Лекция №1
|
|
Скачать 0.82 Mb.
|
|
^ Культуры микроорганизмов – продуцентов веществ – заводы получают из институтов (коллекции культур) в пробирках на косом агаре или в ампулах, законсервированными в виде чистых культур. Каждая культура имеет паспорт с подробным описанием морфологии, физиологии, характеристики среды для культивирования и хранения культуры. При длительном хранении культуры важно сохранить ее свойства. При частом пересеве культура со временем может изменять свойства – уменьшается продуктивность, появляется гетерогенность культуры, т.е. различные варианты культуры с отличающейся морфологией и физиологией. В гомогенности или гетерогенности культуры можно убедиться, высевая ее на твердую питательную среду и изучая морфологические и физиологические свойства колоний. В основе хранения культур (с целью сохранения свойств культуры без изменения) лежит охлаждение, замораживание или обезвоживание. Вам известно, что во всех перечисленных случаях ограничивается или прекращается клеточный обмен веществ. Иногда при замораживании и обезвоживании клетки приводят в состояние анабиоза или преданабиоза. На практике используют несколько способов хранения культуры:
Перед началом технологического процесса культуру размножают в лаборатории в стерильных условиях при оптимальном составе среды и режиме выращивания (pH, температура, длительность). При этом в лабораторных условиях культуру размножают двумя способами: 1) культуру продуцента высевают на косой агар, инкубируют до образования спор и смывают их стерильной водой. Суспензию спор снова переносят в свежую агаризированную среду для получения спорового материала второго поколения. Выросшие споры еще раз смывают стерильной водой и суспензию используют для получения первого вегетативного поколения продуцента на жидкой среде; 2) как и в первом случае, культуру продуцента высевают на агаризованную среду для получения спор. Полученную суспензию спор сразу же вносят в колбы с жидкой средой и выращивают их на качалке. Полученный таким образом вегетативный материал продуцента первого поколения используют в качестве посевного материала для второго поколения продуцента в колбах с жидкой средой. Вегетативный материал второго поколения используют для внесения в инокулятор. Для размножения спорового материала широко используют среды на сыпучем материале— зерне, крупе, лузге и др. Для получения спор многих продуцентов антибиотиков часто используют среду из зерен проса. Споровый материал с таких сред можно засевать прямо в инокулятор, минуя размножение на жидкой среде в колбах. Иногда в лабораторной практике культуру продуцента начинают размножать сразу на жидкой среде в колбах, исключая предварительное получение спор. Для обеспечения стабильного выхода активных веществ в производственных условиях надо создать достаточный запас культуры продуцента на длительный период времени (год и более), но нельзя часто менять технологию приготовления посевного материала. После хранения культуру стерильно переносят в колбу объемом 100–200 мл и инкубируют в термостате или на качалке в зависимости от потребности культуры в кислороде. Содержимое колбы используют в качестве посевного материала для первого инокулятора цеха чистой культуры. Последовательность стадий не одинакова. Например, в производстве лизина (аминокислота) в цех чистой культуры поступает посевной материал, полученный из колб на качалке. Иногда для уменьшения опасности заражения инфекцией в инокулятор культуру вносят прямо из пробирок. При этом длительность инокуляции увеличивается. Лекция № 12 Стадии получения посевного материала в цехе чистой культуры. После размножения посевного материала в лабораторных условиях, дальнейшее размножение посевного материала идет в две стадии: в цехе чистой культуры и в отделе инокуляции (рис. 14).  