Контрольная работа по "Микробиологии"

4. Химическая  природа, сущность действия и классификация  ферментов микроорганизмов.

После того как стало возможным исследование ферментов в бесклеточной среде, была окончательно установлена их химическая природа. Было выявлено, что все они представляют собой вещества белковой природы и, как все белки могут быть простыми и сложными в зависимости от сопутствующего компонента небелкового характера (  простетической группы).

   Полную аминокислотную последовательность для многих белков , в том числе и для ферментов. Помимо первичной структуры, определяемой последовательностью расположения аминокислот, для проявления специфических свойств белка (в ном числе ферментативной активности) важную роль играют более высокие уровни - вторичная и третичная структуры, сущность которых заключается в определённом расположение полипептидных цепей в пространстве.

   Вторичная и третичная структуры белков поддерживаются сравнительно слабыми  внутримолекулярными связями, и  поэтому легко могут быть разрушены  разными физическими и химическими  воздействиями. Такое нарушение высших структур белка без повреждения его первичной структуры составляет сущность денатурации. При денатурации белок нередко утрачивает свои биологические свойства, в случае ферментов исчезает ферментативная активность. Современные методы исследования позволяют получить представление не только о первичной структуре белков. Есть ферменты, для которых полностью выяснено простанственное расположение атомов, составляющее их молекулу, то-  есть расшифрованы вторичная и третичная структуры. Это достигнуто благодоря применению исключительно тонкого и сложного метода, так называемого рентгеноструктурного анализа. Некоторым белкам свойственен ещё более высокий уровень структуры - четвертичная структура. Это уже надмолекулярный уровень: функционирование такого белка нуждается не в одной, а в нескольких молекулах (  чаще всего в двух или четырёх), которые вместе образуют комплекс, обладающий всеми специфическими свойствами. Каждая отдельная молекула такого белка, составляющая четвертичный комплекс, называется субъединицей. Многие ферменты построены из субъединиц. В одних случаях субъединицы сами обладают активностью, в других их субъединицы по отдельности неактивны. Субъединицы, сопоставляющие молекулу фермента, могут быть одинаковыми, но могут и отличатся друг от друга. Представление о молекуле фермента как структуре, состоящей из субъединиц ,  позволяет нам объяснить одно очень интересное и практически важное явление. Существуют фетменты, различающиеся по строению, но катализирующие одну и ту же реакцию, они называются изоферментами. Такие ферменты довольно широко распространены в организме, и их выявление имеет большое значение в медицине. 

Классификация ферметов

   Сейчас  известно около 2 тысяч ферментов, но список этот не закончен. В зависимости  от типа катализируемой реакции все  ферменты подразделяются на 6 классов:

   Ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные  реакции,-реакции оксидоредуктазы;

   Ферменты  переноса различных  групировокгруппировок ( метильных, амино- и фосфогрупп и другие)- трансферазы.

   Ферменты, осущевствляющие гидролиз химических связей,-связей - гидролазы

   Ферменты  негидролитическогоне гидролитического отщепления от субстрата различных группировок (NH3, CO2,H2O и другие)- лиазы.

   Ферменты, ускоряющие синтез связей в биологических  молекулах при участии доноторов энергии, например АТФ,- лигазы.

   Ферменты, катализирующие превращение изомеров друг в друга,- изомеразы.

   ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ – ферменты, катализирующие   окислительно-восстановительные процессы в организме. Они осущевствляют перенос водорода и электронов и по своим  привиальным названием известны как дегидрогеназы, оксидазы и пероксидазы. Эти ферменты отличаются тем, что имеют специфические коферменты и простетические группы. Их подразделяют на функциональные группы доноров, от которых они принимают водород или электроны, и акцепторов, на которые они их передают (на СН-ОН группу, СН- NH группу, C-NH группу и другие).

