Контрольная работа по "Биологии"

5) изомеразы (осуществляют процессы изомеризации, обеспечивают внутреннюю конверсию с образованием различных изомеров);

6) лигазы, или синтетазы (соединяют две молекулы, вследствие чего происходит расщепление пирофосфатных связей в молекуле АТФ).

       Виды  пластического обмена (белковый, углеводный, липидный, нуклеиновый).

Белковый  обмен характеризуется катаболизмом и анаболизмом. В процессе катаболизма  бактерии разлагают белки под  действием протеаз с образованием пептидов. Под действием пептидаз из пептидов образуются аминокислоты.

В углеводном обмене у бактерий катаболизм преобладает  над анаболизмом. Полисахариды расщепляются до дисахаров, которые под действием  олигосахаридаз распадаются до моносахаров.

В зависимости  от конечных продуктов выделяют следующие виды брожения:

1) спиртовое (характерно для грибов);

2) пропионионово-кислое (характерно для клостридий);

3) молочнокислое (характерно для стрептококков);

4) маслянокислое (характерно для сарцин);

5) бутилденгликолевое (характерно для бацилл).

     Липидный  обмен осуществляется с помощью  ферментов – липопротеиназ, летициназ, липаз, фосфолипаз. Липазы катализируют распад нейтральных жирных кислот. При распаде жирных кислот клетка запасает энергию.

     Нуклеиновый обмен бактерий связан с генетическим обменом. Синтез нуклеиновых кислот имеет значение для процесса деления клетки. Синтез осуществляется с помощью ферментов: рестриктазы, ДНК-полимеразы, лигазы, ДНК-зависимой-РНК-полимеразы. 

     4? Пропионовокислое брожение. Возбудители, их морфологические, физиологические особенности. Приготовление и использование ПАБК (пропионово-ацидофильной-бульонной культуры). Роль микрофлоры в биосинтезе витаминов.

     Пропионовокислые  бактерии - неспороносные грамположительные  неподвижные палочки размером 0,5—0,8 или 1,0—1,5 мкм (в молодых культурах — искривленные, слегка ветвящиеся палочки, в более старых — кокковидной формы). Образуют колонии жёлтого, оранжевого или красного цвета, растут как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

     Пропионовокислые  бактерии родственны по ряду свойств гетероферментативным молочнокислым бактериям Они, как и молочнокислые бактерии, не встречаются в почве или водоемах. Обитают в основном в рубце и кишечнике жвачных животных, в молочных продуктах (не в молоке). Пропионовокислые бактерии — возбудители пропионовокислого брожения, сбраживают глюкозу, лактозу и др. углеводы, а также некоторые спирты с образованием пропионовой и уксусной кислот и CO₂. После молочнокислого брожения, когда лактоза превращена в молочную кислоту, начинают размножаться.

     Пропионовокислые  бактерии применяют для микробиологического  синтеза витамина B₁₂. Пропионовые бактерии могут синтезировать гемсодержащие белки. В их клетках обнаружены цитохромы. Эти бактерии характеризуются хорошо развитыми биосинтетическими способностями и могут расти на простой синтетической среде с аммонийным азотом в качестве единственного источника азота при добавлении к среде пантотеновой кислоты и биотина, а для некоторых видов и тиамина. У ряда пропионовых бактерий обнаружена способность к азотфиксации.

     Местообитание пропионовых бактерий — кишечный тракт жвачных животных, молоко, твердые сыры, в приготовлении  которых они принимают участие.

     Пропионовокислое  брожение: химизм и  особенности

     Основные  продукты пропионовокислого брожения, вызываемого несколькими видами бактерий из рода Propionibacterium, — пропионовая (CH₃CH₂OH) и уксусная кислоты и CO₂. Химизм пропионовокислого брожения сильно изменяется в зависимости от условий. Это, по-видимому, объясняется способностью пропионовых бактерий перестраивать обмен веществ, например, в зависимости от аэрации. Основное энергетическое значение для пропионовокислых бактерий имеют так называемые ключевые реакции пропионовокислого брожения.