Для приготовления посевного материала используют полноценную среду, тщательно проверенную различными химическими и микробиологическими методами. Количество питательной среды в аппарате не должно превышать 60% общего объема. Если культуру в инокулятор вносят из колб, то количество посевного материала составляет примерно 0,1% объема среды. Такое небольшое количество посевного материала требует длительного периода инокуляции (2–4 суток). Для посевных ферментаторов используют 10–12% инокулятора, поэтому продолжительность приготовления посевного материала на этой стадии уменьшается и обычно не превышает 1 суток. ^ Обычно она протекает в ферментаторах большого объема. Посевной материал для главной ферментации готовят в количестве 5–20% объема используемой питательной среды. Перед заполнением аппарата питательной средой его моют, проверяют на герметичность, стерилизуют горячим паром как сам ферментатор, так и систему трубопроводов. После этого заполняют стерильной охлажденной питательной средой. Количество среды в ферментаторе не должно превышать 70% его общего объема. Затем по линии посевного материала с помощью стерильного воздуха в ферментатор вводят посевной материал. Уже перед его подачей температура и pH питательной среды должны быть доведены до оптимальных значений для данной культуры. Регулируют интенсивность аэрации и перемешивания среды. С целью предотвращения попадания нестерильного атмосферного воздуха в аппарат, давление воздуха над поверхностью жидкости повышают на 20–30 кПа. Продолжение главной ферментации. В пространстве над жидкостью обычно скапливается пена. Если ее слой сильно увеличивается, то в аппарат вводят химические пеногасители. Во время ферментации автоматически регулируется температура и pH среды. В случае необходимости добавляют растворы кислоты или щелочи. По специальному графику берут образцы жидкости из ферментатора для биохимического и микробиологического контроля. При получении активных веществ методом периодической ферментации, ферментация протекает в два этапа. На первом этапе идет интенсивное размножение культуры. Она проходит через все характерные фазы развития. На этом этапе компоненты питательной среды используются главным образом на получение энергии и конструктивный обмен веществ – происходит постепенная ассимиляция источников углерода и азотсодержащих веществ, в среде накапливаются продукты окисления углеводов, например, кислоты. На втором этапе происходит интенсивный синтез нужного материала (иногда он идет параллельно процессу роста культуры), наблюдается старение клеток и их автолиз. Ферментацию прекращают, когда в среде накапливается максимальное количество полезного продукта. Конец ферментации можно определить и микробиологически по морфологическим изменениям клеток продуцента. Окончив ферментацию, культуральную жидкость охлаждают до 10–150С и перекачивают в резервуары, из которых она постепенно подается на дальнейшую обработку. ^ В состав культуральной жидкости входят остатки использованной питательной среды, синтезированные метаболиты и клеточная масса продуцента. Наиболее простой случай – это использование всей культуральной жидкости как готового продукта, например, при получении бактериальных удобрений, если их применяют в жидкой среде. Способ выделения продукта культуральной жидкости зависит от того, в каком виде этот выделенный продукт будет использоваться в дальнейшем, этому будет и соответствовать технология дальнейшей обработки. Например:
Лекция № 13 Получение продуктов брожения ^ Хлебопекарные дрожжи В производстве хлебопекарных дрожжей используют специально отобранные расы Sacch. cerevisiae 14,21, Томская 7 и др. При отборе культуры принимают во внимание способность дрожжей сбраживать тесто, т. е. они должны обладать хорошей подъемной силой и ферментативной активностью, хорошо расти на мелассной среде в условиях глубинной ферментации и давать высокий выход биомассы. Клетки дрожжей должны легко отделяться от культуральной жидкости сепарированием или фильтрацией и хорошо сохраняться в прессованном виде. Подъемную силу дрожжей выражают в минутах, в течение которых определенное количество дрожжей развиваясь в определенном количестве теста, увеличивает его объем на предусмотренную стандартом величину. Для хороших дрожжей подъемная сила не должна превышать 75 мин, зимазная активность — 30—40 мин, мальтазная активность — 50— 80 мин. Хлебопекарные дрожжи обладают и бродильной активностью. Размеры клеток хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae равны (З-8) X (6-14) мкм. Форма их круглая или овальная. Технология получения дрожжей имеет много различных вариантов. Получение дрожжей из мелассы. Питательную среду для выращивания хлебопекарных