Kas ir bioloģiskā sintēze? Sniedziet piemērus.

Bioloģiskā sintēze ir bioloģisko makromolekulu veidošanās process, kuru struktūru nosaka nukleotīdu secība DNS molekulā (olbaltumvielu sintēze). Neolbaltumvielu biopolimēru sintēze notiek šādi: vispirms tiek sintezēts proteīna-enzīms, un ar tā palīdzību veidojas ogļhidrātu, lipīdu, hormonu un vitamīnu molekulas.

Definējiet asimilāciju.

Asimilācija (anabolisms jeb plastiskā vielmaiņa) ir bioloģiskās sintēzes reakciju kopums, kura laikā no vienkāršām vielām, kas šūnā nonāk no ārpuses, veidojas šūnas vielām līdzīgas vielas.

Kas ir ģenētiskais kods?

Ģenētiskais kods ir vienota sistēma iedzimtas informācijas reģistrēšanai DNE un RNS molekulās tajās esošo nukleotīdu secības veidā. Sniedz informāciju par aminoskābju secību polipeptīdu ķēdē.

Formulējiet ģenētiskā koda galvenās īpašības.

1. Specifiskums. Viens un tas pats triplets vienmēr atbilst tikai vienai aminoskābei.

2. Atlaišana. Ir 64 iespējamās četru slāpekļa bāzu kombinācijas (3 katrā tripletā), un tās kodē 20 aminoskābes. Tā rezultātā dažas aminoskābes tiek kodētas ar vairākiem tripletiem, kas palielina iedzimtības informācijas pārraides ticamību.

Z. Daudzpusība. Ģenētiskais kods ir universāls visiem dzīviem organismiem. Piemēram, tas pats ir Escherichia coli un cilvēkiem.

4. Nepārklāšanās. Tripleti, kas kodē aminoskābes, nekad nepārklājas, bet vienmēr tiek nolasīti un pārraidīti kopumā. Nav iespējams izmantot viena tripleta slāpekļa bāzi kombinācijā ar cita tripleta slāpekļa bāzi.

Kur tiek sintezētas ribonukleīnskābes?

Informācija par visu veidu RNS struktūru ir ietverta DNS nukleotīdu secībā un tiek realizēta vienā solī ar RNS molekulas komplementāru sintēzi vienā no DNS molekulu ķēdēm, t.i., transkripcijas rezultātā.

Kur notiek olbaltumvielu sintēze?

Proteīna molekulas tieša salikšana notiek citoplazmā, uz ribosomām.

Aprakstiet, kā tiek sintezēts proteīns.

Olbaltumvielu sintēzes process tiek īstenots divos posmos:

Pirmais posms ir transkripcija – informācijas pārvēršana no DNS tripletu secības RNS tripletu secībā. To veic, papildinot RNS kurjeru sintēzi vienā no DNS molekulas ķēdēm.

Otrais posms ir translācija - informācijas pārnešana no messenger RNS tripletu secības uz polipeptīdu ķēdes aminoskābju secību. To veic, atlasot pārneses RNS antikodonus uz kurjera RNS kodoniem (tripletiem) saskaņā ar komplementaritātes principu. Ja pārneses RNS antikodons ir komplementārs ar ziņneša RNS kodonu, tad starp tiem rodas savienojums, un aminoskābe tiek iekļauta polipeptīdu ķēdē. Šis process notiek citoplazmā, uz ribosomām, kuras it kā ir savērtas vienā no ziņneša RNS galiem un pārvietojas pa to pa tripletu.

Kas ir disimilācija? Aprakstiet disimilācijas posmus.

Disimilācija (katabolisms, enerģijas metabolisms) ir process, kas ir pretējs asimilācijas reakcijām. Kompleksie biopolimēri sadalās, veidojot vienkāršas vielas. Šajā gadījumā tiek atbrīvota enerģija, kas nepieciešama biosintēzes reakcijām.

Ir trīs enerģijas metabolisma posmi.

1. Sagatavošanas. Šajā posmā polisaharīdu, olbaltumvielu, tauku molekulas sadalās mazākās glikozes, aminoskābju, taukskābju, glicerīna molekulās. Visa atbrīvotā enerģija tiek izkliedēta siltuma veidā.

2. Anoksiska (anaerobā elpošana vai glikolīze). Šo nepilnīgās oksidācijas posmu sauc arī par fermentāciju. 1 glikozes molekulas anaerobā oksidēšana rada 2 ATP molekulas. ATP uzglabā 40% no atbrīvotās enerģijas, pārējais tiek izkliedēts kā siltums.

3. Skābekļa sadalīšana (aerobā elpošana). Šajā posmā organiskie savienojumi oksidējas līdz galaproduktiem CO2 un H20. Skābekļa sadalīšanu pavada liela enerģijas daudzuma izdalīšanās un 60% no tās uzkrāšanās 36 ATP molekulās.

Kāda ir ATP loma šūnu metabolismā?

Enerģija, kas izdalās barības vielu oksidēšanās laikā šūnā, tiek uzkrāta ATP molekulas fosfātu saitēs. ATP nodrošina enerģiju visām šūnu funkcijām – biosintēzei, šūnu dalīšanai, muskuļu kontrakcijai, vielu transportēšanai cauri membrānai, membrānas potenciāla uzturēšanai un nervu impulsa vadīšanai.

ATP molekula sastāv no slāpekļa bāzes adenīna, cukura ribozes un trīs fosforskābes atlikumiem.

Pastāstiet mums par enerģijas apmaiņu šūnā, kā piemēru izmantojot glikozes sadalīšanos.

1. Sagatavošanas posms. Glikogēna vai cietes sadalīšanās glikozes molekulās:

(C6H10O5)n + nH2O > C6H12O6

2. Anaerobā oksidēšana. No vienas glikozes molekulas veidojas 2 pirovīnskābes molekulas, 2 ATP molekulas un 2 ūdens molekulas. Pirovīnskābes molekulas pēc tam tiek reducētas līdz pienskābei:

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

3. Skābekļa oksidēšana. Iegūtās pienskābes molekulas un skābekļa klātbūtne tiek oksidēta līdz oglekļa dioksīds un ūdens, lai izveidotu 36 ATP molekulas:

2SZNb03 + 60236ADF + 36NZRO.1 -

E 6C02 + 42H20 + 36ATF.

Kādus pārtikas organismu veidus jūs zināt?

Pēc uztura veida visus organismus iedala autotrofos un heterotrofos.

Kādus organismus sauc par autotrofiem?

Autotrofi - organismi, kas dzīvo uz neorganiskā oglekļa avota - oglekļa dioksīda rēķina, izmantojot saules gaismas enerģiju - fototrofus vai ķīmisko saišu enerģiju - ķīmijtrofus sintēzes procesu īstenošanai.

Aprakstiet fotosintēzes gaišās un tumšās fāzes.

Fotosintēze ir organisko savienojumu veidošanās process no neorganiskiem savienojumiem saules gaismas enerģijas ietekmē. Ir gaismas un tumšās fotosintēzes fāzes.

Fotosintēzes gaismas fāze. Novērtētā kvantu absorbcija notiek ar hlorofiliem un ūdens fotolīzi (sadalīšanos). Rezultātā veidojas ATP molekulas, atomu ūdeņradis H”, kas tālāk tiek izmantotas tumšajā fāzē glikozes sintēzei, un molekulārais skābeklis (kā blakusprodukts) tiek izvadīts vidē.

Fotosintēzes tumšā fāze. Glikoze veidojas no no ārpuses absorbētā oglekļa dioksīda, gaismas fāzē iegūtā ūdeņraža H, iztērējot ATP enerģiju, kas arī sintezējas gaismas fāzē.

Kāpēc fotosintēze zaļajos augos atmosfērā izdala brīvu skābekli?

Fotosintēzes gaismas fāzes reakciju laikā gaismas kvantu iedarbībā un mijiedarbībā ar hlorofilu ūdens sadalās (fotolīzē) par atomu ūdeņradi un brīvajiem radikāļiem He. Pēdējie mijiedarbojas savā starpā, veidojot brīvo skābekli un ūdeni.

Tā kā skābeklis nav iekļauts turpmākajā fotosintēzes reakciju kaskādē, tas tiek izlaists ārējā vidē.

