; bacterii sulfuroase - oxidarea hidrogenului sulfurat în sulfați și bacteriile de fier - transformând sărurile de oxid de fier în săruri de oxid. Energia eliberată se acumulează în celulele bacteriilor chemosintetice sub formă de ATP. Procesul de chemosinteză în care se formează CO2 materie organică, procedează în mod similar cu faza întunecată a fotosintezei.

Datorită activității bacteriilor chemosintetice, în natură se acumulează depozite mari de salpetru și minereu de mlaștină.

Biosinteza proteinelor are loc în fiecare celulă vie. Este cel mai activ în celulele tinere în creștere, unde sunt sintetizate proteinele folosite pentru a-și construi organelele, precum și în celulele secretoare, unde sunt sintetizate proteinele enzimatice și proteinele hormonale.

Rolul principal în determinarea structurii proteinelor îi revine ADN-ului. O bucată de ADN constând din câteva sute de nucleotide care conține informații despre structura unei proteine ​​se numește genă. O macromoleculă de ADN conține câteva sute de gene. Molecula conține un cod despre secvența de aminoacizi dintr-o proteină sub formă de nucleotide combinate specific. Esența codului ADN este că fiecare aminoacid corespunde unei secțiuni a unui lanț ADN de trei nucleotide adiacente - tripleti

. De exemplu, A - - C - A corespunde aminoacidului cisteină, A - A - C - leucină, T - T - T - lizină etc. Există 20 de aminoacizi diferiți, numărul de combinații posibile de 4 nucleotide de 3 este 64. Prin urmare, tripleți mai mult decât suficient pentru toți aminoacizii.

Biosinteza proteinelor este un proces complex în mai multe etape, reprezentând un lanț de reacții sintetice care se desfășoară conform principiului sintezei matricei. Esența reacții de sinteză a matricei

este că noile molecule de proteine ​​sunt sintetizate exact în conformitate cu planul stabilit în structura moleculelor de ADN existente. Aceste reacții asigură secvența specifică exactă a monomerilor din polimerii sintetizați. În biosinteza proteinelor se determină următoarele etape, care au loc în diverse părți

celule.

Sinteza ARNm (are loc în nucleu). Informația conținută în gena ADN este transcrisă în ARNm. Acest proces se numește transcriere (din latinescul „transcriptis” - rescriere).

În acest caz, împotriva fiecărei nucleotide a unuia dintre lanțurile de ADN există o nucleotidă complementară a i-ARN. Moleculele de ARNm sunt individuale, fiecare dintre ele poartă informații de la o genă. Legătura aminoacizilor cu moleculele de ARNt (apare în citoplasmă). Moleculele de ARNt constau din 70-80 de nucleotide. Lanțul de ARNt conține un număr de unități de nucleotide care sunt complementare între ele. Când sunt aduse împreună, se lipesc împreună pentru a forma o structură asemănătoare cu frunzele de trifoi (61). Un anumit aminoacid este atașat de „pețiolul” frunzei, iar în „vârful” frunzei se află triplet de cod

nucleotide corespunzătoare unui aminoacid specific. Fiecare dintre cei 20 de aminoacizi are propriul său ARNt."Asamblarea proteinelor"

Din citoplasmă, t-ARN-urile cu aminoacizi „atârnate” pe ei se apropie de ribozomi și, cu capătul lor de cod, ating tripletul nucleotidelor ARNm care trece în prezent prin ribozom. În acest moment, capătul opus al t-ARN-ului cu aminoacidul intră în locul „asamblarii” proteinei și, dacă tripletul codului t-ARN se dovedește a fi complementar cu tripletul i-ARN aflat în prezent în ribozom, aminoacidul este separat de t-ARN și devine parte a proteinei, iar ribozomul face un „pas” un triplet de-a lungul ARNm (triplete de ARNm corespunzând fiecăruia dintre cei 20 de aminoacizi, vezi Anexa).

După ce a donat un aminoacid, ARNt părăsește ribozomul și este înlocuit cu un altul, cu un aminoacid diferit, care constituie următoarea verigă din molecula de proteină în construcție (62). Acesta este modul în care lanțul polipeptidic al unei proteine ​​este asamblat legătură cu legătură, iar informațiile despre structura proteinei, înregistrate în ARNm ca o secvență de nucleotide, sunt reproduse pe lanțul polipeptidic al proteinei sub forma unei secvențe de amino. acizi. Acest proces se numește traducere (din latinescul „difuzare” - transfer) (vezi anexa, sarcina 2 și tabelul). Când sinteza moleculei proteice este finalizată, ribozomul părăsește ARNm. Proteina rezultată intră în reticulul endoplasmatic și prin canalele sale în alte părți ale celulei, iar ribozomul intră în alt ARNm și participă la sinteza unei alte proteine. Toate reacțiile de sinteză a proteinelor sunt catalizate de enzime speciale, iar energia este furnizată de ATP.

ADN-ul, purtătorul tuturor informațiilor genetice dintr-o celulă, nu este implicat direct în sinteza proteinelor (implementarea acestei informații ereditare). În celulele animale și vegetale, moleculele de ADN sunt separate printr-o membrană nucleară de citoplasmă, unde are loc sinteza proteinelor. Un intermediar este trimis de la nucleu la ribozomi, locurile de asamblare a proteinelor, care transportă informațiile copiate și este capabil să treacă prin porii membranei nucleare. Un astfel de intermediar este ARN-ul mesager, care participă la reacțiile matriceale.

