Az enzimaktivitást meghatározó tényezők. Mit jelent az "enzimaktivitás" kifejezés?

Az enzimaktivitás fogalma

A mindennapi biokémiai gyakorlatban gyakorlatilag nem értékelik az enzim mennyiségét, csak annak aktivitását. A tevékenység tágabb fogalom, mint a mennyiség. Ez mindenekelőtt a reakció eredményét jelenti, nevezetesen a szubsztrát elvesztését vagy a termék felhalmozódását. Természetesen nem szabad figyelmen kívül hagyni az enzim működési idejét és az enzimmolekulák számát. De mivel általában lehetetlen kiszámítani az enzimmolekulák számát, az enzimet tartalmazó biológiai anyag mennyiségét (térfogatát vagy tömegét) használják.

Így az enzimaktivitás meghatározásakor három változót kell egyszerre figyelembe venni:

• a kapott termék vagy az eltűnt hordozó tömege;
• reakcióra fordított idő;
• az enzim mennyisége, hanem valójában az enzimet tartalmazó biológiai anyag tömege vagy térfogata.

E tényezők közötti összefüggések megértéséhez világos és egyszerű példa lehet két épület építése. Tegyük egyenlővé az épületeket a reakciótermékkel, a munkások enzimek, és a csapat feleljen meg a biológiai anyag mennyiségének. Tehát a 3. osztályos problémák:

1. Egy 10 fős csapat dolgozott egy épület építésén, egy 5 fős csapat pedig egy másik hasonló épületen. Az építkezés egyidejűleg és teljes egészében befejeződött. Hol magasabb a dolgozói aktivitás?
2. Egy 3 szintes épület építésén egy 10 fős csapat, egy másik 12 emeletes épületen pedig egy 10 fős csapat dolgozott. Az építkezés egyidejűleg és teljes egészében befejeződött. Hol magasabb a dolgozói aktivitás?
3. Egy 5 szintes épület építésén 10 fős csapat dolgozott, egy másik hasonló épületen pedig egy 10 fős csapat dolgozott. Az első épület építése 20, a második 10 nap alatt készült el. Hol magasabb a dolgozói aktivitás?

Az enzimaktivitás mennyiségi meghatározásának alapjai

1. Az enzimaktivitást a termék felhalmozódási sebességében vagy a szubsztrát elvesztésének sebességében fejezzük ki az enzimet tartalmazó anyag mennyiségében.

A gyakorlatban általában a következőket használják:

• egy anyag mennyiségi egységei - mol (és származékai mmol, µmol), gramm (kg, mg),
• időegységek - perc, óra, másodperc,
• tömeg- vagy térfogategység - gramm (kg, mg), liter (ml).

Más származékokat is aktívan használnak - katal (mol/s), az aktivitás nemzetközi egysége (IU, Unit) µmol/perc.

Így az enzimaktivitás kifejezhető például mmol/s×l, g/h×l, IU/l, cat/ml stb.

Például ismert

2. Standard körülmények megteremtése, hogy a különböző laboratóriumokban kapott eredményeket össze lehessen hasonlítani - optimális pH és fix hőmérséklet, például 25°C vagy 37°C, a szubsztrát enzimmel való inkubációs idejének betartásával.

Mielőtt az enzimek tulajdonságairól és az enzimek bármely tényezőtől való függéséről beszélnénk, meg kell határozni a fogalmat. enzimaktivitás.

A mindennapi biokémiai gyakorlatban szinte mennyisége nincs megbecsülve enzim, hanem csak annak aktivitása. A tevékenység tágabb fogalom, mint a mennyiség. Mindenekelőtt azt jelenti reakció eredménye, nevezetesen szubsztrát elvesztése vagy felhalmozódástermék. Ezt természetesen nem lehet figyelmen kívül hagyni idő, amit az enzim bevált és molekulák száma enzim. De mivel általában lehetetlen kiszámítani az enzimmolekulák számát, ezt használják Mennyiség enzimet tartalmazó biológiai anyag (térfogat vagy tömeg).

Így az enzimaktivitás meghatározásakor három tényezőt kell egyszerre figyelembe venni: változók:

• súly a kapott termék vagy az eltűnt szubsztrátum,
• idő, reakcióra fordított,
• enzim mennyisége, hanem valójában az enzimet tartalmazó biológiai anyag tömege vagy térfogata.

Az e tényezők közötti összefüggések világos és egyszerű megértése példa két épület építését szolgálhatja. Épület megegyezik a reakciótermékkel, dolgozók- ezek enzimek brigád feleljen meg a biológiai anyag térfogatának. Tehát a 3. osztályos problémák:

1. Egy 10 fős csapat az egyik épület építésén, egy 5 fős csapat pedig egy másik hasonló épületen dolgozott. Az építkezés egyidejűleg és teljes egészében befejeződött. Hol magasabb a dolgozói aktivitás?

2. Egy 10 fős csapat egy 3 szintes épület építésén dolgozott, egy 10 fős csapat pedig egy másik 12 emeletes épületen. Az építkezés egyidejűleg és teljes egészében befejeződött. Hol magasabb a dolgozói aktivitás?

3. Egy 10 fős csapat egy 5 emeletes épület építésén dolgozott, egy 10 fős csapat pedig egy másik hasonló épületen. Az első épület építése 20, a második 10 nap alatt készült el. Hol magasabb a dolgozói aktivitás?

Az enzimaktivitás mennyiségi meghatározásának alapjai

1. Enzimaktivitás valamiben kifejezve sebesség a termék felhalmozódása vagy a szubsztrát veszteség mértéke szempontjából anyagmennyiség enzimet tartalmaz.

A gyakorlatban általában a következőket használják:

• egy anyag mennyiségi egységei – mol (és származékai mmol, µmol), gramm (kg, mg),
• időegységek – perc, óra, másodperc,
• tömeg- vagy térfogategység - gramm (kg, mg), liter (ml).

Más származékokat is aktívan használnak - katal (mol/s), az aktivitás nemzetközi egysége (IU, Unit) µmol/perc.

Így az enzimaktivitás kifejezhető például mmol/s×l, g/h×l, IU/l, cat/ml stb.

Például ismert

• mi az 1 g pepszin egy óra alatt 50 kg tojásfehérjét lebont – így aktivitása 50 kg/óra lesz 1 g enzimre vonatkoztatva,
• ha 1,6 ml nyál óránként 175 kg keményítőt bont le - aktivitás nyál-amiláz 109,4 kg keményítő óránként 1 ml nyálban vagy 1,82 kg/perc × g vagy 30,3 g keményítő/s × ml.

2. Teremtés standard feltételekígy összehasonlíthatja a különböző laboratóriumokban kapott eredményeket - optimális pH és rögzített hőmérséklet, például 25°C vagy 37°C, figyelve a szubsztrát és az enzim inkubációs idejét.

Az MCD enzimatikus aktivitásának meghatározására különböző baktériumokon alapuló vizsgálatokat négy szakaszban végeztek. A vizsgálathoz az MKD-mintákat MKD-V monokultúrák alapján választottuk ki (Bifidobacter bifidum longum), MKD-S ( Streptococcus termophilus), MKD-P (Propionobacterium acidi-propionicum), MKD-L (Lactobacillus acidophilus).

A kutatás célja az MCD részét képező probiotikus mikroorganizmusok enzimszintetizáló képességének meghatározása.

Az első szakaszban a GOST 20264.4-89 „Enzimkészítmények. Módszer az amilolitikus aktivitás meghatározására" minden MCD-mintában, a teljes amilolitikus aktivitást az Ison-módszerrel határoztuk meg. Az Anson-féle módszer a keményítő enzim-amilolitikus komplex általi hidrolízisén alapul, különböző molekulatömegű dextrinekké.

A második szakaszban a GOST 20264.2-88 „Enzimkészítmények. Proteolitikus aktivitás meghatározásának módszerei”, meghatároztuk a teljes proteolitikus aktivitást (PA) a vizsgált mintákban. A módszer a nátrium-kazeinát fehérje enzimkomplex általi hidrolízisén alapul, pH-7,2 mellett. A 0-10 U/ml semleges proteáz PA meghatározásához minimális hígításokat teszteltünk. A savas proteázt pH-5,5 értéken határoztuk meg, amelynél a fehérje hidrolízise megy végbe.

A harmadik szakaszban A TU9291-008-13684916-05 szerint a teljes cellulolitikus aktivitást (CA) minden bemutatott MCD-mintában meghatározták. A celluláz meghatározására szolgáló módszer a celluláz enzim hatására kromatográfiás papíron végbemenő hidrolízise eredményeként a redukáló cukrok meghatározásán alapul. A módszert az IUPAC Nemzetközi Biotechnológiai Bizottság ajánlja a cellulázaktivitás fő tesztjeként. A celluláz hatékonyságának mértékegysége az az enzimmennyiség, amely kromatográfiás papírra hatva 50 °C-on és pH 4,8-on percenként 1 mmol redukáló cukrot termel. Az aktivitást általában milliliterenkénti egységben fejezik ki.