Kas ir ķīmiskā sintēze?

Ķīmisintēze - organisko savienojumu sintezēšanas process, izmantojot oglekli no oglekļa dioksīda ķīmisko saišu enerģijas dēļ organisko vielu.

Kādus organismus sauc par heterotrofiem? Sniedziet piemērus.

Heterotrofi ir organismi, kas izmanto organisko oglekļa avotu. Tie ietver visus dzīvniekus, sēnes, lielāko daļu augu.

(Tagi: molekulas, sintēze, fotosintēze, notiek, skābe, process, sintēze, organismi, enerģija, skābeklis, oglekļa dioksīds, kā rezultātā, secība, Skābeklis, gaisma, aminoskābes, Kurām, veicot, veidojas tripleti, ogleklis, enerģija, šūna, aminoskābes, komplementāri, nukleotīdi, izmantojot, organismi, saules, tumšs, realizēts, organisks, saites, kvanti, sadalīšanās, anaerobs, siltums, atnest, citoplazma, pastāstīt, apmaiņa, arī, transports, fotolīze, gaisma, bezmaksas , vielas, izkliedējas, C6H12O6, oksidēts, slāpeklis, secība, atomu, vienmēr, enerģija, triplets, kombinācijas, šķelšanās, veidošanās, iedzimta, polipeptīds, neorganisks, sadalīšanās, sadalās, stadija, stadija, spīdošs, triplets, starp, uzglabāts, pagriezts uz, no ārpuses, piruvīks, oksidēšanās, sauc, ūdeņradis, vide, uzturs, elpošana, šūnas, oksidēšanās, savienojumi, veidojas, ķīmiskā, ķīmiskā sintēze, Aprakstiet, augi, for rakstīšana, piemēram, cilvēks, ienākošais, bez olbaltumvielām, nepārklājas, ģenētiska, vienota, ogļhidrāti, pārnese, lāči)

DNS - visas ģenētiskās informācijas nesējs šūnā - nav tieši iesaistīts proteīnu sintēzē (šīs iedzimtības informācijas īstenošanā). Dzīvnieku un augu šūnās DNS molekulas ar kodolmembrānu atdala no citoplazmas, kur tiek sintezēti proteīni. No kodola uz ribosomām - olbaltumvielu salikšanas vietām - tiek nosūtīts starpnieks, kas pārnēsā kopēto informāciju un spēj iziet cauri kodola membrānas porām. Šāds starpnieks ir Messenger RNS, kas ir iesaistīta matricas reakcijās.

Matricas reakcijas ir reakcijas jaunu savienojumu sintēzei, kuru pamatā ir "vecās" makromolekulas, kas darbojas kā matrica, tas ir, forma, modelis jaunu molekulu kopēšanai. Matricas reakcijas iedzimtas informācijas realizēšanai, kurās piedalās DNS un RNS, ir:

1. DNS replikācija- DNS molekulu dubultošanās, kuras dēļ tiek veikta ģenētiskās informācijas nodošana no paaudzes paaudzē. Mātes DNS ir veidne.

2. Transkripcija(lat. transkripcija- pārrakstīšana) ir RNS molekulu sintēze saskaņā ar komplementaritātes principu vienas DNS ķēdes veidnē. Rodas kodolā no DNS atkarīgās RNS polimerāzes enzīma iedarbībā. Messenger RNS ir vienpavedienu molekula, un gēns tiek kopēts no vienas divpavedienu DNS molekulas virknes. DNS tripletu valoda tiek tulkota kodonu un RNS valodā. Dažādu gēnu transkripcijas rezultātā tiek sintezēti visu veidu RNS. Tad i-RNS, t-RNS, r-RNS caur porām kodola apvalkā nonāk šūnas citoplazmā, lai veiktu savas funkcijas.

3. Raidījums (lat. tulkojums- pārnešana, translācija) ir proteīnu polipeptīdu ķēžu sintēze uz nobriedušas mRNS matricas, ko veic ribosomas. Šajā procesā ir vairāki posmi:

Pirmais posms - iniciācija(sintēzes sākums). Citoplazmā viens no mRNS galiem (tieši tas, no kura sākās molekulas sintēze kodolā) nonāk ribosomā un sāk polipeptīda sintēzi. T-RNS molekula, kas transportē aminoskābi glutamīnu (t-RNS GLN), ir savienota ar ribosomu un pievienota m-RNS ķēdes sākumam (UAG kods). Blakus pirmajai t-RNS (kurai nav nekāda sakara ar sintezējošo proteīnu) tiek pievienota otrā t-RNS ar aminoskābi. Ja antikodons ir tRNS, tad starp aminoskābēm rodas peptīdu saite, ko veido noteikts enzīms. Pēc tam tRNS atstāj ribosomu (iet uz citoplazmu pēc jaunas aminoskābes), un mRNS pārvieto vienu kodonu.

Otrā fāze - pagarinājums(ķēdes pagarinājums). Ribosoma pārvietojas pa mRNS molekulu nevis vienmērīgi, bet periodiski, pa tripletu. Trešā tRNS ar aminoskābi ar savu antikodonu saistās ar mRNS kodonu. Kad tiek izveidota saites komplementaritāte, ribosoma veic vēl vienu “kodona” soli, un specifiskais enzīms “šķērssaina” otro un trešo aminoskābi ar peptīdu saiti - veidojas peptīdu ķēde. Aminoskābes augošajā polipeptīdu ķēdē ir savienotas secībā, kurā atrodas tās kodējošo i-RNS kodoni (14. att.).

Trešais posms - izbeigšanu(sintēzes beigas) ķēde. Rodas, kad ribosoma pārvērš vienu no trim "muļķīgajiem kodoniem" (UAA, UAG, UGA). Ribosomas izlec no mRNS, proteīnu sintēze ir pabeigta.

Tādējādi, zinot aminoskābju izkārtojuma secību proteīna molekulā, var noteikt nukleotīdu (tripletu) secību i-RNS ķēdē un no tās nukleotīdu pāru secību DNS segmentā un vice. otrādi, ņemot vērā nukleotīdu komplementaritātes principu.

Bet matricas reakciju procesā var rasties izmaiņas – mutācijas. Tās ir gēnu mutācijas molekulārā līmenī – dažādu DNS molekulu bojājumu rezultāts –, kas ietekmē vienu vai vairākus nukleotīdus. Visas gēnu mutāciju formas var iedalīt divās lielās grupās.

Pirmā grupa- kadru nobīde - ir viena vai vairāku ziedoto nukleotīdu ievietošana vai dzēšana. Atkarībā no pārkāpuma vietas mainās viens vai otrs kodonu skaits. Tas ir vissmagākais gēnu bojājums, jo proteīnā tiks iekļautas pilnīgi atšķirīgas aminoskābes. Šādas dzēšanas un ievietošanas veido 80% no visām spontānām gēnu mutācijām.

Vislielākā kaitīgā ietekme piemīt nejēdzībām – mutācijām, kas saistītas ar terminatorkodonu parādīšanos, kas izraisa proteīnu sintēzes apstāšanos. Tas var izraisīt priekšlaicīgu olbaltumvielu sintēzes pārtraukšanu, kas ātri tiek noārdīta. Rezultāts ir šūnu nāve vai izmaiņas individuālās attīstības raksturā.

Mutācijas, kas saistītas ar aizvietošanu, dzēšanu vai ievietošanu gēna kodējošajā daļā, fenotipiski izpaužas kā aminoskābju aizstāšana proteīnā. Atkarībā no aminoskābju rakstura un bojātās vietas funkcionālās nozīmes, ir pilnīgs vai daļējs proteīna funkcionālās aktivitātes zudums. Tas izpaužas kā dzīvotspējas samazināšanās, organismu īpašību izmaiņas utt.

Otrā grupa ir gēnu mutācijas ar nukleotīdu bāzes pāru aizstāšanu. Ir divu veidu bāzes aizstāšana:

1. Pāreja — viena purīna aizstāšana ar citu purīna bāzi (A — G vai G — A) vai viena pirimidīna aizstāšana ar citu pirimidīnu (C — T vai T — C).

