Учебное пособие министерство Российской Федерации по связи и информатизации Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им проф. М. А. Бонч-Бруевича

Вид материала

Учебное пособие

Содержание 1.2. Механизмы питания, дыхания и передачи наследственной информации Особенности автотрофного питания. F– фермент нитроген Типы гетеротрофного питания. Общая схема (по Грину и др. [12]) переваривания пищи (углеводов, белков и жиров) Пищеварительные ферменты и их действие 1.2.2. Типы дыхания Клеточное дыхание. F– ферменты – оксидазы F Молочная кислота + F Жиры в качестве дыхательного субстрата при участии ферментов – липаз Белки используются для дыхания, когда исчерпаны все запасы углеводов и жиров. Сначала белки гидролизируются до аминокислот Chohcooh + Внешнее дыхание (газообмен). 1.2.3. Типы передачи наследственной информации Свойства ДНК и ее синтез Этапы синтеза белка. Транспортные РНК ДНК (ядро)  мРНК(цитоплазма)  белок Гены и ферменты. ... Полное содержание

Подобный материал:

• Федеральное агентство связи санкт-петербургский государственный университет телекоммуникаций, 30.2kb.
• Федеральное агентство связи санкт-петербургский государственный университет телекоммуникаций, 39.82kb.
• М. А. Бонч-Бруевича Кафедра опдс бочелюк Т. В., Доронин Е. М. «Назначение и примеры, 612.04kb.
• Петербургский Государственный Университет телекоммуникаций им проф. М. А. Бонч-Бруевича, 55.39kb.
• «мобильная связь», 49.1kb.
• Название доклада: универсальный, 63.37kb.
• Проблемы формирования учебно-методического комплекса, 151.02kb.
• Название учреждения, 806kb.
• Дорогие друзья и коллеги!, 15.57kb.
• Федеральное агентство связи государственное образовательное учреждение, 361.18kb.

1.2. Механизмы питания, дыхания и передачи наследственной информации

1.2.1. Типы питания

Все процессы питания управляются ферментативными реакциями. По типу питания организмы разделяются на автотрофные, вырабатывающие органические вещества из простых неорганических соединений при воздействии солнечной или химической энергии (растения и некоторые бактерии) и гетеротрофные, использующие для питания готовую органику (в основном животные, а также ряд микроорганизмов и грибов).

Особенности автотрофного питания. К основным процессам автотрофного питания относятся фотосинтез и хемосинтез.

а) Фотоавтотрофы. Это организмы, содержащие пигменты, избирательно поглощающие видимый свет. Пигментами называются высокомолекулярные природно-окрашенные соединения (хлорофиллы и каротиноиды), свойства которых более подробно описаны в п. 2. 5.3.

В клетках растений они вместе с ферментами, катализирующими фотосинтез, находятся в мембранах хлоропластов – органеллах цитоплазмы. Общее уравнение фотосинтеза можно записать в виде:

cвет

6CO₂ + 6H₂O + F = C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + F,

(2)

где F – фермент карбоксилаза.

Данное уравнение отражает следующие особенности фотосинтеза: вода за счет солнечной энергии распадается внутри клетки на кислород и водород. К водороду присоединяется СО₂ в процессе ферментативной реакции карбоксилирования, результатом которой является образование углеводов (глюкозы – C₆H₁₂O₆), а кислород выделяется в окружающую среду. Эта реакция необычайно важна для поддержания жизни на Земле, так как она является основным источником кислорода.

Скорость фотосинтеза у растений уменьшают различные ингибиторы промышленного и антропогенного происхождения. Для их контроля в БСС используют фотосинтезирующие пигменты растений (п. 2.5.3).

Другим примером фотосинтезирующей реакции, перерабатывающей вредный для млекопитающих сероводород, является реакция его разложения фотосинтезирующими серобактериями (зелеными или пурпурными по окраске). Солнечное излучение поглощается пигментом бактериохлорофиллом, и обусловливает протекание следующей реакции:

свет

СO₂ + H₂S + F ––> Углеводы + 2S + H₂O + F,

(3)

где F– фермент дегидрогеназа, катализирующий отщепление водорода от H₂S, в результате чего сероводород распадается на водород и серу. Часть водорода расходуется на синтез углеводов, часть – на синтез воды. Вместо кислорода, выделяющегося при фотосинтезе у растений, при реакции поглощения СО₂ образуются вода и сера.