дрожжей готовят из мелассы с добавками солей фосфора и азота, исходя из того, что готовая продукция должна содержать 6—7% азота и 3, 6—4, 4% Рг2О5 в пересчете на сухое вещество. В размножении культуры дрожжей различают следующие стадии: лабораторную; чистой культуры; естественно чистой культуры; товарных дрожжей. В производстве хлебопекарных дрожжей пытаются использовать метод непрерывной ферментации, но быстрое развитие побочной микрофлоры в этих условиях не дает возможности вести процесс дольше 4—6 сут. Биомассу дрожжей отделяют от культуральной жидкости, используя сепараторы, производительность которых 16—35 м3/ч. Сепарирование обычно идет в три этапа, при двукратной промывке суспензии клеток водой для удаления остатков среды, бактерий и примесей. Получают концентрат дрожжей, содержащий 80—120 г/л сухой биомассы. Его охлаждают до 8—10°С, фильтруют на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах и получают дрожжевую пасту с 70—75%-ной влажностью. После кондиционирования пасты водой до стандартной (75%) влажности, дрожжи формуют в плитки массой 50, 100, 500, 1000 г и упаковывают. Хранят прессованные дрожжи при температуре 0—4°С до 10 сут. Хлебопекарные дрожжи можно высушивать при температуре 30—40°С до влажности 8% и хранить до 6 мес. Выращивание дрожжей на этанольной среде. Ряд культур дрожжей, в том числе Saccharomyces, в условиях недостаточного обеспечения среды кислородом и при наличии углеводов получают энергию путем анаэробного расщепления сахаров (гликолиз); при этом образуется этанол. Как только в среде появляется кислород, клетки дрожжей сразу переключаются на энергетически более выгодный аэробный метаболизм (Пастеровский эффект) и способны метаболизировать не только глюкозу, но и накопившийся в среде этанол. Усваивать этанол дрожжи могут благодаря наличию в их клетках фермента алькогольдегидрогеназы (рис. 41). О  собенности роста дрожжей Saccharomyces cerevisiac 14 на этанольной среде можно показать на основе работ, проводимых в институте микробиологии им. Л. Кирхенштейна АН ЛатвССР. Стимулирующее действие на рост дрожжей в синтетической этанольной среде, как было показано в этих, оказывают глутаминовая (0,075%) и аспарагиновая кислоты и глутатион (рис. 42); цистеин, напротив, дает обратный эффект. Эти же вещества (кроме цистеина) заметно повышают резистентность дрожжей при конвективной сушке.При выращивании дрожжей на этанольной среде в лабораторном ферментаторе по приточной схеме с добавкой 0,5% дрожжевого экстракта достигнута концентрация сухой биомассы 8—9 г/л при выходе 70—75% от использованного субстрата. Полученные дрожжи имеют несколько пониженную по сравнению с дрожжами, выращенными на мелассе, активность выделения углекислого газа (т. е. бродильную активность), кроме того, этанольные дрожжи менее устойчивы при сушке. Автолизат дрожжей. Ценные компоненты биомассы дрожжей — аминокислоты белков, витамины, основания нуклеиновых кислот и др. — могут быть использованы для приготовления натуральных и полусинтетических сред, применяемых как в лабораториях, так и для нужд промышленного микробиологического синтеза. Однако большинство ценных компонентов клетки находится в виде различных белковых комплексов, поэтому добавление к среде нативных дрожжей не дает эффекта. Гидролиз белков можно провести ферментативно или используя кислоты и щелочи. При щелочном гидролизе белков возможно разрушение некоторых аминокислот или их изомеризация в D-формы, которые в биологических системах используются не полностью. Надо отметить, что в щелочной среде инактивируются некоторые витамины. При кислотном гидролизе белков разрушаются незаменимая аминокислота — триптофан и некоторые витамины группы В. Гидролиз белков можно осуществить, используя препараты протеолитических ферментов. Кроме того, в самих клетках дрожжей есть активные протеолитические ферменты, которые при определенных условиях в среде могут разрушать клеточные белки (автолиз). ^ В зависимости от природы перерабатываемого сырья для производства кормовых дрожжей чаще всего используют культуры родов Candida, Trichosporon. Выбирая культуру, надо следить, чтобы скорость ее роста в соответствующей среде была максимальной, в состав биомассы входило бы много белков, витаминов, чтобы культура в определенных