Файл: Технология гидролизных производств учебник..pdf

вать и выделять во внешнюю среду специфические вещества, по­ лучившие название антибиотиков (термин а н т и б и о т и к обозна­ чает п р о т и в о ж и з н е н н ы й ) . Антибиотики подавляют развитие, размножение, жизнедеятельность и биохимическую активность многих микроорганизмов. Антибиотики обладают избирательным и специфическим действием на группы или определенные виды микробов. В настоящее время известно более 3000 антибиотиков, разнообразных по химической природе и строению. Однако из них лишь около 50 нашли практическое применение. Широко исполь­ зуются пенициллин, стрептомицин, синтомицин и антибиотики группы тетрациклинов (хлортетрациклин, террамицин) и др.

Первым антибиотиком, который получил широкое применение, является пенициллин. Он относится к гетероциклическим соедине­ ниям, содержащим серу и азот. Эмпирическая формула пенициллинов C9HHO4N2 SR, где радикал R зависит от типа пенициллина.

Он вырабатывается плесневыми грибками рода Penicillium, на­ пример Р. chryzogenum. Пенициллин ■— активный антибиотик, убивающий многие бактерии, но не действующий на большинство вирусов, плесеней и дрожжевых грибков.

Антибиотики образуют все классы микроорганизмов: бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты.

Советские ученые первые обратили внимание на явление антаго­ низма актиномицетов и бактерий. В настоящее время широко при­ меняются антибиотики, образуемые актиномицетами. Они отли­ чаются сильным антибиотическим действием на бактерии, грибки и некоторые вирусы. Наиболее практически ценными антибиоти­ ками являются: стрептомицин, образуемый лучистым грибком Actinomyces griseus, хлоромицетин, вырабатываемый Streptomyces venezuelae, террамицин, продуцируемый Act. rftnosus, и др.

Исследования последних лет показали, что в результате облуче­ ния рентгеновскими лучами актиномицетов в них происходят наследственные изменения (рентгеномутации), благодаря которым полученные новые штаммы дают в десятки раз более высокий выход антибиотиков, чем исходная культура. Процесс получения антибиотиков разбивается на несколько стадий: 1 ) подготовку

питательной среды, микроорганизмов или спор для засева и вспо­ могательных материалов; 2 ) процесс ферментации или выращива­

ния микроорганизмов; 3) отделение мицелия, очистку и концен­ трирование фильтрата; 4) экстракцию антибиотиков органическими растворителями, сушку и упаковку.

Механизм действия антибиотиков заключается в том, что они нарушают обмен веществ в клетках других микроорганизмов, подавляют каталитическую активность ферментных систем, тормозят определенные биохимические реакции или энергетические процессы, в результате чего прекращается синтез белка, нуклеино­ вых кислот и размножение микробных клеток. Так, действие стрептомицина обусловлено подавлением активности ферментных систем и нарушением генетического кодирования на стадии информационная РНК — белок. Результатом действия левомице-

238

тина является прекращение синтеза белка и подавление процессов окисления, отчего микробные клетки гибнут. Следовательно, при­ менение различных антибиотиков основано на антагонистических взаимоотношениях, существующих между отдельными группами микроорганизмов.

8. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ПРИРОДНЫХ БЕЛКОВ, ДНК И РНК

Синтез белков и нуклеиновых кислот в живой клетке представ­ ляет собой сложную цепь взаимосвязанных биохимических реак­ ций, протекающих под действием большого числа ферментов. Значение белков в жизненных процессах велико и многообразно.

важные функции. В настоящее время выяснена полная химическея структура и пространственная конфигурация многих белков. Белки являются полимерами. Молекулярная масса их колеблется в пределах от 10 000 до нескольких миллионов. Молекула белка имеет сложное химическое строение. Белки построены из 20—25 различных аминокислот, соединенных в длинную полипептидную цепь, образованную многократным повторением одной и той же структуры. Аминокислотные остатки соединены между собой пептидными связями таким образом, что карбоксил одной амино­ кислоты присоединяется к аминогруппе второй. Белки содержат от сотни до десятков тысяч аминокислот. Полипептидные цепи в белках совершенно определенным образом располагаются в про­ странстве, т. е. имеют при данных условиях определенную конфор­ мацию. Современные методы исследования позволили установить, что полипептидные цепи свернуты или скручены в спираль. Сосед­ ние витки спирали довольно близко подходят друг к другу, так что между группами атомов возникают водородные, ионные и ковалентные связи, обеспечивающие устойчивость и определенную жесткость структуры белковой макромолекулы, ее компактность и упорядоченность.