   ТРАНСФЕРАЗЫ – ферменты, переносящие атомные группы ( в зависимости от отготого, перенос какой группы они осущевствляют, их соответственно называют). Среди них известны ферменты осущевствляющие транспорт больших остатков, например гликозилтрансферазы и другие. Трансферазы Трансферазы благодаря разнообразию переносимых ими остатков принимают участие в промежуточном обмене веществ.

   ГИДРОЛАЗЫ – ферменты, катализирующие гидролитическое расщепление различных субстратов (при участии молекул воды). В зависимости от этого среди них различают эстеразы, расщипляющие сложноэфирную связь между карбоновыми кислотами  (липаза) тиоловых эфиров, фосфоэфирную связь и так далиедалее; гликозидазы, расщепляющие гликозидные связи, пептид - гидролазы, действует на пептидную связь и другие.

   ЛИАЗЫ. К этой группе относятся ферменты, способные отщеплять различные группы от субстрата негидролитическимне гидролитическим путём с образованием двойных связей или, напротив, присоединять группы к двойной связи. При расщеплении образуется Н2О или СО2 или большие остатки- например ацетил- СоА. Лиазы играют весьма важную роль в процессе обмена веществ.

   ИЗОМЕРАЗЫ – ферменты, катализирующие превращение изомерных форм друг в друга, то - есть осуществляющие внутримолекулярное превращение различных групп. К ним относятся не только ферменты, стимулирующие реакции взаимных переходов оптических и геометрических изомеров, но и такие, которые могут способствовать превращению альдоз в кетозы или перемещению эфирной связи и другие.

   ЛИГАЗЫ. Раньше эти ферменты не отделяли от лиаз, так как реакция последних часто идёт в двух направлениях, однако недавно было выяснено, что синтез и распад в большинстве случаев происходит под влиянием различных ферментов, и на этом основании выделен отдельный класс лигаз (синтетаз). Ферменты, обладающие двойным действием, получили название бифункциональных. Лигазы принимают участие в реакции соединения двух молекул, то-естьто есть синтетических процессах, сопровождающихся расщеплением макроэнергитических связей АТФ или других макроэргов.  
 
 
 
 
 

5. Мутации и мутагенные факторы

     Мутации (от латинского mutatio - изменение) - внезапные, возникающие естественно или вызываемые искусственно изменения наследственных свойств организма в результате перестроек и нарушений в генетическом материале организма - хромосомах и генах. Мутации обладают следующими свойствами:

     возникают внезапно, скачкообразно;

     передаются  из поколения в поколение (наследуются);

     ненаправленны, т.е. под действием одного фактора может мутировать любой участок хромосомы;

     одни  и те же мутации могут возникать  повторно.

     Факторы, способные вызывать мутации, называются мутагенными. Их воздействие на живые  организмы приводит к появлению  мутаций с частотой, превышающей  уровень спонтанных мутаций. Различают  следующие мутагенные факторы:

     физические (к ним относятся все виды ионизирующих излучений - гамма- и рентгеновские лучи, протоны, нейтроны и др., ультрафиолетовое излучение, высокие и низкие температуры);

     химические (многие алкилирующие соединения, аналоги азотистых оснований нуклеиновых кислот, некоторые биополимеры - чужеродные ДНК или РНК, алкалоиды и многие другие);

     биологические (вирусы, бактерии).

     Часто мутагенные факторы называют мутагенами (от мутации и греческого genes - рождающий, рождённый). Мутагены, увеличивающие частоту мутаций в сотни раз (нитропроизводные мочевины) называются супермутагенами.

     Процесс образования мутаций с помощью  физических или химических мутагенов  называется мутагенезом. Последний  является одним из важнейших приёмов  экспериментальной генетики. Часто термины "мутагенез" и "мутационный процесс" отождествляются, что не оправдано, т.к. мутационный процесс - это многоэтапный процесс возникновения спонтанных или индуцированных мутаций, а мутагенез - это процесс индукции мутаций.