условиях была вирулентной (могла конкурировать с сопутствующей микрофлорой). К  ормовые дрожжи получают из доступных, дешевых, содержащих углерод видов сырья, которые можно разделить на несколько групп:1) углеводысодержащее сырье (гидролизаты древесных и сельскохозяйственных отходов, меласса, сульфитный щелок целлюлозной промышленности); 2) природные и синтетические субстраты, содержащие органические кислоты, спирты и другие окисленные соединения углерода (отходы спиртовой промышленности — барда, отходы производства синтетических моющих веществ и др.); 3) углеводороды (нефть, парафины, природные газы). Необходимо учитывать, что необходимое количество азота можно ввести вместе с источником углерода, например мелассой, где содержится около 0,5% используемого дрожжами азота. Принимают, что коэффициент использования азота из среды равен 0,95. Выращивание культуры дрожжей начинается в лаборатории на 8—10%-ной солодовой питательной среде сначала в 50—100-миллилитровых колбах, затем в колбах Пастера и Карлсберга в течение 24 ч при 30°С и рН 4,5—5,5. Затем культуру размножают в инокуляторах до тех пор, пока получат посевной материал в количестве 10% от имеющегося количества сахара в рабочем объеме производственного аппарата. В инокуляторах так же, как и в лабораторной стадии, выращивание дрожжей ведется в стерильных условиях, но в них уже применяется интенсивная аэрация (30— 50 мя воздуха в час на 1 м3 среды). Основная ферментация в производстве кормовых дрожжей идет по непрерывному методу культивирования. Широко используются дрожжерастильные аппараты типа Лефрансуа, в которых среда и культура дрожжей находятся во вспененном состоянии. На рис. 42 приведен один из таких аппаратов. Схема получения кормовых дрожжей из гидролизатов древесины приведена ниже:  Лекция № 14 Технология получения аминокислот ^ Методы получения аминокислот Восемь аминокислот организм животных не может синтезировать, поэтому их называют биологически незаменимыми аминокислотами. К ним относятся фенилаланин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и валин. Эти аминокислоты должны регулярно и в нужном количестве поступать в организм вместе с пищевыми продуктами. Недостаток одной из этих аминокислот в пище может стать фактором, лимитирующим рост и развитие организма. В растительных продуктах, составляющих основу питания человека и животных, в недостаточном количестве может быть лизин, метионин и иногда триптофан. Препараты этих аминокислот имеют большое значение в формировании правильного питания человека и в сбалансированности кормов для домашних животных. В пищевой промышленности и кулинарии многих стран в качестве специи используется натриевая соль глутаминовой кислоты, придающая ощущение сытости. Препараты аминокислот используют в медицине, например для парентерального питания больных и для исследовательских работ в качестве реагентов. Аминокислоты можно получить химическим синтезом, но в этом случае образуется трудно разделимая рацемическая смесь L- и .D-форм аминокислот. Биологически активными и потому используемыми в питании человека и животных являются L-аминокислоты, исключение составляет только метионин. В Советском Союзе освоен метод промышленного получения D-, L-метионина химическим синтезом. Аминокислоты можно получить и гидролизом природных белков с последующим выделением аминокислот из гидролизата. Однако запасы белков ограничены, кроме того, при кислотном гидролизе некоторые аминокислоты, например триптофан, разрушаются. В будущем, возможно, будут получать аминокислоты из белков микробного происхождения, химически или ферментативно гидролизуя их. Аминокислоты можно получить и из соответствующих кетокислот, химически или микробиологически аминируя их. Однако проблема получения L-аминокислот путем аминирования до сих пор практически не решена. Лизин Лизин в организме является не только структурным элементом белка, но и выполняет ряд важных биохимических функций — является предшественником карнитина и оксилизина. Лизин способствует транспорту кальция и стронция в клетки и др. В настоящее время во многих странах препарат лизина добавляют к хлебу для повышения его биологической ценности, а также для улучшения внешнего вида. Доказано, что лизин улучшает аппетит, способствует