Reacțiile matrice sunt reacții pentru sinteza de noi compuși bazați pe macromolecule „vechi” care acționează ca o matrice, adică o formă, o probă pentru copierea de noi molecule. Reacțiile matriceale pentru implementarea informațiilor ereditare, la care participă ADN și ARN, sunt:

1. Replicarea ADN-ului– dublarea moleculelor de ADN, datorită căreia se realizează transferul de informații genetice din generație în generație. Matricea este ADN-ul matern.

2. Transcriere(lat. transcriere- rescriere) este sinteza moleculelor de ARN după principiul complementarităţii pe matricea unuia dintre lanţurile de ADN. Apare în nucleu sub acțiunea enzimei ARN polimerazei dependente de ADN. ARN-ul mesager este o moleculă monocatenară, iar copierea genelor are loc dintr-o catenă a unei molecule de ADN dublu catenar. Limbajul tripleților ADN este tradus în limbajul codonilor ARNm. Ca rezultat al transcripției diferitelor gene, sunt sintetizate toate tipurile de ARN. Apoi ARNm, t-ARN, r-ARN intră în citoplasma celulei prin porii din membrana nucleară pentru a-și îndeplini funcțiile.

3. Difuzare (lat. traducere– transmisie, translație) este sinteza lanțurilor polipeptidice de proteine ​​pe matricea ARNm matur, realizată de ribozomi. Există mai multe etape în acest proces:

Prima etapa - iniţiere(începutul sintezei). În citoplasmă, un ribozom intră într-unul dintre capetele ARNm (tocmai cel de la care a început sinteza moleculei din nucleu) și începe sinteza polipeptidei. Molecula de ARNt care transportă aminoacidul glutamina (ARNt GLN) se conectează la ribozom și se atașează la începutul lanțului de ARNm (cod UAG). Lângă primul t-ARN (care nu are nimic de-a face cu proteina de sinteză), se atașează un al doilea t-ARN cu un aminoacid. Dacă anticodonul este t-ARN, atunci între aminoacizi are loc o legătură peptidică, care este formată de o anumită enzimă. După aceasta, t-ARN părăsește ribozomul (intră în citoplasmă pentru un nou aminoacid), iar ARNm mută un codon.

Etapa a doua - elongaţie(lungirea lanțului). Ribozomul se deplasează de-a lungul moleculei de ARNm nu lin, ci intermitent, triplet după triplet. Al treilea ARNt cu un aminoacid se leagă cu anticodonul său de codonul ARNm. Când se stabilește o legătură complementară, ribozomul face încă un pas „codon”, iar o enzimă specifică „reticulă” al doilea și al treilea aminoacizi cu o legătură peptidică - se formează un lanț peptidic. Aminoacizii dintr-un lanț polipeptidic în creștere sunt conectați în secvența în care se află codonii ARNm care îi codifică (Fig. 14).

Etapa a treia - rezilierea(sfârșitul sintezei) lanț. Apare atunci când ribozomul traduce unul dintre cei trei „codoni aiurea” (UAA, UAG, UGA). Ribozomii sar de pe ARNm, sinteza proteinelor este finalizată.

Astfel, cunoscând ordinea aminoacizilor dintr-o moleculă de proteină, este posibil să se determine ordinea nucleotidelor (tripletelor) din lanțul ARNm, iar din aceasta - ordinea perechilor de nucleotide într-o secțiune de ADN și invers, ținând cont principiul complementarităţii nucleotidelor.

Dar în procesul reacțiilor matriceale pot apărea modificări - mutații. Acestea sunt mutații genetice nivel molecular- rezultatul diferitelor deteriorări ale moleculelor de ADN - care afectează una sau mai multe nucleotide. Toate formele de mutații genetice pot fi împărțite în două grupuri mari.

Primul grup- deplasarea cadrului de citire – reprezintă inserția sau ștergerea uneia sau mai multor nucleotide. În funcție de locația încălcării, unul sau altul număr de codoni se modifică. Aceasta este cea mai gravă afectare a genelor, deoarece în proteină vor fi incluși aminoacizi complet diferiți. Astfel de deleții și inserții reprezintă 80% din toate mutațiile genice spontane.

Cele mai dăunătoare efecte sunt prostii - mutații care sunt asociate cu apariția codonilor terminatori care opresc sinteza proteinelor. Acest lucru poate duce la oprirea prematură a sintezei proteinelor, care se degradează rapid. Rezultatul este moartea celulară sau o schimbare a naturii dezvoltării individuale.

Mutațiile asociate cu substituția, deleția sau inserția în partea codificatoare a unei gene se manifestă fenotipic ca înlocuire a aminoacizilor din proteină. În funcție de natura aminoacizilor și de semnificația funcțională a zonei deteriorate, se observă o pierdere completă sau parțială a activității funcționale a proteinei. Acest lucru se exprimă printr-o scădere a viabilității, modificări ale caracteristicilor organismelor etc.

A doua grupă- Acestea sunt mutații genetice cu înlocuirea perechilor de baze nucleotide. Există două tipuri de substituții de bază:

1. Tranziție - înlocuirea unei baze purinice cu o altă bază purinică (A cu G sau G cu A) sau a unei pirimidine cu o altă pirimidină (C cu T sau T cu C).

2. Transversarea – înlocuirea unuia bază purinică la pirimidină sau invers (A la C, sau G la T, sau A la U). Un exemplu de transversie este anemia cu celule falciforme, care apare din cauza unei tulburări moștenite a structurii hemoglobinei. În gena mutantă care codifică unul dintre lanțurile de hemoglobină, doar o nucleotidă este întreruptă, iar în ARNm, adenina este înlocuită cu uracil (GAA la HUA). Ca urmare, apare o modificare a fenotipului biochimic în lanțul β al hemoglobinei, acidul glutamic este înlocuit cu valină. Această înlocuire modifică suprafața moleculei de hemoglobină: în loc de un disc biconcav, celulele roșii din sânge devin în formă de seceră și fie înfundă vasele mici, fie sunt îndepărtate rapid din circulație, ceea ce duce rapid la anemie. .