Свойство ферментов таких бактерий отщеплять водород от химических соединений ученые сегодня пытаются использовать для биофотолиза воды, т. е. разложения ее на водород и кислород в целях создания солнечных водородных топливных элементов.

б) Хемоавтотрофы. Эти организмы используют СО₂ как источник углерода, но получают энергию не от Солнца, а с помощью окислительных реакций.

Например, нитрифицирующие бактерии получают энергию за счет окисления соединений азота: аммиака до нитритов (4), а затем до нитратов , которые поглощаются растениями.

2NH₃ + 3O₂ + F = 2HNO₂ + 2H₂O+ F + энергия,

(4)

где F– фермент нитрогеназа.

Азот очень важен для плодородия почвы, но внесенный в виде химических веществ, он плохо усваивается растениями. Нитрифицирующие бактерии являются природными преобразователями азота из неорганической формы в органическую. Бактерии-нитрификаторы также выполняют в природе важную роль переработчиков аммиака, образующегося при разложении отмершей органики и различных выделений животных.

Активность фермента данной реакции может подавляться загрязнениями окружающей среды. Поэтому очень важно иметь возможность биосенсорной оценки его активности (п. 2.5.1).

Железобактерии получают энергию в результате окисления соединений железа (Fe²⁺  Fe³⁺ + энергия), а бесцветные серобактерии – серы до сульфатов (S  + энергия), усваиваемых растениями.

Хемотрофы выживают в условиях отсутствия солнечного освещения за счет переработки неорганических веществ. Поэтому их используют при утилизации бытовых и промышленных отходов.

Типы гетеротрофного питания. Голозойный тип питания свойственен человеку и большинству животных. Пища в виде сложных органических соединений вводится внутрь тела, где она подвергается расщеплению на небольшие молекулы, которые могут усваиваться организмом или выводиться из него. Особенностью подобного питания является наличие цепей ферментативных реакций для расщепления пищи и промежуточных продуктов. Реакции регулируются кислотностью внутренней среды организма.

Общая схема (по Грину и др. [12]) переваривания пищи (углеводов, белков и жиров)

* Включают ферменты, отщепляющие аминокислоты от полипептидов:

Аминопептидазы – со стороны аминогруппы;

Карбоксипептидазы - со стороны углеродной группы.



Элементы ферментативных реакций пищеварения и условия их протекания приведены в табл. 1. Многие из этих ферментов сегодня производятся промышленным способом (прил. 2) для создания различных товаров. Амилазы выделяют из термофильных бактерий (п. 1.1.2) и используют в моющих средствах в целях расщепления углеводных загрязнений в теплой воде. Липазы применяют для обнаружения и удаления жиров. Для медицины и экологии представляют также интерес ферменты, расщепляющие продукты выделения теплокровных организмов. Например, уреааза разлагает мочу на водные соединения и азот. Подобные ферменты могут применяться в искусственной почке для удаления мочевины из крови, в технологиях очистки хозбытовых стоков [3].

У низших организмов выделяют три типа питания продуктами в основном растительного происхождения: симбиотический, паразитический и сапрофитный.

 

Таблица 1

Пищеварительные ферменты и их действие

 