Az utolsó negyedik szakasz lipáz aktivitást (LA) határoztuk meg. A lipáz Skerman módszerrel történő meghatározására szolgáló módszer a lipáz hatására képződő zsírsavak lúggal történő titrálásán alapul, szubsztrátként olívaolajat használva. A lipáz meghatározásához reakcióelegyet használtunk, amely 6,5 ml 1/15 M foszfát-citrát pufferből, 2,5 ml olívaolaj emulzióból 1%-os polivinil-alkohol 2:3 arányú oldatában és 1 ml tápfolyadékból állt. szűrlet .

A különböző probiotikus mikroorganizmusokon alapuló MCD-k vizsgálatai kimutatták, hogy minden vizsgált MCD egy vagy több enzimcsoportot tartalmaz (8. táblázat). Így az MCD-B az összes vizsgált enzimcsoport jelenlétét mutatta. Az MKD-R három enzimcsoportot tartalmaz: amilolitikus, proteolitikus és cellulolitikus. Az MKD-L három enzimcsoportot is tartalmaz: proteolitikus, cellulolitikus és lipolitikus, az amilolitikus csoport gyengén expresszálódik. Az MKD-S két enzimcsoportot tartalmaz: proteolitikus és cellulolitikus; amilolitikus és lipolitikus aktivitás gyengén expresszálódik.

8. táblázat

Az MKD enzimatikus aktivitása, egység/ml

Az MKD enzimatikus aktivitásának tanulmányozása eredményeként kapott adatokat elemezve megállapítható, hogy az összes vizsgált MKD magas fokú cellulázaktivitással rendelkezik - 64,46-tól (MKD-R) 72,4 egység/ml-ig (MKD-L).

Az MKD-S és az MKD-B celluláz aktivitása azonos - 66,7 egység/ml.

Minden általunk vizsgált MCD tartalmaz savas proteázt, amelyben a fehérje hidrolízise pH-5,5-nél megy végbe. A legmagasabb proteázaktivitást az MKD-R-ben találtuk - 7,5 egység/ml, a legalacsonyabbat - az MKD-L-ben (1,0 egység/ml). Az MKD-B proteáz aktivitási értéke 2,0, az MKD-S - 2,5 egység/ml.

A lipázaktivitást MKD-L-ben 1,4 és MKD-B-ben 12,6 egység/ml értékben határoztuk meg. A lipáz enzim nem volt kimutatható az MKD-S-ben és az MKD-R-ben.

Az MKD-B-ben 11,2, az MKD-R-ben pedig 9,4 egység/ml amilolitikus aktivitást találtunk.

ábrán. Az 1^1 grafikusan mutatja be az MKD enzimatikus aktivitásának értékeit.

Rizs. 1.

Rizs. 2.

Rizs. 3.

Rizs. 4.

Az MCD enzimatikus aktivitásának különböző baktériumokon alapuló vizsgálatának eredményei összhangban vannak azokkal az irodalmi adatokkal, amelyek szerint a probionbaktériumok enzimatikus aktivitással rendelkeznek. Vizsgálataink feltárták a bifidobaktériumok vezető enzimatikus tulajdonságait az MCD összetételében a többi vizsgált mikroorganizmushoz képest. A bifidobaktériumok különböző törzsei egyes adatok szerint a baromfibél normál flórájának akár 90%-át teszik ki. A bifidobaktériumok a bél minden részében megtalálhatók.

Az általuk szintetizált enzimcsoportok minden enzimatikus folyamatban részt vesznek a tápanyagok tápanyag-átalakítása során a gyomor-bél traktusban. A.I. Khavkin (2003) szerint a bifidobaktériumok aktívan részt vesznek a takarmány enzimatikus emésztésének folyamataiban, fokozzák a fehérjék hidrolízisét, fermentálják a szénhidrátokat, elszappanosítják a zsírokat, oldják a rostokat.Az MKD-ben vizsgált baktériumok mindegyike bizonyos fokú enzimatikusságot mutatott tevékenység. A kapott adatok jelzik a termelt enzimcsoportok szintjének és spektrumának specifitását, a mikroorganizmusok bizonyos fajokhoz való tartozásától és életkörülményeitől függően. Ezeket az adatokat más jellemzőkkel együtt figyelembe kell venni bizonyos típusú probiotikus takarmány-adalékanyagok használatára vonatkozó különféle ajánlások kidolgozásakor.

Az enzimek a fehérjék egy speciális fajtája, amelyek természetüknél fogva különböző kémiai folyamatok katalizátoraiként játszanak szerepet.

Ezt a kifejezést folyamatosan hallani, azonban nem mindenki érti, mi az enzim vagy enzim, milyen funkciókat lát el ez az anyag, és azt is, hogy az enzimek miben különböznek az enzimektől, és különböznek-e egyáltalán. Mindezt most megtudjuk.

Ezen anyagok nélkül sem az emberek, sem az állatok nem tudnák megemészteni az ételt. És az emberiség először több mint 5 ezer évvel ezelőtt folyamodott az enzimek mindennapi életében történő használatához, amikor őseink megtanulták a tejet az állatok gyomrából származó „edényekben” tárolni. Ilyen körülmények között az oltóanyag hatására a tej sajttá változott. És ez csak egy példa arra, hogyan működik egy enzim katalizátorként, amely felgyorsítja a biológiai folyamatokat. Az enzimek ma már nélkülözhetetlenek az iparban, fontosak a cukor-, margarin-, joghurt-, sör-, bőr-, textil-, alkohol-, sőt betongyártásban is. A mosó- és mosóporok is tartalmazzák ezeket a hasznos anyagokat – alacsony hőmérsékleten segítenek eltávolítani a foltokat.

A felfedezés története

Az enzim görögül fordításban „kovászt” jelent. Ennek az anyagnak a felfedezését pedig a holland Jan Baptist Van Helmontnak köszönheti az emberiség, aki a 16. században élt. Egy időben nagyon érdeklődött az alkoholos erjesztés iránt, és kutatásai során talált egy ismeretlen anyagot, amely felgyorsítja ezt a folyamatot. A holland fermentumnak nevezte, ami azt jelenti, hogy „erjedés”. Majd csaknem három évszázaddal később a francia Louis Pasteur is az erjedési folyamatokat figyelve arra a következtetésre jutott, hogy az enzimek nem mások, mint egy élő sejt anyagai. Egy idő után a német Eduard Buchner kivont egy enzimet az élesztőből, és megállapította, hogy ez az anyag nem élő szervezet. Nevét is adta neki - „zimaza”. Néhány évvel később egy másik német, Willi Kühne azt javasolta, hogy az összes fehérje katalizátort két csoportra osztsák: enzimekre és enzimekre. Ezenkívül azt javasolta, hogy a második kifejezést „kovásznak” nevezzék, amelynek hatásai túlmutatnak az élő szervezeteken. És csak 1897 vetett véget minden tudományos vitának: úgy döntöttek, hogy mindkét kifejezést (enzim és enzim) abszolút szinonimákként használják.

Felépítése: több ezer aminosavból álló lánc

Minden enzim fehérje, de nem minden fehérje enzim. Más fehérjékhez hasonlóan az enzimek is a következőkből állnak. És ami érdekes, hogy minden egyes enzim létrehozása száztól egymillió aminosavig tart, gyöngyként felfűzve a fonalra. De ez a szál soha nem egyenes – általában több százszor meggörbül. Ez az egyes enzimekre egyedi háromdimenziós szerkezetet hoz létre. Mindeközben az enzimmolekula viszonylag nagy képződmény, szerkezetének csak egy kis része, az úgynevezett aktív centrum vesz részt biokémiai reakciókban.

Minden aminosav egy meghatározott típusú kémiai kötéssel kapcsolódik a másikhoz, és minden enzimnek megvan a maga egyedi aminosav-szekvenciája. Legtöbbjük létrehozásához körülbelül 20 féle aminoanyagot használnak fel. Még az aminosav-szekvenciában bekövetkezett kisebb változtatások is drámai módon megváltoztathatják egy enzim megjelenését és „tehetségeit”.

Biokémiai tulajdonságok

Bár a természetben rengeteg reakció megy végbe enzimek részvételével, ezek mindegyike 6 kategóriába sorolható. Ennek megfelelően e hat reakció mindegyike egy adott típusú enzim hatása alatt megy végbe.

Enzimeket érintő reakciók:

1. Oxidáció és redukció.

Az ezekben a reakciókban részt vevő enzimeket oxidoreduktázoknak nevezzük. Példaként felidézhetjük, hogyan alakítják az alkohol-dehidrogenázok primer alkoholokat aldehiddé.

1. Csoporttranszfer reakció.

Azokat az enzimeket, amelyek lehetővé teszik ezeket a reakciókat, transzferázoknak nevezzük. Képesek funkcionális csoportokat mozgatni egyik molekulából a másikba. Ez például akkor fordul elő, amikor az alanin-aminotranszferázok alfa-amino-csoportokat visznek át az alanin és az aszpartát között. A transzferázok foszfátcsoportokat is mozgatnak az ATP és más vegyületek között, és diszacharidokat hoznak létre a glükózmaradékokból.

1. Hidrolízis.

A reakcióban részt vevő hidrolázok vízelemek hozzáadásával egyes kötéseket képesek felbontani.

1. Kettős kötés létrehozása vagy eltávolítása.

Ez a fajta reakció nem hidrolitikusan megy végbe, liáz részvételével.