Astfel, semnificația mutațiilor genelor pentru viața unui organism variază:

· unele „mutații tăcute” nu afectează structura și funcția proteinei (de exemplu, o substituție de nucleotide care nu duce la o înlocuire a aminoacizilor);

· unele mutații duc la pierderea completă a funcției proteinelor și moartea celulelor (de exemplu, mutații nonsens);

· alte mutații - cu o modificare calitativă a ARNm și a aminoacizilor duc la modificări ale caracteristicilor organismului;

· unele mutații care modifică proprietățile moleculelor proteice au un efect dăunător asupra activității vitale a celulelor - astfel de mutații provoacă boli grave (de exemplu, transversiuni).

Sfârșitul lucrării -

Acest subiect aparține secțiunii:

Introducere. Baza moleculară a eredității

Introducere.. genetica de la originea genezei grecești ca știință a tiparelor.. i etapa gg perioada de dezvoltare a geneticii clasice a mendelismului..

Dacă ai nevoie material suplimentar pe acest subiect, sau nu ați găsit ceea ce căutați, vă recomandăm să utilizați căutarea în baza noastră de date de lucrări:

Ce vom face cu materialul primit:

Dacă acest material ți-a fost util, îl poți salva pe pagina ta de pe rețelele sociale:

Tweet

Toate subiectele din această secțiune:

Principalele tipuri de ereditate
Genetica este o știință care studiază modelele de ereditate și variabilitatea organismelor vii.

Ereditatea este capacitatea organismelor de a se repeta în generații
Principalii purtători ai eredității

Principalii purtători ai eredității nucleare sunt cromozomii localizați în nucleul celular. Fiecare cromozom are componente chimice: o moleculă gigantică de ADN
Conceptul de cariotip uman

Numărul, mărimea și forma cromozomilor sunt caracteristici specifice fiecărui tip de organism viu. Astfel, celulele unui crab pustnic conțin 254 de cromozomi, în timp ce un țânțar are doar 6. Somatic
Regulile cromozomilor

Există 4 reguli ale cromozomilor: Regula de constanță a numărului de cromozomi Celulele somatice ale corpului fiecărei specii au în mod normal un număr strict definit de cromozomi (de exemplu
Cicluri celulare și mitotice

Ciclul celular (de viață) este o perioadă din activitatea de viață a unei celule din momentul apariției acesteia până la moartea sau formarea celulelor fiice. Ciclul mitotic este o perioadă din activitatea de viață
Reproducerea la nivel de organism

Gametogeneza este procesul de formare a gameților - celule reproducătoare masculine și feminine. Ouăle se formează în gonadele feminine (ovare) și sunt de dimensiuni mari
Caracteristicile reproducerii umane

Particularitățile reproducerii umane sunt determinate de specificul său ca ființă biologică și socială.
În 1869, biochimistul elvețian Johann Friedrich Miescher a descoperit, izolat și descris pentru prima dată ADN-ul din nucleele celulare. Dar abia în 1944 O. Avery, S. McLeod și M. Macarthy au dovedit rolul genetic

Codul genetic și proprietățile sale
Pentru a realiza expresia genelor, există un cod genetic - o relație strict ordonată între bazele nucleotidice și aminoacizi (Tabelul 3).

Abrevieri comune pentru
Proprietățile de bază ale codului genetic

1. Tripletitate - unui aminoacid corespunde trei nucleotide adiacente, numite triplet (codon) (tripletele din ARNm se numesc codoni);
2. break

Niveluri de organizare a materialului ereditar
Există următoarele niveluri de organizare structurală și funcțională a materialului ereditar al eucariotelor: genă, cromozomială și genomică.

Structura elementară a nivelului genei organului
Bazele citologice și moleculare ale variabilității organismelor Genetica studiază nu numai fenomenul de ereditate, ci și fenomenul de variabilitate. Variabilitatea este proprietatea organismelor vii de a se modifica sub influența factorilor externi și interni. Variabilitatea neereditară

Variabilitatea neereditară (fenotipică) este un tip de variabilitate care reflectă modificări ale fenotipului sub influența condițiilor
mediu extern , neafectând genotipul. Gradul ei tu Variabilitatea ereditară

Variabilitatea genotipică (ereditară) este
modificări ereditare caracteristicile unui organism, determinate de genotip și păstrate pe parcursul unui număr de generații. Este reprezentat de două vederi Variabilitatea mutațională

Mutația este o schimbare bruscă, stabilă
material genetic

sub influența factorilor de mediu externi sau interni, moșteniți. Organism, ereditar
Mecanismul molecular al mutațiilor Mutațiile asociate cu modificări ale structurii moleculei de ADN sunt numite mutații genetice. Ele reprezintă ștergerea sau inserția uneia sau mai multor baze azotate, sau a ambelor în același timp Caracteristicile mutațiilor la nivel de țesut

Mutațiile somatice apar în celulele somatice, sunt moștenite numai în timpul reproducerii vegetative și se manifestă în individ însuși (
culoare diferită

ochiul unei persoane
Se crede că orice mutație este dăunătoare, deoarece perturbă interacțiunea organismului cu mediul. Cu toate acestea, unele mutații provoacă modificări minore în organism și nu prezintă niciun pericol deosebit.

