Дезинтеграция как инструмент для направленного разрушения клеток и клеточных структур - Реферат

Для получения метаболита, не накапливающегося в среде в обычных условиях в заметных количествах, часто требуются особые приемы радикального воздействия на клетки. Сущность этих приемов заключается в "дезорганизации" нормально функционирующих систем клетки с целью вычленения их отдельных участков. С практической точки зрения необходимым и достаточным является разрыв клеточной оболочки, который может быть вызван различными повреждающими факторами: физическими, механическими, химическими, энзиматическими, биологическими. В природных условиях дезинтеграция клеток и клеточных систем вызывается внутриклеточными (внутренними) и внешними причинами. Вызванную действием внутренних факторов дезинтеграцию обычно определяют как естественную.1) состоит из клеточной стенки, цитоплазматической мембраны, цитоплазмы с включениями и ядерного аппарата, называемого нуклеоидом. Имеются другие структуры: мезосома, хроматофоры, тилакоиды, вакуоли, включения полисахаридов, жировые капельки, капсула (микрокапсула, слизь), жгутики, пили. Рассмотрим подробнее основные структуры клетки: · Клеточная стенка Основным компонентом клеточной стенки этих бактерий является многослойный пептидогликан (муреин, мукопептид), составляющий 40-90% массы клеточной стенки. При нарушении синтеза клеточной стенки бактерий, в них образуются клетки с измененной (часто шаровидной) формой: протопласты - бактерии, полностью лишенные клеточной стенки; сферопласты - бактерии с частично сохранившейся клеточной стенкой.Бактерии подразделяются на две естественные группы, что обусловлено различиями в строении их клеточной стенки. У грамположительных бактерий, таких как Staphylococcus, Bacillus и Lactobacillus в муреиновую сетку встроены другие компоненты, в основном полисахариды и белки, что делает клеточную стенку сравнительно толстой. У грамотрицательных бактерий, таких как Salmonella, E. coli и Azotobacter, клеточная стенка тоньше и имеет более сложное строение. Муреиновый слой у этих бактерий снаружи покрыт гладким тонким мембраноподобным слоем липидов и полисахаридов, защищающим клетки от лизоцима - антибактериального фермента, содержащегося в слезах, слюне и других биологических жидкостях, а также в белке куриного яйца. У грамположительных микроорганизмов клеточная стенка состоит из толстого пептидогликанового слоя N-ацетилглюкозамина и остатков N - ацетилмурамовой кислоты, соединенных пептидными мостиками.Если продукт локализован внутри клеток, их разрушают, удаляют клеточные осколки и выделяют продукты из осветленной среды; секретируемый продукт выделяют непосредственно из среды. Для отделения биомассы клеток или культуральной жидкости используют сепараторы, осадительные центрифуги, фильтр - прессы, вакуум - барабанные фильтры, ротационно-вакуумные фильтры, отстойники. Суспензию клеток непрерывно подают в барабан центрифуги, клетки концентрируются в нем, осветленная жидкость удаляется. Когда барабан заполняется осажденными клетками, центрифугу останавливают и клетки собирают. Завершающие стадии биотехнологических процессов - выделение целевого продукта - существенно различаются в зависимости от того, накапливается продукт в клетке или он выделяется в культуральную жидкость, или же продуктом является клеточная биомасса.Для дезинтеграции клеток применяют разнообразные методы.К физическим методам дезинтеграции относятся: обработка ультразвуком, вращение лопасти или вибратора, баллистическое разрушение, продавливание с помощью пресса, измельчение твердой замороженной клеточной массы, осмотический шок, замораживание-оттаивание, декомпрессия (сжатие с последующим резким снижением давления). Помимо этого, материал стенок клетки разрушается на мелкие осколки. После размола и измельчения ультразвуковая обработка создает больше внутриклеточного материала; при этом в ферментах образуется осколки стенок клеток, которые преобразуют крахмал в сахарозу. Необходимо следить за тем, чтобы зазор между пестиком и стенками сосуда оставался постоянным, так как скорость разрушения клеток зависит не только от скорости вращения пестика, но и от соотношения между радиусами пестика и сосуда. В большинстве случаев клетки разрушаются за 3-6 мин при температуре ниже 4 °С.Химические методы дезинтеграции основаны на разрушении клеточной оболочки под воздействием щелочей, кислот, детергентов, ингибиторов синтеза оболочки клетки. Разрушение клеточных стенок таким методом включают обработку щелочью, органическими растворителями или детергентами. Например, рекомбинантный гормон роста человека очень просто выделить из клеток?? E. coli обработкой гидроксидом натрия.При относительно низких концентрациях пенициллина подавляется активность эндопептидазы, что приводит к образованию поперечных перегородок в клетках, деление последних подавляется, происходит их удлинение и образование нитеобразных форм. Под воздействием более высоких концентраций пенициллина подавляется активность и другого фермента - гликозидазы, образование нитеобразных форм прекращается, синтез клеточной стенки полностью

Содержание

Введение

1. Структура клетки

1.1 Устройство и функции клеточной мембраны

2. Понятие дезинтеграции клеток и ее цели

3. Методы дезинтеграции клеток

3.1 Физические методы

3.2 Химические методы

3.3 Химико-ферментативные методы

Заключение

Список литературы

Для получения метаболита, не накапливающегося в среде в обычных условиях в заметных количествах, часто требуются особые приемы радикального воздействия на клетки. Сущность этих приемов заключается в "дезорганизации" нормально функционирующих систем клетки с целью вычленения их отдельных участков. Одним из способов такой дезорганизации является повреждение в той или иной степени клеток микроорганизмов, от простого высушивания до глубокой дезинтеграции клеточных структур.

Дезинтеграция - это процесс необратимого нарушения анатомической целостности клеток. С практической точки зрения необходимым и достаточным является разрыв клеточной оболочки, который может быть вызван различными повреждающими факторами: физическими, механическими, химическими, энзиматическими, биологическими. В природных условиях дезинтеграция клеток и клеточных систем вызывается внутриклеточными (внутренними) и внешними причинами. К внутренним причинам можно отнести факторы генетической природы. К различным внешним воздействиям можно отнести физические, физико-химические, химические и биологические факторы. Причем любой из этих факторов при достаточной интенсивности и продолжительности может стать дезинтегрирующим. Вызванную действием внутренних факторов дезинтеграцию обычно определяют как естественную.

Наряду с естественной дезинтеграцией бывает искусственная (насильственная) дезинтеграция. Последняя целенаправленно применяется человеком и часто используется в научной и производственной деятельности.

При этом основной задачей дезинтеграции является извлечение функционально активных структур и биополимеров.

В настоящее время можно определить три направления практического применения методов искусственной дезинтеграции клеточных систем: 1. Дезинтеграция биомассы (животной, растительной, микробной) для производства продуктов пищевого, кормового и технического назначения.

2. Дезинтеграция как способ стерилизации и инактивации живых систем.

3. Дезинтеграция как инструмент для направленного разрушения клеток и клеточных структур.