2. Transversija - vienas purīna bāzes aizstāšana ar pirimidīna bāzi vai otrādi (A pret C, vai G pret T, vai A pret Y). Transversijas piemērs ir sirpjveida šūnu anēmija, kas rodas iedzimtu hemoglobīna struktūras traucējumu dēļ. Mutantā gēnā, kas kodē vienu no hemoglobīna ķēdēm, ir traucēts tikai viens nukleotīds, un mRNS adenīns tiek aizstāts ar uracilu (GAAna GUA). Rezultātā notiek bioķīmiskā fenotipa izmaiņas, hemoglobīna β-ķēdē glutamīnskābi aizstāj ar valīnu. Šī nomaiņa maina hemoglobīna molekulas virsmu: abpusēji ieliekta diska vietā sarkanās asins šūnas kļūst kā sirpji un vai nu aizsprosto mazus asinsvadus, vai arī tiek ātri izņemti no asinsrites, kas ātri noved pie anēmijas. .

Tādējādi gēnu mutāciju nozīme organisma dzīvē nav vienāda:

Dažas "klusās mutācijas" neietekmē proteīna struktūru un funkcijas (piemēram, nukleotīdu aizstāšana, kas neizraisa aminoskābju aizstāšanu);

Dažas mutācijas izraisa pilnīgu olbaltumvielu funkcijas zudumu un šūnu nāvi (piemēram, bezjēdzīgas mutācijas);

citas mutācijas - ar i-RNS un aminoskābju kvalitatīvām izmaiņām tās izraisa organisma īpašību izmaiņas;

Dažas mutācijas, kas maina proteīna molekulu īpašības, kaitīgi ietekmē šūnu dzīvības aktivitāti – šādas mutācijas izraisa smagu slimību gaitu (piemēram, transversijas).

Detalizēta risinājuma lappuse 135. lpp.bioloģijā paaugstinātā līmenī 10. klases skolēniem, autori Zaharovs V.B., Mamontovs S.G. Augstākā līmeņa 2015. gads

• Gdz darba burtnīca bioloģijā 10. klasei var atrast

PĀRSKATĪŠANAI JAUTĀJUMI UN UZDEVUMI

1. jautājums. Kas ir disimilācija? Aprakstiet šī procesa darbības.

Šķelšanās reakcijas kopumu sauc par šūnas enerģijas apmaiņu jeb disimilāciju. Disimilācija ir tieši pretēja asimilācijai: šķelšanās rezultātā vielas zaudē līdzību ar šūnas vielām.

Enerģijas vielmaiņu parasti iedala 3 posmos. Pirmais posms ir sagatavošanās. Šajā posmā di- un polisaharīdu molekulas, tauki, olbaltumvielas sadalās mazās molekulās - glikozē, glicerīnā un taukskābēs, aminoskābēs, lielās nukleīnskābju molekulās - slāpekļa bāzēs - nukleotīdos. Šajā posmā izdalās neliels enerģijas daudzums, kas tiek izkliedēts siltumenerģijas veidā.

Otrais posms ir bezskābekļa vai nepilnīgs. To sauc arī par anaerobo elpošanu vai fermentāciju. Terminu "fermentācija" parasti lieto saistībā ar procesiem, kas notiek mikroorganismu vai augu šūnā. Šajā posmā izveidotās vielas, piedaloties fermentiem, nonāk tālākas šķelšanās ceļā. Muskuļos, piemēram, anaerobās elpošanas rezultātā glikozes molekula sadalās 2 pienskābes molekulās (glikolīze). Fosforskābe un ADP ir iesaistīti glikozes sadalīšanā.

Trešais enerģijas metabolisma posms ir aerobās elpošanas jeb skābekļa sadalīšanas stadija. Šīs enerģijas metabolisma stadijas reakcijas katalizē arī fermenti. Kad O piekļūst šūnai, iepriekšējā posmā izveidojušās vielas tiek oksidētas līdz galaproduktiem - H2O un CO2. skābekļa elpošanu pavada liela enerģijas daudzuma izdalīšanās un tā uzkrāšanās ATP molekulās.

2. jautājums. Kāda ir ATP nozīme šūnu metabolismā?

Dzīvie organismi var izmantot tikai ķīmiski saistītu enerģiju. Katrai vielai ir noteikts potenciālās enerģijas daudzums. Tās galvenie materiālie nesēji ir ķīmiskās saites, kuru pārraušanas vai pārveidošanas rezultātā izdalās enerģija. Dažu saišu enerģijas līmenis ir 8-10 kJ – šīs saites sauc par normālām. Citas saites satur daudz vairāk enerģijas - 25-40 kJ - tās ir tā saucamās makroerģiskās saites. Gandrīz visu zināmo savienojumu ar šādām saitēm sastāvā ir fosfora vai sēra atomi, kuru vietā šīs saites ir lokalizētas molekulā. Adenozīna trifosforskābe (ATP) ir viens no savienojumiem, kam ir svarīga loma šūnu dzīvē.

Adenozīna trifosforskābe (ATP) sastāv no organiskās adenīna bāzes (I), ribozes ogļhidrāta (II) un trīs fosforskābes atlikumiem (III). Adenīna un ribozes kombināciju sauc par adenozīnu. Pirofosfātu grupām ir makroerģiskās saites, kas apzīmētas ar ~. Vienas ATP molekulas sadalīšanās ar ūdens piedalīšanos notiek kopā ar vienas fosforskābes molekulas izvadīšanu un atbrīvošanos. bezmaksas enerģija, kas ir vienāds ar 33-42 kJ / mol. Visas reakcijas, kas saistītas ar ATP, regulē fermentu sistēmas.

3. jautājums. Pastāstiet mums par enerģijas metabolismu šūnā, kā piemēru izmantojot glikozes sadalīšanos.

4. jautājums. Kādus pārtikas organismu veidus jūs zināt?

Pēc uztura veida visus organismus iedala autotrofos, heterotrofos un miksotrofos.

5. jautājums. Kādus organismus sauc par autotrofiskiem?

Autotrofi - organismi, kas dzīvo uz neorganiskā oglekļa avota - oglekļa dioksīda rēķina, izmantojot saules gaismas enerģiju - fototrofus vai ķīmisko saišu enerģiju - ķīmijtrofus sintēzes procesu īstenošanai.

6. jautājums. Aprakstiet fotosintēzes gaišās un tumšās fāzes.

Fotosintēze ir organisko savienojumu veidošanās process no neorganiskiem savienojumiem zaļo augu lapās. saules gaisma. Ir gaismas un tumšās fotosintēzes fāzes.

Fotosintēzes gaismas fāzes ieejā hlorofili absorbē kvantus un notiek ūdens fotolīze (sadalīšanās). Rezultātā veidojas ATP molekulas, atomu ūdeņradis H”, kas tālāk tiek izmantotas tumšajā fāzē glikozes sintēzei, un molekulārais skābeklis (kā blakusprodukts) nonāk vidē.

Fotosintēzes tumšā fāze. Glikoze veidojas no no ārpuses absorbētā oglekļa dioksīda, gaismas fāzē iegūtā ūdeņraža H, iztērējot ATP enerģiju, kas arī sintezējas gaismas fāzē.

7. jautājums. Kāpēc zaļajos augos fotosintēzes rezultātā atmosfērā izdalās brīvais skābeklis?

Skābeklis ir fotosintēzes blakusprodukts. Fotosintēzes gaismas fāzes reakciju gaitā gaismas kvantu iedarbībā un mijiedarbībā ar hlorofilu notiek ūdens sadalīšanās (fotolīze) par atomu ūdeņradi un He-brīvajiem radikāļiem. Pēdējie mijiedarbojas viens ar otru, veidojot brīvu skābekli un ūdeni.

Tā kā skābeklis nav iekļauts turpmākajā fotosintēzes reakciju kaskādē, tas tiek izlaists ārējā vidē.

8. jautājums. Kas ir ķīmiskā sintēze?

Ķīmijsintēze ir organisko savienojumu sintezēšanas process, izmantojot oglekli no oglekļa dioksīda ķīmisko saišu enerģijas dēļ. neorganiskās vielas.

9. jautājums. Kādus organismus sauc par heterotrofiem? Sniedziet piemērus.