Секрет	Фермент	Место действия	Оптимум рН	Субстрат	Продукт
Слюна (из слюнных желез)	Амилаза слюны	Ротовая полость	6,5–7,5	Амилоза крахмала	Мальтоза
Желудочный сок (из слизистой желудка)	(Про)реннин (у молодых) Пепсин(оген) Соляная кислота (не фермент)	Желудок Желудок Желудок	2,0 2,0	Казеиноген молока Белки Пепсиноген Нуклеопротеины	Казеин Пептиды Пепсин Нуклеиновая кислота и белок
Кишечный сок (из слизистой кишечника)	Амилаза Мальтаза Лактаза Сахараза Нуклеотиазы Эрепсин Энтерокиназа	Тонкий кишечник ” ”   ”   ” ”   ”	8,5 ” ”   ”   ” ”   ”	Амилоза Мальтоза Лактоза Сахароза Нуклеотиды Пептиды и дипептиды Трипсиноген	Мальтоза Глюкоза Глюкоза + галактоза Глюкоза + фруктоза Нуклеозиды Аминокис-лоты Трипсин
Панкреатический сок (из поджелудочной железы)	Амилаза Трипсин(оген)   Химотрипсин(оген) Карбоксипептидаза Липаза Нуклеазы	” ”     ”   ”   ”     ”	7,0 ”     ”   ”   ”     ”	Амилоза Белки Химотрип-синоген Белки Пептиды Жиры   Нуклеиновые кислоты	Мальтоза Пептиды Химотипсин Аминокис-лоты Аминокис-лоты Жирные кислоты +глицерол Нуклеотиды
Желчь (из печени)	Соли желчных кислот (не ферменты)	”	”	Жиры	Жировые капли

При симбиотическом питании один организм питается отходами другого, не причиняя ему вреда. Например, нитрифицирующие бактерии, живущие на бобовых растениях снабжают их азотом. В кишечнике млекопитающих находятся бактерии, помогающие расщеплять питательные вещества, например кишечная палочка E.coli. Благодаря безвредности данной бактерии для человека она широко используется при создании БСС.

При паразитическом питании организм-паразит разрушает системы жизнедеятельности организма-хозяина.

При сапрофитном питании организмы выделяют ферменты на мертвый или разлагающийся органический материал. К ним относятся грибы, ряд бактерий и насекомых. Некоторые сапрофиты выделяют ферменты протеазы, способные разлагать белки, растворять оболочки других клеток, в том числе болезнетворных. Поэтому протеазы широко применяют в качестве объектов биотехнологии (п. 2.1.1) в моющих средствах, а также в БСС для обнаружения с помощью ферментативных реакций различных специфичных для них белков-субстратов.

1.2.2. Типы дыхания

Дыханием можно назвать процессы получения химической энергии за счет окисления органических веществ. К ним относят не только внешнее дыхание, для которого необходимы специализированные органы (легкие, жабры), но и дыхание, происходящее в клетках организма.

Клеточное дыхание. При этом виде дыхания выделенная энергия запасается организмом в виде универсального энергетического носителя – АТФ (аденозинтрифосфата), а частично рассеивается в виде тепла. Все остальные процессы организма получают энергию от АТФ, который транспортируется в структуры клетки.

При разложении АТФ в клетке путем гидролиза выделяется энергия. АТФ состоит из углеродной, азотной и трех фосфатных групп. При гидролизе этого соединения в клетке происходит отщепление одной или двух фосфатных групп и образование АДФ – аденозиндифосфата и АМФ – аденозинмонофосфата. При этом выделяется энергия для жизнедеятельности клетки.

Для образования АТФ необходима энергия  G , выделяемая при различных ферментативных окислительных реакциях:

1) химического окисления молекулярным кислородом:

А + O₂ + F  AO₂ + F +  G,

(5)

где F– ферменты – оксидазы;

2) биологического окисления (отщепления водорода):

AH₂ + B + F  A + BH₂ + F+  G,

(6)

где F – ферменты – дегидрогеназы;

3) бескислородного разложения углеводов (гликолиза):

C₆H₁₂O₆ + F Молочная кислота + F +  G,

(7)

где F – ферменты процесса гликолиза;

4) окисления ионных форм:

Fe ²⁺ + F  Fe ³⁺+ F + e +  G,

(8)

где F – ферменты, катализирующие реакцию получения электронов e.

Аэробное дыхание. Это дыхание, для которого требуется кислород. Оно является механизмом долговременного получения энергии для организма человека и высших форм живого.

Углеводы являются основными соединениями для процессов дыхания.

При бескислородном гликолизе углеводов в цитоплазме клеток происходят реакции фосфорилирования при участии ферментов фосфорилаз и образования глюкозофосфата, а затем распада его в несколько этапов до молочной кислоты.

При этом на одну молекулу углеводов образуется 2 молекулы АТФ.