1. Funkciós csoportok izomerizációja.

Számos kémiai reakcióban egy funkciós csoport helyzete megváltozik a molekulán belül, de maga a molekula ugyanolyan számú és típusú atomból áll, mint a reakció kezdete előtt. Más szavakkal, a szubsztrát és a reakciótermék izomerek. Ez a fajta átalakulás izomeráz enzimek hatására lehetséges.

1. Egyetlen kötés kialakulása a víz elem eliminálásával.

A hidrolázok megbontják a kötést azáltal, hogy vízelemeket adnak a molekulához. A liázok fordított reakciót hajtanak végre, eltávolítva a funkciós csoportokból a vizes részt. Ily módon egyszerű kapcsolat jön létre.

Hogyan működnek a szervezetben

Az enzimek felgyorsítják a sejtekben végbemenő szinte minden kémiai reakciót. Létfontosságúak az ember számára, megkönnyítik az emésztést és felgyorsítják az anyagcserét.

Ezen anyagok némelyike ​​segít a túl nagy molekulák kisebb „darabokra” történő lebontásában, amelyeket a szervezet meg tud emészteni. Mások éppen ellenkezőleg, kis molekulákat kötnek meg. De az enzimek tudományosan nagyon szelektívek. Ez azt jelenti, hogy ezen anyagok mindegyike csak egy bizonyos reakciót képes felgyorsítani. Azokat a molekulákat, amelyekkel az enzimek „dolgoznak”, szubsztrátoknak nevezzük. A szubsztrátok viszont kötést hoznak létre az enzim aktív helynek nevezett részével.

Két alapelv magyarázza az enzimek és szubsztrátok közötti kölcsönhatás specifitását. Az úgynevezett „key-lock” modellben az enzim aktív központja szigorúan meghatározott pozíciót foglal el a szubsztrátban. Egy másik modell szerint a reakció mindkét résztvevője, az aktív hely és a szubsztrát megváltoztatja alakját, hogy összekapcsolódjanak.

A kölcsönhatás elvétől függetlenül az eredmény mindig ugyanaz - az enzim hatására a reakció sokszor gyorsabban megy végbe. A kölcsönhatás eredményeként új molekulák „születnek”, amelyek aztán elválik az enzimtől. És a katalizátoranyag továbbra is végzi munkáját, de más részecskék részvételével.

Hiper- és hipoaktivitás

Vannak esetek, amikor az enzimek nem megfelelő intenzitással látják el funkcióikat. A túlzott aktivitás túlzott reakciótermék képződést és szubsztráthiányt okoz. Az eredmény az egészség romlása és súlyos betegségek. Az enzimhiperaktivitás oka lehet genetikai rendellenesség vagy a reakcióban használt vitaminok vagy vitaminok feleslege.

Az enzimek alulműködése akár halált is okozhat, ha például az enzimek nem távolítják el a méreganyagokat a szervezetből, vagy ATP-hiány lép fel. Ennek az állapotnak az oka is lehet mutált gének, vagy fordítva, hipovitaminózis és más tápanyagok hiánya. Ráadásul az alacsonyabb testhőmérséklet hasonlóan lelassítja az enzimek működését.

Katalizátor és így tovább

Manapság gyakran hallani az enzimek előnyeiről. De mik is ezek az anyagok, amelyektől szervezetünk teljesítménye függ?

Az enzimek olyan biológiai molekulák, amelyek életciklusát nem határozza meg a születés és a halál. Egyszerűen működnek a szervezetben, amíg fel nem oldódnak. Ez általában más enzimek hatására történik.

A biokémiai reakció során nem válnak a végtermék részévé. Amikor a reakció befejeződik, az enzim elhagyja a szubsztrátot. Ezt követően az anyag készen áll arra, hogy újra működjön, de egy másik molekulán. És ez mindaddig folytatódik, amíg a szervezetnek szüksége van.

Az enzimek egyedisége abban rejlik, hogy mindegyik csak egy hozzárendelt funkciót lát el. Biológiai reakció csak akkor következik be, ha az enzim megtalálja a megfelelő szubsztrátot. Ez a kölcsönhatás a kulcs és a zár működési elvéhez hasonlítható - csak a megfelelően kiválasztott elemek „működhetnek együtt”. Egy másik tulajdonság: alacsony hőmérsékleten és mérsékelt pH-értéken működnek, és katalizátorként stabilabbak, mint bármely más vegyszer.

Az enzimek katalizátorként működnek az anyagcsere-folyamatok és egyéb reakciók felgyorsításában.

Ezek a folyamatok jellemzően specifikus lépésekből állnak, amelyek mindegyike egy adott enzim munkáját igényli. E nélkül az átalakítási vagy gyorsítási ciklus nem fog tudni befejeződni.

Az enzimek összes funkciója közül talán a legismertebb a katalizátor. Ez azt jelenti, hogy az enzimek úgy kombinálják a kémiai reagenseket, hogy csökkentsék a termék gyorsabb előállításához szükséges energiaköltségeket. Ezen anyagok nélkül a kémiai reakciók százszor lassabban mennének végbe. De az enzimek képességei ezzel nem érnek véget. Minden élő szervezet tartalmazza az élet folytatásához szükséges energiát. Az adenozin-trifoszfát vagy az ATP egyfajta feltöltött akkumulátor, amely energiával látja el a sejteket. De az ATP működése lehetetlen enzimek nélkül. Az ATP-t termelő fő enzim a szintáz. Minden energiává alakított glükózmolekula után a szintáz körülbelül 32-34 molekula ATP-t termel.

Ezenkívül az enzimeket (lipáz, amiláz, proteáz) aktívan használják az orvostudományban. Különösen olyan enzimatikus készítmények összetevőjeként szolgálnak, mint a Festal, Mezim, Panzinorm, Pancreatin, amelyeket emésztési zavarok kezelésére használnak. De egyes enzimek befolyásolhatják a keringési rendszert (feloldhatják a vérrögöket), és felgyorsíthatják a gennyes sebek gyógyulását. És még a rákellenes terápiában is enzimek segítségét veszik igénybe.

Az enzimaktivitást meghatározó tényezők

Mivel az enzim többszörösen képes felgyorsítani a reakciókat, aktivitását az ún. forgási szám határozza meg. Ez a kifejezés a szubsztrát (reagáló anyag) molekuláinak számát jelenti, amelyet 1 enzimmolekula 1 perc alatt képes átalakítani. A reakció sebességét azonban számos tényező határozza meg:

1. Szubsztrát koncentráció.

A szubsztrát koncentrációjának növelése a reakció felgyorsulásához vezet. Minél több molekula van a hatóanyagban, annál gyorsabban megy végbe a reakció, mivel több aktív centrum vesz részt. A gyorsítás azonban csak addig lehetséges, amíg az összes enzimmolekulát fel nem használjuk. Ezek után még a szubsztrátkoncentráció növelése sem gyorsítja fel a reakciót.

1. Hőfok.

Jellemzően a hőmérséklet növelése felgyorsítja a reakciókat. Ez a szabály a legtöbb enzimreakcióra érvényes, mindaddig, amíg a hőmérséklet nem emelkedik 40 Celsius-fok fölé. E jel után a reakciósebesség éppen ellenkezőleg, élesen csökkenni kezd. Ha a hőmérséklet egy kritikus szint alá csökken, az enzimreakciók sebessége ismét megnő. Ha a hőmérséklet tovább emelkedik, a kovalens kötések felbomlanak, és az enzim katalitikus aktivitása örökre elveszik.

1. Savasság.

Az enzimreakciók sebességét a pH is befolyásolja. Minden enzimnek megvan a maga optimális savassági szintje, amelyen a reakció a legmegfelelőbben megy végbe. A pH-szint változtatása befolyásolja az enzim aktivitását, így a reakció sebességét. Ha a változások túl nagyok, a szubsztrát elveszti az aktív maghoz való kötődési képességét, és az enzim már nem tudja katalizálni a reakciót. A kívánt pH-szint helyreállításával az enzimaktivitás is helyreáll.

Az emberi szervezetben jelenlévő enzimek két csoportra oszthatók:

• metabolikus;
• emésztési.

Metabolikus „munka” a mérgező anyagok semlegesítésére, valamint hozzájárul az energia- és fehérjetermeléshez. És természetesen felgyorsítják a biokémiai folyamatokat a szervezetben.

Hogy az emésztőszervek miért felelősek, az a névből kiderül. De itt is érvényesül a szelektivitás elve: egy bizonyos típusú enzim csak egyfajta élelmiszerre hat. Ezért az emésztés javítása érdekében egy kis trükkhöz folyamodhat. Ha a szervezet valamit nem emészt meg jól a táplálékból, akkor a nehezen emészthető élelmiszereket lebontó enzimet tartalmazó termékkel kell kiegészíteni az étrendet.

Az élelmiszerenzimek olyan katalizátorok, amelyek az élelmiszert olyan állapotba bontják, amelyben a szervezet képes felvenni belőlük a hasznos anyagokat. Az emésztőenzimeknek többféle típusa van. Az emberi szervezetben különböző típusú enzimek találhatók az emésztőrendszer különböző részein.

Szájüreg

Ebben a szakaszban az élelmiszer alfa-amiláznak van kitéve. Lebontja a burgonyában, gyümölcsben, zöldségben és más élelmiszerekben található szénhidrátokat, keményítőket és glükózt.

Gyomor

Itt a pepszin a fehérjéket peptidekre, a zselatináz pedig a húsban található zselatint és kollagént bontja le.