Efectul mutațiilor cromozomiale asupra diferitelor sisteme ale corpului
Gradul de modificare a caracteristicilor unui organism din cauza mutațiilor cromozomiale depinde de dimensiunea zonei defectuoase și de conținutul genelor importante pentru dezvoltarea în ea. Pentru a determina consecințele mutațiilor cromozomiale

Consecințele mutației în celulele germinale și somatice
Efectul unei mutații asupra fenotipului unei persoane poate varia în funcție de tipul de celule în care are loc modificarea structurilor ereditare. Mutații generative sau modificări ale moștenirii

Stabilitatea și repararea materialului genetic
Stabilitatea materialului genetic este asigurată de: un set diploid de cromozomi; ADN dublu helix; degenerarea (redundanța) codului genetic;

Antimutageni
Procesul de mutație este sursa modificărilor care duc la diferite stări patologice. Principiul compensarii pe scena modernă presupune măsuri de prevenire a bolilor genetice

1. Subiectul, sarcinile și metodele geneticii. Istoria dezvoltării și stabilirii geneticii ca știință.

2. Etapele dezvoltării geneticii clasice. Genetica (moleculară) modernă. Concepte de bază și

Metabolismul și conversia energiei sunt baza vieții celulare. Metabolismul energetic în celulă și esența acesteia. Importanța ATP în metabolismul energetic.

Schimb plastic. Fotosinteză. Modalități de creștere a productivității plantelor agricole. Biosinteza proteinelor. Gena și rolul ei în biosinteză. codul ADN. Reacția de sinteză a matricei. Relația dintre procesele de metabolism plastic și energetic.

Întrebări de autotest:

Ce este sinteza biologică?

Dați exemple.

Definiți asimilarea.

Care este codul genetic? Formulați principalele proprietăți ale codului genetic?

Unde sunt sintetizați acizii ribonucleici?

Unde are loc sinteza proteinelor? Spuneți-ne cum se realizează sinteza lui 6elka.

Ce este disimilarea? Descrieți etapele de disimilare.

Care este rolul ATP-ului în metabolismul celular?

Explicați metabolismul energetic într-o celulă folosind ca exemplu descompunerea glucozei.

Ce tipuri de nutriție ale organismelor cunoașteți? Ce organisme sunt numite autotrofe? În ce grupe se împart organismele autotrofe?

Ce este chimiosinteza?

Dați exemple de organisme fotosintetice.

Ce organisme se numesc heterotrofe?

Dați exemple.

Secțiunea 4. Reproducerea organismelor vii

Capacitatea de a se reproduce, sau de auto-reproducere, este una dintre cele mai importante caracteristici ale naturii organice. Reproducerea este o proprietate inerentă tuturor organismelor vii fără excepție - de la bacterii la mamifere. Existența oricăror specii de animale și plante, bacterii și ciuperci, continuitatea între indivizii părinți și descendenții acestora se menține doar prin reproducere.

O condiție necesară pentru reproducere este ereditatea, adică. capacitatea de a reproduce proprietățile și caracteristicile părinților.

Sunt cunoscute diferite forme de reproducere, dar toate pot fi combinate în două tipuri: sexuală și asexuată.

Reproducerea sexuală se referă la schimbarea generațiilor și dezvoltarea organismelor pe baza celulelor germinale specializate formate în gonade. În evoluția reproducerii, cea mai progresivă metodă s-a dovedit a fi prin care un nou organism se dezvoltă ca urmare a fuziunii a două celule germinale formate din părinți diferiți. Cu toate acestea, la animalele nevertebrate, sperma și ouăle sunt adesea formate în corpul unui singur organism. Acest fenomen - bisexualitatea - se numește hermafroditism. Plantele cu flori sunt, de asemenea, bisexuale. Există cazuri când un nou organism nu apare neapărat ca urmare a fuziunii celulelor germinale. La unele specii de animale și plante, se observă dezvoltarea dintr-un ou nefertilizat. Acest tip de reproducere se numește virgină sau partenogenetică. ( Reproducerea asexuată se caracterizează prin faptul că un nou individ se dezvoltă din asexuat

Schimb plastic. Fotosinteză. Modalități de creștere a productivității plantelor agricole. Biosinteza proteinelor. Gena și rolul ei în biosinteză. codul ADN. Reacția de sinteză a matricei. Relația dintre procesele de metabolism plastic și energetic.

celule somatice).

Ce metode de reproducere cunoașteți?

Ce este reproducerea sexuală? În ce organisme are loc reproducerea asexuată? Ce forme de reproducere asexuată cunoașteți? Dați exemple. De ce când

reproducere asexuată

Sunt descendenții genetic asemănători între ei și cu părintele?

Cum diferă reproducerea sexuală de reproducerea asexuată? Indicați diferențele dintre meioză și mitoză.

Antibioticele sunt deșeuri speciale ale microorganismelor și modificărilor acestora care au activitate fiziologică ridicată împotriva anumitor grupe de microorganisme (viruși, bacterii, ciuperci, alge) sau tumori maligne. Ideile tradiționale despre antibiotice sunt asociate cu utilizarea lor pe scară largă în medicina modernă și medicina veterinară. Unele medicamente antibiotice sunt folosite ca stimulente de creștere a animalelor, în lupta împotriva bolilor plantelor și în conserve. produse alimentareși în cercetarea științifică (în domeniul biochimiei, biologie moleculară, genetică, oncologie). În conformitate cu clasificarea, care se bazează pe structura chimică, antibioticele pot fi împărțite în următoarele grupuri:

1. Compuși aciclici (cu excepția acizilor grași și a terpenelor)

2. Compuși aliciclici (inclusiv tetracicline)

3. Compuși aromatici

5. Heterocicluri care conțin oxigen

7. Peptide

În prezent, există trei metode de obținere a antibioticelor: biologică, metoda de obținere a medicamentelor semisintetice și de sinteză. compuși chimici- analogi ai antibioticelor naturale.