Дальнейшие этапы аэробного дыхания происходят в клеточных органеллах митохондриях. Здесь осуществляется получение энергии путем дегидрирования с образованием CO₂ (цикл Кребса), окисления ионных форм и, наконец, окисления отщепленных в результате дегидрирования атомов водорода молекулярным кислородом до воды. Последний этап катализируется медьсодержащим белком-ферментом цитохромоксидазой.

Перенос электронов и атомов водорода в митохондрии осуществляется коферментами, образующимися в цитоплазме при гликолизе. Это положительно заряженные молекулы НАД и НАДФ на основе производного от витамина группы В. Катализ реакции переноса ими водорода осуществляется коферментом ФАД на основе производного от витамина В₂.

Окончательно реакцию аэробного дыхания можно записать:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂  6CO₂+ 6 H₂0 + G (38 АТФ).

(9)

Жиры в качестве дыхательного субстрата при участии ферментов – липаз гидролизируются до жирных кислот и глицерола. Затем эти соединения дегидрируются и окисляются в митохондриях, при этом образуется 100–150 молекул АТФ на одну молекулу жиров. Семена растений, а также печень человека, его сердечная мышца, почки, мышцы (в состоянии покоя) покрывают значительную часть своих энергозатрат за счет жирных кислот.

Белки используются для дыхания, когда исчерпаны все запасы углеводов и жиров. Сначала белки гидролизируются до аминокислот, а затем от последних отщепляются аминогруппы с выделением энергии. В зависимости от природы “углеродных скелетов” аминокислот дальнейшее окисление происходит по схеме расщепления углеводов или жирных кислот.

В БСС очень часто используют ферменты митохондрий. Эти органеллы длиной в единицы мкм, а шириной в десятые доли мкм были обнаружены в клетках еще в конце XIX в., их удалось выделить из клеток и обнаружить протекание в них окислительно-восстановительных реакций. Внутри митохондрий под электронным микроскопом обнаруживаются гребневидные складки, на которых размещены мультиферментные системы цикла Кребса и железо- и медьсодержащие белковые соединения. Проницаемость АДФ и АТФ через мембраны осуществляют ферменты транслоказы.

В БСС применяют различные ферменты дегидрогеназы, выделенные из митохондрий, которые катализируют преобразование промежуточных субстратов дыхательного цикла, АТФ, а также коферменты процессов аэробного дыхания (пп. 2.5.1, 2.5.2).

В БСС также используют организмы с аэробным дыханием, например бактерии E. coli (п. 2.2.7) или ферменты, катализирующие реакции аэробного дыхания, такие как фермент глюкозооксидаза (пп. 2.5.1, 3.2.3).

Анаэробное дыхание. При этом типе дыхания процесс окисления идет в отсутствии кислорода. Процесс включает гликолиз и спиртовое брожение:

C₆H₁₂O₆ + F  2C₂H₅OH + 2CO₂ + F +  G (2 АТФ),

(10)

или молочнокислое:

C₆H₁₂O₆ + F  2 CH₃ CHOHCOOH + F +  G (2 АТФ),

(11)

где F – ферменты брожения.

В БСС нередко используют дрожжевые клетки, получаемые промышленным способом, которые обладают способностью к анаэробному дыханию (п. 2.3.1).

Внешнее дыхание (газообмен). При аэробном и анаэробном дыхании между организмом и внешней средой должен происходить обмен газами.

У мелких организмов диффузионный газообмен может происходить через тонкие ткани или дыхательные трубочки (трахеи) длиной не больше 1 см. У крупных организмов развиваются специализированные органы газообмена с большой площадью дыхательной поверхности (легкие у человека), а роль переносчика газов выполняет дыхательный пигмент крови. Оптические спектры поглощения дыхательных пигментов изменяются при насыщении крови кислородом.

Загрязнения среды могут действовать на систему диффузионного газообмена и уменьшать кислородную емкость пигментов крови.

1.2.3. Типы передачи наследственной информации

Все организмы делятся на два надцарства – прокариотов (не имеющих ядра), к которым относятся бактерии и сине-зеленые водоросли, и эукариотов (имеющих ядро) – к ним относятся все организмы, начиная с одноклеточных (например, водоросли, простейшие) и кончая человеком.