Hasnyálmirigy

Ebben a szakaszban „dolgoznak”:

• tripszin – felelős a fehérjék lebontásáért;
• alfa-kimotripszin - segíti a fehérjék emésztését;
• elasztázok - lebontják bizonyos típusú fehérjéket;
• Nukleázok – segítik a nukleinsavak lebontását;
• Steapsin – elősegíti a zsíros ételek felszívódását;
• amiláz – felelős a keményítők felszívódásáért;
• lipáz – lebontja a tejtermékekben, diófélékben, olajokban és húsban található zsírokat (lipideket).

Vékonybél

Élelmiszer-részecskéket „varázsolnak”:

• peptidázok – lebontják a peptidvegyületeket aminosavak szintjére;
• szacharáz – segíti az összetett cukrok és keményítők emésztését;
• maltáz – a diszacharidokat monoszacharidokra (malátacukor) bontja;
• laktáz – lebontja a laktózt (tejtermékekben található glükóz);
• lipáz – elősegíti a trigliceridek és zsírsavak felszívódását;
• Erepsin – hatással van a fehérjékre;
• izomaltáz – maltózzal és izomaltózzal „működik”.

Kettőspont

Itt az enzimek funkcióit a következők látják el:

• Escherichia coli – felelős a laktóz emésztéséért;
• laktobacillusok - befolyásolják a laktózt és néhány más szénhidrátot.

A fent említett enzimeken kívül vannak még:

• diasztáz – megemészti a növényi keményítőt;
• invertáz – lebontja a szacharózt (asztali cukor);
• glükoamiláz – a keményítőt glükózzá alakítja;
• alfa-galaktozidáz – elősegíti a bab, magvak, szójatermékek, gyökér- és leveles zöldségek emésztését;
• bromelain - különböző típusú fehérjékből nyert enzim, amely elősegíti a különböző típusú fehérjék lebomlását, hatékony a környezet savasságának különböző szintjén, és gyulladásgátló tulajdonságokkal rendelkezik;
• A papain egy nyers papayából izolált enzim, amely elősegíti a kis és nagy fehérjék lebontását, és számos szubsztrátumban és savasságban hatékony.
• celluláz – lebontja a cellulózt, a növényi rostokat (nem található meg az emberi szervezetben);
• endoproteáz – lebontja a peptidkötéseket;
• ökörepe kivonat – állati eredetű enzim, serkenti a bélmozgást;
és egyéb ásványi anyagok;
• xilanáz – lebontja a glükózt a szemekből.

Katalizátorok a termékekben

Az enzimek létfontosságúak az egészség szempontjából, mivel segítik a szervezetet az élelmiszer-összetevők tápanyagok számára hasznos állapotba történő lebontásában. A belek és a hasnyálmirigy enzimek széles skáláját termelik. De emellett számos, az emésztést elősegítő jótékony anyaguk is megtalálható egyes élelmiszerekben.

A fermentált élelmiszerek szinte ideális forrásai a megfelelő emésztéshez szükséges jótékony baktériumoknak. És míg a gyógyszerészeti probiotikumok csak az emésztőrendszer felső részében „működnek”, és gyakran nem jutnak el a belekhez, addig az enzimatikus termékek hatása az egész gyomor-bélrendszerben érezhető.

Például a sárgabarack jótékony enzimek keverékét tartalmazza, beleértve az invertázt is, amely a glükóz lebontásáért felelős, és elősegíti az energia gyors felszabadulását.

Az avokádó természetes lipázforrásként szolgálhat (elősegíti a lipidek gyorsabb emésztését). A szervezetben ezt az anyagot a hasnyálmirigy termeli. De annak érdekében, hogy megkönnyítse ennek a szervnek az életét, kényeztetheti magát például egy avokádó salátával - ízletes és egészséges.

Amellett, hogy a banán talán a legismertebb káliumforrás, amilázzal és maltázzal is ellátja a szervezetet. Az amiláz a kenyérben, a burgonyában és a gabonafélékben is megtalálható. A maltáz segít lebontani a maltózt, az úgynevezett malátacukrot, amely bőségesen megtalálható a sörben és a kukoricaszirupban.

Egy másik egzotikus gyümölcs, az ananász számos enzimet tartalmaz, beleértve a bromelaint is. És egyes tanulmányok szerint rák- és gyulladáscsökkentő tulajdonságokkal is rendelkezik.

Extremofilek és ipar

Az extremofilek olyan anyagok, amelyek extrém körülmények között is képesek életfunkciókat fenntartani.

Élő szervezeteket, valamint a működésüket lehetővé tevő enzimeket olyan gejzírekben találták meg, ahol a hőmérséklet közel van a forrásponthoz, és mélyen a jégben, valamint extrém sótartalmú körülmények között (a Death Valley az USA-ban). Emellett a tudósok olyan enzimeket is találtak, amelyeknél a pH-szint, mint kiderült, szintén nem alapvető követelmény a hatékony működéshez. A kutatók különös érdeklődéssel tanulmányozzák az extremofil enzimeket, mint az iparban széles körben alkalmazható anyagokat. Bár manapság az enzimek biológiai és környezetbarát anyagokként már az iparban is felhasználhatók. Az enzimeket az élelmiszeriparban, a kozmetológiában és a háztartási vegyszerek gyártásában használják.

Ráadásul az enzimek „szolgáltatásai” ilyen esetekben olcsóbbak, mint a szintetikus analógoké. Emellett a természetes anyagok biológiailag lebomlanak, ami környezetbaráttá teszi a felhasználásukat. A természetben vannak olyan mikroorganizmusok, amelyek az enzimeket egyedi aminosavakra bontják, amelyek aztán egy új biológiai lánc alkotóelemeivé válnak. De ez, mint mondják, egy teljesen más történet.

Az enzimek biológiai katalizátorok, nagy molekulatömegű fehérjeanyagok, amelyeket élő sejt termel. Szigorúan specifikusak és létfontosságú szerepet játszanak a mikroorganizmusok anyagcseréjében. Specificitásuk aminosavak csoportja által alkotott aktív centrumokhoz kapcsolódik, azaz minden enzim egy adott kémiai vegyülettel reagál, vagy egy vagy több kapcsolódó kémiai reakciót katalizál. Például: a laktáz enzim bontja a laktózt, a maltáz a maltózt stb.

Az exoenzimek - a külső rendszerbe kerülve - Endoenzimek - a tápanyagok makromolekuláit részben metabolikus reakciókban lebontják egyszerűbb vegyületekké, amelyeket a mikrobasejt képes asszimilálni (a hidrolízis exoenzimei zsírok, fehérjék, szénhidrátok hidrolízisét okozzák).

A mikroorganizmusok enzimösszetétele állandó, a különböző típusú mikrobák egyértelműen különböznek egymástól az enzimkészletben. Ezért az enzimatikus összetétel vizsgálata fontos a különféle mikroorganizmusok azonosításához.

A mikrobák enzimatikus tulajdonságainak gyakorlati felhasználása: erjesztési folyamatok, gombák sör- és borkészítésben, bőrök feldolgozása, lágyítás; befőzés. Biológiai adalékanyagok készítése mosóporokhoz a fehérje szennyeződések eltávolítására, mivel ezek a fehérjéket vízoldhatóvá bontják.

A vitaminokat, hormonokat és alkalózokat enzimek segítségével állítják elő.

a sejtben előforduló anyagok.

TÖBBET LÁTNI:

BAN BEN A baktériumok élettevékenységében az enzimek fontos szerepet játszanak, hiszen a táplálkozás, a légzés és a szaporodás alapjául szolgáló különféle biokémiai reakciók kötelező résztvevői.

A bakteriális enzimrendszerek stabilitása lehetővé teszi biokémiai tulajdonságaik felhasználását morfológiai és kulturális jellemzőkkel kombinálva a mikroorganizmusok típusának meghatározására.

Az enzimek kimutatására csak tiszta mikroorganizmus-tenyészeteket használnak, amelyeket speciális differenciáldiagnosztikai táptalajra oltanak be. A szacharolitikus, proteolitikus és redox enzimek elsődleges fontosságúak a baktériumok biokémiai aktivitásának vizsgálatakor.

Mikrobák szacharolitikus enzimei. A mikroorganizmusok szacharolitikus aktivitását a többértékű alkoholok és szénhidrátok enzimatikus lebontása határozza meg, amikor differenciáldiagnosztikai táptalajon oltják be. A különböző típusú mikrobák optimális körülmények között eltérően viszonyulnak ugyanazokhoz a cukrokhoz, egyeseket lebontanak, másokkal szemben semlegesek maradnak. A mikrobáknak ezt a tulajdonságát a bakteriológiai gyakorlatban használják a különböző baktériumfajok és -fajták megkülönböztetésére.

A különféle indikátorokat (leggyakrabban Andrede-indikátort) tartalmazó szilárd, folyékony és félfolyékony tápközegen a cukrok a baktériumok szacharolitikus enzimei hatására aldehidekre és savakra bomlanak. Lebomlásuk végterméke a szén-dioxid és a hidrogén. A savak felhalmozódása csökkenti a tápközeg pH-ját, ami az indikátor és maga a táptalaj színének megváltozásához vezet. Ha a baktériumok nem választanak ki enzimet egy adott szénhidráthoz, akkor az indikátor és a tápközeg színe nem változik. Ezért az indikátorokkal ellátott tápközeg halmazát tarka vagy színes sorozatnak nevezzük.