секреции пищеварительных ферментов, предотвращает кариес зубов у детей. Лизин является самой дефицитной в кормах животных незаменимой аминокислотой. Установлено, что добавка лизина в количестве 0,1—0,4% к кормам значительно увеличивает продуктивность домашних животных. Для биосинтеза лизина используют гомосериндефицитные мутанты ауксотрофных бактерий родов Brevibacterium, Micro-coccus, Corynebacterium и др. Химизм образования молекулы лизина показан на рис. 55. В  Институте микробиологии им. А. Кирхенштейна разработаны основы непрерывной ферментации лизина в мелассно-кукурузной среде при помощи культуры Brevibacte-rium 22 и 22 L. При гомогенной ферментации по методу хемостата выявлено, что равновесное состояние системы устанавливается при скорости протока 0,05≤D≤0,20 ч-1, при этом концентрация лизина составляет 6—8 г/л, содержание биомассы около 8 г/л. Проточная культура обладает повышенной лизинсинтезирующей способностью (на 20—25% выше по сравнению с периодической), поэтому рациональной является комбинированная технология получения лизина: непрерывная ферментация на стадии приготовления посевного материала и периодический процесс главной ферментации.При наличии хорошо герметизированной и автоматически управляемой ферментационной аппаратуры можно осуществить трехступенчатый процесс, который обеспечивает 20— 30 г/л лизина при выходе культуральной жидкости из третьего аппарата (табл. 16). Высокую концентрацию лизина (до 60 г/л) в культуральной жидкости можно получить на мелассной среде, если во время ферментации вести подкормку путем дробной подачи части питательной среды при соблюдении точной регуляции культивирования. Мелассу можно заменить, на сахарозу, диффузионный сок сахарной свеклы, глюкозу или гидролизаты крахмала, древесины, торфа, а также на уксусную кислоту. Для получения кристаллического лизина клеточную массу центрифугируют, а культуральную жидкость пропускают через катионнт КУ-2 или КВ-4-Р-2. Лизин элюируют 2,0—3,5%-ным раствором NH4OH, элюат упаривают в вакууме при температуре 600С до 1/20 — 1/30 части исходного объема. Затем при помощи НС1 устанавливают рН 4,5—5,0, охлаждают до 14—18°С и кристаллизуют. Фильтрацией или центрифугированием кристаллов получают технический лизин, содержащий 94—96% лизина монохлоргидрата. Для получения чистого лизина кристаллы технического лизина в небольшом количестве воды нагревают до 70°С, добавляют активированный уголь, перемешивают и фильтруют. При помощи НС1 устанавливают рН 4,9, раствор упаривают и кристаллизуют. Кристаллы сушат при температуре 60°С. Полученный таким образом лизин содержит 99,9% лизина монохлоргидрата. 0,1% золы и не более 0,001% тяжелых металлов. После отделения лизина из фильтрата еще выделяют бетаин, используемый в медицине (препарат асидин), а также в животноводстве. Лизин можно получать, работая по двухступенчатому методу. На первой ступени при помощи микробиологического синтеза (аналогичного биосинтезу лизина) или химического синтеза (из голуола. керосина и др.) получают α, ε-диаминопимелиновую кислоту. На второй ступени проводят ферментативное декарбоксилирование α, ε -диаминопимелиновой кислоты. Триптофан Триптофан используют в медицине, а также как реагент в биохимических исследованиях; в небольших количествах он требуется для нужд животноводства. Триптофан получают из антраниловой кислоты, используя особые штаммы дрожжей Candida или Hansunella. Антраниловая кислота ядовита. Синтезируя триптофан, упомянутые дрожжи освобождают клетки от этого вредного соединения, превращая его в важную для биосинтеза белков аминокислоту. Для размножения дрожжей можно использовать мелассу, диффузионный сок сахарной свеклы, сахарозу или другие среды, содержащие усваиваемые источники углерода. Активный штамм дрожжей — продуцент триптофана — сохраняют на скошенном суслоагаре и пересевают один раз в месяц. После пересева выдерживают 48 ч в термостате при 28— 300С, затем сохраняют в холодильнике. Далее проводят подготовку посевного материала для двухступенчатой ферментации. Состав питательной среды для колб следующий (в г/л): меласса 104; мочевина 5; К2НРО4 0,1; MgSO4 0,05; СаСl2 0,1; рН 7,5—8. Колбы выдерживают на качалке 24 ч при 28—30°С. После 24 ч выращивания содержимое колб первой стадии в стерильных условиях переносят в качалочные колбы емкостью 750 мл, содержащие по 100 мл питательной среды указанного выше состава. После 24 ч выращивания на качалке биомасса дрожжей второй стадии используется для дальнейшего накопления дрожжевой массы в ферментаторе. Процесс ферментации в ферментаторах проводят так. Производственную питательную среду, содержащую (в г/л) мелассы 62.3; мочевины 5; K2HPО4 0,1; СаСl2 0.1; MgSO4 0,05. стерилизуют 30 мин при 0,1 МПа (1 кгс.