У прокариотов наследственная информация заключена в ДНК, а у эукариотов – в одном ядре или нескольких, при делении которых после окрашивания можно выделить носителей наследственных признаков – хромосомы (“окрашиваемые тела”). Хромосомы состоят из локусов, в которых локализованы блоки генов с ДНК. При делении ядра может происходить обмен близко расположенными локусами. Генами называются факторы, определяющие признаки организма и соответствующие определенным участкам хромосом.

Изменение генотипа (набора генов) воздействует на фенотип (внешний вид организма), который изменяется за счет дискретного набора наследственных признаков, определяемого составом хромосом. Мутации организмов – внезапные изменения генотипа организмов (структуры ДНК), обеспечивающие передачу мутантного признака последующим поколениям.

Модификации – изменения организма, не затрагивающие его генотипных структур и поэтому не передающихся по наследству.

Для выявления мутаций подбирают организмы с хорошо различимыми фенотипическими изменениями (например, окраски цветка или тычинок у растений, длины или формы хвостового плавника у рыб, цвета глаз у мухи-дрозофиллы, пигментации или формы тела у бактерий).

Свойства ДНК и ее синтез. В 60-е гг. из клеток бактерий E.coli был выделен фермент ДНК-полимераза, позволяющий размножать ДНК, в результате действия которого из двойной спирали родительской ДНК можно получить пару идентичных спиралей ДНК [11]. Однако эти цепи нельзя было использовать для синтеза белков, так как двойные спирали не были связаны между собой. Такое связывание катализирует другой фермент ДНК-лигаза, обеспечивающий биологическую активность ДНК и возможность синтеза белков.

Для получения участков исходных цепей ДНК, выделенных из бактерий, применяют фермент ДНК-рестриктазу (restrict – ограничение), который “узнает” участок ДНК и катализирует расщепление последовательности нуклеотидов.

Этапы синтеза белка. Белки синтезируются под прямым контролем генетического кода. Синтез белка происходит в цитоплазме, тогда как генетический носитель (ДНК) находится в ядре клетки.

а) Транскрипция. Согласно современным представлениям перенос информации из ядра в цитоплазму осуществляет матричная РНК (мРНК), одноцепочечная молекула, нуклеотиды которой присоединяются к ДНК при участии фермента РНК-полимеразы в соответствии с правилами формирования оснований.

 

Основания ДНК		Основания РНК
А (аденин)		У (урацил)
Г (гуамин)		Ц (цитозин)
Т (тимин)		А (аденин)
Ц (цитозин)		Г (гуамин)

Время существования мРНК различно у разных клеток: у бактерий – минуты, в эритроцитах во время синтеза гемоглобина до нескольких дней.

б) Трансляция. Механизм перевода кода мРНК в последовательность аминокислот белка осуществляется в рибосомах – органеллах цитоплазмы, в которых находится рибосомная РНК (рРНК). Она кодируется генами, находящимися в ядре клетки.

Структура рРНК сходна у всех организмов от бактерий до растений и животных. Для подтверждения этого сходства в бесклеточный экстракт бактерий E.coli, содержащий наборы аминокислот, вносили рибосомы из клеток крысиной печени и наблюдали синтез белков E.coli на “чужих” рибосомах.

Транспортные РНК (тРНК) доставляют содержащиеся в цитоплазме аминокислоты к рибосомам. Каждая аминокислота присоединяется к тРНК при участии фермента тРНК-синтетазы. Рибосома “считывает”, перемещаясь вдоль мРНК, код аминокислот, присоединяет их, забирая от тРНК до появления стоп-кодонов. После этого полипептидная цепь покидает рибосому, трансляция завершается, а мРНК распадается. Отделяющиеся от рибосомы цепи аминокислот могут сразу приобретать пространственную структуру белков.

Возможен обратный перенос информации – от РНК к ДНК [3]. Фермент обратная транскриптаза позволяет из мРНК получить одноцепочечную молекулу ДНК с комплементарной молекуле мРНК нуклеотидной последовательностью.

Значение ферментов состоит в том, что они образуют набор инструментов для получения новых ДНК, так как появляются возможности разрезать цепи ДНК, включать новые фрагменты, присоединять их и копировать.