A szacharolitikus enzimek kimutatására a vizsgált baktériumtenyészetet leggyakrabban színes táptalajba („tarka sorozat”) oltják be Hiss (15. felv.) szénhidrátokkal és Andrede indikátorral (16. felv.) vagy BP indikátorral (vizes kék keverékével rozolsav). Hiss "Motley Row"-ja általában öt kémcsövet tartalmaz; glükózzal, laktózzal, mannittal, maltózzal és szacharózzal. Bizonyos esetekben a mikroorganizmusok biokémiai tulajdonságainak alaposabb tanulmányozása érdekében Hiss „tarka sorozatát” dulcittal, szorbittal, xilózzal és arabinózzal egészítik ki. A szacharolitikus enzimek kimutatására használt cukroknak vegytisztának kell lenniük.

A hiszti tápközeg lehet folyékony vagy félfolyékony (0,5% agar-agar hozzáadásával). Az egyik végén lezárt üvegcső fermentációs csövet (úszót) folyékony tápközeggel ellátott kémcsövekbe engednek le. A sterilizálás során az úszót teljesen megtelik a tápközeggel. Amikor a közegben gáznemű termékek képződnek, ezek kiszorítják a folyadékot az úszóból és légharangot alkotnak. Félig folyékony közegben a gázképződést a közeg vastagságában lévő buborékok jelenléte határozza meg.

Mikrobák proteolitikus enzimei. Egyes mikroorganizmusok olyan proteolitikus enzimeket termelnek és bocsátanak ki a külső környezetbe, amelyek katalizálják a fehérjék lebomlását. A fehérjemolekula lebomlása következtében nagy molekulájú köztes bomlástermékek keletkeznek - peptonok, aminosavak és polipeptidek.

A proteolitikus enzimek azonosításához a vizsgált mikroorganizmus-tenyészetet egy adott fehérjét tartalmazó tápközegbe oltják be. Leggyakrabban zselatint használnak erre a célra, ritkábban - alvadt lósavót, alvadt tojásfehérjét, tejet vagy főtt húsdarabokat.

A mikroorganizmusok zselatin proteolitikus aktivitásának meghatározásához hús-pepton zselatint (17. felv.) készítünk, és 5-6 ml-es oszlopban kémcsövekbe öntjük. A táptalaj megszilárdulása után a vetést injekcióval végezzük, a hurkot mélyen a táptalajba merítjük a kémcső aljáig.

Az alacsony hőmérsékleten szaporodni képes mikrobákat 20°C-22°C között inkubálják. A többi termést 37 °C-on inkubáljuk. 37°C-on a zselatin megolvad, ezért az inkubálás után az eltávolított kémcsöveket hűtőszekrénybe vagy hideg vízbe tesszük, hogy a táptalaj megszilárduljon. Miután a táptalaj megszilárdult, elkezdik látni a mikroorganizmusok növekedésének eredményeit. A proteolitikus zselatináz enzim felszabadulásakor a fehérjék lebomlanak, és a tápközeg cseppfolyósodik, bizonyos típusú mikroorganizmusokra jellemző mintázattal (37. ábra). Például az anthrax bacillus tölcsér formájában zselatinná cseppfolyósítja a zselatint, a staphylococcusokat - harisnya, a Pseudomonas aeruginosa - rétegesen stb.

MIKROORGANIZMUSOK ENZIMATÍV TEVÉKENYSÉGE

A zselatin mikroorganizmusok általi cseppfolyósításának különböző formái

Mikrobák proteolitikus aktivitásának meghatározása Eijkman tejagaron. Készítsen Eijkman tejagart úgy, hogy 3 ml fölözött tejet adjon 10 ml steril olvasztott tápagarhoz, és keverje össze. Eijkman tejagart (18. rek.) Petri-csészékbe öntünk, és lehűlés után hurok vagy spatula segítségével beoltjuk a vizsgált mikroorganizmussal, hogy izolált telepeket kapjunk. 24-48 órás termosztátos inkubáció után a proteolitikus enzimeket termelő tenyészetek lebontják a tejfehérjét - kazeint, aminek eredményeként a telepek körül átlátszó, átlátszó zónák képződnek a zavaros tápközeg hátterében.

Megjelenés időpontja: 2015-11-01; Olvasás: 1165 | Az oldal szerzői jogainak megsértése

studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018 (0,001 s)…

3. sz. előadás A baktériumok kémiai szerkezete, biokémiai tulajdonságai és enzimei.

A sejt az élő anyag univerzális egysége. A prokarióta és eukarióta sejtek kémiai összetételében nincs jelentős különbség.

Az élő anyagot alkotó kémiai elemek három fő csoportra oszthatók.

1.Biogén kémiai elemek (C, O, N, H). Ezek adják a száraz maradék 95%-át, beleértve a szárazanyagot is. 50% - C, 20% - O, 15% - N, 10% - H).

2.Makrotápanyagok- P, S, Cl, K, Mg, Ca, Na. Körülbelül 5%-ot tesznek ki.

3.Mikroelemek- Fe, Cu, I, Co, Mo, stb. A százalék töredékét teszik ki, de fontosak az anyagcsere folyamatokban.

A kémiai elemek különféle anyagok részei - víz, fehérjék, lipidek, semleges zsírok, szénhidrátok, nukleinsavak. A vegyületek szintézisét gének szabályozzák. A baktériumsejt számos anyagot tud fogadni kívülről – a környezetből vagy a gazdaszervezetből.

Víz a biomassza 70-90%-át teszi ki. A víztartalom nagyobb a tokbaktériumokban, a legkevesebb a spórákban.

Mókusok a sejt minden szerkezeti elemében megtalálható. A fehérjék lehetnek egyszerűbbek (fehérjék) vagy összetettek (fehérjék), tiszta formában vagy lipidekkel és cukrokkal kombinálva. Léteznek strukturális (szerkezetképző) és funkcionális (szabályozó) fehérjék, ez utóbbiak közé tartoznak az enzimek.

Fehérjéket tartalmaz magában foglalja mind az eukariótákban közös, mind az eredeti aminosavakat - diaminopimelic, D-alanin, D-glutanin, egyes baktériumok peptidoglikánjaiban és kapszuláiban találhatók. Csak vitában dipikolinsav, ami nagy spóraellenállással jár. A zászlók fehérjéből állnak flagellina kontraktilitással és kifejezett antigén tulajdonságokkal rendelkezik. A Pili (villi) speciális fehérjét tartalmaz, pilin.

A Bacillus nemzetség képviselőinek, a pestis kórokozójának kapszulái és számos baktérium, köztük a staphylococcusok és a streptococcusok felületi antigénjei peptid jellegűek. Protein A- a S. aureus egy specifikus fehérje - egy olyan tényező, amely meghatározza a kórokozó számos tulajdonságát. Protein M- az A szerocsoportba tartozó hemolitikus streptococcusok specifikus fehérje, amely lehetővé teszi a szerovariumok (kb. 100) differenciálódását, ami epidemiológiai jelentőségű.

A Gram-negatív baktériumok külső membránja számos fehérjét tartalmaz, amelyek közül 3-4 Jelentősebb(szak) és több mint 10 kisebb, különféle funkciókat lát el. A fő fehérjék közül - porins, diffúz pórusokat képezve, amelyeken keresztül kis hidrofil molekulák behatolhatnak a sejtbe.

A fehérjék benne vannak peptidoglikán- biopolimer, amely a baktériumsejtfal alapját képezi. Egy gerincből (két aminocukor váltakozó molekulái) és két peptidlánc-készletből áll - oldalsó és keresztirányú. A peptidoglikán alegységeket összekötő glikozidos (aminocukrok közötti) és peptid kötés jelenléte adja ennek a heteropolimernek a szerkezetét. molekuláris hálózat. A peptidoglikán a legstabilabb vegyület, amely merev zsákszerű makromolekulát képez, amely meghatározza a baktériumok állandó alakját és számos tulajdonságát..

1. A peptidoglikán nemzetség- és fajspecifikus antigéndeterminánsokat tartalmaz.

2. Kiváltja a komplementrendszer aktiválásának klasszikus és alternatív útjait.

3. A peptidoglikán gátolja a fagocita aktivitást és a makrofágok migrációját.

4. Képes a késleltetett típusú túlérzékenység (DTH) kialakulásának elindítására.

5. A peptidoglikán daganatellenes hatású.

6. Pirogén hatású, i.e. lázat okoz.

A nem fehérje komponenseket tartalmazó fehérjék vegyületei közül a legfontosabbak lipoproteinek, glikoproteinek és nukleoproteinek.

Az élet elképesztő rejtélye – fehérjeszintézis megy végbe riboszómák. A riboszómáknak két fő típusa van: 70S (S-ülepedési állandó, Svedberg-egység) és 80S. Az 1-es típusú riboszómák csak a prokariótákban találhatók. Az antibiotikumok nem befolyásolják a fehérjeszintézist a 80S típusú riboszómákban, amelyek gyakoriak az eukariótákban.