смс), рН среды 7.5—8. После охлаждения до 300С туда в стерильных условиях переносят посевной материал, который содержит не менее 3—5 г, л сухой биомассы. В ферментаторе в течение 24 ч дрожжи культивируют при аэрации не менее 7 г О2/(л-ч). В качестве пеногасителя можно использовать подсолнечное масло, кашалотовыи жир или кремнийорганическое соединение. Через 24 ч в культуральную жидкость добавляют антраниловую кислоту в виде 5%-ного спиртового раствора и мочевину з виде 50%-ного раствора. После внесения антраниловой кислоты начинается вторая стадия ферментации — биосинтез L-трипто-фана. Уровень аэрации снижается до 3—4 г О;/(л-ч). После добавления в среду антраннловой кислоты и мочевины через 4 ч добавляют мелассу в виде 25%-ного раствора. На дальнейшем этапе ферментации добавки проводят в следующем порядке: мелассный раствор добавляют через каждые 12 ч. антраниловую кислоту одновременно с источником азота вносят через каждые 6 ч. Через 144 ч ферментацию прекращают. ^ М  еханизм трансформации антраниловой кислоты в триптофан может быть представлен следующим образом. Вначале из антраниловой кислоты ферментативно образуется индол П  о мнению М. М. Шемякина и А. Е. Браунштейна, триптофан образуется при конденсации серина и индола в присутствии пиридоксальфосфата: После осаждения биомассы триптофан из культуральной жидкости выделяют при помощи ионообменных смол и затем элюируют раствором аммиака в изопропиловом спирте. В Институте микробиологии им. А. Кирхенштейна АН ЛатвССР разработан метод получения кормового концентрата триптофана. В его состав входит также дрожжевая биомасса. Лекция 15 Генетика. Трансформация. Посттрансляционная модификация белков. Регуляция белкового синтеза. Значительная часть синтезируемых клеткой белков в зависимости от их функционального назначения либо переносится через мембраны, либо встраивается в них. Проникновение белков через биологические мембраны, равно как и их встраивание в мембраны, осуществляется с помощью сигнальных пептидов. Такое предположение впервые было высказано в начале 70-х годов Г. Блобелем. В настоящее время эта гипотеза подтверждена экспериментально. Сигнальные пептиды представлены фрагментами полипептидных цепей белков в их N-концевой части протяженностью 15-30 аминокислотных остатков. Центральная часть сигнальных пептидов содержит остатки гидрофобных аминокислот, а концевые последовательности обогащены гидрофильными аминокислотными радикалами. Такая структура обеспечивает, при наличии не менее 7 гидрофобных радикалов подряд, беспрепятственное внедрение сигнальных пептидов в липопротеиновую мембрану в зоне рецептора сигнального пептида и последующий перенос белка через нее или закрепление в ней. Установлено, что перенос белков через биологические мембраны может осуществляться либо либо одновременно с трансляцией белка в рибосоме (котрансляционно), ибо по завершении трансляции и отделения белка от рибосомы (пострансляционно), но в любом случае ведущая роль принадлежит сигнальному пептиду (рис.101). Последний отщепляется по завершении переноса при участии сигналопептидазы. Сигнальная гипотеза Блобеля позволила по-иному подойти к проблеме активного транспорта макромолекул. Однако последняя не сводится только к сигнальной гипотезе: получены данные о существовании специальных белков – поринов, обеспечивающих перенос макромолекул. Расширились представления о мембранных белках, распознающих сигнальные пептиды, а некоторые из них (М=34 и 54 кДа) выделены и охарактеризованы; изучена группа белков (М=68- 72 кДа), заякоривающих новообразованные белки в мембране; обнаружены рибонуклеопротеиновые частицы, составленнные из 7,8 РНК и нескольких (до 6) пептидов, тоже узнающие сигнальные последовательности в белках. ^ Не все белки, образовавшиеся в результате рибосомального