Heterotrofi ir organismi, kas fotosintēzes vai ķīmiskās sintēzes ceļā nespēj sintezēt organiskās vielas no neorganiskām vielām. Viņu dzīvībai nepieciešamo organisko vielu sintēzei ir nepieciešamas eksogēnas organiskas vielas, tas ir, ko ražo citi organismi. Gremošanas laikā gremošanas enzīmi sadala organisko vielu polimērus monomēros. Gandrīz visi dzīvnieki un sēnes ir heterotrofi.

JAUTĀJUMI UN UZDEVUMI DISKUSIJAI

1. jautājums. Kādus organismus sauc par autotrofiskiem? Kādās grupās tiek iedalīti autotrofi?

Autotrofie organismi ir organismi, kas spēj sintezēt organiskos savienojumus no neorganiskiem savienojumiem (oglekļa dioksīda, ūdens un neorganiskiem slāpekļa un sēra savienojumiem). Atkarībā no patērētās enerģijas avota autotrofus iedala fotosintētiskos un ķīmiski sintētiskos organismos. Pirmie izmanto gaismas enerģiju, bet otrie izmanto eksotermisko enerģiju. ķīmiskās reakcijas(neorganisko savienojumu transformācijas laikā), t.i., enerģiju, kas rodas dažādu neorganisko savienojumu (ūdeņraža, sērūdeņraža, amonjaka u.c.) oksidēšanās laikā.

2. jautājums. Kāds ir brīvā skābekļa veidošanās mehānisms zaļajos augos fotosintēzes rezultātā? Paplašināt šī procesa bioloģisko un ekoloģisko nozīmi.

Kopumā fotosintēzes ķīmisko līdzsvaru var attēlot kā vienkāršu vienādojumu:

Ūdeņradis, kas nepieciešams oglekļa dioksīda reducēšanai līdz glikozei, tiek ņemts no ūdens, un fotosintēzes laikā izdalītais skābeklis ir blakusprodukts. Procesam ir nepieciešama gaismas enerģija, jo ūdens viens pats nespēj samazināt oglekļa dioksīdu.

Fotosintēze ir process, no kura ir atkarīga visa dzīvība uz Zemes. Tas notiek tikai augos. Fotosintēzes laikā augs no neorganiskām vielām ražo organiskās vielas, kas nepieciešamas visam dzīvajam. Oglekļa dioksīds, kas atrodas gaisā, nonāk lapā caur īpašām atverēm lapas epidermā, ko sauc par stomatiem; Ūdens un minerālvielas pārvietojas no augsnes uz saknēm un no turienes caur auga vadošo sistēmu tiek transportētas uz lapām. Organisko vielu sintēzei nepieciešamo enerģiju no neorganiskajām piegādā Saule; šo enerģiju absorbē augu pigmenti, galvenokārt hlorofils. Šūnā organisko vielu sintēze notiek hloroplastos, kas satur hlorofilu. Brīvais skābeklis, kas rodas arī fotosintēzes laikā, tiek izlaists atmosfērā.

3. jautājums Kur, kādu molekulu pārvērtību rezultātā un kādā daudzumā dzīvajos organismos veidojas ATP?

ATP sintēze notiek mitohondriju membrānās elpošanas laikā, tāpēc šajās organellās ir lokalizēti visi elpošanas ķēdes enzīmi un kofaktori, visi oksidatīvās fosforilācijas enzīmi.

PROBLĒMĀS JOMAS

1. jautājums. Kā tiek realizēta iedzimta informācija par DNS un RNS vīrusu pazīmēm un īpašībām?

Dabā nukleīnskābes ir ģenētiskās informācijas nesējs. Ir divi galvenie nukleīnskābju veidi: DNS (dezoksiribonukleīnskābe) un RNS (ribonukleīnskābe). Lielākajā daļā dzīvo organismu nukleīnskābes atrodas kodolā un citoplazmā (šūnu sulās). Vīrusi, lai gan tie nav šūnu struktūras, satur arī nukleīnskābes. Atkarībā no saturošās nukleīnskābes veida vīrusus iedala divās klasēs: DNS saturošajos un RNS saturošajos. Pie DNS saturošiem vīrusiem pieder B hepatīta vīrusi, herpes u.c.RNS saturošus mikroorganismus pārstāv gripa un paragripa, cilvēka imūndeficīta vīruss (HIV), A hepatīts u.c.Šajos mikroorganismos, kā arī citos dzīvajos organismos nukleīna skābes spēlē ģenētiskās informācijas nesēja lomu. Informācija par dažādu olbaltumvielu struktūru ( ģenētiskā informācija) ir kodēts nukleīnskābju struktūrā specifisku nukleotīdu secību veidā ( sastāvdaļas DNS un RNS). Vīrusu nukleīnskābju gēni kodē dažādus enzīmus un strukturālos proteīnus. Vīrusu DNS un RNS ir šo mikroorganismu iedzimtības un mainīguma materiālais substrāts - divas galvenās vīrusu evolūcijas sastāvdaļas un visas savvaļas dzīvniekiem kopumā.

2. jautājums. Kāda ir ģenētiskā koda redundances bioloģiskā nozīme?

Koda dublēšanās ir tā tripleta rakstura sekas un nozīmē, ka vienu aminoskābi var kodēt vairāki tripleti (jo ir 20 aminoskābes un 64 tripleti). Izņēmums ir metionīns un triptofāns, kurus kodē tikai viens triplets. Turklāt daži trīnīši veic noteiktas funkcijas. Tātad mRNS molekulā trīs no tiem - UAA, UAG, UGA - ir terminējošie kodoni, t.i., stopsignāli, kas aptur polipeptīdu ķēdes sintēzi. Metionīnam atbilstošais triplets (AUG), kas atrodas DNS ķēdes sākumā, nekodē aminoskābi, bet pilda lasīšanas ierosināšanas (aizraušanas) funkciju.

Kodēšanas secību dublēšana ir visvērtīgākā īpašība, ja tā palielina informācijas plūsmas pretestību ārējās un iekšējās vides nelabvēlīgajai ietekmei. Nosakot proteīnā iekļaujamās aminoskābes raksturu, trešais nukleotīds kodonā nav tik svarīgs kā pirmie divi. Daudzām aminoskābēm nukleotīda aizstāšana kodona trešajā pozīcijā neietekmē tā nozīmi.

3. jautājums. Kā tiek realizēta iedzimtā informācija par šūnā sintezēto neolbaltumvielu molekulu uzbūvi un funkcijām?

Ģenētiskā informācija tiek šifrēta DNS un RNS.

4. jautājums. Vai, jūsuprāt, ir iespējams palielināt fotosintēzes efektivitāti?

Atbilstība apūdeņošanas režīmam,

LIETOTIE ASPEKTI

1. jautājums. Kā jūs domājat, kā palielināt fotosintēzes efektivitāti zaļajos augos?

Pamatojoties uz ietekmes mehānismiem iekšējo un ārējie faktori, iedarbojoties uz augu fotosintētiskās aktivitātes rādītājiem, lauksaimniecības praksē tiek izmantoti vairāki paņēmieni, lai palielinātu fotosintēzes intensitāti un palielinātu kultūraugu ražu, tostarp:

Atbilstība apūdeņošanas režīmam,

Atbilstība minerālu uztura režīmam,

Nepieciešamā lapotnes pārsēja ar mikroelementiem izmantošana,

Oglekļa dioksīda koncentrācijas palielināšana aizsargājamajā zemē, izmantojot organisko mēslojumu (mēslu izkliedēšana), sausā ledus izmantošanu un siltumnīcu karkasu kūpināšanu. Tajā pašā laikā gurķi ne tikai palielina fotosintēzes intensitāti, bet arī palielina sieviešu ziedu skaitu.

2. jautājums. Kādus piemērus, kas raksturo organismu vielmaiņas pazīmju izmantošanu medicīnā, lauksaimniecībā un citās nozarēs, varat sniegt?

Metabolisma piemērs konditorejas izstrādājumu rūpniecībā ir rauga izmantošana.

UZDEVUMI

1. jautājums. Uzrakstiet fotosintēzes gaismas un tumšās fāzes reakcijas. Norādiet elektronu un protonu pārneses veidus.

3. jautājums. Aprakstiet organisko molekulu sadalīšanas procesu ar skābekļa piedalīšanos aerobās šūnās.