Lipidek(főleg foszfolipidek) a citoplazma membránjában (lipid kettős réteg), valamint a Gram-negatív baktériumok külső membránjában találhatók. Vannak mikroorganizmusok, amelyek nagy mennyiségű lipidet (akár 40% szárazanyagot) tartalmaznak - mikobaktériumok. A lipidek különféle anyagokat tartalmaznak zsírsav, nagyon specifikus a mikroorganizmusok különböző csoportjaira. Meghatározásuk bizonyos esetekben diagnosztikus értékű, például anaerobokban és mikobaktériumokban.

A Mycobacterium tuberculosis számos saválló zsírsavat tartalmaz lipideiben - ftionos, mikolikus stb. A magas lipidtartalom és összetételük meghatározza a Mycobacterium tuberculosis számos tulajdonságát:

Savakkal, lúgokkal és alkoholokkal szembeni ellenállás;

Nehéz festékkel festeni (speciális festési módszereket alkalmaznak, leggyakrabban Ziehl-Neelsen szerint);

A kórokozó napsugárzással és fertőtlenítőszerekkel szembeni ellenállása;

- patogenitás.

Teichoinsavak Gram-pozitív baktériumok sejtfalában találhatók.

Ezek vízoldható lineáris polimerek, amelyek glicerint vagy ribolt tartalmaznak, foszfodiészter kötésekkel összekapcsolva. Számos gram-pozitív baktérium fő felületi antigénje a teichoinsavhoz kapcsolódik.

Szénhidrát formában gyakrabban található meg poliszacharidok, amely lehet exo- és endocelluláris. Az exocelluláris poliszacharidok közül megkülönböztetik a keret poliszacharidokat (a kapszulák része) és a valódi exopoliszacharidokat (kilépés a külső környezetbe). A bakteriális poliszacharidok közül sokan találnak gyógyászati ​​felhasználást. Dextrán- nagy molekulatömegű, nyálkahártyára emlékeztető poliszacharidok. 6% -os oldat - vérpótló poliglucin. Dextrán gél Sephadex oszlopkromatográfiában molekulaszitaként használják. Az endocelluláris poliszacharidok a sejt tartalék tápanyagai (keményítő, glikogén stb.).

Lipopoliszacharid (LPS)- a gram-negatív baktériumok sejtfalának egyik fő alkotóeleme, lipid és poliszacharid kombinációja. Az LPS egy komplexből áll:

1. Lipid A.

2. Ugyanez az összes Gram-negatív baktériumra poliszacharid mag.

3. terminális szacharid lánc ( O-specifikus oldallánc).

Szinonimák: LPS - endotoxin, O - antigén.

Az LPS két fő funkciót lát el: meghatározza az antigénspecifitást és a patogenitás egyik fő tényezője. Ez egy endotoxin, melynek toxikus tulajdonságai elsősorban a baktériumsejtek elpusztításán keresztül nyilvánulnak meg. Toxicitását a lipid A határozza meg. Az LPS több mint 20 biológiailag aktív anyag szintézisét indítja el, amelyek meghatározzák az endotoxémia patogenezisét, és pirogén hatású.

Nukleinsavak- DNS és RNS. Ribonukleinsavak(RNS) főleg riboszómákban találhatók (r-RNS - 80-85%), t (transzport) - RNS - 10%, m (templát) - RNS - 1-2%, főleg egyszálú formában. A DNS (dezoxiribonukleinsav) a nukleáris apparátusban (kromoszómális DNS) vagy a citoplazmában található speciális képződményekben - plazmidokban - plazmid (extrakromoszómális) DNS-ben. A mikroorganizmusok különböznek a nukleinsavak szerkezetében, tartalmában nitrogéntartalmú bázisok. A genetikai kód mindössze négy betűből (bázisból) áll - A (adenin), T (timin), G (guanin) és C (citozin). A mikroorganizmusok jellemzésére leggyakrabban a százalékos G/C arányt használják taxonómiai karakterként, amely a mikroorganizmusok különböző csoportjaiban jelentősen eltér.

A mikroorganizmusok többféleképpen szintetizálnak enzimek- specifikus fehérje katalizátorok. Baktériumokban található 6 fő osztályba tartozó enzimek.

1. Oxidoreduktázok – redox reakciókat katalizálnak.

2. Transzferázok - atomcsoportok átviteli reakcióit hajtják végre.

3.Hidrolázok - különböző vegyületek hidrolitikus hasítását végzik.

4. Liázok - katalizálják a kémiai csoportok szubsztrátból történő eltávolításának reakcióit nem hidrolitikus módon kettős kötés kialakításával vagy kémiai csoport hozzáadásával a kettős kötésekhez.

5. Ligázok vagy szintetázok - két molekula összekapcsolását biztosítják, az ATP-molekulában lévő pirofoszfát kötés vagy hasonló trifoszfát hasításával párosulva.

6.Izomerázok - meghatározzák az elemcsoportok térbeli elrendezését.

A baktériumok genetikai szabályozásának mechanizmusaival összhangban az enzimek három csoportját különböztetjük meg:

— alkotó, amelynek szintézise folyamatosan történik;

- indukálható, amelynek szintézisét egy szubsztrát jelenléte indukálja;

- elnyomó, amelynek szintézisét a reakciótermék feleslege elnyomja.

A bakteriális enzimek fel vannak osztva exo- és endoenzimek. Az exoenzimek a külső környezetbe kerülnek, és végrehajtják a nagy molekulatömegű szerves vegyületek lebontási folyamatait. Az exoenzimképző képesség nagymértékben meghatározza invazivitás baktériumok - a nyálkahártyákon, kötőszöveteken és más szöveti akadályokon való áthatolás képessége.

Példák: hialuronidáz lebontja a hialuronsavat, amely az intercelluláris anyag része, ami növeli a szövetek permeabilitását (clostridiumok, streptococcusok, staphylococcusok és sok más mikroorganizmus); neuraminidáz megkönnyíti a nyálkahártya leküzdését, a sejtekbe való behatolást és az intercelluláris térben való terjedését (Vibrio cholera, diftéria bacillus, influenza vírus és még sokan mások). Ebbe a csoportba tartoznak az antibiotikumokat lebontó enzimek is.

A bakteriológiában a mikroorganizmusok biokémiai tulajdonságok szerinti differenciálásához gyakran az enzimek hatásának végtermékei és eredményei az elsődleges fontosságúak. Ennek megfelelően van az enzimek mikrobiológiai (munka) osztályozása.

1.Szacharolitikus.

2. Proteolitikus.

3.Autolitikus.

4. Oxidáció-redukció.

5. Patogenitás (virulencia) enzimek.

A sejt enzimösszetételét a genom határozza meg, és ez meglehetősen állandó jellemző. A mikroorganizmusok biokémiai tulajdonságainak ismerete lehetővé teszi azok azonosítását egy sor enzim segítségével. A szénhidrátok és fehérjék fermentációjának fő termékei a sav, a gáz, az indol, a hidrogén-szulfid, bár a különféle mikroorganizmusok valódi spektruma sokkal kiterjedtebb.

A fő virulencia enzimek a hialuronidáz, plazmakoaguláz, lecitináz, neuraminidáz, DNSáz. A patogenitási enzimek meghatározása fontos számos mikroorganizmus azonosítása és a patológiában betöltött szerepük azonosítása szempontjából.

Számos mikrobiális enzimet széles körben használnak az orvostudományban és a biológiában különféle anyagok (autolitikus, proteolitikus) előállítására, valamint a génsebészetben (restrikciós enzimek, ligázok).

Előző12345678910111213141516Következő

TÖBBET LÁTNI:

Bakteriális enzimek. Enzimaktivitás

Bakteriális enzimek Az enzimek rendkívül specifikus biológiai katalizátorok, amelyek nélkül az élet és a szaporodás lehetetlen. A baktériumsejt élete során fellépő reakciók nagy száma azt jelzi, hogy a baktériumokban jelentős számú enzim létezik. Az enzimek nagy molekulatömegű fehérjeanyagok. Egyesek fehérjék, mások összetett fehérjék. Két fehérje részből és egy nem fehérje részből épülnek fel, amelyet protetikai csoportnak neveznek. Vitaminokat tartalmazhat. nukleotidok, vasatomok stb. Az enzim fehérje része és a protéziscsoport közötti kapcsolat erős vagy törékeny lehet. Ha az oldatokban gyenge kötés van, akkor az enzim disszociációja következik be, és szabad protéziscsoport szabadulhat fel.
Az enzimek könnyen disszociálódó irosztetikus csoportjait koenzimeknek nevezzük. Az enzimeket általában a következő fő csoportokra osztják:

1. Oxidoreduktázok. minden enzim, amely redox reakciókat katalizál.
2. Transzferázok. bizonyos csoportok (például aminocsoportok, foszfátmaradékok stb.) átvitelének katalizálása.
3.

Módszerek a baktériumok enzimatikus aktivitásának vizsgálatára.

A GT-t vagy más vegyületeket hidrolízissel lebontó hidrolázok; Ebbe az osztályba tartoznak a foszfatázok és a deampnázok is – olyan enzimek, amelyek hidrolitikusan eltávolítják a foszfát- vagy ammóniumcsoportokat a különböző szerves vegyületekből.
4. Liázok, enzimek, amelyek nem hidrolitikus módon hasítanak le bizonyos csoportokat a szubsztrátokról (pl. CO2, HgO, SH2 stb.).
5. Izomerázok, amelyek katalizálják az intramolekuláris átrendeződéseket a szubsztrátban.
6. Ligázok (szintetázok) - az enzimek egy osztálya, amelyek katalizálják két molekula egymáshoz adását a trifoszfátok pprofoszfát kötésének egyidejű megszakításával (például C-O, C-N vagy C-S kötések kialakításával).

