- •1.1.Общая характеристика жизни.
- •1.1. Стратегия жизни. Приспособление, прогресс, энергетическое и информационное обеспечение
- •1.2. Свойства жизни.
- •1.3.Происхождение жизни
- •1.4.Происхождение эукариотической клетки
- •1.5.Возникновение многоклеточности
- •1.8.Особенности проявления биологических закономерностей у людей. Биосоциальная природа человека
- •2.Химические основы жизни.Биополимеры
- •2.1. Элементный состав биополимерев
- •2.2.Сахара и полисахариды.
- •2.2.2. Дисахариды и полисахариды
- •2.2.4. Крахмал
- •2.2.5.Пектин
- •2.2.6.Лигнин
- •2.3. Аминокислоты и белки
- •2.3.1.Белковые аминокислоты и полипептиды
- •2.3.2 Структура белков
- •2.3.3. Первичная структура
- •2.3.4. Вторичная и третичная структуры.
- •2.3.5.Четвертичная структура
- •2.5.Иерархия клеточной структуры.
- •2.4.1. Структурные элементы нуклеиновых кислот
- •2.4.2Хранение биологической информации, днк и рнк
- •3. Фермениты (энзимы) и их каталитическая активность.
- •3.1. Общие представления о ферментах как катализаторах
- •3.3.Кинетика простых ферментативных реакций с одним и двумя субстратами
- •3.4.Уравнение Михаэлиса-Ментен
- •4. Клетка – элементарная единица живого
- •4.1. Строение прокариотических и эукариотических клеток.
- •4.2.Практическое применение продуктов клеточного синтеза.
- •4.3.Поток информации в клетке
- •4.3.1. Поток биологической информации в клетке.
- •5.Метаболизм
4.2.Практическое применение продуктов клеточного синтеза.
Клетки постоянно синтезируют вещества, необходимые для их жизнедеятельности. Эти вещества находят все большее применение в промышленности и медицине. Некоторые из них уникальны и не могут быть получены методом химического синтеза.
Микробные клетки. Такие древнейшие производства, как хлебопечение, виноделие, пивоварение, получение кисломолочных продуктов, существовали задолго до того, как было установлено участие в этих процессах различных микробных клеток. С конца XIX столетия началась эра целенаправленного использования процессов клеточного синтеза для получения полезных для человека веществ. В первой половине XX в. были получены органические растворители, пищевые органические кислоты, антибиотики, аминокислоты, витамины и другие ценные продукты.
Антибиотики — низкомолекулярные органические вещества, которые синтезируются некоторыми микроорганизмами (чаще всего актиномицетами) и выполняют регуляторную и защитную функции в клетках. Оказалось, что антибиотики обладают высоким противомикробным действием и широко используются в медицине и сельском хозяйстве. Химический синтез антибиотиков весьма трудоемок и поэтому нетехнологичен. В промышленности их получают исключительно методом микробиологического синтеза. Во всем мире специально отобранные клетки — продуценты ежегодно синтезируют тысячи тонн антибиотиков. Для повышения эффективности антибиотиков и защиты их от действия микробных гидролаз используют пщу^идаетический метод получения этих препаратов. Антибиотики, полученные методом микробного синтеза, подвергают химической модификации, не влияющей на основной биологический эффект.
Микробные клетки синтезируют аминокислоты — строительные блоки, из которых состоят белки. Путем отбора, направленных мутаций или генной инженерии можно получить продуценты, синтезирующие аминокислоты в количествах, имеющих промышленное значение, так как роль аминокислот для медицины, сельского хозяйства и промышленности очень велика. Многие пищевые продукты и корма для животных не содержат достаточного количества незаменимых аминокислот, например лизина. К таким продуктам относятся пшеница, рис, кукуруза и др.
Метионин, цистеин, у-аминомасляную кислоту используют в медицине в качестве лекарственных препаратов, ряд аминокислот обладает пестицидным действием, другие находят применение в кожевенной промышленности.
Огромное значение в практической деятельности человека имеет бродильное производство. Одной из самых древних технологий, использующих микробные клетки, является производство сыров. При производстве твердых сортов сыров используют пропионовокислые бактерии, образующие такие жирные кислоты, как миристиновая, пальмитиновая, стеариновая и олеиновая.
Эти кислоты улучшают качество сыра, придают ему особый аромат. Следует отметить, что пропионовокислые бактерии используются как продуценты витаминов, например витамина В12.
Ферменты, синтезируемые микробными клетками, представляют большой интерес для промышленности и медицины. Высокая скорость метаболизма микробных клеток, обусловливающая несопоставимую с животными и растениями восполняемость сырья, повышает коммерческую значимость этих препаратов. В качестве лекарственных препаратов применяют ряд гидролитических ферментов, таких, как гиалуронидаза, некоторые протеазы, амилаза, липаза. Некоторые ферменты, имеющие прикладное значение, синтезируются только микроорганизмами, например нитрогеназа, катализирующая образование аммиака из молекулярного азота. Велика роль микробных ферментов во многих промышленных процессах .
Клетки растений. В составе многоклеточного растительного организма клетки синтезируют много биологически активных веществ, имеющих практическое значение. Прежде всего следует отметить получение лекарственных веществ растительного происхождения. В настоящее время идентифицировано'более 12 ООО растительных веществ, обладающих фармакологической активностью.
В течение последних десятилетий широкое распространение получил метод культивирования растительных клеток. Культивируемые клетки особый интерес представляют как источники экологически чистых продуктов вторичного метаболизма растений, применяемых в медицине, пищевой промышленности, парфюмерии. Некоторые продукты синтеза растительных клеток представлены в табл. 4.1.
Перевод клеток в культуру приводит к перестройкам генома и модификациям биосинтетической способности клеток. В культуре клеток найдены вещества, которые не синтезируют интактное растение, например перицин, пе-рикалин, вомиленин.
Животные клетки. Огромное значение для медицины и ветеринарии имеют продукты синтеза клеток животных и человека. Основные аспекты их применения связаны с культивированием вирусов, созданием моноклональ-ных антител, производством вакцин и таких лекарственных веществ, как ин-терфероны. Эти индуцибельные белки обладают антивирусным и иммуномо-дулирующим действием и выделяются, в частности, из лейкоцитарных клеток человека.
Таблица 4.1. Область применения продуктов синтеза культуры клеток растений
В последние годы ряд биологических структур получают методом управляемого клеточного синтеза. Эти возможности появились в результате развития таких новых направлений биохимии и генетики, как клеточная и генетическая инженерия. Учитывая тот факт, что многие необходимые для промышленности и медицины вещества в принципе невозможно получить методом химического синтеза, продукты, образованные биологическими системами, не только не теряют, но приобретают все более важное практическое значение.