Elpošana ir organisko barības vielu oksidatīvā sadalīšanās ar skābekļa piedalīšanos, ko pavada ķīmiski aktīvu metabolītu veidošanās un enerģijas izdalīšanās, ko šūnas izmanto dzīvības procesiem.

Elpošanas procesā rodas milzīgs enerģijas daudzums. Ja tas viss izceltos uzreiz, šūna beigtu pastāvēt. Bet tas nenotiek, jo enerģija netiek atbrīvota uzreiz, bet gan pakāpeniski, mazās porcijās. Enerģijas izdalīšanās nelielās devās ir saistīta ar to, ka elpošana ir daudzpakāpju process, kura atsevišķos posmos veidojas dažādi starpprodukti (ar dažādu oglekļa ķēdes garumu) un izdalās enerģija. Izdalītā enerģija netiek patērēta siltuma veidā, bet tiek uzkrāta universālajā makroerģiskajā savienojumā - ATP. ATP šķelšanās laikā enerģiju var izmantot jebkuros organisma dzīvības uzturēšanai nepieciešamajos procesos: dažādu organisko vielu sintēzei, mehāniskajam darbam, protoplazmas osmotiskā spiediena uzturēšanai u.c.

Metabolisms un enerģijas pārveide ir šūnu dzīvībai svarīgās aktivitātes pamatā. Enerģijas vielmaiņa šūnā un tās būtība. ATP vērtība enerģijas metabolismā.

plastmasas apmaiņa. Fotosintēze. Veidi, kā palielināt lauksaimniecības augu produktivitāti. Olbaltumvielu biosintēze. Gēns un tā loma biosintēzē. DNS kods. Matricas sintēzes reakcija. Plastmasas un enerģijas metabolisma procesu saistība.

Pašpārbaudes jautājumi:

Kas ir bioloģiskā sintēze? Sniedziet piemērus.

Definējiet asimilāciju.

Kas ir ģenētiskais kods? Noformulēt galvenās ģenētiskā koda īpašības?

Kur tiek sintezētas ribonukleīnskābes?

Kur notiek olbaltumvielu sintēze? Pastāstiet mums, kā tiek veikta 6elka sintēze.

Kas ir disimilācija? Aprakstiet disimilācijas posmus.

Kāda ir ATP loma šūnu metabolismā?

Pastāstiet mums par enerģijas metabolismu šūnā, kā piemēru izmantojot glikozes sadalīšanos.

Kādus pārtikas organismu veidus jūs zināt? Kādus organismus sauc par autotrofiem? Kādās grupās tiek iedalīti autotrofiskie organismi?

Aprakstiet fotosintēzes gaišās un tumšās fāzes.

Kāpēc fotosintēze zaļajos augos atmosfērā izdala brīvu skābekli?

Kas ir ķīmiskā sintēze?

Sniedziet fotosintētisko organismu piemērus.

Kādus organismus sauc par heterotrofiem? Sniedziet piemērus.

4. sadaļa. Dzīvo organismu vairošanās

Spēja vairoties jeb pašvairošanās ir viena no svarīgākajām organiskās dabas īpašībām. Reprodukcija ir īpašība, kas raksturīga visiem dzīviem organismiem bez izņēmuma - no baktērijām līdz zīdītājiem. Jebkāda veida dzīvnieku un augu, baktēriju un sēnīšu pastāvēšana, nepārtrauktība starp vecāku indivīdiem un viņu pēcnācējiem tiek uzturēta tikai ar vairošanos.

Nepieciešams vairošanās nosacījums ir iedzimtība, t.i. spēja reproducēt vecāku īpašības un īpašības.

Ir zināmi dažādi vairošanās veidi, taču tos visus var iedalīt divos veidos: seksuālā un aseksuālā.

Seksuālo vairošanos sauc par paaudžu maiņu un organismu attīstību, pamatojoties uz specializētām - dzimumšūnām, kas veidojas dzimumdziedzeros. Reprodukcijas evolūcijā progresīvākā bija metode, ar kuru divu dažādu vecāku veidotu dzimumšūnu saplūšanas rezultātā attīstās jauns organisms. Tomēr bezmugurkaulniekiem spermatozoīdi un olšūnas bieži veidojas viena organisma ķermenī. Šādu parādību - biseksualitāti - sauc par hermafrodītismu. Ziedošie augi ir arī biseksuāli. Ir gadījumi, kad jauns organisms ne vienmēr parādās dzimumšūnu saplūšanas rezultātā. Dažām dzīvnieku un augu sugām attīstība tiek novērota no neapaugļotas olšūnas. Šādu reprodukciju sauc par neapstrādātu vai partenoģenētisku.

Aseksuālo reprodukciju raksturo fakts, ka no aseksuāla attīstās jauns indivīds ( somatiskās) šūnas.

Pašpārbaudes jautājumi:

Kādas reprodukcijas metodes jūs zināt? Kas ir seksuālā reprodukcija?

Kuri organismi vairojas aseksuāli? Kādas aseksuālās vairošanās formas jūs zināt? Sniedziet piemērus.

Kāpēc plkst aseksuāla vairošanās Vai pēcnācēji ir ģenētiski līdzīgi viens otram un vecākiem?

Kā seksuālā vairošanās atšķiras no aseksuālās vairošanās? Nosakiet atšķirību starp mejozi un mitozi.

Kāda ir meiozes bioloģiskā nozīme? Kāpēc viena organisma nobriedušas dzimumšūnas pārnēsā dažādas kombinācijas gēni?

Vai tajā ir ietvertas seksuālās vairošanās evolucionārās priekšrocības salīdzinājumā ar aseksuālo vairošanos?

Antibiotikas ir īpaši mikroorganismu un to modifikāciju atkritumi, kuriem ir augsta fizioloģiskā aktivitāte pret noteiktām mikroorganismu grupām (vīrusiem, baktērijām, sēnītēm, aļģēm) vai ļaundabīgiem audzējiem. Tradicionālās idejas par antibiotikām ir saistītas ar to plašo izmantošanu mūsdienu medicīna un veterinārā medicīna. Dažus antibiotiku preparātus izmanto kā dzīvnieku augšanas stimulatorus, cīņā pret augu slimībām, konservēšanā pārtikas produkti un zinātniskajos pētījumos (bioķīmijas, molekulārās bioloģijas, ģenētikas, onkoloģijas jomā). Saskaņā ar klasifikāciju, kuras pamatā ir ķīmiskā struktūra, antibiotikas var iedalīt šādās grupās:

1. Acikliskie savienojumi (izņemot taukskābes un terpēnus)

2. Alicikliskie savienojumi (tostarp tetraciklīni)

3. Aromātiskie savienojumi

5. Skābekli saturoši heterocikli

7. Peptīdi

Pašlaik ir trīs veidi, kā iegūt antibiotikas: bioloģiskā, daļēji sintētisko narkotiku iegūšanas metode un ķīmisko savienojumu sintēze - dabisko antibiotiku analogi.

Sintētiskās antibiotikas

Antibiotiku ķīmiskās struktūras izpēte ļāva iegūt tās ķīmiskās sintēzes ceļā. Viena no pirmajām antibiotikām, kas iegūta ar šo metodi, bija hloramfenikols. Lielie sasniegumi attīstībā un ķīmijā ir ļāvuši radīt antibiotikas ar virzienmodificētām īpašībām, ar ilgstošu iedarbību, kas ir aktīvas pret penicilīnu rezistentiem stafilokokiem. Ilgstošas ​​​​zāles ietver ekmonovocilīnu, bicilīnu 1,3,5.

Daļēji sintētiskās antibiotikas

Tos sagatavo kombinētā veidā: ar bioloģiskās sintēzes metodi tiek iegūts dabiskās antibiotikas molekulas galvenais kodols, bet ar ķīmiskās sintēzes metodi, daļēji mainot ķīmisko struktūru, tiek iegūti pussintētiski preparāti. Liels sasniegums ir pussintētisko penicilīnu iegūšanas metodes izstrāde. Ar bioloģiskās sintēzes metodi tika ekstrahēta penicilīna molekulas kodols 6-aminopenicilānskābe (6-APA), kurai bija vāja pretmikrobu aktivitāte. Piesaistot benzilgrupu 6-APA molekulai, tika izveidots benzilpenicilīns, ko tagad iegūst arī bioloģiskās sintēzes ceļā.