     Мутации называют прямыми, если их проявление приводит к отклонению признаков  от так называемого дикого типа, наиболее распространённого в природе, и обратными (реверсиями), если их проявление приводит к полному или частичному восстановлению дикого типа.

     Мутации бывают:

     генеративными (происходят в половых клетках и в этом случае передаются последующим поколениям);

     соматическими (происходят в любых других - соматических - клетках организма и в этом случае наследуются только при вегетативном размножении);

     ядерными (затрагивают хромосомы ядра);

     цитоплазматическими (затрагивают генетический материал, заключённый в цитоплазматических органоидах клетки - митохондриях, пластидах и т.п.).

     В зависимости от характера изменений  в генетическом материале различают  следующие мутации: точковые, инсерции, хромосомные перестройки или аберрации, и мутации, заключающиеся в изменении числа хромосом.

     Точковые мутации представляют собой вставки или выпадения, а также изменения (транзиции и трансверсии) пары нуклеотидов ДНК (или нуклеотида РНК). Они могут изменять функцию отдельных генов, а также нескольких соседних генов одного оперона в случае полярного эффекта, т.е. выключения всех генов, расположенных дистально от оператора по отношению к возникшей мутации (полярные мутации).

     Инсерции - вставки молекул ДНК в ген, приводящие чаще всего к его инактивации или сильному полярному эффекту в оперонах.

     Хромосомные перестройки возникают в основном, по-видимому, за счёт "незаконной" рекомбинации, т.е. рекомбинации негомологичных участков генетического материала. К ним относятся:

     делеции, в том числе дефишенси (концевые нехватки хромосом);

     инверсии, дупликации, транслокации, транспозиции - перемещения участков генетического материала, соизмеримых по длине с геном, между хромосомами или в пределах одной хромосомы.

     Изменения числа хромосом в клетках организма  могут быть кратными гаплоидному  набору (анеуплоидия).

     В зависимости от возникновения выделяют три главные группы мутаций: генные, хромосомные и геномные. К генным относят все точковые мутации, к геномным - изменения числа хромосом. Хромосомные аберрации могут быть отнесены как к генным, так и к хромосомным мутациям, в зависимости от размера участка, затрагиваемого аберрацией.

     Генные (точковые) мутации затрагивают, как правило, один или несколько нуклеотидов, при этом один нуклеотид может превратиться в другой, может выпасть (делеция), продублироваться, а группа нуклеотидов может развернутся на 180 градусов. Например, широко известен ген человека, ответственный за серповидно – клеточную анемию, который может привести к летальному исходу. Соответствующий нормальный ген кодирует одну из полипептидных цепей гемоглобина. У мутантного гена нарушен всего один нуклеотид (ГАА на ГУА). В результате в цепи гемоглобина одна аминокислота заменена на другую(вместо глутамина – валин). Казалось бы ничтожное изменение, но оно влечет за собой роковые последствия: эритроцит деформируется, приобретая серповидно – клеточную форму, и уже не способен транспортировать кислород, что и приводит к гибели организма. Генные мутации приводят к изменению аминокислотной последовательности белка. Наиболее вероятное мутация генов происходит при спаривании тесно связанных организмов, которые унаследовали мутантный ген у общего предка. По этой причине вероятность возникновения мутации повышается у детей, чьи родители являются родственниками. Генные мутации приводят к таким заболеваниям, как амавротическая идиотия, альбинизм, дальтонизм и др.

     Хромосомные мутации приводят к изменению  числа, размеров и организации хромосом, поэтому их иногда называют хромосомными перестройками. Хромосомные перестройки  делятся на внутри- и межхромосомные. К внутрихромосмным относятся:

     Дубликация – один из участков хромосомы представлен более одного раза.

     Делеция – утрачивается внутренний участок хромосомы.

     Инверсия  –повороты участка хромосомы на 180 градусов.

     Межхромосомные перестройки (их еще называют транслокации) делятся на:

     Реципрокные – обмен участками негомологичных хромосом.

     Нереципрокные – изменение положения участка хромосомы.