Domov→Bedrová→ Faktory určujúce aktivitu enzýmov. Čo znamená výraz „enzýmová aktivita“?

Faktory určujúce aktivitu enzýmov. Čo znamená výraz „enzýmová aktivita“?

Koncepcia enzýmovej aktivity

V každodennej biochemickej praxi sa prakticky neposudzuje množstvo enzýmu, ale len jeho aktivita. Aktivita je širší pojem ako kvantita. Zahŕňa predovšetkým výsledok reakcie, a to stratu substrátu alebo akumuláciu produktu. Prirodzene, nemožno ignorovať čas, počas ktorého enzým pôsobil, a počet molekúl enzýmu. Ale keďže je zvyčajne nemožné vypočítať počet molekúl enzýmu, použije sa množstvo biologického materiálu obsahujúceho enzým (objem alebo hmotnosť).

Pri určovaní aktivity enzýmu je teda potrebné brať do úvahy súčasne tri premenné:

hmotnosť výsledného produktu alebo zmiznutého substrátu;
čas strávený reakciou;
množstvo enzýmu, ale v skutočnosti hmotnosť alebo objem biologického materiálu obsahujúceho enzým.

Pre pochopenie vzťahov medzi týmito faktormi môže byť jasným a jednoduchým príkladom výstavba dvoch budov. Budovy prirovnajme k reakčnému produktu, robotníci sú enzýmy a tým nech zodpovedá objemu biologického materiálu. Takže problémy z 3. ročníka:

Na stavbe jednej budovy pracoval tím 10 ľudí a na ďalšej podobnej budove tím 5 ľudí. Stavba bola dokončená súčasne a v plnom rozsahu. Kde je vyššia aktivita pracovníkov?
Na stavbe jednej budovy s 3 poschodiami pracoval tím 10 ľudí a na ďalšej budove s 12 poschodiami tím 10 ľudí. Stavba bola dokončená súčasne a v plnom rozsahu. Kde je vyššia aktivita pracovníkov?
Na výstavbe jednej budovy s 5 poschodiami pracoval tím 10 ľudí a na ďalšej podobnej budove tím 10 ľudí. Výstavba prvej budovy trvala 20 dní, druhá bola postavená za 10 dní. Kde je vyššia aktivita pracovníkov?

Základy kvantifikácie aktivity enzýmov

1. Aktivita enzýmu je vyjadrená rýchlosťou akumulácie produktu alebo rýchlosťou straty substrátu v zmysle množstva materiálu obsahujúceho enzým.

V praxi zvyčajne používajú:

jednotky množstva látky - mol (a jeho deriváty mmol, µmol), gram (kg, mg),
jednotky času - minúta, hodina, sekunda,
jednotky hmotnosti alebo objemu - gram (kg, mg), liter (ml).

Aktívne sa používajú aj iné deriváty - kataly (mol/s), medzinárodná jednotka aktivity (IU, Unit) zodpovedá µmol/min.

Enzýmová aktivita môže byť teda vyjadrená napríklad v mmol/s×l, g/h×l, IU/l, kat/ml atď.

Napríklad je známe

2. Vytvorenie štandardných podmienok, aby bolo možné porovnávať výsledky získané v rôznych laboratóriách – optimálne pH a pevná teplota, napríklad 25 °C alebo 37 °C, pri dodržaní inkubačnej doby substrátu s enzýmom.

Pred diskusiou o vlastnostiach enzýmov a závislosti enzýmov od akýchkoľvek faktorov je potrebné definovať pojem enzýmová aktivita.

V každodennej biochemickej praxi takmer množstvo nie je odhadnuté enzým, ale len jeho činnosť. Aktivita je širší pojem ako kvantita. To znamená v prvom rade výsledok reakcie, menovite strata substrátu alebo akumuláciaproduktu. Prirodzene, toto nemožno ignorovať čas, ktorý enzým pôsobil a počet molekúl enzým. Ale keďže je zvyčajne nemožné vypočítať počet molekúl enzýmu, používajú sa množstvo biologický materiál obsahujúci enzým (objem alebo hmotnosť).

Pri určovaní aktivity enzýmu je teda potrebné brať do úvahy súčasne tri faktory: premenných:

hmotnosť výsledný produkt alebo zmiznutý substrát,
čas vynaložené na reakciu,
množstvo enzýmu, ale v skutočnosti hmotnosť alebo objem biologického materiálu obsahujúceho enzým.

Pochopiť vzťahy medzi týmito faktormi jasným a jednoduchým spôsobom príklad môže slúžiť na výstavbu dvoch budov. Budovanie zodpovedá reakčnému produktu, pracovníkov- to sú enzýmy brigáda nech zodpovedá objemu biologického materiálu. Takže problémy z 3. ročníka:

1. Na stavbe jednej budovy pracoval tím 10 ľudí a na ďalšej podobnej budove tím 5 ľudí. Stavba bola dokončená súčasne a v plnom rozsahu. Kde je vyššia aktivita pracovníkov?

2. Tím 10 ľudí pracoval na výstavbe jednej budovy s 3 poschodiami a tím 10 ľudí pracoval na ďalšej budove s 12 poschodiami. Stavba bola dokončená súčasne a v plnom rozsahu. Kde je vyššia aktivita pracovníkov?

3. Tím 10 ľudí pracoval na výstavbe jednej budovy s 5 poschodiami a tím 10 ľudí pracoval na ďalšej podobnej budove. Výstavba prvej budovy trvala 20 dní, druhá bola postavená za 10 dní. Kde je vyššia aktivita pracovníkov?

Základy kvantifikácie aktivity enzýmov

1. Enzýmová aktivita vyjadrené v rýchlosť akumulácia produktu alebo rýchlosť straty substrátu v zmysle množstvo materiálu obsahujúce enzým.

V praxi zvyčajne používajú:

jednotky množstva látky – mol (a jeho deriváty mmol, µmol), gram (kg, mg),
jednotky času – minúta, hodina, sekunda,
jednotky hmotnosti alebo objemu - gram (kg, mg), liter (ml).

Aktívne sa používajú aj iné deriváty - kataly (mol/s), medzinárodná jednotka aktivity (IU, Unit) zodpovedá µmol/min.

Enzýmová aktivita môže byť teda vyjadrená napríklad v mmol/s×l, g/h×l, IU/l, kat/ml atď.

Napríklad je známe

čo je 1 g pepsín za hodinu rozloží 50 kg vaječného bielka - teda jeho aktivita bude 50 kg/hod na 1 g enzýmu,
ak 1,6 ml slín za hodinu odbúra 175 kg škrobu - aktivita slinná amyláza bude 109,4 kg škrobu za hodinu na 1 ml slín alebo 1,82 kg/minxg alebo 30,3 g škrobu/sxml.

2. Tvorba štandardné podmienky aby ste mohli porovnávať výsledky získané v rôznych laboratóriách - optimálne pH a stála teplota, napríklad 25°C alebo 37°C, pri dodržaní inkubačnej doby substrátu s enzýmom.

Štúdie na stanovenie enzymatickej aktivity MCD na základe rôznych baktérií sa uskutočnili v štyroch etapách. Pre štúdiu boli vzorky MKD vybrané na základe monokultúr MKD-V (Bifidoacter bifidum longum), MKD-S ( Streptococcus termophilus), MKD-P (Propionobacterium acidi-propionium), MKD-L (Lactobacillus acidophilus).

Cieľom výskumu je zistiť schopnosť probiotických mikroorganizmov, ktoré sú súčasťou MCD, syntetizovať enzýmy.

V prvej fáze podľa GOST 20264.4-89 „Enzýmové prípravky. Metóda stanovenia amylolytickej aktivity" vo všetkých vzorkách MCD bola celková amylolytická aktivita stanovená Isonovou metódou. Ansonova metóda je založená na hydrolýze škrobu enzýmovo-amylolytickým komplexom na dextríny rôznych molekulových hmotností.

V druhej fáze podľa GOST 20264.2-88 „Enzýmové prípravky. Metódy stanovenia proteolytickej aktivity“, bola stanovená celková proteolytická aktivita (PA) v študovaných vzorkách. Metóda je založená na hydrolýze proteínu kazeinátu sodného enzýmovým komplexom pri pH-7,2. Na stanovenie PA neutrálnej proteázy 0-10 U/ml sa testovali minimálne riedenia. Kyslá proteáza bola stanovená pri pH-5,5, pri ktorom dochádza k hydrolýze proteínu.

V tretej etape Podľa TU9291-008-13684916-05 bola vo všetkých prezentovaných vzorkách MCD stanovená celková celulolytická aktivita (CA). Metóda stanovenia celulázy je založená na stanovení redukujúcich cukrov v dôsledku hydrolýzy celulázy na chromatografickom papieri pôsobením enzýmu. Metódu odporúča IUPAC International Commission on Biotechnology ako hlavný test aktivity celulázy. Za jednotku účinnosti celulázy sa považuje množstvo enzýmu, ktoré pri pôsobení na chromatografický papier pri 50 °C a pH 4,8 vyprodukuje 1 mmol redukujúcich cukrov za minútu. Typicky je aktivita vyjadrená v jednotkách na mililiter.

Posledný štvrtá etapa bola stanovená aktivita lipázy (LA). Metóda stanovenia lipázy pomocou Skermanovej metódy je založená na titrácii alkáliou mastných kyselín vytvorených pôsobením lipázy s použitím olivového oleja ako substrátu. Pri stanovení lipázy bola použitá reakčná zmes pozostávajúca z 6,5 ml 1/15 M fosfátovo-citrátového tlmivého roztoku, 2,5 ml emulzie olivového oleja v 1% roztoku polyvinylalkoholu v pomere 2:3 a 1 ml kultivačnej tekutiny. filtrát .

Štúdie MCD na báze rôznych probiotických mikroorganizmov ukázali, že všetky študované MCD obsahujú jednu alebo viac skupín enzýmov (tabuľka 8). MCD-B teda vykazovala prítomnosť všetkých študovaných skupín enzýmov. MKD-R obsahuje tri skupiny enzýmov: amylolytický, proteolytický, celulolytický. MKD-L tiež obsahuje tri skupiny enzýmov: proteolytické, celulolytické a lipolytické, amylolytická skupina je slabo exprimovaná. MKD-S obsahuje dve skupiny enzýmov: proteolytický a celulolytický; amylolytická a lipolytická aktivita je slabo vyjadrená.

Tabuľka 8

Enzymatická aktivita MKD, jednotky/ml

Pri analýze údajov získaných ako výsledok štúdia enzymatickej aktivity MKD je možné poznamenať, že všetky študované MKD majú vysoký stupeň celulázovej aktivity - od 64,46 (MKD-R) do 72,4 jednotiek/ml (MKD-L).

MKD-S a MKD-B majú rovnakú celulázovú aktivitu - 66,7 jednotiek/ml.

Všetky MCD, ktoré sme študovali, obsahujú kyslú proteázu, v ktorej dochádza k hydrolýze proteínu pri pH-5,5. Najvyššia proteázová aktivita bola zistená v MKD-R - 7,5 jednotiek/ml, najnižšia - v MKD-L (1,0 jednotiek/ml). MKD-B má hodnotu aktivity proteázy 2,0, MKD-S - 2,5 jednotiek/ml.

Lipázová aktivita bola stanovená v MKD-L - 1,4 a v MKD-B - 12,6 jednotiek/ml. Enzým lipáza nebol detegovaný v MKD-S a MKD-R.

Amylolytická aktivita bola zistená v MKD-B - 11,2 a v MKD-R - 9,4 jednotiek/ml.

Na obr. 1^1 graficky znázorňuje hodnoty enzymatickej aktivity MKD.

Ryža. 1.

Ryža. 2.

Ryža. 3.

Ryža. 4.

Výsledky štúdie enzymatickej aktivity MCD na základe rôznych baktérií sú v súlade s údajmi z literatúry, že probiontné baktérie majú enzymatickú aktivitu. Naše štúdie odhalili vedúce enzymatické vlastnosti bifidobaktérií v zložení MCD v porovnaní s inými študovanými mikroorganizmami. Rôzne kmene bifidobaktérií tvoria podľa niektorých údajov až 90 % normálnej flóry hydinových čriev. Bifidobaktérie sa nachádzajú vo všetkých častiach čreva.

Skupiny enzýmov, ktoré syntetizujú, sa podieľajú na všetkých enzymatických procesoch pri premene živín krmiva v gastrointestinálnom trakte. Podľa A.I.Khavkina (2003) sa bifidobaktérie aktívne podieľajú na procesoch enzymatického trávenia krmiva, zvyšujú hydrolýzu bielkovín, fermentujú sacharidy, zmydelňujú tuky, rozpúšťajú vlákninu Všetky baktérie, ktoré sme v MKD skúmali, vykazovali určitý stupeň enzymatického činnosť. Získané údaje naznačujú špecifickosť úrovne a spektra produkovaných skupín enzýmov v závislosti od príslušnosti mikroorganizmov k určitým druhom a životným podmienkam. Tieto údaje spolu s ďalšími charakteristikami by sa mali brať do úvahy pri vypracúvaní rôznych odporúčaní na používanie určitých typov probiotických kŕmnych doplnkových látok.

Enzýmy sú špeciálnym typom proteínov, ktoré svojou povahou zohrávajú úlohu katalyzátorov rôznych chemických procesov.

Tento termín je neustále počúvaný, ale nie každý rozumie tomu, čo je enzým alebo enzým, aké funkcie táto látka vykonáva a tiež ako sa enzýmy líšia od enzýmov a či sa vôbec líšia. To všetko sa teraz dozvieme.

Bez týchto látok by ľudia ani zvieratá nedokázali stráviť potravu. A po prvýkrát sa ľudstvo uchýlilo k používaniu enzýmov v každodennom živote pred viac ako 5 000 rokmi, keď sa naši predkovia naučili skladovať mlieko v „nádobách“ zo žalúdkov zvierat. V takýchto podmienkach sa mlieko pod vplyvom syridla zmenilo na syr. A to je len jeden príklad toho, ako enzým funguje ako katalyzátor, ktorý urýchľuje biologické procesy. Enzýmy sú dnes v priemysle nepostrádateľné, sú dôležité pri výrobe cukru, margarínov, jogurtov, piva, kože, textilu, liehu a dokonca aj betónu. Pracie prostriedky a pracie prášky obsahujú aj tieto užitočné látky – pomáhajú odstraňovať škvrny pri nízkych teplotách.

História objavovania

Enzým v preklade z gréčtiny znamená „kvas“. A za objav tejto látky ľudstvo vďačí Holanďanovi Janovi Baptistovi Van Helmontovi, ktorý žil v 16. storočí. Svojho času sa začal veľmi zaujímať o alkoholové kvasenie a počas svojho výskumu našiel neznámu látku, ktorá tento proces urýchľuje. Holanďan to nazval fermentum, čo znamená „kvasenie“. Potom, takmer o tri storočia neskôr, Francúz Louis Pasteur, tiež pozorujúci fermentačné procesy, dospel k záveru, že enzýmy nie sú nič iné ako látky živej bunky. A po nejakom čase Nemec Eduard Buchner extrahoval enzým z kvasníc a zistil, že táto látka nie je živý organizmus. Dal jej aj svoje meno - „zimaza“. O niekoľko rokov neskôr ďalší Nemec Willi Kühne navrhol, aby boli všetky proteínové katalyzátory rozdelené do dvoch skupín: enzýmy a enzýmy. Okrem toho navrhol nazvať druhý termín „kysnuté cesto“, ktorého pôsobenie presahuje rámec živých organizmov. A až rok 1897 ukončil všetky vedecké spory: rozhodlo sa používať oba výrazy (enzým a enzým) ako absolútne synonymá.

Štruktúra: reťazec tisícok aminokyselín

Všetky enzýmy sú proteíny, ale nie všetky proteíny sú enzýmy. Podobne ako iné bielkoviny, aj enzýmy sa skladajú z. A čo je zaujímavé, na vytvorenie každého enzýmu je potrebných sto až milión aminokyselín, navlečených ako perly na niti. Ale tento závit nie je nikdy rovný - zvyčajne je stokrát zakrivený. To vytvára trojrozmernú štruktúru jedinečnú pre každý enzým. Medzitým je molekula enzýmu pomerne veľká formácia a iba malá časť jej štruktúry, takzvané aktívne centrum, sa podieľa na biochemických reakciách.

Každá aminokyselina je spojená s inou špecifickým typom chemickej väzby a každý enzým má svoju vlastnú jedinečnú sekvenciu aminokyselín. Na vytvorenie väčšiny z nich sa používa približne 20 druhov aminolátok. Dokonca aj malé zmeny v sekvencii aminokyselín môžu dramaticky zmeniť vzhľad a „talenty“ enzýmu.

Biochemické vlastnosti

Aj keď v prírode prebieha obrovské množstvo reakcií za účasti enzýmov, všetky sa dajú zoskupiť do 6 kategórií. V súlade s tým sa každá z týchto šiestich reakcií vyskytuje pod vplyvom špecifického typu enzýmu.

Reakcie zahŕňajúce enzýmy:

Oxidácia a redukcia.

Enzýmy zapojené do týchto reakcií sa nazývajú oxidoreduktázy. Ako príklad si môžeme spomenúť, ako alkoholdehydrogenázy premieňajú primárne alkoholy na aldehyd.

Reakcia skupinového prenosu.

Enzýmy, ktoré umožňujú tieto reakcie, sa nazývajú transferázy. Majú schopnosť presúvať funkčné skupiny z jednej molekuly do druhej. K tomu dochádza napríklad vtedy, keď alanínaminotransferázy prenášajú alfa-aminoskupiny medzi alanínom a aspartátom. Transferázy tiež presúvajú fosfátové skupiny medzi ATP a inými zlúčeninami a vytvárajú disacharidy z glukózových zvyškov.

Hydrolýza.

Hydrolázy zapojené do reakcie sú schopné rozbiť jednoduché väzby pridaním prvkov vody.

Vytvorenie alebo odstránenie dvojitej väzby.

Tento typ reakcie prebieha nehydrolyticky za účasti lyázy.

Izomerizácia funkčných skupín.

V mnohých chemických reakciách sa poloha funkčnej skupiny v molekule mení, ale samotná molekula pozostáva z rovnakého počtu a typov atómov ako pred začatím reakcie. Inými slovami, substrát a reakčný produkt sú izoméry. Tento typ transformácie je možný pod vplyvom izomerázových enzýmov.

Vytvorenie jednoduchej väzby s elimináciou prvku voda.

Hydrolázy prerušujú väzbu pridaním prvkov vody do molekuly. Lyázy vykonávajú reverznú reakciu, pričom vodnú časť odstraňujú z funkčných skupín. Týmto spôsobom sa vytvorí jednoduché spojenie.

Ako fungujú v tele

Enzýmy urýchľujú takmer všetky chemické reakcie, ktoré sa vyskytujú v bunkách. Pre človeka sú životne dôležité, uľahčujú trávenie a urýchľujú metabolizmus.

Niektoré z týchto látok pomáhajú rozkladať príliš veľké molekuly na menšie „kúsky“, ktoré telo dokáže stráviť. Iné, naopak, viažu malé molekuly. Ale vedecky povedané, enzýmy sú vysoko selektívne. To znamená, že každá z týchto látok je schopná urýchliť len určitú reakciu. Molekuly, s ktorými enzýmy „pracujú“, sa nazývajú substráty. Substráty zase vytvárajú väzbu s časťou enzýmu nazývanou aktívne miesto.

Existujú dva princípy, ktoré vysvetľujú špecifickosť interakcie medzi enzýmami a substrátmi. V takzvanom modeli „key-lock“ zaujíma aktívne centrum enzýmu presne definovanú polohu v substráte. Podľa iného modelu obaja účastníci reakcie, aktívne miesto a substrát, menia svoje tvary, aby sa spojili.

Bez ohľadu na princíp interakcie je výsledok vždy rovnaký - reakcia pod vplyvom enzýmu prebieha mnohonásobne rýchlejšie. V dôsledku tejto interakcie sa „narodia“ nové molekuly, ktoré sú potom oddelené od enzýmu. A katalytická látka naďalej vykonáva svoju prácu, ale za účasti iných častíc.

Hyper- a hypoaktivita

Sú chvíle, keď enzýmy vykonávajú svoje funkcie s nesprávnou intenzitou. Nadmerná aktivita spôsobuje nadmernú tvorbu reakčných produktov a nedostatok substrátu. Výsledkom je zhoršenie zdravotného stavu a vážne choroby. Príčinou hyperaktivity enzýmov môže byť buď genetická porucha, alebo nadbytok vitamínov či vitamínov použitých v reakcii.

Nedostatočná aktivita enzýmov môže dokonca spôsobiť smrť, keď napríklad enzýmy neodstránia toxíny z tela alebo dôjde k nedostatku ATP. Príčinou tohto stavu môžu byť aj zmutované gény alebo naopak hypovitaminóza a nedostatok iných živín. Navyše nižšia telesná teplota podobne spomaľuje fungovanie enzýmov.

Katalyzátor a ďalšie

Dnes môžete často počuť o výhodách enzýmov. Čo sú to však za látky, od ktorých závisí výkonnosť nášho tela?

Enzýmy sú biologické molekuly, ktorých životný cyklus nie je definovaný narodením a smrťou. Jednoducho pôsobia v tele, kým sa nerozpustia. Spravidla sa to deje pod vplyvom iných enzýmov.

Počas biochemickej reakcie sa nestávajú súčasťou konečného produktu. Keď je reakcia ukončená, enzým opustí substrát. Potom je látka pripravená opäť začať pôsobiť, ale na inej molekule. A to pokračuje tak dlho, ako to telo potrebuje.

Jedinečnosť enzýmov spočíva v tom, že každý z nich vykonáva iba jednu priradenú funkciu. Biologická reakcia nastáva len vtedy, keď enzým nájde pre ňu správny substrát. Túto interakciu možno prirovnať k princípu fungovania kľúča a zámku - iba správne vybrané prvky môžu „spolu fungovať“. Ďalšia vlastnosť: môžu pracovať pri nízkych teplotách a miernom pH a ako katalyzátory sú stabilnejšie ako akékoľvek iné chemikálie.

Enzýmy pôsobia ako katalyzátory na urýchlenie metabolických procesov a iných reakcií.

Typicky tieto procesy pozostávajú zo špecifických krokov, z ktorých každý vyžaduje prácu špecifického enzýmu. Bez toho nebude možné dokončiť cyklus konverzie alebo zrýchlenia.

Asi najznámejšou zo všetkých funkcií enzýmov je funkcia katalyzátora. To znamená, že enzýmy kombinujú chemické činidlá takým spôsobom, aby sa znížili náklady na energiu potrebné na rýchlejšie vytvorenie produktu. Bez týchto látok by chemické reakcie prebiehali stokrát pomalšie. Tým sa ale schopnosti enzýmov nekončia. Všetky živé organizmy obsahujú energiu, ktorú potrebujú na pokračovanie života. Adenozíntrifosfát alebo ATP je druh nabitej batérie, ktorá zásobuje bunky energiou. Ale fungovanie ATP je nemožné bez enzýmov. A hlavným enzýmom, ktorý produkuje ATP, je syntáza. Na každú molekulu glukózy, ktorá sa premení na energiu, syntáza produkuje asi 32-34 molekúl ATP.

Okrem toho sa v medicíne aktívne používajú enzýmy (lipáza, amyláza, proteáza). Slúžia najmä ako zložka enzymatických prípravkov ako Festal, Mezim, Panzinorm, Pancreatin, používaných na liečbu tráviacich ťažkostí. Ale niektoré enzýmy dokážu ovplyvňovať aj obehový systém (rozpúšťajú krvné zrazeniny) a urýchľujú hojenie hnisavých rán. A aj v protirakovinovej terapii sa uchyľujú aj k pomoci enzýmov.

Faktory určujúce aktivitu enzýmov

Keďže enzým je schopný mnohokrát urýchľovať reakcie, jeho aktivita je určená takzvaným obratovým číslom. Tento pojem označuje počet molekúl substrátu (reagujúcej látky), ktoré dokáže 1 molekula enzýmu premeniť za 1 minútu. Existuje však niekoľko faktorov, ktoré určujú rýchlosť reakcie:

Koncentrácia substrátu.

Zvýšenie koncentrácie substrátu vedie k zrýchleniu reakcie. Čím viac molekúl účinnej látky, tým rýchlejšia reakcia prebieha, pretože je zapojených viac aktívnych centier. Urýchlenie je však možné len dovtedy, kým sa nevyužijú všetky molekuly enzýmu. Potom ani zvýšenie koncentrácie substrátu nezrýchli reakciu.

Teplota.

Zvýšenie teploty zvyčajne urýchľuje reakcie. Toto pravidlo funguje pri väčšine enzymatických reakcií, pokiaľ teplota nestúpne nad 40 stupňov Celzia. Po tejto značke sa reakčná rýchlosť naopak začne prudko znižovať. Ak teplota klesne pod kritickú úroveň, rýchlosť enzymatických reakcií sa opäť zvýši. Ak teplota naďalej stúpa, kovalentné väzby sa rozpadnú a katalytická aktivita enzýmu sa navždy stratí.

Kyslosť.

Rýchlosť enzymatických reakcií ovplyvňuje aj pH. Každý enzým má svoju vlastnú optimálnu úroveň kyslosti, pri ktorej prebieha reakcia najvhodnejšie. Zmena hladiny pH ovplyvňuje aktivitu enzýmu, a tým aj rýchlosť reakcie. Ak sú zmeny príliš veľké, substrát stráca schopnosť viazať sa na aktívne jadro a enzým už nemôže katalyzovať reakciu. S obnovením požadovanej úrovne pH sa obnoví aj aktivita enzýmov.

Enzýmy prítomné v ľudskom tele možno rozdeliť do 2 skupín:

metabolické;
tráviaci.

Metabolická „práca“ na neutralizácii toxických látok a tiež prispieva k produkcii energie a bielkovín. A samozrejme urýchľujú biochemické procesy v tele.

Za čo sú zodpovedné tráviace orgány je jasné už z názvu. Ale aj tu vstupuje do hry princíp selektivity: určitý druh enzýmu pôsobí len na jeden druh potraviny. Preto sa na zlepšenie trávenia môžete uchýliť k malému triku. Ak telo niečo z potravy nestrávi dobre, potom je potrebné doplniť stravu prípravkom s obsahom enzýmu, ktorý dokáže rozložiť ťažko stráviteľnú potravu.

Potravinové enzýmy sú katalyzátory, ktoré rozkladajú potravu do stavu, v ktorom je telo schopné z nich absorbovať užitočné látky. Tráviace enzýmy existujú v niekoľkých typoch. V ľudskom tele sa v rôznych častiach tráviaceho traktu nachádzajú rôzne druhy enzýmov.

Ústna dutina

V tomto štádiu je jedlo vystavené pôsobeniu alfa-amylázy. Rozkladá sacharidy, škroby a glukózu nachádzajúce sa v zemiakoch, ovocí, zelenine a iných potravinách.

Žalúdok

Tu pepsín štiepi bielkoviny na peptidy a želatináza zase želatínu a kolagén obsiahnuté v mäse.

Pankreas

V tejto fáze „fungujú“:

trypsín – zodpovedný za rozklad bielkovín;
alfa-chymotrypsín - pomáha pri trávení bielkovín;
elastázy - rozkladajú niektoré typy bielkovín;
Nukleázy – pomáhajú rozkladať nukleové kyseliny;
Steapsín – podporuje vstrebávanie mastných jedál;
amyláza – zodpovedná za absorpciu škrobov;
lipáza – rozkladá tuky (lipidy) nachádzajúce sa v mliečnych výrobkoch, orechoch, olejoch a mäse.

Tenké črevo

„Vyčarujú“ častice jedla:

peptidázy – rozkladajú peptidové zlúčeniny na úroveň aminokyselín;
sacharáza – pomáha tráviť komplexné cukry a škroby;
maltáza – rozkladá disacharidy na monosacharidy (sladový cukor);
laktáza – rozkladá laktózu (glukózu nachádzajúcu sa v mliečnych výrobkoch);
lipáza – podporuje vstrebávanie triglyceridov a mastných kyselín;
Erepsín – ovplyvňuje bielkoviny;
izomaltáza – „pracuje“ s maltózou a izomaltózou.

Dvojbodka

Tu funkcie enzýmov vykonávajú:

Escherichia coli – zodpovedná za trávenie laktózy;
laktobacily – ovplyvňujú laktózu a niektoré ďalšie sacharidy.

Okrem vyššie uvedených enzýmov existujú aj:

diastáza – trávi rastlinný škrob;
invertáza – rozkladá sacharózu (stolový cukor);
glukoamyláza – premieňa škrob na glukózu;
alfa-galaktozidáza – podporuje trávenie fazule, semien, sójových produktov, koreňovej a listovej zeleniny;
bromelain - enzým získaný z, podporuje rozklad rôznych typov bielkovín, je účinný pri rôznych úrovniach kyslosti prostredia a má protizápalové vlastnosti;
Papaín je enzým izolovaný zo surovej papáje, ktorý podporuje rozklad malých a veľkých bielkovín a je účinný v širokom spektre substrátov a kyslosti.
celuláza – rozkladá celulózu, rastlinné vlákna (nenachádzajú sa v ľudskom tele);
endoproteáza – rozkladá peptidové väzby;
extrakt z volskej žlče – enzým živočíšneho pôvodu, stimuluje črevnú motilitu;
xylanáza – rozkladá glukózu zo zŕn.

Katalyzátory vo výrobkoch

Enzýmy sú dôležité pre zdravie, pretože pomáhajú telu rozkladať zložky potravy do stavu použiteľného pre živiny. Črevá a pankreas produkujú široké spektrum enzýmov. No okrem toho sa v niektorých potravinách nachádza aj veľa ich prospešných látok, ktoré podporujú trávenie.

Fermentované potraviny sú takmer ideálnym zdrojom prospešných baktérií potrebných pre správne trávenie. A kým farmaceutické probiotiká „fungujú“ len v hornej časti tráviaceho systému a často sa nedostanú do čriev, účinok enzymatických produktov sa prejavuje v celom gastrointestinálnom trakte.

Napríklad marhule obsahujú zmes prospešných enzýmov vrátane invertázy, ktorá je zodpovedná za rozklad glukózy a podporuje rýchle uvoľňovanie energie.

Avokádo môže slúžiť ako prirodzený zdroj lipázy (podporuje rýchlejšie trávenie lipidov). V tele túto látku produkuje pankreas. Aby ste však tomuto orgánu uľahčili život, môžete si dopriať napríklad šalát s avokádom – chutný a zdravý.

Okrem toho, že banány sú asi najznámejším zdrojom draslíka, dodávajú telu aj amylázu a maltázu. Amyláza sa nachádza aj v chlebe, zemiakoch a obilninách. Maltáza pomáha rozkladať maltózu, takzvaný sladový cukor, ktorý sa hojne nachádza v pive a kukuričnom sirupe.

Ďalšie exotické ovocie, ananás, obsahuje celý rad enzýmov vrátane bromelaínu. A podľa niektorých štúdií má aj protirakovinové a protizápalové vlastnosti.

Extrémofili a priemysel

Extremofily sú látky, ktoré sú schopné udržiavať vitálne funkcie v extrémnych podmienkach.

Živé organizmy, ako aj enzýmy, ktoré im umožňujú fungovať, boli nájdené v gejzíroch, kde je teplota blízka bodu varu, hlboko v ľade, ako aj v podmienkach extrémnej slanosti (údolie smrti v USA). Okrem toho vedci našli enzýmy, pre ktoré úroveň pH, ako sa ukazuje, tiež nie je základnou požiadavkou na efektívnu prevádzku. Výskumníci študujú extrémofilné enzýmy s osobitným záujmom ako látky, ktoré môžu byť široko používané v priemysle. Hoci dnes už enzýmy našli svoje využitie aj v priemysle ako biologicky a ekologicky nezávadné látky. Enzýmy sa používajú v potravinárskom priemysle, kozmeteológii a pri výrobe chemikálií pre domácnosť.

Okrem toho sú „služby“ enzýmov v takýchto prípadoch lacnejšie ako syntetické analógy. Prírodné látky sú navyše biologicky rozložiteľné, vďaka čomu je ich používanie šetrné k životnému prostrediu. V prírode existujú mikroorganizmy, ktoré dokážu rozložiť enzýmy na jednotlivé aminokyseliny, ktoré sa potom stanú zložkami nového biologického reťazca. Ale to je, ako sa hovorí, úplne iný príbeh.

Enzýmy sú biologické katalyzátory, vysokomolekulárne proteínové látky produkované živou bunkou. Sú prísne špecifické a zohrávajú dôležitú úlohu v metabolizme mikroorganizmov. Ich špecifickosť je spojená s aktívnymi centrami tvorenými skupinou aminokyselín, t.j. každý enzým reaguje so špecifickou chemickou zlúčeninou alebo katalyzuje jednu alebo viac súvisiacich chemických reakcií. Napríklad: enzým laktáza štiepi laktózu, maltáza štiepi maltózu atď.

Exoenzýmy - uvoľňujú sa do vonkajšieho systému - Endoenzýmy - čiastočne rozkladajú makromolekuly živín v metabolických reakciách na jednoduchšie zlúčeniny, ktoré dokáže asimilovať mikrobiálna bunka (exoenzýmy hydrolýzy spôsobujú hydrolýzu tukov, bielkovín, sacharidov).

Enzýmové zloženie mikroorganizmov je konštantné a rôzne typy mikróbov sa v súbore enzýmov zreteľne líšia. Preto je štúdium enzymatického zloženia dôležité pre identifikáciu rôznych mikroorganizmov.

Praktické využitie enzymatických vlastností mikróbov: fermentačné procesy, huby v pivovarníctve a vinárstve, spracovanie koží, na zmäkčenie; konzervovanie. Príprava biologických prísad do pracích práškov na odstránenie bielkovinových kontaminantov, keďže štiepia bielkoviny na vo vode rozpustné.

Vitamíny, hormóny a alkalózy sa získavajú pomocou enzýmov.

látky vyskytujúce sa vo vnútri bunky.

POZRIEŤ VIAC:

IN V životne dôležitej aktivite baktérií zohrávajú enzýmy dôležitú úlohu, pretože sú povinnými účastníkmi rôznych biochemických reakcií, ktoré sú základom funkcií výživy, dýchania a reprodukcie.

Stabilita bakteriálnych enzymatických systémov umožňuje využitie ich biochemických vlastností v kombinácii s morfologickými a kultúrnymi charakteristikami na určenie typov mikroorganizmov.

Na detekciu enzýmov sa používajú výlučne čisté kultúry mikroorganizmov, ktoré sa naočkujú na špeciálne diferenciálne diagnostické médiá. Sacharolytické, proteolytické a redoxné enzýmy majú primárny význam pri štúdiu biochemickej aktivity baktérií.

Sacharolytické enzýmy mikróbov. Sacharolytická aktivita mikroorganizmov je určená enzymatickým rozkladom viacmocných alkoholov a uhľohydrátov pri inokulácii na diferenciálne diagnostické médiá. Rôzne typy mikróbov majú za optimálnych podmienok rôzne postoje k tým istým cukrom, pričom niektoré rozkladajú a voči iným zostávajú neutrálne. Táto vlastnosť mikróbov sa využíva v bakteriologickej praxi na rozlíšenie rôznych druhov a odrôd baktérií.

Na pevných, tekutých a polotekutých živných pôdach obsahujúcich rôzne indikátory (najčastejšie Andredeho indikátor) sa pôsobením sacharolytických enzýmov baktérií rozkladajú cukry na aldehydy a kyseliny. Konečnými produktmi ich rozkladu sú oxid uhličitý a vodík. Akumulácia kyselín znižuje pH živného média, čo vedie k zmene farby indikátora a samotného média. Ak baktérie nevylučujú enzým pre daný sacharid, potom sa farba indikátora a živného média nezmení. Preto sa súbor živných médií s indikátormi nazýva pestrý alebo farebný rad.

Na detekciu sacharolytických enzýmov sa skúmaná bakteriálna kultúra najčastejšie inokuluje do farebných médií („pestrofarebná séria“) Hiss (odpor. 15) so sacharidmi a indikátorom Andrede (odpor. 16) alebo indikátorom BP (zmes vodnej modrej s kyselina rozolová). Hissov "Motley Row" zvyčajne obsahuje päť skúmaviek; s glukózou, laktózou, manitolom, maltózou a sacharózou. V niektorých prípadoch, pre hlbšiu štúdiu biochemických vlastností mikroorganizmov, je Hissova „pestrá séria“ doplnená o dulcit, sorbitol, xylózu a arabinózu. Cukry používané na detekciu sacharolytických enzýmov musia byť chemicky čisté.

Hiss médium môže byť tekuté alebo polotekuté (s prídavkom 0,5% agar-agaru). Fermentačná trubica (plavák), čo je sklenená trubica utesnená na jednom konci, sa spustí do skúmaviek s tekutým živným médiom. Počas sterilizácie je plavák úplne naplnený živnou pôdou. Keď sa v médiu tvoria plynné produkty, vytláčajú kvapalinu z plaváka a vytvárajú vzduchový zvon. V polotekutých médiách je tvorba plynu určená prítomnosťou bublín v hrúbke média.

Proteolytické enzýmy mikróbov. Niektoré mikroorganizmy produkujú a uvoľňujú do vonkajšieho prostredia proteolytické enzýmy, ktoré katalyzujú rozklad bielkovín. V dôsledku rozpadu molekuly proteínu vznikajú vysokomolekulárne medziprodukty rozpadu - peptóny, aminokyseliny a polypeptidy.

Na identifikáciu proteolytických enzýmov sa študovaná kultúra mikroorganizmov naočkuje do živného média obsahujúceho konkrétny proteín. Najčastejšie sa na tento účel používa želatína, menej často - zrazená konská srvátka, zrazený vaječný bielok, mlieko alebo kúsky vareného mäsa.

Na stanovenie proteolytickej aktivity mikroorganizmov na želatíne sa pripraví mäsovo-peptónová želatína (rec. 17) a naleje sa do skúmaviek v stĺpci 5-6 ml. Po vytvrdnutí živnej pôdy sa výsev vykoná injekciou, ponorením slučky hlboko do živnej pôdy až na dno skúmavky.

Mikróby, ktoré môžu rásť pri nízkych teplotách, sa inkubujú pri 20 °C – 22 °C. Zvyšné plodiny sa inkubujú pri 37 °C. Pri teplote 37°C sa želatína topí, preto sa po inkubácii odobraté skúmavky vložia do chladničky alebo studenej vody, aby médium stuhlo. Po stuhnutí média si začnú prezerať výsledky rastu mikroorganizmov. Keď sa uvoľní proteolytický enzým želatináza, bielkoviny sa rozložia a živné médium sa skvapalní so vzorom charakteristickým pre určité typy mikroorganizmov (obr. 37). Napríklad antraxový bacil skvapalňuje želatínu na želatínu vo forme lievika, stafylokoky - vo forme pančuchy, Pseudomonas aeruginosa - vo vrstvách atď.

ENZYMATÍVNA ČINNOSŤ MIKROORGANIZMOV

Rôzne formy skvapalňovania želatíny mikroorganizmami

Stanovenie proteolytickej aktivity mikróbov na Eijkmanovom mliečnom agare. Mliečny agar Eijkman sa pripraví pridaním 3 ml odstredeného mlieka do 10 ml sterilného roztaveného živného agaru a zmiešaním. Eijkmanov mliečny agar (odpor. 18) sa naleje do Petriho misiek a po ochladení sa naočkuje skúmaným mikroorganizmom pomocou slučky alebo špachtle, aby sa získali izolované kolónie. Po 24-48 hodinách inkubácie v termostate kultúry produkujúce proteolytické enzýmy rozkladajú mliečnu bielkovinu – kazeín, čo vedie k vytvoreniu jasných priehľadných zón okolo kolónií na pozadí zakaleného živného média.

Dátum zverejnenia: 2015-11-01; Prečítané: 1165 | Porušenie autorských práv stránky

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

Prednáška č. 3. Chemická štruktúra, biochemické vlastnosti a enzýmy baktérií.

Bunka je univerzálna jednotka živej hmoty. Neexistujú žiadne významné rozdiely v chemickom zložení prokaryotických a eukaryotických buniek.

Chemické prvky, ktoré tvoria živú hmotu, možno rozdeliť do troch hlavných skupín.

1.Biogénne chemické prvky (C, O, N, H). Tvoria 95 % sušiny, vr. 50 % - C, 20 % - O, 15 % - N, 10 % - H).

2.Makronutrienty- P, S, Cl, K, Mg, Ca, Na. Tvoria asi 5 %.

3.mikroelementy- Fe, Cu, I, Co, Mo atď. Tvoria zlomky percent, ale sú dôležité v metabolických procesoch.

Chemické prvky sú súčasťou rôznych látok – voda, bielkoviny, lipidy, neutrálne tuky, sacharidy, nukleové kyseliny. Syntéza zlúčenín je riadená génmi. Bakteriálna bunka môže prijímať mnohé látky zvonku – z prostredia alebo hostiteľského organizmu.

Voda tvorí 70 až 90 % biomasy. Obsah vody je väčší v kapsulárnych baktériách a najmenší v spórach.

Veveričky nachádza vo všetkých štruktúrnych prvkoch bunky. Proteíny môžu byť jednoduchšie (proteíny) alebo komplexné (proteidy), v čistej forme alebo v kombinácii s lipidmi a cukrami. Existujú štrukturálne (štruktúrotvorné) a funkčné (regulačné) proteíny, posledné zahŕňajú enzýmy.

Obsahuje bielkoviny zahŕňa aminokyseliny bežné pre eukaryoty aj pôvodné - diaminopimelikum, D-alanín, D-glutanín, zahrnuté v peptidoglykánoch a kapsulách niektorých baktérií. Iba v polemike kyselina dipikolínová, ktorá je spojená s vysokou odolnosťou voči spóram. Bičíky sú vyrobené z bielkovín flagellina, ktorý má kontraktilitu a výrazné antigénne vlastnosti. Pili (klky) obsahujú špeciálny proteín - pilin.

Kapsuly zástupcov rodu Bacillus, pôvodcu moru, a povrchové antigény mnohých baktérií, vrátane stafylokokov a streptokokov, majú peptidovú povahu. Proteín A- špecifický proteín S. aureus - faktor, ktorý určuje množstvo vlastností tohto patogénu. Proteín M- špecifický proteín hemolytických streptokokov séroskupiny A, ktorý umožňuje diferenciáciu sérovarov (asi 100), čo má epidemiologický význam.

Vonkajšia membrána gramnegatívnych baktérií obsahuje množstvo proteínov, z ktorých 3 - 4 hlavný(hlavné) a viac ako 10 vedľajších, ktoré vykonávajú rôzne funkcie. Medzi hlavné proteíny - porínov, tvoriace difúzne póry, cez ktoré môžu malé hydrofilné molekuly prenikať do bunky.

Bielkoviny sú zahrnuté v peptidoglykán- biopolymér, ktorý tvorí základ bunkovej steny baktérií. Skladá sa z kostry (striedajúce sa molekuly dvoch aminocukrov) a dvoch sád peptidových reťazcov – bočného a priečneho. Prítomnosť dvoch typov väzieb – glykozidickej (medzi aminocukrami) a peptidovej, ktoré spájajú peptidoglykánové podjednotky, dáva tomuto heteropolyméru jeho štruktúru molekulárna sieť. Peptidoglykán je najstabilnejšia zlúčenina, ktorá tvorí tuhú vačkovitú makromolekulu, ktorá určuje trvalý tvar baktérií a množstvo ich vlastností..

1. Peptidoglykán obsahuje rodovo a druhovo špecifické antigénne determinanty.

2. Spúšťa klasické a alternatívne cesty aktivácie komplementového systému.

3. Peptidoglykán inhibuje fagocytárnu aktivitu a migráciu makrofágov.

4. Je schopný iniciovať rozvoj hypersenzitivity oneskoreného typu (DTH).

5. Peptidoglykán má protinádorový účinok.

6. Pôsobí pyrogénne, t.j. spôsobuje horúčku.

Zo zlúčenín bielkovín s nebielkovinovými zložkami sú najdôležitejšie lipoproteíny, glykoproteíny a nukleoproteíny.

Úžasné tajomstvo života - syntéza bielkovín sa vyskytuje v ribozómy. Existujú dva hlavné typy ribozómov – 70S (S-sedimentačná konštanta, Svedbergova jednotka) a 80S. Ribozómy typu 1 sa nachádzajú iba v prokaryotoch. Antibiotiká neovplyvňujú syntézu proteínov v ribozómoch typu 80S, bežný u eukaryotov.

Lipidy(hlavne fosfolipidy) sa nachádzajú v cytoplazmatickej membráne (lipidová dvojvrstva), ako aj vo vonkajšej membráne gramnegatívnych baktérií. Existujú mikroorganizmy obsahujúce veľké množstvo lipidov (až 40% sušiny) – mykobaktérie. Lipidy obsahujú rôzne mastné kyseliny, veľmi špecifické pre rôzne skupiny mikroorganizmov. Ich stanovenie má v niektorých prípadoch diagnostickú hodnotu, napríklad u anaeróbov a mykobaktérií.

Mycobacterium tuberculosis obsahuje vo svojich lipidoch množstvo mastných kyselín odolných voči kyselinám - ftiónové, mykolické Vysoký obsah lipidov a ich zloženie určujú mnohé vlastnosti Mycobacterium tuberculosis:

Odolnosť voči kyselinám, zásadám a alkoholom;

Náročné na maľovanie farbivami (používajú sa špeciálne metódy farbenia, najčastejšie podľa Ziehl-Neelsena);

Odolnosť patogénu voči slnečnému žiareniu a dezinfekčným prostriedkom;

- patogenita.

Teichoové kyseliny nachádzajúce sa v bunkových stenách grampozitívnych baktérií.

Sú to vo vode rozpustné lineárne polyméry obsahujúce glycerolové alebo ribolové zvyšky spojené fosfodiesterovými väzbami. Hlavné povrchové antigény mnohých grampozitívnych baktérií sú spojené s kyselinami teichoovými.

Sacharidy vyskytujú častejšie vo forme polysacharidy, ktoré môžu byť exo- a endocelulárne. Z exocelulárnych polysacharidov sa rozlišujú rámové polysacharidy (časť kapsúl) a pravé exopolysacharidy (výstup do vonkajšieho prostredia). Mnohé z bakteriálnych polysacharidov nachádzajú medicínske využitie. Dextrans- polysacharidy s veľkou molekulovou hmotnosťou, vzhľadom pripomínajúce hlien. 6% roztok - krvná náhrada polyglucín. Dextránový gél Sephadex používa sa v stĺpcovej chromatografii ako molekulové sito. Endocelulárne polysacharidy sú rezervné živiny bunky (škrob, glykogén atď.).

Lipopolysacharid (LPS)- jedna z hlavných zložiek bunkovej steny gramnegatívnych baktérií, ide o kombináciu lipidu a polysacharidu. LPS pozostáva z komplexu:

1. Lipid A.

2. Rovnaké pre všetky gramnegatívne baktérie polysacharidové jadro.

3. Koncový sacharidový reťazec ( O-špecifický bočný reťazec).

Synonymá: LPS - endotoxín, O - antigén.

LPS plní dve hlavné funkcie: určuje antigénovú špecifickosť a je jedným z hlavných faktorov patogenity. Ide o endotoxín, ktorého toxické vlastnosti sa prejavujú najmä deštrukciou bakteriálnych buniek. Jeho toxicitu určuje lipid A. LPS spúšťa syntézu viac ako 20 biologicky aktívnych látok, ktoré určujú patogenézu endotoxémie a má pyrogénny účinok.

Nukleové kyseliny- DNA a RNA. Ribonukleové kyseliny(RNA) sa nachádzajú najmä v ribozómoch (r-RNA - 80-85%), t (transport) - RNA - 10%, m (template) - RNA - 1-2%, hlavne v jednovláknovej forme. DNA (deoxyribonukleová kyselina) sa môže nachádzať v jadrovom aparáte (chromozomálna DNA) alebo v cytoplazme v špecializovaných útvaroch – plazmidoch – plazmidovej (extrachromozomálnej) DNA. Mikroorganizmy sa líšia štruktúrou nukleových kyselín, obsahom dusíkaté zásady. Genetický kód pozostáva len zo štyroch písmen (základov) – A (adenín), T (tymín), G (guanín) a C (cytozín). Najčastejšie sa na charakterizáciu mikroorganizmov ako taxonomický znak používa percentuálny pomer G/C, ktorý sa v rôznych skupinách mikroorganizmov výrazne líši.

Mikroorganizmy syntetizujú rôzne enzýmy- špecifické proteínové katalyzátory. Nájdené v baktériách enzýmy 6 hlavných tried.

1. Oxidoreduktázy – katalyzujú redoxné reakcie.

2. Transferázy - uskutočňujú reakcie prenosu skupín atómov.

3.Hydrolázy - vykonávajú hydrolytické štiepenie rôznych zlúčenín.

4.Lyázy - katalyzujú reakcie eliminácie chemickej skupiny zo substrátu nehydrolytickým spôsobom za vzniku dvojitej väzby alebo adície chemickej skupiny na dvojité väzby.

5. Ligázy alebo syntetázy - poskytujú spojenie dvoch molekúl, spojené so štiepením pyrofosfátovej väzby v molekule ATP alebo podobného trifosfátu.

6.Izomerázy - určujú priestorové usporiadanie skupín prvkov.

V súlade s mechanizmami genetickej kontroly v baktériách sa rozlišujú tri skupiny enzýmov:

— konštitutívny, ktorých syntéza sa vyskytuje neustále;

- indukovateľný, ktorého syntéza je vyvolaná prítomnosťou substrátu;

- represívny, ktorého syntéza je potlačená nadbytkom reakčného produktu.

Bakteriálne enzýmy sa delia na exo- a endoenzýmy. Exoenzýmy sa uvoľňujú do vonkajšieho prostredia a vykonávajú procesy rozkladu organických zlúčenín s vysokou molekulovou hmotnosťou. Schopnosť tvoriť exoenzýmy do značnej miery určuje invazívnosť baktérie - schopnosť prenikať cez mukózne, spojivové a iné tkanivové bariéry.

Príklady: hyaluronidáza rozkladá kyselinu hyalurónovú, ktorá je súčasťou medzibunkovej látky, ktorá zvyšuje priepustnosť tkanív (klostridie, streptokoky, stafylokoky a mnohé ďalšie mikroorganizmy); neuraminidáza uľahčuje prekonávanie vrstvy hlienu, prienik do buniek a šírenie v medzibunkovom priestore (Vibrio cholera, difterický bacil, vírus chrípky a mnohé ďalšie). Do tejto skupiny patria aj enzýmy, ktoré rozkladajú antibiotiká.

V bakteriológii majú pre diferenciáciu mikroorganizmov podľa biochemických vlastností často prvoradý význam konečné produkty a výsledky pôsobenia enzýmov. V súlade s tým existuje mikrobiologická (pracovná) klasifikácia enzýmov.

1.Sacharolytikum.

2. Proteolytický.

3.Autolytické.

4. Oxidácia-redukcia.

5. Enzýmy patogenity (virulencie).

Enzýmové zloženie bunky je určené genómom a je pomerne konštantnou vlastnosťou. Znalosť biochemických vlastností mikroorganizmov umožňuje ich identifikáciu pomocou súboru enzýmov. Hlavnými produktmi fermentácie sacharidov a bielkovín sú kyselina, plyn, indol, sírovodík, aj keď skutočné spektrum pre rôzne mikroorganizmy je oveľa rozsiahlejšie.

Hlavnými virulentnými enzýmami sú hyaluronidáza, plazmakoaguláza, lecitináza, neuraminidáza, DNAáza. Stanovenie enzýmov patogenity je dôležité pri identifikácii množstva mikroorganizmov a identifikácii ich úlohy v patológii.

Množstvo mikrobiálnych enzýmov sa široko používa v medicíne a biológii na výrobu rôznych látok (autolytické, proteolytické) a v genetickom inžinierstve (reštrikčné enzýmy, ligázy).

Predchádzajúci12345678910111213141516Ďalší

POZRIEŤ VIAC:

Bakteriálne enzýmy. Enzýmová aktivita

Bakteriálne enzýmy Enzýmy sú vysoko špecifické biologické katalyzátory, bez ktorých nie je možný život a reprodukcia. Veľký počet reakcií, ktoré sa vyskytujú počas života bakteriálnej bunky, naznačuje existenciu značného počtu enzýmov v baktériách. Enzýmy sú bielkovinové látky s vysokou molekulovou hmotnosťou. Niektoré z nich sú proteíny, iné sú komplexné proteíny. Skladajú sa z dvoch proteínových častí a neproteínovej časti nazývanej protetická skupina. Môže obsahovať vitamíny. nukleotidy, atómy železa atď. Spojenie medzi proteínovou časťou enzýmu a prostetickou skupinou môže byť pevné alebo krehké. Ak je v roztokoch slabá väzba, dochádza k disociácii enzýmu a môže sa uvoľniť voľná prostetická skupina.
Ľahko disociujúce irostetické skupiny enzýmov sa nazývajú koenzýmy. Enzýmy sa zvyčajne delia do nasledujúcich hlavných skupín:

1. Oxidoreduktázy. všetky enzýmy, ktoré katalyzujú redoxné reakcie.
2. Transferázy. katalyzujú prenos určitých skupín (napríklad aminoskupín, fosfátových zvyškov atď.
3.

Metódy štúdia enzymatickej aktivity baktérií.

Hydrolázy, ktoré rozkladajú GT alebo iné zlúčeniny hydrolýzou; Do tejto triedy patria aj fosfatázy a deampnázy – enzýmy, ktoré hydrolyticky odstraňujú fosfátové alebo amóniové skupiny z rôznych organických zlúčenín, resp.
4. Lyázy, enzýmy, ktoré nehydrolytickým spôsobom odštiepujú určité skupiny zo substrátov (napríklad CO2, HgO, SH2 atď.).
5. Izomerázy, ktoré katalyzujú intramolekulárne preskupenia v substráte.
6. Ligázy (syntetázy) - trieda enzýmov, ktoré katalyzujú vzájomnú adíciu dvoch molekúl za súčasného prerušenia pprofosfátovej väzby v trifosfátoch (napríklad vznik väzieb C-O, C-N alebo C-S).

Saprofyty majú najvyššiu enzymatickú aktivitu; v menšej miere je táto vlastnosť vyjadrená v patogénnych baktériách. Štúdium enzýmov patogénnych baktérií je mimoriadne dôležité, pretože na základe stanovenia enzymatickej aktivity mikróbov je možné rozlíšiť rôzne typy a určiť povahu konkrétneho patogénu. Spolu s tým enzymatická aktivita mikróbov určuje patogenézu a klinický obraz infekčného ochorenia.
Enzýmy sa delia na exo a endoenzýmy. Exoenzýmy sú uvoľňované bunkou do vonkajšieho prostredia a vykonávajú procesy štiepenia vysokomolekulárnych organických zlúčenín na jednoduchšie, ktoré sú k dispozícii na asimiláciu.
Bakteriálne enzýmy sa delia na konštitutívne a indukovateľné. Prvá skupina zahŕňa tie enzýmy, ktoré sú syntetizované bakteriálnou bunkou, bez ohľadu na médium, na ktorom baktéria rastie. Indukovateľné enzýmy sú produkované touto baktériou iba ako odpoveď na pôsobenie špecifického induktora prítomného v médiu.

Všetky metabolické reakcie v bakteriálnej bunke sú založené na aktivite enzýmov, ktoré patria do 6 tried: oxyreduktázy, transferázy, hydrolázy, ligázy, lyázy, izomerázy. Enzýmy produkované bakteriálnou bunkou môžu byť lokalizované ako vo vnútri bunky – endoenzýmy, tak aj uvoľňované do okolia – exoenzýmy. Exoenzýmy hrajú hlavnú úlohu pri poskytovaní zdrojov uhlíka a energie bakteriálnej bunke, ktoré sú k dispozícii na penetráciu. Väčšina hydroláz sú exoenzýmy, ktoré po uvoľnení do prostredia rozkladajú veľké molekuly peptidov, polysacharidov a lipidov na monoméry a diméry, ktoré môžu preniknúť do bunky. Množstvo exoenzýmov, napríklad hyaluronidáza, kolagenáza a iné, sú enzýmy agresie. Niektoré enzýmy sú lokalizované v periplazmatickom priestore bakteriálnej bunky. Podieľajú sa na procesoch prenosu látok do bakteriálnej bunky. Enzymatické spektrum je taxonomický charakter charakteristický pre čeľaď, rod a – v niektorých prípadoch – druh. Preto sa na stanovenie taxonomickej polohy baktérií používa stanovenie spektra enzymatickej aktivity. Prítomnosť exoenzýmov je možné určiť pomocou diferenciálnych diagnostických médií, preto boli na identifikáciu baktérií vyvinuté špeciálne testovacie systémy pozostávajúce zo sady diferenciálnych diagnostických médií.

Identifikácia baktérií enzymatickou aktivitou

Najčastejšie sa enzýmy triedy hydroláz a oxidoreduktáz stanovujú pomocou špeciálnych metód a médií.

Na stanovenie proteolytickej aktivity sa mikroorganizmy naočkujú do želatínového stĺpca injekciou. Po 3 až 5 dňoch sa plodiny preskúmajú a zaznamená sa povaha skvapalnenia želatíny. Pri rozklade bielkovín niektorými baktériami sa môžu uvoľňovať špecifické produkty – indol, sírovodík, amoniak. Na ich stanovenie sa používajú špeciálne indikátorové papieriky, ktoré sa vložia medzi hrdlo a vatovú zátkou v skúmavke s MPB a/alebo peptónovou vodou naočkovanou skúmanými mikroorganizmami. Indol (produkt rozkladu tryptofánu) zafarbí prúžok papiera namočený v nasýtenom roztoku kyseliny šťaveľovej do ružova. Papier impregnovaný roztokom octanu olovnatého v prítomnosti sírovodíka sčernie. Na stanovenie amoniaku sa používa červený lakmusový papierik.

Pre mnohé mikroorganizmy je taxonomickou charakteristikou schopnosť rozkladať určité sacharidy za vzniku kyselín a plynných produktov. Na detekciu sa používa Hiss médium obsahujúce rôzne sacharidy (glukózu, sacharózu, maltózu, laktózu atď.). Na detekciu kyselín sa do média pridáva Andredeovo činidlo, ktoré mení svoju farbu z bledožltej na červenú v rozsahu pH 7,2-6,5, preto sa súbor Hissových médií s rastom mikroorganizmov nazýva „pestrofarebný rad“.

Na detekciu tvorby plynu sa plaváky spúšťajú do tekutých médií alebo sa používajú polokvapalné médiá s 0,5 % agaru.

Aby sa určila intenzívna tvorba kyseliny charakteristická pre zmiešanú fermentáciu, indikátor metylovej červene, ktorý je žltý pri pH 4,5 a vyššom a červený pri nižších hodnotách pH.

Hydrolýza močoviny je určená uvoľňovaním amoniaku (lakmusový papierik) a alkalizáciou média.

Pri identifikácii mnohých mikroorganizmov sa používa Voges-Proskauerova reakcia na acetoín, medziprodukt pri tvorbe butándiolu z kyseliny pyrohroznovej. Pozitívna reakcia naznačuje prítomnosť fermentácie butándiolu.

Kataláza môže byť detekovaná bublinkami kyslíka, ktoré sa začnú uvoľňovať ihneď po zmiešaní mikrobiálnych buniek s 1% roztokom peroxidu vodíka.

Na stanovenie cytochrómoxidázy sa používajú nasledujúce činidlá:

1) 1% alkoholový roztok ss-naftolu-1;

2) 1 % vodný roztok dihydrochloridu N-dimetyl-p-fenyléndiamínu.

Prítomnosť cytochrómoxidázy sa posudzuje podľa modrej farby, ktorá sa objaví po 2-5 minútach.

Na stanovenie dusitanov sa používa Griessovo činidlo: výskyt červenej farby indikuje prítomnosť dusitanov.

Enzymatické vlastnosti baktérií

Na stanovenie sacharolytických vlastností uhľohydrátov sa zvyčajne používa laktóza, glukóza, maltóza, sacharóza a manitol. Výsledok reakcie sa stanoví pomocou rôznych indikátorov pridaných do živného média, čím sa získajú farebné reakcie. Preto sa spôsob výsevu na diferenciálne diagnostické médiá nazýva výsev na pestrý riadok. Niekedy sa do takzvaného dlhého pestrého radu pridáva arabinóza, xylóza, galaktóza, inulín, škrob atď.

Pri rozklade sacharidov vznikajú organické kyseliny (mliečna, octová, mravčia) a plyn (CO2 a H2). Kyseliny spôsobujú zmenu pH média, čo vedie k zmene jeho farby v dôsledku reakcie indikátora. Výsledný plyn vytlačí kvapalinu v hornej časti plaváka (pri použití tekutého pestrého radu) alebo spôsobí prasknutie agaru (pri použití polotekutých cukrov).

Médiá na stanovenie sacharolytických vlastností

Syčanie médií pozostáva z peptónovej vody, 1% sacharidov a indikátora Andrede (kyslý fuchsín, odfarbený zásadou). Do média sa spustí plavák, ktorý sa počas sterilizácie naplní médiom. Keď cukor fermentujú baktérie, farba média sa zmení na červenú a v plaváku sa hromadí plyn.

Polotekuté cukry pozostáva z 0,7% mäsového peptónového agaru, 1% cukru a indikátora pH (vodovomodré farbivo a kyselina rozolová). Výsev sa vykonáva injekčne. Počas fermentácie cukru sa farba média zmení na modrú, ak sa počas výsevu vytvorí plyn, sú viditeľné bubliny plynu a samotný agar praskne. V laboratórnej praxi sú široko používané aj iné diferenciálne diagnostické médiá s obsahom cukrov.

Proteolytické vlastnosti baktérie (rozklad bielkovín) sú určené detekciou konečné produkty fermentácie bielkovín(indol, sírovodík, amoniak) a schopnosť skvapalniť želatínu (mäsový peptónový bujón s 10-15 % želatíny).

Skvapalniť želatínu mikróby, ktoré vylučujú enzým ako kolagenáza. Proces skvapalňovania prichádza zhora a rôzne druhy mikróbov im dávajú charakteristický tvar, preto sa táto vlastnosť využíva aj na účely identifikácie baktérií.

Stanovenie fermentácie bielkovín konečnými produktmi rozkladu sa uskutočňuje naočkovaním do mäsovo-peptónového bujónu alebo peptónovej vody.

Po dokončení práce na izolácii čistej kultúry máme údaje o morfologických, tinktoriálnych, kultúrnych a biochemických vlastnostiach izolovaných bakteriálnych kultúr. To dáva dôvod pristúpiť k identifikácii druhov - hlavnej úlohe poslednej etapy bakteriologického výskumu. Na tento účel sa používa Bergiho determinant. Toto je referenčná publikácia, katalóg baktérií. V ňom sú všetky mikroorganizmy zoskupené podľa ich základných biologických vlastností. Porovnaním vlastností vybraných plodín s vlastnosťami uvedenými v determinante sa zisťuje ich príslušnosť k skupine, čeľade, rodu a napokon k druhu.