Medicīnā plaši izmantotajam ar nosaukumu penicilīns, benzilpeicilīnam ir spēcīga ķīmijterapijas aktivitāte, taču tas ir aktīvs tikai pret grampozitīviem mikrobiem un neietekmē rezistentus mikroorganismus, īpaši stafilokokus, kas veido enzīmu - β-laktamāzi. Skābā un sārmainā vidē benzilpenicilīns ātri zaudē savu aktivitāti, tāpēc to nevar lietot iekšķīgi, jo tas tiek iznīcināts kuņģa-zarnu traktā. Daļēji sintētiskos preparātus iegūst arī uz 7-aminocefalosporskābes (7-ACA) bāzes. 7-ACC atvasinājumi: cefalotīns, cefaloridīns (ceporia) neizraisa alerģiskas reakcijas personām, kuras ir jutīgas pret penicilīnu. Ir iegūtas arī citas daļēji sintētiskas antibiotikas, piemēram, rifampicīns, efektīvs prettuberkulozes līdzeklis.

bioloģiskā sintēze

Trešdaļai zināmo antibiotiku ir izveidota pilnīga ķīmiskā struktūra, un tikai pusi no tām var iegūt ķīmiskās sintēzes ceļā. Tāpēc ļoti aktuāla ir antibiotiku līdzekļu iegūšanas mikrobioloģiskā sintēze. Antibiotiku sintēze ar mikroorganismiem ir viena no antagonisma izpausmēm; ir saistīta ar noteiktu metabolisma raksturu, kas radies un fiksēts tā evolūcijas gaitā, tas ir, tā ir iedzimta iezīme, kas izpaužas kā vienas vai vairāku specifisku, stingri specifisku katram antibiotiku veidam.

Antibiotiku rūpnieciskā ražošana parasti tiek veikta ar biosintēzi un ietver šādus posmus:

augstas veiktspējas ražotāju celmu izvēle (līdz 45 tūkstošiem vienību/ml)

uzturvielu barotnes izvēle;

Biosintētiskais process

antibiotikas izolēšana no kultūras šķidruma;

antibiotiku attīrīšana.

Augstas veiktspējas ražotāju celmu izvēle. Dabiskie celmi lielākoties ir neaktīvi un tos nevar izmantot rūpnieciskiem mērķiem. Tāpēc pēc aktīvākā dabiskā celma izvēles tā produktivitātes paaugstināšanai tiek izmantoti dažādi mutagēni, izraisot noturīgas iedzimtas izmaiņas. Efektīvi mutagēni ir fiziskas dabas mutagēni – ultravioletie un rentgena stari, ātri neitroni vai ķīmiskas vielas. Mutagēnu izmantošana dod iespēju ne tikai paaugstināt dabīgā celma produktivitāti, bet arī iegūt celmus ar jaunām īpašībām, kuras dabiskam mikroorganismam nav zināmas.

Liela nozīme antibiotikas biosintēzē ir racionāla barotnes sastāva izvēlei. Jēdziens "kultūrvide" ietver ne tikai noteiktu sastāvdaļu vai atsevišķu elementu kvalitatīvu un kvantitatīvu sastāvu, kas nepieciešams ķermeņa konstruktīvai un enerģijas apmaiņai (slāpekļa, oglekļa, fosfora avoti, vairāku mikroelementu avoti, vitamīni un augšanas vielas), bet arī fizikāli ķīmiskie un fizikālie faktori (aktīvais skābums, redokspotenciāls, temperatūra, aerācija utt.). Visi šie faktori ir savstarpēji saistīti un tiem ir nozīmīga loma mikroorganismu attīstībā.

Izvēloties vēlamā sastāva barotnes, jāņem vērā kultivētā organisma specifika. Tas ir nepieciešams, lai izveidotu optimāli apstākļi, kas veicinātu vislabāko mikrobu augšanu un nepieciešamo atkritumu produktu biosintēzi. Piemēram, ja organisms no vienkāršām substrāta vielām nevar sintezēt noteiktus savai dzīvībai svarīgus savienojumus (piemēram, aminoskābes vai vitamīnus), tad tā attīstībai kompozīcijā jāievada gatavas aminoskābes vai vitamīni. Pie šādiem "prasīgiem" organismiem pieder daži baktēriju veidi (pienskābe utt.). Aktinomicīti un pārsvarā pelējuma sēnītes, kā likums, veido sava organisma vielas un diezgan sarežģītus vielmaiņas galaproduktus no savienojumiem, kas veidojas no vienkāršām substrāta sastāvdaļām.

Antibiotiku ražotāju audzēšanas metodes

Mūsdienu apstākļos perspektīvākā metode mikroorganismu audzēšanai - antibiotiku vai citu bioloģiski ražotāju aktīvie savienojumi atzīta dziļās kultivēšanas metode. Metode sastāv no tā, ka mikroorganisms attīstās šķidras barotnes biezumā, caur kuru nepārtraukti tiek izvadīts sterils gaiss un barotne tiek sajaukta.

Ir četras galvenās mikroorganismu audzēšanas dziļās metodes modifikācijas.

1. Periodiska kultivēšana. Ar šo metodi vienā fermentatorā tiek pilnībā pabeigts viss mikroorganismu attīstības process, pēc kura fermentators tiek atbrīvots no kultivēšanas šķidruma, rūpīgi nomazgāts, sterilizēts un atkārtoti piepildīts ar svaigu barotni. Barotne tiek inokulēta ar pētāmo mikroorganismu, un process tiek atsākts.2. Noņemama metode. Mikroorganismu audzēšana tiek veikta fermentatoros, periodiski atlasot daļu no kultūras šķidruma tilpuma (no 30 līdz 60% no kopējā tilpuma). Pēc tam ar svaigu barotni fermentatorā esošā kultivēšanas šķidruma tilpumu samazina līdz sākotnējam līmenim.

3. Akumulatora veids. Mikroorganismu attīstība notiek virknē virknē savienotu fermentatoru. Kultūras šķidrums noteiktā mikroorganisma attīstības stadijā tiek sūknēts no pirmā fermentatora uz otro, pēc tam no otrā uz trešo utt. Tukšo fermentatoru nekavējoties piepilda ar svaigu barotni, kas inokulēta ar mikroorganismu. Ar šo mikroorganismu audzēšanas metodi vairāk racionāla izmantošana konteineri.

4. Nepārtraukta audzēšana. Metode būtiski atšķiras no norādītajām antibiotiku ražotāju audzēšanas zemūdens modifikācijām. Šīs metodes pamatā ir fakts, ka mikroorganisma attīstība notiek nepārtrauktas barotnes plūsmas apstākļos, kas ļauj atbalstīt mikroorganisma attīstību noteiktā tā augšanas stadijā. Mikroorganisma attīstības stadija tiek noteikta, pamatojoties uz visizdevīgāko antibiotiku vai citu bioloģiski aktīvo savienojumu maksimālai biosintēzei.

Vēl viena mikroorganismu kultivēšanas metode ir virszemes kultivēšana. Virsmas kultivēšanas metodi uz dažādām agara barotnēm plaši izmanto laboratorijas praksē un atsevišķos rūpnieciskos procesos, jo īpaši, lai saglabātu savākšanas kultūras, pētītu mikroorganismu fizioloģiskās un bioķīmiskās īpašības, kā arī analītiskiem nolūkiem. Rūpnieciskā mērogā šī metode ir atradusi pielietojumu sporu materiāla ražošanā organisko skābju ražošanai, izmantojot Aspergillus ģints pelējuma sēnītes.

Virsmas metodē mikroorganisma-ražotāja kultūru audzē uz šķidras vai cietas barotnes plānas kārtas virsmas. Šķidrās uzturvielu barotnes galvenokārt izmanto organisko skābju (citronskābju, itakonskābju) ražošanā, cietās - kompleksu ražošanā uz cieti un celulozi saturošām izejvielām.

Metodes antibiotiku izdalīšanai no kultūras šķidruma ir ļoti dažādas, un to nosaka antibiotikas ķīmiskais raksturs. Galvenokārt tiek izmantotas šādas metodes:

1. Augsnes suspensijas iesēšana ūdenī uz agara plāksnes virsmas. Noteiktu augsnes paraugu, kas rūpīgi samalts javā ar nelielu ūdens daudzumu, kvantitatīvi pārnes uz kolbu ar sterilu ūdeni. Kolbas saturu krata 5 minūtes, un pēc tam no ūdens suspensijas pagatavo virkni secīgu atšķaidījumu, ko iesēj uz atbilstošās ieteicamās barotnes. Lai nākotnē iegūtu tīrkultūras, atsevišķas kolonijas pēc inkubācijas termostatā vēlamajā temperatūrā subkultivē mēģenēs ar slīpu barības vielu agaru. Katra mikroorganisma tīrkultūra tiek subkultivēta uz dažāda sastāva barotnēm un pēc pietiekami labas attīstības tiek pārbaudītas tās antibiotiskās īpašības.

2. Augsnes inokulācija uz barības vielu agara, kas iepriekš inokulēts ar testa organismu. Barības agara virsmu apsēj ar testu - vajadzīgā organisma kultūru, pēc kura uz agara plāksnes izklāj mazus, ne vairāk kā prosas graudiņus, augsnes gabaliņus vai uzklāj augsni putekļu veidā, sadalot to pa visu plāksnes virsmu. Pēc tam krūzes ievieto termostatā un pēc noteikta laika (24-48 stundas un dažreiz vairāk) tiek apskatīti augsnes gabali vai atsevišķi tās posmi, ap kuriem izveidojušās testa organisma augšanas kavēšanas zonas. Organismu tīrkultūras tiek izolētas no šīm vietām un tiek pakļautas turpmākai izpētei.

3. Augsnes bagātināšanas metode. Augsne, no kuras ir paredzēts izolēt antagonistus, ir bagātināta ar to sugu organismiem, attiecībā uz kurām viņi vēlas iegūt antagonistu. Šim nolūkam augsnes paraugiem, kas ievietoti stikla traukos, sistemātiski pievieno izmazgātu vēlamo mikroorganismu suspensiju. Pēc tam ar noteiktiem intervāliem šādu augsni iesēj atsevišķu kunkuļu veidā uz agara plāksnēm Petri trauciņos, iepriekš inokulējot ar to pašu organismu, ko izmantoja augsnes bagātināšanai.

4. Augsnes suspensijas centrifugēšanas metode. Aktinomicītu izolēšanai no augsnēm un īpaši no augsnēm pavasarī, kad tajās attīstās liels skaits sēņu un baktēriju, tiek izmantota augsnes suspensijas centrifugēšanas metode. Metodes pamatā ir noteikta veida mikroorganismu nosēšanās ātruma atšķirības centrbēdzes laukā. Pie 3000 apgr./min 20 minūtes uz mēģenes dibena tiek nogulsnētas daļiņas, kuru izmērs atbilst pelējuma sporām vai baktēriju šūnām. Daļiņas, kas pēc izmēra atbilst aktinomicītu sporām, šķidruma virsmas slānī parādās noteiktā centrifugēšanas ātrumā. Izsējot supernatantu, vairumā gadījumu (līdz 92%) ir iespējams iegūt tikai aktinomicītu kolonijas uz barības vielu agara plāksnēm.

5. Sasaldēšanas metode - augsnes atkausēšana. Ir zināms, ka augsnē esošie mikroorganismi atrodas uz augsnes daļiņām adsorbētā stāvoklī. Lai pabeigtu mikroorganismu desorbciju no augsnes daļiņām, tiek izmantotas dažādas metodes: ķīmiskā, kurā augsnes paraugus apstrādā ar dažādiem mazgāšanas līdzekļiem, fizikālās, kuru pamatā ir augsnes paraugu mehāniskās slīpēšanas metode.

Labākai mikroorganismu desorbcijai no augsnes daļiņām ieteicams izmantot augsnes sasaldēšanas-atkausēšanas metodi. Metodes būtība ir šāda. Aktinomicītu izolēšanai atlasīto augsnes paraugu ievieto sadzīves ledusskapja iztvaicētājā 8°C temperatūrā. Pēc stundas paraugu izņem no ledusskapja un tur plkst telpas temperatūra līdz pilnīgai atkausēšanai. Sasaldēšanas-atkausēšanas procedūru atkārto divas reizes. Pēc tam augsnes paraugu ievieto sterilā traukā krāna ūdens, krata suspensiju 15 minūtes uz apļveida kratītāja pie 230 apgr./min, pēc tam dažādus suspensijas atšķaidījumus iesēj uz barojošā agara plates Petri trauciņos.

Augsnes paraugu sasaldēšanas-atkausēšanas metode ļauj tajos atklāt 1,2-3,6 reizes vairāk aktinomicītu nekā tajos pašos paraugos bez sasalšanas. Acīmredzot tas ir saistīts ar aktinomicītu desorbcijas palielināšanos no augsnes daļiņu virsmas. Antibiotikas attīrīšanu veic ar hromatogrāfijas metodēm (hromatogrāfija uz alumīnija oksīda, celulozes, jonu apmaiņas) vai pretstrāvas ekstrakciju. Attīrītās antibiotikas tiek liofilizētas. Pēc antibiotikas izdalīšanas tiek pārbaudīta tās tīrība. Lai to izdarītu, nosaka tā elementāro sastāvu, fizikāli ķīmiskās konstantes (kušanas temperatūru, molekulmasu, adsorbciju redzamajos, UV un IR spektra apgabalos, īpatnējo rotāciju). Izpētiet arī antibakteriāla darbība, sterilitāte un antibiotiku toksicitāte.

Antibiotiku toksicitāti nosaka izmēģinājuma dzīvniekiem, kuri tiek ievadīti intravenozi, intraperitoneāli, intramuskulāri vai citādi noteiktu laiku ar dažādām pētāmās antibiotikas devām. Ja 12-15 dienas nav notikušas ārējas izmaiņas dzīvnieku uzvedībā, tiek uzskatīts, ka pārbaudītajai antibiotikai nav pamanāmas toksiskas īpašības. Ar padziļinātu pētījumu tiek noskaidrots, vai šai antibiotikai ir latenta toksicitāte un vai tā ietekmē atsevišķus dzīvnieku audus un orgānus. Tajā pašā laikā tiek pētīta antibiotikas bioloģiskās iedarbības būtība - bakteriostatiska vai baktericīda, kas ļauj prognozēt tās antibakteriālo īpašību mehānismus.

Nākamais antibiotikas izpētes posms ir tās terapeitisko īpašību novērtējums. Eksperimenta dzīvnieki ir inficēti ar noteikta veida patogēniem mikrobiem. Minimālais antibiotikas daudzums, kas pasargā dzīvnieku no nāvējošas infekcijas devas, ir minimālā terapeitiskā deva. Jo lielāka ir antibiotikas toksiskās devas attiecība pret terapeitisko devu, jo augstāks ir terapeitiskais indekss. Ja terapeitiskā deva ir vienāda ar toksisko devu vai tuvu tai (zems terapeitiskais indekss), tad antibiotiku lietošanas iespējamība medicīnas praksē ir ierobežota vai pilnīgi neiespējama. Gadījumā, ja antibiotika nonāk plašā medicīnas praksē, tiek izstrādātas rūpnieciskās metodes tās ražošanai un detalizēti izpētīta ķīmiskā struktūra.

Antibiotiku standartizācija

Antibiotikas aktivitātes vienība tiek uzskatīta par minimālo antibiotikas daudzumu, kas var nomākt testa mikroba standarta celma attīstību vai aizkavēt augšanu noteiktā uzturvielu barotnes tilpumā. Antibiotiku bioloģiskās aktivitātes lielumu parasti izsaka parastās devas vienībās (ED), kas atrodas 1 ml šķīduma (ED / ml) vai 1 mg zāļu (ED / mg). Piemēram, penicilīna antibiotikas aktivitātes vienība tiek uzskatīta par minimālo zāļu daudzumu, kas var kavēt standarta celma 209 Staphylococcus aureus augšanu 50 ml uzturvielu buljonā. Attiecībā uz streptomicīnu aktivitātes vienība tiek uzskatīta par minimālo antibiotikas daudzumu, kas aizkavē E. coli augšanu 1 ml uzturvielu buljonā.

Pēc tam, kad daudzas antibiotikas tika iegūtas tīrā veidā, dažām no tām tās sāka izteikt bioloģisko aktivitāti masas vienībās. Piemēram, ir konstatēts, ka 1 mg tīras streptomicīna bāzes atbilst 1000 SV. Tāpēc 1 streptomicīna aktivitātes vienība ir līdzvērtīga 1 µg šīs antibiotikas tīras bāzes. Tāpēc pašlaik vairumā gadījumu streptomicīna daudzumu izsaka μg / mg vai μg / ml. Jo tuvāk mikrogramu/mg streptomicīna preparātos 1000, jo tīrāks ir preparāts. Ir skaidrs, ka antibiotikas bioloģiskās aktivitātes vienība ne vienmēr sakrīt ar 1 μg. Piemēram, benzilpenicilīnam 1 vienība atbilst aptuveni 0,6 μg, jo 1 mg antibiotikas satur 1667 vienības.

Antibiotiku analīzes metodes

Atšķirībā no dažiem citiem dabīgiem savienojumiem (alkaloīdiem, glikozīdiem), antibiotikām nav vispārēju grupu reakciju. Šādas reakcijas var izmantot tikai vienas ķīmiskās klases antibiotikām, piemēram, tetraciklīniem vai nitrofenilalkilamīniem (levomicetīniem). Antibiotiku identificēšanai var izmantot dažādas krāsu reakcijas attiecīgajām funkcionālajām grupām; spektra raksturlielumi redzamajā, UV un IR spektra apgabalos; hromatogrāfijas metodes. Antibiotiku kvantitatīvai noteikšanai izmanto bioloģiskās, ķīmiskās, fizikāli ķīmiskās metodes.

Bioloģiskās metodes ir balstītas uz antibiotikas tiešu bioloģisko iedarbību uz lietoto testa organismu, kas ir jutīgs pret šo antibiotiku. Izmantotā difūzijas metode ir balstīta uz antibiotiku molekulu spēju difundēt agara vidē. Tiek lēsts tās zonas lielums, kurā neattīstās izmantotie testa organismi. Šis lielums ir atkarīgs no antibiotikas ķīmiskā rakstura, tās koncentrācijas, pH un barotnes sastāva, kā arī eksperimenta temperatūras.

Cits bioloģiskās testēšanas veids ir balstīts uz turbi-dimetriju - suspendēto daļiņu - mikroorganismu šūnu - absorbētās gaismas intensitātes kvantitatīvās analīzes metodi. Pievienojot noteiktu daudzumu antibiotiku, tiek aizkavēta mikroorganismu šūnu augšana (bakteriostatiska iedarbība), un pēc tam to nāve (baktericīda iedarbība). Tas maina (samazina) absorbētās gaismas intensitāti. Kā alternatīvu metodi turbidimetrijai var izmantot nefelometrisko kvantitatīvās analīzes metodi pēc mikroorganismu izkliedētās gaismas intensitātes.

Antibiotiku kvantitatīvai noteikšanai tiek izmantotas dažādas spektrālās metodes - pirmkārt, fotokolorimetriskā un spektrofotometriskā metode. Piemēram, lai noteiktu eritromicīna šķīduma koncentrāciju, var izmantot fotokolorimetrisko metodi, kuras pamatā ir izmaiņas antibiotikas šķīduma absorbcijā pēc tā mijiedarbības ar sērskābi. Tetraciklīna sērijas antibiotikas var noteikt ar spektrofotometrisko metodi pēc absorbcijas joslas, kas pazūd pēc aktīvās vielas sārmainas hidrolīzes. Ir izstrādāta metode, kas apvieno fizikāli ķīmisko un bioloģisko pieeju zāļu aktivitātes novērtēšanai. Metodes pamatā ir lāzera difrakcija vidē, kas satur mikroorganismu šūnas, ja tiek pakļauta ķīmiskās vielasīpaši antibiotikas

Antibiotiku ražotāju celmu saglabāšana aktīvā stāvoklī

Liela nozīme antibiotiku rūpnieciskajā ražošanā, kā arī antibiotiku vielu ražotāju laboratoriskajos pētījumos ir organismu dzīvotspējas uzturēšanas metodēm, kas ļauj uzturēt to antibiotisko aktivitāti nemainīgā līmenī. Ir zināms, ka mikroorganismus un jo īpaši aktinomicītus var viegli mainīt, izmantojot parastās uzglabāšanas metodes. Turklāt diezgan bieži tiek pilnībā vai daļēji zaudētas antibiotikas īpašības. Antibiotisko īpašību zudums acīmredzot ir atkarīgs no tā, ka normālos audzēšanas apstākļos mēs nespējam radīt apstākļus, kas palīdzētu organismam saglabāt tā fizioloģiskās pamatīpašības. Diezgan bieži aktivitātes zudums tiek novērots, kultivējot mikroorganismus uz barotnēm, kas bagātas ar sastāvu un ar biežu pārnešanu.

Tajā pašā laikā antibiotiku vielu ražotāju fizioloģisko vai bioķīmisko īpašību izmaiņas var noteikt pēc to ģenētiskajiem modeļiem. Ir zināms, piemēram, ka gramicidīna C ražotājs attīstības laikā sadalās vairākos variantos, no kuriem daži neveido šo antibiotiku. Turklāt kultūras disociācijas process iet izglītības virzienā lielā skaitā bioloģiski neaktīvi varianti, kas galu galā noved pie pilnīgas kultūras zaudēšanas spējas veidot gramicidīnu. Pašlaik tiek izmantotas vairākas metodes, lai saglabātu antibiotiku ražotāju kultūras, nodrošinot to ilgstošu atrašanos aktīvā stāvoklī. Šīs metodes ir balstītas uz mikroorganismu attīstības aizkavēšanas principu, saglabāšanas principu. Katram antibiotisko vielu ražotāja veidam jāizvēlas sava, piemērotākā saglabāšanas metode, kas ļauj saglabāt kultūras aktīvā stāvoklī salīdzinoši ilgu laiku.

Visizplatītākās metodes mikroorganismu kultūru, kas ražo antibiotikas, uzturēšanai aktīvā stāvoklī ir šādas.

1. Kultūru liofilizācija.

2. Organismu veģetatīvo šūnu vai sporu uzglabāšana sterilā augsnē, sterilās smiltīs vai uz dažu augu (piemēram, prosa) sēklām. Pēc vairāku autoru domām, aktinomicītu kultūras, kas atrodas sterilā augsnē, saglabā dzīvotspēju 30 gadus vai ilgāk.

3. Sporu uzglabāšana ūdens suspensiju veidā noslēgtās ampulās.

4. Sporu uzglabāšana sterilās kvarca smiltīs.

5. Kultūru uzglabāšana uz agara savienojuma zem minerāleļļas.

6. Kultūru uzglabāšana zemā temperatūrā (+4, +5°C).

7. Pēdējā laikā dažādu mikroorganismu uzturēšanai aktīvā stāvoklī tiek izmantots šķidrais slāpeklis, kurā ievieto no barotnes izskaloto šūnu suspensiju. Dažreiz aktinomicītu kultūras, kas atrodas uz agara blokiem, kas izgriezti no agara plāksnes Petri trauciņos, tiek saglabātas šķidrā slāpekļa gāzveida fāzē.

Labākais organismu saglabāšanas veids, kurā netiek novērots antibiotiku aktivitātes zudums, ir to liofilizācija - metode ir piemērota gan sporu veidojošām, gan sporu neveidojošām mikroorganismu kultūrām. Šīs metodes būtība ir tāda, ka mikroorganisma šūnu vai sporu suspensiju, kas pagatavota ar olbaltumvielām bagātā barotnē (bieži izmanto šim nolūkam, asins serumā), ātri sasaldē -40 līdz -60 °C temperatūrā un žāvē vakuumā līdz atlikušajam mitrumam (0,5-0,7%). Pēc šādas apstrādes ampulas ar liofilizētā mikroba sporām vai šūnām tiek noslēgtas. Liofilizētās baktēriju formas var saglabāties 16-18 gadus, sēnīšu sporas nezaudē savas pamatīpašības, uzglabājot liofilizētā veidā 10 gadus.