     Под пропионовокислым брожением подразумевают биохимический процесс превращения бактериями сахара, молочную кислоту и ее солей в пропионовую кислоту. В этом брожении, кроме пропионовой кислоты, образуются и такие продукты, как уксусная кислота, углекислый газ, янтарная кислота, ацетоин, диацетил, другие летучие ароматические соединения - диметилсульфид, ацетальдегид, пропионовый альдегид, этанол и пропанол. Химизм данного брожения подобен типичному молочнокислому брожению с той разницей, что образовавшаяся молочная кислота в этом брожении не конечный продукт, а промежуточный. От других типов брожения пропионовокислое отличается высоким выходом АТФ, участием некоторых уникальных ферментов и реакций.

     Пропионовокислым  бактериям свойственен бродильный тип метаболизма: они расщепляют сахара по пути Эмбдена–Мейергоффа до пропионата, ацетата, СО₂ и сукцината. Химизм пропионовокислого брожения хорошо изучен и описан.

     В пропионовокислом брожении мы имеем  дело с карбоксилированием пирувата, приводящим к возникновению нового акцептора водорода — ЩУК. Восстановление пировиноградной кислоты в пропионовую у пропионовокислых бактерий протекает следующим образом. Пировиноградная кислота карбоксилируется в реакции, катализируемой биотинзависимым ферментом, у которого биотин выполняет функцию переносчика CO₂. Донором CO₂-группы служит метилмалонил-КоА. В результате реакции транскарбоксилирования образуются ЩУК и пропионил-КоА:

     Ключевую  реакцию брожения - превращение а-метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА катализирует кофермент В₁₂ (Ado Cbl).

     Когда сбраживаемым субстратом является лактат, он сначала окисляется в пируват. Часть пирувата далее окисляется до ацетил-КоА и СО₂, причем превращение ацетил-КоА в ацетат сопровождается образованием АТФ. Получение в процессе брожения окисленных продуктов, ацетата и СО₂ уравновешивается сопутствующим восстановлением пирувата до пропионата.

     Пировиноградная кислота - обязательное промежуточное  соединение в брожении.

Пируват может быть превращен в пропионат  несколькими путями:

1). пируват  →акрилат→пропионат;

2). пируват→лактат→пропионат;

3). пируват  + С ₁ →сукцинат →метилмалонат →пропионат.

     Первые  две возможности у пропионовых  бактерий не реализуются, и образование  пропионата происходит из дикарбоновой кислоты по третьему пути.

     Сначала лактат окисляется до пирувата при  участии флавопротеида в качестве акцептора водорода, затем в реакции транскарбоксилирования образуется оксалоацетат. Донором СО₂ служит (S)-метилмалонил-КоА, а переносчиком СО₂ - биотин. Под действием малатдегидрогеназы и фумаразы образуется фумарат, который восстанавливается до сукцината в реакции, катализирующей фумаратредуктазой. Эта реакция сопряжена с синтезом АТР путем фосфорилирования, сопряженного с переносом электронов. Далее в КоА - трансферазной реакции образуется сукцинал-КоА. Затем под действием метилмалонил-КоА-мутазы, содержащей кофермент В₁₂, осуществляется перегруппировка, ведущая к образованию (R)-метилмалонил-КоА, который, однако, не является субстратом для транскарбоксилазы. Скорее всего, (S)-стереоизомер образуется при действии специфической рацемазы. В зтом случае в реакции транскарбоксилирования синтезируется пропионил-КоА, и в результате последующего переноса КоА на сукцинат образуется пропионат.

     В процессе сбраживания лактата в  пропионат потребляется одна молекула NADH₂. Она образуется при окислении лактата до ацетата в соответствии с суммарным уравнением реакций брожения:

Лактат + NADH₂ + ADP + Pi → Пропионат + NAD + ATP.

Реакции, ведущие к образованию пропионовой  кислоты у пропионовокислых бактерий, могут быть представлены следующей  последовательностью:

1) Пируват + метилмалонил-КоА (а) ↔оксалоацетат+пропионил-КоА

2) Оксалоацетат+пропионил-КоА

3) Сукцинат + пропионил-КоА (+ КоА-трансфераза)↔сукцинил-КоА+пропионат

4) Сукцинил-КоА  ↔(+метилмалонилизомеразая)↔метилмалонил-КоА

5) Метилмалонил-КоА  (в) ↔(+метилмалонилрацемаза)↔метилмалонил-КоА(а)

Суммарно: пируват + 4H⁺→ пропионат.