Na základe morfológie, typu dýchania, farbiacich vlastností a schopnosti vytvárať spóry sa pre identifikovanú kultúru nájde taxonomická skupina. Na základe úplných morfologických, farbiacich vlastností, typu dýchania, sporulácie, kultúrnych vlastností a niektorých biochemických charakteristík sa zistí čeľaď; na základe metodických znakov (prítomnosť toboliek, bičíkov atď.), kultúrnych a biochemických charakteristík sa určí rod , a vnútorné Každý rod je určený svojimi biochemickými a antigénnymi vlastnosťami.

Samostatná práca študenta

Počas praktickej hodiny

Kontrolné otázky

1. Výživa baktérií: autotrofy a heterotrofy.

2. Klasifikácia živných médií.

3. Podmienky kultivácie mikróbov.

4. Požiadavky na živné pôdy.

5. Chemické zloženie mikróbov.

6. Koncept čistej kultúry a kolónií.

7. Metódy izolácie čistých kultúr aeróbnych mikróbov.

8. Etapy izolácie čistej kultúry aeróbnych baktérií.

9. Kultúrne vlastnosti baktérií.

10. Biologická oxidácia v aeróbnych a anaeróbnych baktériách.

11. Spôsoby kultivácie anaeróbov.

12. Metódy izolácie čistých kultúr anaeróbov.

13. Význam enzýmov pri identifikácii baktérií.

Téma: „Vplyv environmentálnych faktorov na mikroorganizmy. Pôsobenie fyzikálnych a chemických faktorov. Sterilizácia a dezinfekcia"

Cieľ:

– naučiť sa metódy sterilizácie laboratórneho skla a

živné médiá

Úlohy:

– vedieť si správne zvoliť vhodnú metódu sterilizácie

rôzne predmety (životné prostredie, riad, náradie atď.);

– ovládať hlavné skupiny dezinfekčných prostriedkov a mechanizmus

ich účinky na baktérie.

Vo vonkajšom prostredí sú mikróby ovplyvnené fyzikálnymi, chemickými a biologickými faktormi, ktoré buď inhibujú alebo stimulujú ich životnú aktivitu.

TO fyzikálne faktory patria: vysoké a nízke teploty, sušenie, energia žiarenia, ultrazvuk, vysoký tlak.

Teplota. Fyziologická aktivita každého mikroorganizmu je prispôsobená určitému teplotnému optimu. Vo vzťahu k teplote sa všetky mikroorganizmy delia na psychrofilov(od 0 do +10°С), mezofilov(od +20°С do +40°С) a termofily(+50°С – +70°С). Väčšina patogénnych mikroorganizmov sú mezofily.

Väčšina mikroorganizmov je odolná voči nízkym teplotám (výnimkou sú gonokoky a meningokoky).

Enzymatická aktivita baktérií

Vysoká teplota (+50°С – +60°С) má škodlivý vplyv na vegetatívne formy baktérií. Spóry vydržia varenie až 2 hodiny. Deštruktívny účinok vysokej teploty je základom sterilizačných metód.

Základné protiepidemické opatrenia

V laboratóriu

Sterilizácia

Sterilizácia je odstránenie alebo zničenie všetkých živých mikroorganizmov (vegetatívnych a spórových foriem) vo vnútri alebo na povrchu predmetov.

Sterilizácia sa vykonáva rôznymi spôsobmi: fyzikálnymi, chemickými, mechanickými.

Základné požiadavky na proces sterilizácie sú zohľadnené v priemyselnej norme 42-21-2-82 „Sterilizácia a dezinfekcia zdravotníckych pomôcok. Metódy, prostriedky, režimy.“

Fyzikálne metódy

Najbežnejšou metódou sterilizácie je vystavenie vysokej teplote. Pri teplotách blížiacich sa k 100 °C väčšina patogénnych baktérií a vírusov zahynie. Spóry pôdnych teplomilných baktérií odumierajú pri varení 8,5 hodiny. Mikroorganizmy zachytené v hlbokých vrstvách zeme alebo pokryté zrazenou krvou sú chránené pred vysokými teplotami a zachovávajú si svoju životaschopnosť.

Pri sterilizácii fyzikálnymi metódami sa využívajú vysoké teploty, tlak, ultrafialové ožarovanie a pod.

Najjednoduchší, ale najspoľahlivejší typ sterilizácie — kalcinácia. Používa sa na povrchovú sterilizáciu nehorľavých a žiaruvzdorných predmetov bezprostredne pred ich použitím.

Ďalším jednoduchým a ľahko dostupným spôsobom sterilizácie je vriaci. Tento proces sa vykonáva v sterilizátore - obdĺžnikovej kovovej škatuľke s dvoma rukoväťami a tesne priliehajúcim vekom. Vo vnútri je odnímateľná kovová sieťka s držadlami po stranách, na ktorú je umiestnený nástroj určený na sterilizáciu. Hlavnou nevýhodou metódy je, že neničí spóry, ale iba vegetatívne formy.

Pri parnej sterilizácii je potrebné splniť určité podmienky, ktoré zaručujú jej účinnosť a zachovanie sterility produktov po určitú dobu. V prvom rade by sa sterilizácia nástrojov, chirurgickej bielizne a obväzov mala vykonávať v balení. Na tento účel sa používajú: sterilizačné boxy (škatule), dvojité mäkké obaly z kalika, pergamenu, papiera odolného voči vlhkosti (kraft papier), polyetylénu s vysokou hustotou.

Povinnou požiadavkou na balenie je tesnosť. Lehota na zachovanie sterility závisí od typu balenia a je tri dni pre produkty sterilizované v škatuliach bez filtrov, v dvojitých mäkkých obaloch z kaliko, vodeodolných papierových vrecúšok. V sterilizačných boxoch s filtrami je sterilita produktov zachovaná počas celého roka.

Sterilizácia suchým teplom

Proces sterilizácie suchým teplom sa vykonáva v peci na suché teplo (v Pasteurovej peci atď.) - kovová skrinka s dvojitými stenami. Korpus skrine obsahuje pracovnú komoru, ktorá má police na umiestnenie spracovávaných predmetov a vykurovacie telesá, ktoré slúžia na rovnomerné ohrievanie vzduchu v pracovnej komore.

Režimy sterilizácie:

teplota 150 °C – 2 hodiny;

teplota 160 °C – 170 °C – 45 minút – 1 hodina;

teplota 180 °C – 30 minút;

teplota 200 °C – 10-15 minút.

Treba pamätať na to, že pri teplote 160 °C papier a vata pri vyššej teplote žltnú – horia (karbonizujú). Začiatok sterilizácie je okamih, keď teplota v rúre dosiahne požadovanú hodnotu. Po dokončení sterilizácie sa rúra vypne, zariadenie sa ochladí na 50 ° C, potom sa z neho vyberú sterilizované predmety.

Výrobky vo vzduchovom sterilizátore je možné sterilizovať bez obalu, ale iba ak sa použijú bezprostredne po sterilizácii. Ako obal možno použiť vrecový papier vyrobený v súlade s GOST 2228-81, v ktorom je možné výrobky skladovať najmenej 3 dni.

Režim sterilizácie vzduchu predstavujú dve hodnoty teploty - 160 °C po dobu 2,5 hodiny alebo 180 °C po dobu 1 hodiny.

Sterilizácia prúdiacou parou

Tento typ sterilizácie sa vykonáva v Kochovom prístroji alebo v autokláve s odskrutkovaným vekom a otvoreným výstupným ventilom. Kochov prístroj je kovový dutý valec s dvojitým dnom. Materiál určený na sterilizáciu nie je pevne vložený do komory zariadenia, aby bol zaistený maximálny kontakt s parou. K počiatočnému ohrevu vody v zariadení dôjde v priebehu 10-15 minút.

Prúdiaca para sa používa na sterilizáciu materiálov, ktoré sa rozkladajú alebo znehodnocujú pri teplotách nad 100 °C - živné pôdy so sacharidmi, vitamínmi, roztokmi sacharidov atď.

Sterilizácia prúdiacou parou sa vykonáva frakčnou metódou - pri teplote neprevyšujúcej 100 oC počas 20-30 minút počas 3 dní. V tomto prípade vegetatívne formy baktérií odumierajú a spóry zostávajú životaschopné a klíčia do 24 hodín pri izbovej teplote. Následné zahrievanie zabezpečuje smrť týchto vegetatívnych buniek vznikajúcich zo spór medzi fázami sterilizácie.

Tyndalizácia– metóda frakčnej sterilizácie, pri ktorej sa zahrievanie sterilizovaného materiálu uskutočňuje pri teplote 56-58 oC hodinu počas 5-6 dní za sebou.

Pasterizácia– jednorazové zahriatie materiálu na 50-65 °C (15-30 minút), 70-80 °C (5-10 minút). Používa sa na ničenie nespórových foriem mikróbov v potravinách (mlieko, džúsy, víno, pivo).

Predchádzajúci1234567891011121314Ďalší