синтеза, обладают полностью завершенной структурой. Во многих случаях они синтезируются в виде предшественников и лишь после протеолитического отщепления пептидного фрагмента приобретают законченную форму. Примерами такого рода посттрансляционной модификации белков может служить отщепление сигнальных пептидов по завершении переноса белков через билогические мембраны (рис.101), фрагментирование белковых предшественников при образовании из них функционально активных белков, например трипсина из трипсиногена, инсулина из проинсулина, или биологически активных пептидов, например гормонов и рилизинг-факторов. Аналогичный характер носит посттрансляционная модификация белков, сводящаяся к протеолитическому отщеплению N- концевого формилметионина или метионина, с которых, как показано выше, начинается сборка полипептидных цепей в процессе рибосомального синтеза белков. Вместе с тем широко представлена посттрансляционная модификация белков по аминокислотным радикалам. К их числу относятся: гидроксилирование радикала пролина при переходе проколлагена в коллаген; ацетилирование N- концевой аминокислоты в белковой молекуле, как, например, при биосинтезе яичного альбумина; метилирование радикалов лизина и аргинина при посредстве S-аденозил-L-метионин: протеин N-метил- или О-метилтрансферазы, особенно широко представленное при посттрансляционной модификации гистонов, негистоновых ядерных белков и рибосомальных белков; присоединение олигосахаридных фрагментов к радикалам аспарагина, серина и треонина при биосинтезе гликопротеинов; амидирование радикалов аспарагиновой и глутаминовой кислоты, что связывают с изменчивостью белков в онтогинезе и, в частности, при старении; карбоксилирование радикалов глутаминовой кислоты по γ-углеродному атому, в результате чего в белке возникают остатки γ-карбоксилглутаминовой кислоты, необходимые для связывания Са2+; аденилирование и уридилирование радикалов тирозина. К посттрансляционным процессам, имеющим важнейшее значение для регуляции метаболической активности генома, относятся фосфолирование гистонов и негистоновых белков хроматина. Один из примеров котрансляционной модификации белков приведен на рис.102. ^ Исходя из матричной гипотезы биосинтеза белка, Ф. Жакоб и Ж. Моно (1961) впервые предложили весьма многообещающую схему регуляции белкового синтеза. Следуя концепции один ген – одна мРНК – один белок, Ф. Жакоб и Ж. Моно связали узловой пункт регуляции белкового синтеза с ДНК, входящий в состав генетического аппарата клетки. В генетическом аппарате клетки существуют сообщества структурных генов, так называемых оперонов, каждый из которых ответственен за взаимосвязанный синтез ряда специфических белков. Деятельность оперона в качестве поставщика мРНК контролируется геном-оператором, который либо разрешает, либо запрещает запуск гомологической репликации серии мРНК на ДНК-матрице. В свою очередь, функция гена-оператора контролируется пространственно изолированным от него геном-регулятором, который продуцирует мРНК, необходимую для синтеза белка-репрессора. Именно белок-репрессор, будучи присоединен к гену-оператору, блокирует его функцию. Более того, сам белок-репрессор подвержен действию аллостерических эффекторов, которые, соединяясь с ним, так изменяют его третичную структуру, что либо стимулируют, либо ингибируют возникновение комплекса между репрессором и геном-оператором. В качестве аллостерических эффектов часто выступают субстраты (индуцированный синтез ферментов). Сказанное иллюстрирует схема 4. В нее включены также информосомы, на уровне которых тоже осуществляется регуляция биосинтеза белков. Данная схема отражает только часть тех факторов, котрые принимают участие в регуляции биосинтеза белков. Эта регуляция осуществляется также на уровне метаболитов при активировании и переносе аминокислот; на уровне макромолекул при биосинтезе ДНК, различных видов РНК и рибосом; на уровне субклеточных структур (формирование полисом, роль белково-липидных мембран и т.п.), клетки (ядерноцитоплазменные взаимоотношения и др.), органа и организма (гормональная регуляция) и, наконец, на уровне среды (например, зависимость точности кода белкового синтеза от температуры). |
плохо
1
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям