Особенности биосинтеза биологически активных веществ микроорганизмами

По элементарному составу микроогранизмы ничем не отличаются от растений и животных.

Около 50% от общего количества сухих веществ клетки приходится на углерод, 7—13% — на азот, 6—8% — на водород и до 30% — на кислород. Эти четыре элемента принято называть органогенами. От 3 до 12% сухих веществ составляют зольные элементы. Среди них наибольший процент приходится на фосфор, затем калий, магний, серу, кальций. Кроме них, в золе встречаются и другие вещества, но в микроколичествах, в основном относящиеся к металлам, которые принято называть микроэлементами. Клетки микроогранизмов обычно содержат 15—25% сухих веществ, а на 75—85% состоят из воды. Анализ сухих веществ продуцента пенициллина гриба Penicillium chrysogenum показал, что 36—38% составляет белок; 0,4—0,9% — редуцирующие вещества (в основном углеводы); 4% — жиры; 10 — 12% — зола. Из исследованных зольных элементов фосфора оказалось 2,35% (к сухому весу); кальция — 1,39%; магния — 0,86%; железа — 0,38%. Химический состав микроорганизмов может изменяться в зависимости от состава питательной среды. Культуры микроорганизмов разных видов при культивировании на средах, имеющих одинаковый состав, содержат различное количество белков, углеводов, жиров.

При анализе количественного содержания белков у 24 культур грибов, относящихся к родам Aspergillus и Penicillium и выращенных на одинаковых средах, отмечались колебания от 13 до 43%. Химический состав меняется также с возрастом.

Данные элементарного анализа и суммарные величины содержания белков, углеводов, жиров не могут достаточно полно характеризовать особенности химического состава микробных клеток. Для их характеристики пользуются более современными аналитическими методами, позволяющими идентифицировать отдельные компоненты.

Питательные вещества попадают из среды в микробную клетку в растворенном состоянии. Все жизненно важные химические реакции в клетке происходят в водных растворах. Очень часто вода участвует в процессе обмена вещества как компонент химической реакции. В клетке вода содержится в двух видах — свободном и связанном. Свободная вода может участвовать в процессах обмена веществ. Связанная вода удерживается белковыми молекулами клетки при помощи водородных связей и образует поэтому часть структуры протоплазмы.

Синтез биологически активных веществ микроорганизмами

Микроорганизмы являются активными продуцентами многих биологически-активных веществ: антибиотиков, витаминов, аминокислот и других продуктов, получаемых путем ферментации. Синтез биологически активных веществ продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, культур клеток и тканей, растений и животных - приобрел в последнее время большое значение и продолжает развиваться чрезвычайно быстрыми темпами. Альтернативой химическому синтезу оказывается микробиологический процесс, в котором специально подобранные, отселекционированные, а иногда и сконструированные методами генетической инженерии штаммы-продуценты в процессе жизнедеятельности синтезируют различные биологически активные вещества. В промышленности получают антибиотики медицинского или ветеринарного назначения, используя способность соответствующих штаммов – продуцентов – генерировать данный антибиотик в определенной фазе роста и заданном режиме культивирования.

Применение бактериальных препаратов, таких, как удобрения и средства защиты растений, также представляет собой альтернативу химическим веществам, используемым в земледелии.

Некоторые группы микроорганизмов, используемые для промышленного биосинтеза химикатов, приведены ниже.

Продуцент Продукт

Дрожжи

Saccharomyces cerevisiae Этанол, глицерин

Kluyveromyces flagilis Этанол

Kl.Laktis Этанол

Schizosaccharomycts pombe Этанол

Clostridium acetobutylicum Этанол, уксусная,

Cl. Thermosaccharolynicum Глюкоза, ксилоза, этанол

Cl. Thermohydrosulfuricum Этанол, уксусная кислота

Cl. Auranticum Ацетон, бутанол, изопропанол

Cl. Thermoacticum Уксусная кислота

Cl. Propionicum Пропионовая, акриловые кислоты

Xanthomonas campestris Полисахариды

Zymjmjnas mobilis Сорбит, Леван, глюконовая кислота

Thermoanaerobacter ethanolicus Этанол, уксусная, молочная кислоты

Dunaliella sp. Глицерин

Aerobakter aerogenes 2,3 – бутандиол

Bacillus polumuxa 2,3 – бутандиол

Lactobacillus deldrueckii Молочная кислота

Acetobakter curvum Уксусная кислота