Передача информации для синтеза естественного белка:

ДНК (ядро)  мРНК(цитоплазма)  белок

Передача информации в целях воспроизводства искусственного белка:

белок  мРНК(цитоплазма)  ДНК для нового белка(ядро)

Возможность обратимости передачи наследственной информации используется в генной инженерии (п. 2.2.7).

Гены и ферменты. Еще в начале XX в. высказывалось предположение, что отсутствие необходимых генов определяет врожденные ошибки метаболизма [11]. Сегодня установлено, что синтез ферментного белка определяется структурными генами, а его полипептида – участком ДНК (цистроном).

Гены-регуляторы могут управлять процессом запуска нового фермента (прил. 1). Например, так объясняется способность бактерий E.coli усваивать кроме глюкозы другой вид углевода -– лактозу (находится в молоке млекопитающих), вырабатывая соответственно новый фермент –  -галактоз-оксидазу.

Типы размножения. У организмов встречаются два типа размножения – бесполый (митоз) и половой (мейоз).

При митозе в результате деления ядра клетки образуются два дочерних ядра с набором хромосом, идентичным родительским.

К видам бесполого размножения относятся следующие: 

• деление одноклеточных организмов;
  
• образование спор – одноклеточных репродуктивных единиц, обычно микроскопических размеров, состоящих из небольшого количества цитоплазмы и ядра);
  
• почкование – образование новой особи в виде выроста на родительском теле, отделение от него и превращение в самостоятельный организм, совершенно идентичный родительскому);
  
• размножение фрагментами – разделение особей на несколько частей, каждая из которых образует новую особь;
  
• клонирование – перенос ядра зрелых клеток, закончивших свое развитие, в новую клетку, ядро которой перед этим искусственно разрушают.
  

Потомство одной особи, полученное путем митоза, называется клоном. Организмы клона могут иметь заметные генетические различия только в результате мутаций. Это явление применяется для исследования мутагенности загрязнителей.

При мейозе (соединении двух половых клеток) набор хромосом не идентичен родительским. Половое размножение осуществляется у высших организмов с помощью половых клеток – гамет, носителей генетического материала. На их состояние воздействуют мутагенные факторы – вещества химической природы или ионизирующие излучения. При исследовании половых клеток млекопитающих, пыльцы растений, семян плодов, икры рыб можно обнаружить эффект накопления вредных веществ. Яйца водоплавающих птиц часто характеризуются наивысшей аккумуляцией загрязнений.

У прокариотов процессы полового размножения происходят в форме обмена фрагментами ДНК при соприкосновении клеток или при трансформации ДНК под действием внешних факторов. У эукариотов половое размножение происходит в форме распада макроядер и обмена образующимися при этом микроядрами. Переход к половому размножению иногда совершается через некоторое время после начала бесполого размножения (при недостатке корма, наличии мутагенов).

При изменении температуры тип размножения может меняться. Поэтому невозможно получить множество идентичных организмов: изменчивость – фундаментальное свойство живого, обусловливающее приспособление к среде, возникает как при мейозе, так и при митозе.

1.2.4. Защитная система организмов

Виды иммунитета. Млекопитающие обладают иммунитетом, т. е. способностью распознавать вторжение в организм живого вещества, несущего генетически чужеродную информацию, мобилизовывать клетки и образуемые ими вещества на более быстрое и эффективное удаление чужеродного вещества.

У млекопитающих сформировались два вида иммунитета – клеточный и гуморальный.

Клеточный иммунитет основан на окружении инородного тела специализированными клетками крови (лимфоцитами и фагоцитами), в результате чего чужеродные вещества уничтожаются или отторгаются.

Гуморальный иммунитет инактивирует чужеродный материал за счет реакции “антиген-антитело”. Антиген – чужеродное вещество, вызывающее образование антител. Обычно он является белковой или полисахаридной молекулой, находящейся на поверхности микроорганизма или в свободном виде. Антитело – макромолекула, обладающая высоким сродством к чужеродному веществу, синтезируемая организмом в ответ на его присутствие. По структуре антитело представляет собой белок иммуноглобулин, содержащийся в плазме крови [31].