Antibiotice sintetice

Studiul structurii chimice a antibioticelor a făcut posibilă obținerea lor prin sinteză chimică. Unul dintre primele antibiotice obținute prin această metodă a fost cloramfenicolul. Progresele mari în dezvoltare și chimie au condus la crearea de antibiotice cu modificări țintite ale proprietăților, acțiune de lungă durată și active împotriva stafilococilor rezistenți la penicilină. Medicamentele cu acțiune prelungită includ ecmonovocilină, bicilină 1,3,5.

Antibiotice semisintetice

Ele sunt preparate folosind o metodă combinată: nucleul principal al moleculei de antibiotic nativ este obținut prin metoda sintezei biologice, iar medicamentele semisintetice sunt obținute prin metoda sintezei chimice prin modificarea parțială a structurii chimice. O mare realizare este dezvoltarea unei metode de producere a penicilinelor semisintetice. Miezul moleculei de penicilină, acidul 6-aminopenicilanic (6-APA), care avea o activitate antimicrobiană slabă, a fost extras prin metoda de sinteză biologică. Prin adăugarea unei grupări benzii la molecula 6-APA, a fost creată benzilpenicilina, care este acum obținută și prin sinteză biologică.

Folosită pe scară largă în medicină sub denumirea de penicilină, benzilpeicilina are o activitate chimioterapeutică puternică, dar este activă numai împotriva microbilor gram-pozitivi și nu afectează microorganismele rezistente, în special stafilococii, care formează enzima β-lactamaza. Benzilpenicilina își pierde rapid activitatea în medii acide și alcaline, deci nu poate fi utilizată pe cale orală, deoarece este distrusă în tractul gastrointestinal. Medicamentele semisintetice sunt preparate și pe baza acidului 7-aminocefalosporic (7-ASA). Derivați 7-ACC: cefalotina, cefaloridina (ceporia) nu provoacă reacții alergice la persoanele sensibile la penicilină. S-au obţinut şi alte antibiotice semisintetice, de exemplu, rifampicip, un medicament eficient împotriva tuberculozei.

Sinteză biologică

Complet structura chimica O treime dintre antibioticele cunoscute au fost identificate și doar jumătate dintre ele pot fi obținute prin sinteză chimică. Prin urmare, sinteza microbiologică pentru producția de agenți antibiotici este foarte relevantă. Sinteza antibioticelor de către microorganisme este una dintre formele de antagonism; este asociată cu o anumită natură a metabolismului, care a apărut și s-a fixat în cursul evoluției sale, adică este o trăsătură ereditară exprimată în formarea uneia sau mai multor substanțe specifice, strict specifice fiecărui tip de substanțe antibiotice.

Producția industrială de antibiotice se realizează de obicei prin biosinteză și include următoarele etape:

· selecție de tulpini producătoare de înaltă performanță (până la 45 mii unități/ml)

· alegerea mediului nutritiv;

· proces de biosinteză;

· izolarea antibioticului din fluidul de cultură;

· purificare cu antibiotice.

Selectarea tulpinilor producătoare de înaltă performanță. Tulpinile naturale sunt în mare parte inactive și nu pot fi utilizate în scopuri industriale. Prin urmare, după selectarea celei mai active tulpini naturale, diverși mutageni sunt utilizați pentru a crește productivitatea acesteia, provocând modificări ereditare persistente. Mutagenii eficienți sunt mutagenii de natură fizică - radiații ultraviolete și cu raze X, neutroni rapizi sau substanțe chimice. Utilizarea mutagenilor permite nu numai creșterea productivității unei tulpini naturale, ci și obținerea unor tulpini cu noi proprietăți necunoscute pentru un microorganism natural.

Alegerea unei compoziții raționale a mediilor nutritive este de mare importanță pentru biosinteza antibioticelor. Conceptul de „mediu de cultură” include nu numai o anumită compoziție calitativă și cantitativă a componentelor sau elementelor individuale necesare metabolismului constructiv și energetic al organismului (surse de azot, carbon, fosfor, surse ale unui număr de microelemente, vitamine și creștere). substanțe), dar și factori fizico-chimici și fizici (aciditate activă, potențial redox, temperatură, aerare etc.). Toți acești factori sunt interconectați și joacă un rol semnificativ în dezvoltarea microorganismelor.

Atunci când selectați medii cu compoziția necesară, trebuie să țineți cont de specificul organismului cultivat. Acest lucru este necesar pentru a crea condiții optime care să promoveze cea mai bună creștere a microbilor și biosinteza deșeurilor necesare. De exemplu, dacă organismul nu poate sintetiza unii compuși esențiali pentru funcțiile sale vitale (cum ar fi aminoacizii sau vitaminele) din substanțe simple ale substratului, atunci pentru dezvoltarea lui trebuie adăugate în compoziție aminoacizi sau vitamine gata preparate. Astfel de organisme „pretențioase” includ unele tipuri de bacterii (bacteriile cu acid lactic etc.). Actinomicetele și predominant mucegaiurile, de regulă, construiesc substanțele corpului lor și produsele finale ale metabolismului, care sunt destul de complexe ca compoziție, din compuși formați din componente simple ale substratului.

Metode de cultivare a producătorilor de antibiotice

În condițiile moderne, metoda de cultivare în adâncime este recunoscută ca fiind cea mai promițătoare metodă de creștere a microorganismelor care produc antibiotice sau alți compuși biologic activi. Metoda constă în faptul că microorganismul se dezvoltă în grosimea unui mediu nutritiv lichid, prin care se trece continuu aer steril, iar mediul este amestecat.

Pot fi indicate patru modificări principale ale metodei profunde de creștere a microorganismelor.

1. Cultivarea în loturi. Cu această metodă, întregul proces de dezvoltare a microorganismelor este complet finalizat într-un singur fermentator, după care fermentatorul este eliberat de lichidul de cultură, spălat temeinic, sterilizat și reumplut cu mediu nutritiv proaspăt. Mediul se inoculează cu microorganismul studiat, iar procesul se reia.2. Metoda de înțărcare. Cultivarea microorganismelor se realizează în fermentatoare cu prelevare periodică a unei părți din volumul de lichid de cultură (de la 30 la 60% din volumul total). Volumul lichidului de cultură din fermentator este adus la nivelul inițial cu mediu nutritiv proaspăt.

3. Metoda bateriei. Dezvoltarea microorganismelor are loc într-o serie de fermentatoare conectate secvenţial. La o anumită etapă de dezvoltare a microorganismului, lichidul de cultură este pompat din primul fermentator în al doilea, apoi din al doilea în al treilea etc. Fermentatorul golit este imediat umplut cu mediu nutritiv proaspăt inoculat cu microorganismul. Cu această metodă de creștere a microorganismelor, recipientele sunt folosite mai rațional.

4. Cultivare continuă. Metoda este fundamental diferită de modificările indicate de cultivare profundă a producătorilor de antibiotice. Această metodă se bazează pe faptul că dezvoltarea unui microorganism are loc în condițiile unui flux continuu al unui mediu nutritiv, ceea ce permite menținerea dezvoltării microorganismului într-un anumit stadiu al creșterii sale. Stadiul de dezvoltare al unui microorganism se determină pe baza celui mai avantajos pentru biosinteza maximă a unui antibiotic sau alt compus biologic activ.

O altă metodă de cultivare a microorganismelor este cultivarea la suprafață. Metoda de cultivare la suprafață pe diferite medii de agar este utilizată pe scară largă în practica de laborator și în unele procese industriale, în special pentru conservarea culturilor de colectare, pentru studiul proprietăților fiziologice și biochimice ale microorganismelor și în scopuri analitice. La scară industrială, această metodă și-a găsit aplicație în obținerea de material spori pentru producție. acizi organici cu ajutorul ciupercilor de mucegai din genul Aspergillus.

În metoda suprafeței, cultura microorganismului producator este crescută pe suprafața unui strat subțire de mediu lichid sau solid. Mediile nutritive lichide sunt utilizate în principal în producerea acizilor organici (citric, itaconic), a celor solizi - în producerea de complexe pe bază de amidon și materii prime care conțin celuloză.

Metodele de izolare a antibioticelor din fluidul de cultură sunt foarte diverse și sunt determinate de natura chimică a antibioticului. Următoarele metode sunt utilizate în principal:

1. Semănarea unei suspensii de sol în apă pe suprafața unei plăci de agar. O anumită probă de sol, măcinată temeinic într-un mortar cu un volum mic de apă, este transferată cantitativ într-un balon cu apă sterilă. Conținutul balonului se agită timp de 5 minute, apoi se fac o serie de diluții succesive din suspensia apoasă, care se seamănă pe mediul adecvat recomandat. Pentru a obține culturi pure în viitor, coloniile individuale, după incubarea într-un termostat la temperatura dorită, sunt subcultivate în tuburi cu agar nutritiv înclinat. Fiecare cultură pură a unui microorganism este subcultivată pe medii de compoziție diferită și, după o dezvoltare suficient de bună, se verifică proprietățile sale antibiotice.

2. Semănatul solului pe agar nutritiv, însămânțat în prealabil cu un organism de testare. Suprafața agarului nutritiv este însămânțată cu o cultură de testare a organismului necesar, după care pe placa de agar sunt așezate bulgări de pământ mici, nu mai mari decât boabele de mei sau solul este aplicat sub formă de praf, distribuind acesta pe toată suprafața plăcii. Apoi, cupele sunt plasate într-un termostat și după o anumită perioadă de timp (24-48 de ore și uneori mai mult) sunt examinate bucăți de pământ sau secțiuni individuale ale acestuia, în jurul cărora s-au format zone de creștere inhibată a organismului de testat. Culturile pure de organisme sunt izolate din aceste zone și supuse unor studii suplimentare.

3. Metoda de îmbogățire a solului. Solul din care ar trebui să fie izolați antagoniștii este îmbogățit cu organisme din acele specii pentru care doresc să obțină un antagonist. În acest scop, la probele de sol plasate în vase de sticlă se adaugă sistematic o suspensie spălată a microorganismelor dorite. Apoi, la anumite intervale, un astfel de sol este semănat sub formă de bulgări separate pe plăci de agar în vase Petri, inoculate în prealabil cu același organism care a fost folosit pentru îmbogățirea solului.

4. Metoda de centrifugare a suspensiei de sol. Pentru izolarea actinomicetelor din sol și mai ales din sol primăvara, când în el se dezvoltă un număr mare de ciuperci și bacterii, se folosește metoda de centrifugare a suspensiei de sol. Metoda se bazează pe diferența în viteza de decantare a unor tipuri individuale de microorganisme într-un câmp centrifugal. La 3000 rpm timp de 20 de minute, particulele corespunzătoare ca mărime sporilor de mucegai sau celulelor bacteriene se depun pe fundul eprubetei. Particulele corespunzătoare ca mărime sporilor de actinomicet apar la o viteză dată de centrifugare în stratul de suprafață al lichidului. Prin însămânțarea lichidului supernatant, în majoritatea cazurilor (până la 92%) este posibil să se obțină numai colonii de actinomicete pe plăci de agar nutritiv.