A szaprofiták rendelkeznek a legmagasabb enzimaktivitással; kisebb mértékben a patogén baktériumokban fejeződik ki ez a tulajdonság. A kórokozó baktériumok enzimjeinek vizsgálata rendkívül fontos, hiszen a mikrobák enzimaktivitásának meghatározása alapján lehetőség nyílik egy-egy kórokozó különböző típusainak megkülönböztetésére és természetének meghatározására. Ezzel együtt a mikrobák enzimaktivitása meghatározza a fertőző betegség patogenezisét és klinikai képét.
Az enzimeket exo és endoenzimekre különböztetik meg. Az exoenzimeket a sejt a külső környezetbe juttatja, és végrehajtja azokat a folyamatokat, amelyek során a nagy molekulatömegű szerves vegyületeket egyszerűbb, asszimilálható vegyületekké bontják.
A bakteriális enzimeket konstitutív és indukálható enzimekre osztják. Az első csoportba azok az enzimek tartoznak, amelyeket a baktériumsejt szintetizál, függetlenül attól, hogy a baktériumot milyen táptalajon tenyésztik. Indukálható enzimeket ez a baktérium csak a táptalajban jelenlévő specifikus induktor hatására termel.

A baktériumsejtben zajló összes metabolikus reakció 6 osztályba tartozó enzimek aktivitásán alapul: oxireduktázok, transzferázok, hidrolázok, ligázok, liázok, izomerázok. A baktériumsejt által termelt enzimek lokalizálhatók mind a sejten belül - endoenzimek, mind a környezetbe - exoenzimek. Az exoenzimek fontos szerepet játszanak abban, hogy a baktériumsejtet szén- és energiaforrásokkal látják el a behatoláshoz. A legtöbb hidroláz exoenzim, amely a környezetbe kerülve nagy peptid-, poliszacharid- és lipidmolekulákat bont le monomerekké és dimerekké, amelyek behatolhatnak a sejt belsejébe. Számos exoenzim, például a hialuronidáz, a kollagenáz és mások, az agresszió enzimei. Egyes enzimek a baktériumsejt periplazmatikus terében lokalizálódnak. Részt vesznek az anyagoknak a baktériumsejtbe történő átviteli folyamataiban. Az enzimatikus spektrum egy családra, nemzetségre és bizonyos esetekben fajokra jellemző taxonómiai karakter. Ezért az enzimaktivitás spektrumának meghatározását használják a baktériumok taxonómiai helyzetének megállapítására. Az exoenzimek jelenléte differenciáldiagnosztikai táptalaj segítségével meghatározható, ezért a baktériumok azonosítására speciális tesztrendszereket fejlesztettek ki, amelyek egy sor differenciáldiagnosztikai táptalajból állnak.

Baktériumok azonosítása enzimatikus aktivitással

Leggyakrabban a hidrolázok és oxidoreduktázok osztályába tartozó enzimeket speciális módszerekkel és közegekkel határozzák meg.

A proteolitikus aktivitás meghatározásához a mikroorganizmusokat injektálással zselatin oszlopba oltjuk be. 3-5 nap elteltével megvizsgálják a termést, és megjegyzik a zselatin cseppfolyósodásának jellegét. Amikor a fehérjét egyes baktériumok lebontják, specifikus termékek szabadulhatnak fel - indol, hidrogén-szulfid, ammónia. Meghatározásukra speciális indikátorpapírokat használnak, amelyeket a nyak és a vattadugó közé helyeznek a vizsgált mikroorganizmusokkal beoltott MPB-vel és/vagy peptonos vízzel beoltott kémcsőben. Az indol (a triptofán bomlásának terméke) rózsaszínűvé varázsolja az oxálsav telített oldatával átitatott papírcsíkot. Az ólom-acetát oldattal impregnált papír hidrogén-szulfid jelenlétében megfeketedik. Az ammónia meghatározásához vörös lakmuszpapírt használnak.

Számos mikroorganizmus taxonómiai jellemzője, hogy bizonyos szénhidrátokat savak és gáznemű termékek képződésével lebont. Ennek kimutatására különféle szénhidrátokat (glükóz, szacharóz, maltóz, laktóz stb.) tartalmazó Hiss tápközeget használnak. A savak kimutatására Andrede-reagenst adnak a táptalajhoz, amely halványsárgáról vörösre változtatja a színét 7,2-6,5 pH-tartományban, ezért a mikroorganizmusok szaporodásával járó Hiss-közeg halmazát „tarka sornak” nevezik.

A gázképződés kimutatására az úszót folyékony közegbe engedjük, vagy 0,5% agart tartalmazó félfolyékony tápközeget használunk.

A vegyes fermentációra jellemző intenzív savképződés meghatározására metilvörös indikátor, amely 4,5 pH-nál sárga, alacsonyabb pH-értékeknél vörös színű.

A karbamid hidrolízisét az ammónia (lakmuszpapír) felszabadulása és a közeg lúgosítása határozza meg.

Számos mikroorganizmus azonosításakor a Voges-Proskauer-reakciót alkalmazzák az acetoinnal, amely egy köztes vegyület a butándiol piroszőlősavból történő képzésében. A pozitív reakció butándiol fermentáció jelenlétét jelzi.

A kataláz kimutatható oxigénbuborékokkal, amelyek azonnal elkezdenek felszabadulni, miután a mikrobiális sejteket összekeverik 1%-os hidrogén-peroxid oldattal.

A citokróm-oxidáz meghatározásához a következő reagenseket kell használni:

1) ss-naftol-1 1%-os alkoholos oldata;

2) N-dimetil-p-fenilén-diamin-dihidroklorid 1%-os vizes oldata.

A citokróm-oxidáz jelenlétét a 2-5 perc múlva megjelenő kék szín alapján ítélik meg.

A nitritek meghatározásához Griess-reagenst használnak: a vörös szín megjelenése nitritek jelenlétét jelzi.

A baktériumok enzimatikus tulajdonságai

A szénhidrátok szacharolitikus tulajdonságainak meghatározására általában laktózt, glükózt, maltózt, szacharózt és mannitot használnak. A reakció eredményét a tápközeghez adott különféle indikátorok segítségével határozzák meg, amelyek színreakciókat adnak. Ezért a differenciáldiagnosztikai táptalajra történő vetés módszerét tarka sorra vetésnek nevezik. Néha az úgynevezett hosszú tarka sorba arabinózt, xilózt, galaktózt, inulint, keményítőt stb.

A szénhidrátok bomlásakor szerves savak (tejsav, ecetsav, hangyasav) és gáz (CO2 és H2) keletkeznek. A savak a közeg pH-értékének változását okozzák, ami az indikátorreakció következtében annak színének megváltozásához vezet. A keletkező gáz kiszorítja a folyadékot az úszó felső részében (folyékony tarka sorozat esetén), vagy az agar felszakadását okozza (félfolyékony cukrok esetén).

Szacharolitikus tulajdonságok meghatározására szolgáló táptalajok

Sziszegő média pepton vízből, 1% szénhidrátból és Andrede indikátorból (fukszin sav, lúggal elszíneződött) áll. A táptalajba egy úszót engednek le, amelyet a sterilizálás során megtöltenek a táptalajjal. Amikor a cukrot baktériumok fermentálják, a táptalaj színe vörösre változik, és a gáz felhalmozódik az úszóban.

Félig folyékony cukrok 0,7% hús pepton agarból, 1% cukorból és pH indikátorból (vízkék festék és rozolsav) áll. A vetés injektálással történik. A cukor erjedése során a táptalaj színe kékre változik, ha a vetés során gázképződés történik, akkor gázbuborékok láthatók, és maga az agar felszakad. A laboratóriumi gyakorlatban más, cukrokat tartalmazó differenciáldiagnosztikai közegeket is széles körben alkalmaznak.

Proteolitikus tulajdonságok baktériumok (fehérje lebontás) határozzák meg a kimutatás a fehérje fermentáció végtermékei(indol, hidrogén-szulfid, ammónia) és a zselatin cseppfolyósításának képessége (hús peptonleves 10-15% zselatinnal).

A zselatint cseppfolyósítjuk olyan mikrobák, amelyek enzimet választanak ki kollagenáz. A cseppfolyósítási folyamat felülről jön, és a különböző típusú mikrobák jellegzetes formát adnak nekik, ezért ezt a tulajdonságot a baktériumok azonosítására is használják.

A végső bomlástermékek fehérje fermentációjának meghatározását hús-peptonlevesre vagy peptonvízre történő beoltással végezzük.

Így a tiszta tenyészet izolálási munkája végeztével adatokkal rendelkezünk az izolált baktériumtenyészetek morfológiai, színárnyalati, tenyésztési és biokémiai tulajdonságairól. Ez alapot ad a fajok azonosítására, amely a bakteriológiai kutatás utolsó szakaszának fő feladata. Erre a célra a Bergi-determinánst használjuk. Ez egy referencia kiadvány, a baktériumok katalógusa. Ebben az összes mikroorganizmust alapvető biológiai tulajdonságaik szerint csoportosítják. A kiválasztott növények tulajdonságait a determinánsban megadottakkal összevetve megállapítják csoporthoz, családhoz, nemzetséghez és végül fajhoz való tartozásukat.

A morfológia, a légzés típusa, a színárnyalati tulajdonságok és a spóraképző képesség alapján taxonómiai csoportot találunk az azonosított tenyészethez. A teljes morfológiai, színárnyalati tulajdonságok, a légzés típusa, a sporuláció, a kulturális tulajdonságok és néhány biokémiai jellemző alapján családot találunk, módszertani jellemzők (kapszulák, flagellák, stb. jelenléte), kulturális és biokémiai jellemzők alapján a nemzetséget. , és belső Minden nemzetséget biokémiai és antigén tulajdonságai határoznak meg.

A tanuló önálló munkája

Egy gyakorlati óra során

Ellenőrző kérdések

1. A baktériumok táplálkozása: autotrófok és heterotrófok.

2. A tápközegek osztályozása.

3. Mikrobák tenyésztésének feltételei.

4. A táptalajokra vonatkozó követelmények.

5. Mikrobák kémiai összetétele.

6. A tiszta kultúra és a telepek fogalma.

7. Módszerek aerob mikrobák tiszta kultúráinak izolálására.

8. Az aerob baktériumok tiszta kultúrájának izolálásának szakaszai.

9. A baktériumok kulturális tulajdonságai.

10. Biológiai oxidáció aerob és anaerob baktériumokban.

11. Anaerobok tenyésztésének módszerei.

12. Módszerek anaerobok tiszta kultúráinak izolálására.

13. Az enzimek jelentősége a baktériumok azonosításában.

Téma: „A környezeti tényezők hatása a mikroorganizmusokra. Fizikai és kémiai tényezők hatása. Sterilizálás és fertőtlenítés"

Cél:

– elsajátítják a laboratóriumi üvegedények sterilizálási módszereit és

tápközeg

Feladatok:

– tudja helyesen megválasztani a megfelelő sterilizálási módot

különféle tárgyak (környezet, edények, eszközök stb.);

– sajátítsa el a fertőtlenítőszerek főbb csoportjait és a mechanizmust

hatásuk a baktériumokra.

A külső környezetben a mikrobákat olyan fizikai, kémiai és biológiai tényezők befolyásolják, amelyek gátolják vagy serkentik élettevékenységüket.

NAK NEK fizikai tényezők ide tartozik: magas és alacsony hőmérséklet, szárítás, sugárzó energia, ultrahang, magas nyomás.

Hőfok. Bármely mikroorganizmus élettani aktivitása egy bizonyos hőmérsékleti optimumhoz igazodik. A hőmérséklet tekintetében minden mikroorganizmus fel van osztva pszichrofilek(0 és +10°С között), mezofilek(+20°С-tól +40°С-ig) és termofilek(+50°С – +70°С). A legtöbb patogén mikroorganizmus mezofil.

A legtöbb mikroorganizmus ellenáll az alacsony hőmérsékletnek (kivétel a gonococcusok és a meningococcusok).

A baktériumok enzimatikus aktivitása

A magas hőmérséklet (+50°С – +60°С) káros hatással van a baktériumok vegetatív formáira. A spórák akár 2 órán át is kibírják a forralást. A magas hőmérséklet pusztító hatása a sterilizációs módszerek alapja.

Alapvető járványellenes intézkedések

A laboratóriumban

Sterilizáció

A sterilizálás az összes élő mikroorganizmus (vegetatív és spóraformák) eltávolítása vagy megsemmisítése a tárgyak belsejében vagy felületén.

A sterilizálást különféle módszerekkel végezzük: fizikai, kémiai, mechanikai.

A sterilizálási folyamat alapvető követelményeit a 42-21-2-82 „Orvostechnikai eszközök sterilizálása és fertőtlenítése” című ipari szabvány tartalmazza. Módszerek, eszközök, rezsimek."

Fizikai módszerek

A sterilizálás leggyakoribb módja a magas hőmérséklet. 100 °C-ot megközelítő hőmérsékleten a legtöbb patogén baktérium és vírus elpusztul. A talaj termofil baktériumainak spórái elpusztulnak, ha 8,5 órán át forralják. A föld mélyrétegeiben rekedt vagy alvadt vérrel borított mikroorganizmusok védve vannak a magas hőmérséklettől és megőrzik életképességüket.

Fizikai módszerekkel történő sterilizáláskor magas hőmérsékletet, nyomást, ultraibolya besugárzást stb.

A sterilizálás legegyszerűbb, de legmegbízhatóbb fajtája — kalcinálás. Nem gyúlékony és hőálló tárgyak felületi sterilizálására szolgál, közvetlenül használat előtt.

A sterilizálás másik egyszerű és könnyen elérhető módja az forró. Ezt a folyamatot sterilizátorban hajtják végre - egy négyszögletes fémdobozban, két fogantyúval és szorosan záródó fedéllel. Belül oldalt fogantyús, kivehető fémháló található, amelyre a sterilizálandó műszer kerül. A módszer fő hátránya, hogy nem pusztítja el a spórákat, csak a vegetatív formákat.

Gőzsterilizáláskor bizonyos feltételek teljesítése szükséges, amelyek garantálják annak hatékonyságát és a termékek sterilitásának egy bizonyos ideig történő megőrzését. Mindenekelőtt a műszerek, a sebészeti ágynemű és a kötszerek sterilizálását csomagolásban kell elvégezni. Erre a célra a következőket használják: sterilizáló dobozok (dobozok), dupla puha csomagolás kalikonból, pergamenből, nedvességálló papírból (nátronpapír), nagy sűrűségű polietilénből.

A csomagolás kötelező követelménye a tömörség. A sterilitás megőrzésének időtartama a csomagolás típusától függ, és három nap a szűrő nélküli dobozban, dupla puha csomagolású, vízálló papírzacskóban készült termékek esetében. A szűrőkkel ellátott sterilizáló dobozokban a termékek sterilitása egész évben megmarad.

Száraz hő sterilizálás

A száraz hővel történő sterilizálást száraz hőkemencében (Pasteur kemencében stb.) - egy dupla falú fémszekrényben - végezzük. A szekrénytest tartalmaz egy munkakamrát, amelyben polcok találhatók a feldolgozandó tárgyak elhelyezésére, valamint fűtőelemek, amelyek a munkakamra levegőjének egyenletes felmelegítését szolgálják.

Sterilizálási módok:

hőmérséklet 150 °C – 2 óra;

hőmérséklet 160 °C – 170 °C – 45 perc – 1 óra;

hőmérséklet 180 °C – 30 perc;

hőmérséklet 200 °C – 10-15 perc.

Emlékeztetni kell arra, hogy 160 ° C hőmérsékleten a papír és a vatta magasabb hőmérsékleten sárgává válik - égnek (karbonizálódnak). A sterilizálás kezdete az a pillanat, amikor a sütő hőmérséklete eléri a kívánt értéket. A sterilizálás befejezése után a sütőt kikapcsolják, a készülék 50 °C-ra hűl, majd a sterilizált tárgyakat eltávolítják belőle.

A levegős sterilizátorban lévő termékek csomagolás nélkül sterilizálhatók, de csak akkor, ha közvetlenül a sterilizálás után felhasználják őket. Csomagolóanyagként a GOST 2228-81 szerint készült zsákpapír használható, a termékek legalább 3 napig tárolhatók benne.

A levegős sterilizálási módot két hőmérsékleti érték képviseli - 160 °C 2,5 órán át, vagy 180 ° C 1 órán át.

Áramló gőz sterilizálás

Az ilyen típusú sterilizálást Koch készülékben vagy autoklávban hajtják végre lecsavart fedéllel és nyitott kilépőszeleppel. A Koch-készülék egy fém üreges henger, kettős fenékkel. A sterilizálandó anyag nem kerül szorosan a készülék kamrájába a gőzzel való maximális érintkezés érdekében. A készülékben lévő víz kezdeti felmelegítése 10-15 percen belül megtörténik.

Áramló gőzzel sterilizálják azokat az anyagokat, amelyek 100 °C feletti hőmérsékleten lebomlanak vagy megromlanak - szénhidráttal, vitaminokkal, szénhidrátoldatokkal stb.

Az áramló gőzzel történő sterilizálás frakcionált módszerrel történik - 100 oC-ot meg nem haladó hőmérsékleten 20-30 percig 3 napon keresztül. Ebben az esetben a baktériumok vegetatív formái elpusztulnak, a spórák életképesek maradnak és szobahőmérsékleten 24 órán belül kicsíráznak. Az utólagos melegítés biztosítja a spórákból kilépő vegetatív sejtek elpusztulását a sterilizálási szakaszok között.

Tindalizáció– frakcionált sterilizálási módszer, amelyben a sterilizált anyag melegítését 56-58 oC-on egy órán keresztül, 5-6 napon keresztül egymás után végezzük.

Pasztőrözés– az anyag egyszeri melegítése 50-65 °C-ra (15-30 percig), 70-80 °C-ra (5-10 percig). Élelmiszerekben (tej, gyümölcslevek, bor, sör) található mikrobák nem spórás formáinak elpusztítására szolgál.

Előző1234567891011121314Következő