Превращение оксалоацетата в сукцинат происходит в результате работы ферментов ЦТК: малатдегидрогеназы, фумаразы и сукцинатдегидрогеназы. Уксусная кислота образуется в результате окислительного декарбоксилирования пирувата:

6) Пируват  + HAD⁺ + КоА(+пируватдегидрогеназа)↔ацетил-КоА+Н⁺ + НADH + CO₂,

7) Ацетил-КоА  + Ф_н (+фосфотрансацетилаза)↔ ацетил-Ф + КоА, ацетил-Ф + АDФ (+ацетилкиназа)↔ацетат + АТФ.

     Итак, разобранный выше поток реакций  приводит к синтезу пропионовой кислоты. Однако пропионовокислое брожение — более сложный процесс, поскольку наряду с пропионовой кислотой в качестве продуктов брожения образуются уксусная, янтарная кислоты и CO₂.

     Кроме основных продуктов в разных количествах  в культуральной жидкости пропионовых бактерий обнаружены молочная, муравьиная, изовалериановая кислоты, этиловый и пропиловый спирты, уксусный и пропионовый альдегиды, ацетоин, диацетил. Состав конечных продуктов брожения зависит от культуры бактерий, состава среды и условий культивирования. Это касается как видов накапливаемых продуктов, так и количественных соотношений между ними.

     Соотношение продуктов брожения может быть разное и в значительной степени зависит  от степени окисленности источника  углерода. Между количеством организмов и количеством образующихся кислот нет прямой связи.

     Таким образом, уникальность пропионовокислого  брожения обусловлена: 1) участием ФЕП  – карбоксилтрансфосфорилазы фермента, не обнаруженного у других организмов, синтезирующих пропионат; благодаря  наличию этого фермента, брожение, осуществляемое пропионово-кислыми бактериями, работает как циклический процесс.

     2) особым способом образования  пропионата, которое сопряжено с  восстановлением фумарата до  сукцината и окислением пирувата  до ацетата и СО₂; транспорт электронов, сопровождающий эти реакции, сопряжен с окислительным фосфорилированием и синтезом АТФ;

     3) высокий выход АТФ, превышающий  выход АТФ в других известных  брожениях. 1,5 М глюкозы могут  дать пропионовокислым бактериям  около 6 М АТФ.

     Энергетическая эффективность пропионовокислого брожения связана также с выработкой пропионовыми бактериями новых метаболических способностей: реакций транскарбоксилирования и перегруппировки, участия в процессе КоА-производных. Образование дикарбоновой кислоты из пировиноградной с использованием механизма транскарбоксилирования вместо прямого карбоксилирования пирувата позволяет избежать дополнительных энергетических затрат на этом этапе брожения. Все это вместе взятое позволяет рассматривать пропионовокислое брожение как более совершенный из рассмотренных до сих пор способов получения энергии в анаэробных условиях.

Пропионово-ацидофильно-бульонная  культура (ПАБК)

     Пропионовокислые  бактерии й обнаружена способность  к активному синтезу витамина B₁₂, который накапливается внутри клеток. Эта особенность используется для промышленного получения витамина B₁₂ на отходах производства (молочной сыворотке и др.) с добавлением кукурузного экстракта в качестве источника витаминов.

     Для профилактики желудочно-кишечных заболеваний  молодняка и лучшего развития его широко используются различные диетические препараты (средства) и диетические корма. Смешанная культура пропионово-кислых бактерий, синтезирующих витамин B12. Ее используют при болезнях желудочно-кишечного тракта как лечебное и профилактическое средство, а также при В-гиповитаминозах, алиментарных анемиях и истощении молодняка.

     Препарат  готовят в ветеринарных лабораториях. В его состав входят витамины группы В (В₁₂, В₂, В₁, пантотеповая и никотиновая кислоты). В 1 л препарата содержится 1000 мкг и более витамина В₁₂. ПАБК применяют внутрь за 15…20мин до кормления 3 раза в день до выздоровления. Для профилактики диспепсии препарат дают с первого дня рождения теленка в течение 3…4 дней 1 раз в день в дозе 40…50мг.

     Супоросным  свиноматкам рекомендуется дача ПАБК по 50мг на голову в день как средство, повышающее неспецифическую резистентность, и предупреждающее незаразные болезни животных. Препарат скармливают в два курса по 10 дней: первый за 2мес, второй за 10 дней до опороса. 

     5? Микробиологические процессы, происходящие при приготовлении сена обыкновенного, бурого.