Ферменты и их роль в физиологии микроорганизмов.

МИКРОБНЫЕ ЯДЫ (ТОКСИНЫ)

Ферменты – это биологические катализаторы белковой природы катализирующие химические реакции, из которых состоит метаболизм. Они бывают: простые, состоящие из белка и двукомпанентные, состоящие из белка и активной группы (кофермента). Коферментами могут быть ионы металлов(Fe, Cu, Co, Zn, Mo) или витамины и их производные.

Свойства ферментов:

– специфичность действия – каждый фермент катализирует одну или группу сходных реакций;

– синтезируются только живыми клетками и могут действовать будучи выделенными из них;

– не входят в состав образующихся с их участием продуктов и не расходуются при этом;

– термолабильны, легко инактивируются при нагревании, так как имеют белковую природу;

– действуют при определенном рН (пепсин – при рН 1,5-2,5, трипсин – при рН 7,8-8,7, каталаза и уреаза при рН 7);

– действуют в очень малых концентрациях (1 г амилазы может расщепить 1 т крахмала).

Различают конститутивные ферменты, которые синтезируются клеткой непрерывно и индуцибельные, которые синтезируются только при наличии в среде субстрата данного фермента. Ферменты, меняющие свою активность под действием определенных метаболитов называются регуляторными или аллостерическими. Имеются ферменты агрессии, разрушающие ткань и клетки инфицированного организма. К ним относятся гиалуронидаза, коллагеназа, дезоксирибонуклеаза, нейраминидаза.

Известно более 2000 ферментов, которые объединены в шесть классов:

1. Оксидоредуктазы – окислительно-восстановительные ферменты дыхания и брожения (дегидрогеназы, каталаза, цитохромы);

2. Трансферазы - катализируют перенос групп с одной молекулы на другую;

3. Гидролазы - расщепляющие сложные вещества на более простые с участием воды (липаза, амилаза, протеиназы, фосфатазы);

4. Лиазы - отщепляют от субстрата группы негидролитическим путем (декарбоксилазы, альдолазы);

5. Изомеразы - катализируют изомеризацию органических соединений (фосфогексоизомераза, триозофосфатаза);

6. Лигазы - катализируют синтез сложных соединений с использованием АТФ (синтез белков, нуклеиновых кислот, жирных кислот и др.).

Микроорганизмы выделяют во внешнюю среду – экзоферменты, которые расщепляют сложные вещества (белки, липиды, полисахариды и др.). Ферменты, участвующие в метаболизме (обмене веществ) внутри клетки называются эндоферментами.

МИКРОБНЫЕ ЯДЫ (ТОКСИНЫ)

Бактериальные токсины различаются по химической природе и действию. Ботулиновый токсин является одним из бактериальных эндотоксинов. Это белок, вырабатываемый анаэробной спорообразующей бактерией Clostridium botulinum и вызывающий потенциально смертельный ботулизм. Обычно отравление происходит при употреблении в пищу неправильно консервированных продуктов, содержащих ботулотоксин, или при попадании живых бактерий на раны. Последнее намного реже вызывает заболевание.

Симптомы ботулизма обусловлены недостатком выхода ацетилхолина во всех периферических холинергических нервных окончаниях. Это ведет к нарушению холинергической передачи в нервных ганглиях как парасимпатических, так и двигательных нейронов. Снижение выхода ацетилхолина в окончаниях двигательных нервов вызывает мышечную слабость, диплопию и дыхательную недостаточность, а поражение периферических нервов — автономные дисфункции. Лечение ботулизма поддерживающее, хотя можно эффективно использовать антитоксин. Выздоровление зависит от восстановления нервных окончаний с ацетилхоли-ном. Ботулотоксин настолько мощный, что одна молекула блокирует одно нервное окончание.

Этот токсин используют в терапии различных заболеваний с признаками дистонии, включая спазм мышц, например вокруг глаз, на шее или в анусе при наличии трещины. Его также применяют для разглаживания морщин.

Холерный токсин, вырабатываемый Cholera vibrio, вызывает интенсивную диарею. Молекулярные механизмы включают рибозилирование АДФ аденилатциклазы стимулирующего Gs-белка, вызывающее необратимую инактивацию ГТФазы и, следовательно, постоянную активацию Gs-белка. цАМФ накапливается и вызывает гиперсекрецию солей и воды кишечным эпителием. В отличие от холерного токсина, токсин коклюша инактивирует Gi/G0-белки.

Другие экзотоксины, вырабатываемые бактериями или образующиеся при их распаде, часто ответственны за многие осложнения бактериальных инфекций. Сложные полисахаридные эндотоксины оказывают различные действия, включая коллапс сердечно-сосудистой системы (эндотоксический шок) и лихорадку.

ЯДЫ РАСТЕНИЙ

Растения используют химические вещества для защиты и вырабатывают различные отравляющие вещества для отпугивания или убийства хищников. Растительные токсины и яды обычно представлены небольшими органическими азотсодержащими молекулами. Разнообразие и доступность растительных ядов способствовали разработке многих лекарств: атропина, тубокурарина, дигоксина, резерпина, морфина, кофеина, никотина, паклитаксела, аспирина, хинидина, хинина и винкристина.

Растительные яды особенно опасны для домашних животных и детей. Не все случаи отравлений можно определить, и врач должен помнить о возможном отравлении растениями, обследуя больного с непонятными симптомами. Нужно отметить, что растительные отвары могут содержать растительные яды. Описано множество случаев поражения печени и почек при лечении народными средствами.

Промышленные токсичные вещества являются либо основными, либо побочными продуктами производственного процесса (загрязнение воздуха или воды). Атмосферные промышленные токсичные вещества попадают в окружающую среду и могут вызывать острые и хронические отравления. Некоторые из них — канцерогены и/или мутагены. Концентрации промышленных токсичных веществ на рабочих местах достаточно высоки, но количество их в окружающей среде не так велико, чтобы представлять угрозу острого отравления, но низких концентраций в окружающей среде может быть достаточно для развития хронического отравления.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

1. Что такое ферменты? Назовите их свойства.

2. Что вам известно о бактериальных токсинах?

3. Какие виды растительных ядов вы знаете?

4. Охарактеризуйте промышленные токсичные вещества.