Белки различаются как по количеству и составу аминокислот, так и по последовательности их расположения в цепи. Последова­ тельность же аминокислот в цепи при биосинтезе белка задается генетической информацией, записанной в нуклеиновых кислотах. В результате бесчисленных комбинаций аминокислот в молекуле белка и различного пространственного расположения его цепей, возникает огромное количество разных белков, обусловливающих все многообразие организмов. Белки микроорганизмов имеют в основном такое же строение, как и белки животных и высших растений.

Нуклеиновые кислоты играют такую же большую роль в жизни, как и белки. Они содержатся во всех растительных и животных организмах, в частности в микроорганизмах. Нуклеиновые кислоты в организмах встречаются в свободном состоянии и в соединении

239

с белками, образуя нуклеопротеиды. Особенно велика биологиче­ ская роль нуклеиновых кислот в синтезе белков клетки и в пере­ даче наследственных признаков и свойств в потомстве. Знание состава и структуры этих соединений имеет большое значение для изучения эволюции жизни на нашей планете.

Название нуклеиновых кислот происходит от слова n u c l e u s — ядро, так как они впервые были обнаружены в ядре клетки. Нуклеиновые кислоты являются высокополимерными соединениями. Молекулярная масса их достигает нескольких миллионов. Молекулы нуклеиновых кислот построены из нескольких много­ кратно повторяющихся мономеров, называемых нуклеотидами. Каждый нуклеотид состоит из трех основных частей: углевода (пентозы), азотистого гетероциклического основания (пуринового или пиримидинового) и остатка фосфорной кислоты. Отдельные нуклеотиды, соединяясь между собой, образуют длинную цепочку. Нуклеиновые кислоты различаются по составу, химическому строе­ нию, по местоположению в клетке и по их биологической роли. Существуют два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеино­ вая кислота (сокращенно ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). ДНК содержится преимущественно в ядре клетки и в ядерных элемен­ тах (нуклеоидах бактерий), а РНК — в цитоплазме клетки и

вразличных ее включениях. Особенно много ее в рибосомах.

Всостав ДНК входит сахар дезоксирибоза, остаток фосфорной кислоты и азотистые основания: пуриновые — аденин (А) и гуанин

(Г) и пиримидиновые — тимин (Т) и цитозин (Ц). Соединения, в которых дезоксирибоза связана с каким-либо из азотистых оснований, называются нуклеозидами. Нуклеозиды, соединяясь с остатками фосфорной кислоты, образуют нуклеотиды, которые являются мономерами макромолекулы ДНК. Связи между отдель­ ными нуклеотидами осуществляются за счет остатков фосфорной кислоты, соединяющих 3-гидроксил дезоксирибозы одного нуклео­ зидною остатка с 5-гидроксилом дезоксирибозы соседнего нуклео­ зидною остатка (рис. 52). Молекула ДНК может иметь до 100 тыс. нуклеотидов и более. В каждой ДНК нуклеотиды следуют в строго определенном и всегда постоянном порядке.

Рентгеноструктурный анализ молекул ДНК, проведенный Д. Уот­ соном и Ф. Криком в 1953 г., показал, что ДНК представляет собой спираль, состоящую из двух комплементарных (взаимно дополняющих) цепей, имеющих описанное выше строение. Две полинуклеотидные цепи-спирали соединены водородными связями, возникающими между азотистыми основаниями. Соединение цепей происходит таким образом, что пуриновое основание нуклеотида 'одной цепи соединено с пиримидиновым основанием другой. Химическое строение азотистых оснований позволяет им соеди­ няться друг с другом только в комбинациях аденин с тимином и гуанин с цитозином. Между аденином и тимином образуются две водородные связи, а между гуанином и цитозином — три. Расстоя­ ние между основаниями постоянно и составляет 2,8—3,0 А. Спиральная структура молекулы ДНК представлена на рис. 53.

240

Н О - р - о с и , Н с

7i a W H

йденин

о

N H »

Н О — - - - р-о с 2н

Рис. 52. Соединение нуклеотидов в цепочке ДНК

полинуклеотидной цепи может значительно изменяться, но по­ следовательность их в другой цепи должна быть комплементарна ей. Благодаря такому комплементарному строению двойная цепь способна точно воспроизводить себя. При этом образуются две