5. Metoda de înghețare a solului - dezghețare. Se știe că microorganismele din sol sunt într-o stare adsorbită pe particulele de sol. Pentru a finaliza desorbția microorganismelor din particulele de sol, se folosesc diverse metode: chimice, în care probele de sol sunt tratate cu diverși detergenți, fizice, care se bazează pe metoda de măcinare mecanică a probelor de sol.

Pentru o mai bună desorbție a microorganismelor din particulele de sol, se recomandă utilizarea metodei de înghețare-dezghețare a solului. Esența metodei este următoarea. Proba de sol selectată pentru izolarea actinomicetelor este plasată în evaporatorul unui frigider de uz casnic la o temperatură de 8°. După o oră, proba se scoate din frigider și se păstrează la temperatura camerei până la dezghețarea completă. Procedura de îngheț-dezgheț se repetă de două ori. Apoi proba de sol este plasată într-un recipient steril apa de la robinet, se agită suspensia timp de 15 minute pe un agitator circular la 230 rpm, după care se seamănă diferite diluții ale suspensiei pe o placă de agar nutritiv în vase Petri.

Metoda de înghețare și decongelare a probelor de sol face posibilă detectarea de 1,2-3,6 ori mai multe actinomicete în ele decât în ​​aceleași probe fără înghețare. Acest lucru se datorează aparent desorbției crescute a actinomicetelor de la suprafața particulelor de sol. Antibioticul se purifica prin metode cromatografice (cromatografie pe oxid de aluminiu, celuloza, schimbatoare de ioni) sau extractie in contracurent. Antibioticele purificate sunt liofilizate. După ce antibioticul este izolat, puritatea acestuia este testată. Pentru a face acest lucru, determinați compoziția sa elementară, constantele fizico-chimice (punctul de topire, greutatea moleculară, adsorbția în regiunile vizibile, UV și IR ale spectrului, rotație specifică). De asemenea, sunt studiate activitatea antibacteriană, sterilitatea și toxicitatea antibioticului.

Toxicitatea antibioticelor este determinată la animalele de experiment, care sunt administrate intravenos, intraperitoneal, intramuscular sau altfel pe o anumită perioadă de timp cu diferite doze de antibiotic studiate. Dacă nu apar modificări externe în comportamentul animalelor în decurs de 12-15 zile, se consideră că antibioticul testat nu are proprietăți toxice vizibile. Un studiu mai aprofundat va determina dacă un anumit antibiotic are toxicitate ascunsă și dacă afectează țesuturile și organele individuale ale animalelor. În același timp, se studiază natura acțiunii biologice a antibioticului - bacteriostatic sau bactericid, ceea ce face posibilă prezicerea mecanismelor proprietăților sale antibacteriene.

Următoarea etapă a studiului unui antibiotic este evaluarea proprietăților sale terapeutice. Animalele experimentale sunt infectate cu un anumit tip de microb patogen. Cantitatea minimă de antibiotic care protejează un animal de o doză letală de infecție este doza terapeutică minimă. Cu cât raportul dintre doza toxică de antibiotic și doza terapeutică este mai mare, cu atât indicele terapeutic este mai mare. Dacă doza terapeutică este egală sau apropiată de doza toxică (indice terapeutic scăzut), atunci probabilitatea utilizării antibioticului în practica medicală este limitată sau complet imposibilă. Atunci când un antibiotic intră în practica medicală larg răspândită, sunt dezvoltate metode industriale pentru producerea lui și structura sa chimică este studiată în detaliu.

Standardizarea antibioticelor

O unitate de activitate antibiotică este cantitatea minimă de antibiotic capabilă să suprime dezvoltarea sau să întârzie creșterea unei tulpini standard de microbi de testare într-un anumit volum de mediu nutritiv. Mărimea activității biologice a antibioticelor este de obicei exprimată în unități de doză standard (ED) conținute în 1 ml de soluție (ED/ml) sau în 1 mg de medicament (ED/mg). De exemplu, o unitate de activitate antibiotică a penicilinei este considerată a fi cantitatea minimă de medicament capabilă să inhibe creșterea tulpinii standard de Staphylococcus aureus 209 în 50 ml de bulion nutritiv. Pentru streptomicina, o unitate de activitate este considerată a fi cantitatea minimă de antibiotic care inhibă creșterea E. coli în 1 ml de bulion nutritiv.

După ce multe antibiotice au fost obținute în formă pură, pentru unele dintre ele au început să exprime activitatea biologică în unități de masă. De exemplu, s-a descoperit că 1 mg de bază de streptomicină pură este echivalent cu 1000 de unități. Prin urmare, 1 unitate de activitate a streptomicinei este echivalentă cu 1 μg din baza pură a acestui antibiotic. Prin urmare, în majoritatea cazurilor, cantitatea de streptomicină este acum exprimată în μg/mg sau μg/ml. Cu cât numărul de mcg/mg din preparatele cu streptomicină este mai aproape de 1000, cu atât medicamentul este mai pur. Este clar că unitatea de activitate biologică a unui antibiotic nu coincide întotdeauna cu 1 mcg. De exemplu, pentru benzilpenicilină, 1 unitate este echivalentă cu aproximativ 0,6 mcg, deoarece 1 mg de antibiotic conține 1667 de unități.

Metode de analiză a antibioticelor

Spre deosebire de alți compuși naturali (alcaloizi, glicozide), nu există reacții generale de grup pentru antibiotice. Astfel de reacții pot fi utilizate numai pentru antibiotice dintr-o clasă chimică, de exemplu, pentru tetracicline sau nitrofenilalchilamine (cloramfenicol). Pentru a identifica antibioticele, pot fi utilizate diferite reacții de culoare pentru corespunzătoare grupuri functionale; caracteristicile spectrale în regiunile vizibil, UV și IR ale spectrului; metode cromatografice. Pentru determinarea cantitativă a antibioticelor se folosesc metode biologice, chimice și fizico-chimice.

Metodele biologice se bazează pe efectul biologic direct al antibioticului asupra organismului de testat utilizat, care este sensibil la acest antibiotic. Metoda de difuzie utilizată se bazează pe capacitatea moleculelor de antibiotic de a difuza în mediul de agar. Se estimează dimensiunea zonei în care nu se dezvoltă organismele de testat utilizate. Această dimensiune depinde de natura chimică a antibioticului, de concentrația acestuia, de pH-ul și de compoziția mediului și de temperatura experimentului.

Un alt tip de testare biologică se bazează pe turbidimetrie – o metodă de analiză cantitativă bazată pe intensitatea luminii absorbită de particulele în suspensie – celulele microbiene. Atunci când se adaugă anumite cantități de antibiotice, există o întârziere în creșterea celulelor microorganismelor (efect bacteriostatic) și apoi moartea lor (efect bactericid). În acest caz, intensitatea luminii absorbite se modifică (descrește). Ca alternativă la turbidimetrie se poate folosi metoda nefelometrică de analiză cantitativă a intensității luminii împrăștiate de microorganisme.

Pentru determinarea cantitativă a antibioticelor se folosesc diverse metode spectrale - în primul rând metode fotocolorimetrice și spectrofotometrice. De exemplu, pentru a determina concentrația unei soluții de eritromicină, se poate folosi o metodă fotocolorimetrică, bazată pe modificarea absorbției soluției de antibiotic după interacțiunea acesteia cu acidul sulfuric. Antibioticele din seria tetraciclinei pot fi determinate spectrofotometric prin banda de absorbție care dispare după hidroliza alcalină a substanței active. A fost dezvoltată o metodă care combină abordări fizico-chimice și biologice pentru evaluarea activității medicamentului. Metoda se bazează pe difracția laser într-un mediu care conține celule microbiene atunci când este expus chimicale, în special antibiotice

Conservarea tulpinilor producătoare de antibiotice în stare activă

Metodele de menținere a viabilității organismelor care permit menținerea activității lor antibiotice la un nivel constant sunt importante pentru producția industrială de antibiotice, precum și pentru studiile de laborator ale producătorilor de substanțe antibiotice. Se știe că microorganismele, și în special actinomicetele, sunt ușor modificate prin metode convenționale de depozitare. Mai mult decât atât, destul de des există o pierdere completă sau parțială a proprietăților antibiotice. Pierderea proprietăților antibiotice depinde aparent de faptul că nu suntem capabili, în condiții normale de cultivare, să creăm condiții care să faciliteze conservarea de către organism a caracteristicilor sale fiziologice de bază. Pierderea activității se observă adesea atunci când microorganismele sunt cultivate pe medii bogate în compoziție și cu reînsămânțări frecvente.

În același timp, modificările proprietăților fiziologice sau biochimice ale producătorilor de substanțe antibiotice pot fi determinate de modelele lor genetice. Se știe, de exemplu, că producătorul gramicidinei C în timpul dezvoltării se disociază într-un număr de variante, dintre care unele nu formează acest antibiotic. Mai mult, procesul de disociere a culturii merge în direcția formării unui număr mare de variante biologic inactive, ceea ce duce în cele din urmă la pierderea completă a capacității culturii de a forma gramicidină. În prezent, se folosesc o serie de metode pentru conservarea culturilor producătorilor de antibiotice, asigurându-le șederea pe termen lung în stare activă. Aceste metode se bazează pe principiul întârzierii dezvoltării microorganismelor, principiul conservării. Pentru fiecare tip de producator de substante antibiotice trebuie selectata cea mai potrivita metoda de conservare, care sa permita mentinerea culturilor in stare activa pentru un timp relativ indelungat.

Cele mai comune metode de conservare a culturilor de microorganisme care produc antibiotice în stare activă sunt următoarele.

1. Liofilizarea culturilor.

2. Depozitarea celulelor vegetative sau a sporilor de organisme în sol steril, nisip steril sau pe semințele anumitor plante (de exemplu, mei). Potrivit unui număr de autori, culturile de actinomicete din sol steril rămân viabile timp de 30 de ani sau mai mult.

3. Depozitarea sporilor sub formă de suspensii apoase în fiole sigilate.

4. Depozitarea sporilor în nisip cuarțos steril.

5. Depozitarea culturilor pe un tampon de agar sub ulei mineral.

6. Depozitarea culturilor la temperaturi scăzute (+4, +5°C).

7. Recent, pentru a păstra diferite microorganisme în stare activă, se folosește azot lichid, în care se adaugă o suspensie celulară spălată din mediu. Uneori, culturile de actinomicete sunt conservate în faza gazoasă a azotului lichid pe blocuri de agar tăiate dintr-o placă de agar în vase Petri.

Cea mai bună formă de conservare a organismelor, în care nu există pierdere a activității antibiotice, este liofilizarea lor - metoda este potrivită atât pentru culturile de microorganisme care formează spori, cât și pentru cele care nu formează spori. Esența acestei metode este că o suspensie de celule sau spori ai unui microorganism, preparată într-un mediu bogat în proteine ​​(serul de sânge este adesea folosit în aceste scopuri), este rapid congelată la o temperatură de -40 până la -60 ° C și uscat sub vid la umiditate reziduală (0,5-0,7%). După un astfel de tratament, fiolele cu spori sau celule ale microbului lioflizat sunt sigilate. Formele de bacterii liofilizate pot fi păstrate timp de 16-18 ani, sporii fungici nu își pierd proprietățile de bază atunci când sunt depozitați în formă liofilizată timp de 10 ani.