Антитело обладает свойством специфичности, т. е. оно образует комплекс только с определенным антигеном. Образование комплекса антиген-антитело называется преципитацией (с лат. “быстрое падение вниз”). При этом клетки с антигенами слипаются и оседают.

Если анализируемый компонент обладает свойствами антигена, т. е. способностью вызывать в организме человека или животного синтез антител, то взаимодействие антиген-антитело дает возможность количественно определять этот компонент в сыворотке крови, растительном соке, в почве и других средах, содержащих сотни и тысячи различных веществ (п. 2.5.6).

Иммунная память. При естественном врожденном иммунитете антитела передаются от одного организма другому при рождении. Естественный приобретенный иммунитет возникает в результате инфицирования каким-либо новым агентом, когда организм вырабатывает новые антитела, а иммунная память сохраняет информацию об ответе на антиген. При его проникновении она снова быстро вырабатывает нужные средства защиты. Загрязнение окружающей среды может ослаблять иммунитет людей и животных, что способствует росту числа заболеваний.

При искусственном активном иммунитете в организм вводятся ослабленные антигены, на которые он вырабатывает антитела и запоминает этот ответ иногда на всю жизнь. При искусственном пассивном иммунитете сам организм не участвует в борьбе с антигеном, а в него вводится сыворотка с готовыми антителами. При этом лечебное действие достигается в более короткое время, но без запоминания ответа иммунной памятью.

Антибиотики. Это вещества, продуцируемые различными организмами: грибами, бактериями, а также клетками растительного и животного организмов, обладающие способностью препятствовать размножению микробов или вызывать их гибель. Антибиотические свойства были сначала обнаружены в слезах человека, но основные формы антибиотиков получают из почвенных бактерий, особенно рода Streptomyces, из которых выделены антибиотики стрептомицинового и тетрациклинового ряда.

Антибиотики отличаются друг от друга как по своим физико-химическим свойствам, так и по способности действовать на тех или иных патогенных микробов. Для оценки активности антибиотиков используются микроорганизмы и построенные на их основе БСС.

Вирусы. Это мельчайшие живые организмы размерами от 20 до 300 нм, по химической природе представляющие собой фрагменты ДНК, либо РНК в белковой оболочке. Попав внутрь клетки, вирусы “отключают” ее ДНК и дают клетке команду синтезировать новые копии ДНК вируса.

Плазмиды. Так называют фрагменты ДНК, которые присоединяются к ДНК хозяина и размножаются с ней, но не нужны для выживания клетки. В последние годы их считают клеточными паразитами, устроенными проще, чем вирусы. Плазмиды придают клеткам хозяина целый ряд новых свойств. Например, есть плазмиды, которые кодируют выработку фермента пенициллиназы, разрушающей пенициллин и создающий устойчивость к нему бактерий. Плазмиды используются для синтеза новых ДНК (п. 2.2.7).

Свертывание крови. На свертывание крови влияет наличие фермента тромбопластина, который, выделяясь из поврежденных тканей, катализирует превращение белка плазмы протромбина в фермент тромбин, расщепляющий белок фибриноген для образования нитей фибрина. В сети из нитей задерживаются форменные элементы крови и образуется защитный сгусток. Ингибитором свертывания является полисахарид гепарин.

На процесс заживления ран влияет активность коллагеназы (фермента, активизирующего синтез волокон коллагена). Коллагеназу можно получить из почвенных бактерий рода Streptomyces. На основе коллагеназы микробного происхождения разрабатываются нетоксичные, неалллергенные фармацевтические композиции для заживления и очищения раневых, ожоговых и других повреждений кожи [38].

Активные формы веществ [9]. На поверхности свежей раны выделяется жидкость, называемая раневым эксудатом. В ней содержится каталаза, фермент, разлагающий перекись водорода. В присутствии гемсодержащих белков (с группой гемоглобина) и ионов железа, находящихся также в эксудате, такое разложение перекиси водорода проходит с образованием активных форм кислорода (АФК), токсичных для чужеродных клеток. Некоторые клетки крови (гранулоциты и моноциты) также в целях борьбы с чужеродными клетками, такими как болезнетворные бактерии и грибы, выделяют АФК и радикалы гидроксила OH^–.