РЕФЕРАТ ПО ХИМИИ
НА ТЕМУ: «АНТИБИОТИКИ»
Выполнила ученица
10 класса «А» Мирзоева Н.А.
Введение
АНТИБИОТИКИ (от греч. anti- — против и biоs — жизнь), органические вещества, образуемые живыми организмами и обладающие способностью подавлять развитие микроорганизмов и задерживать рост опухолевых клеток. Свойство одних организмов влиять на жизнедеятельность других было подмечено в конце 19 века русским ученым И. И. Мечниковым, который предложил использовать молочнокислые бактерии болгарской простокваши против гнилостных бактерий микрофлоры кишечника. Позже предпринималась попытка лечить гнойные раны зеленой плесенью — пеницилловыми грибками (см. Пеницилл). Первый антибиотик (пенициллин) был открыт английским ученым А. Флемингом в 1929. Следующими были выделены грамицидин и тиротрицин (Р. Дюбо, Dubos; 1939). Термин «антибиотики» предложил в 1942 американский микробиолог З. Ваксман, первооткрыватель стрептомицина (1943; Нобелевская премия, 1952).
Распространение антибиотиков в природе
Подавляющее большинство природных антибиотиков образуется микроорганизмами, в основном, бактериями (главным образом актиномицетами из родов Streptomyces, Micrimonospora, Nocardia — 65%) и макроскопическими мицелиальными грибами (20%) родов Penicillium, Acremonium, Fusidium и др.
Кроме того, противомикробные вещества выделяют лишайники, многие моллюски, губки и другие морские животные, высшие растения (фитонциды). Какую роль в жизни всех этих организмов играют антибиотики, до конца неясно. Возможно, эти вещества помогают им в борьбе за существование в природных популяциях или служат регуляторами обмена веществ, играющими роль факторов адаптации в меняющихся условиях окружающей среды, а может быть, они представляют собой просто «отходы» — продукты жизнедеятельности организмов.
Химическая природа
По химической природе антибиотики принадлежат к различным классам химических соединений. Среди них есть углеводы, белки, пептиды, микроциклические лактоны, терпеноиды, хиноны, гетероциклические соединения и др. В зависимости от объектов, против которых направлено их действие, среди антибиотиков различают: антибактериальные, способные подавлять развитие бактерий (бактериостатическое действие) или убивать их (бактерицидное действие); противогрибковые, подавляющие рост микроскопических грибов (нистатин, гризеофульвин, леворин); противоопухолевые, которые задерживают размножение клеток злокачественных опухолей (оливомицины, актиномицины, антрациклины); противовирусные (производные рифамицина) и антибиотики, активные в отношении простейших (трихомицин, парамомицин).
Механизмы действия
По механизму действия на молекулярном уровне выделяют: антибиотики, подавляющие синтез пептидогликана — опорного полимера клеточной стенки бактерий (пенициллины, циклосерин и др.); антибиотики, нарушающие молекулярную структуру клеточной мембраны (полиены, новобиоцин); ингибиторы синтеза белка и функций рибосом (тетрациклины, макролидные антибиотики и др.), ингибиторы метаболизма РНК (в том числе актиномицины, антрациклины) и ДНК (митомицин С, стрептонигрин).
Проблема резистентности микроорганизмов
Длительное применение того или иного антибиотика приводит к появлению устойчивых (резистентных) к нему фopм микроорганизмов, и они становятся невосприимчивыми к его действию. Резистентность контролируется генами, локализованными как на бактериальной хромосоме, так и на внехромосомных генетических элементах — плазмидах, причем детерминанты устойчивости могут передаваться от хромосомы к плазмиде и наоборот. Широкому распространению резистентности способствовала способность бактерий к обмену генетическим материалом (в процессе конъюгации, трансфекции, трансформации). Более того, благодаря этому появилась полирезистентность, обусловленная наличием нескольких генов, каждый из которых при экспрессии обеспечивает резистентность к определенному антибиотику.
В основе механизма внехромосомной, или плазмидной, резистентности (связанной с экспрессией плазмидных генов, ответственных за устойчивость к антибиотику), лежит способность к образованию инактивирующих антибиотики ферментов, или преобразующих (модифицирующих) молекулы, с которыми антибиотик взаимодействует. Кроме того, устойчивость может быть обусловлена синтезом специфических белков цитоплазматической мембраны, благодаря которым снижается ее проницаемость для антибиотика, или образованием в цитоплазматической мембране систем быстрого активного выведения антибиотика из клетки. Возможны и другие механизмы.
Хромосомная резистентность возникает при различных мутациях, нарушающих нуклеотидную последовательность в генах белков и рибосомных рибонуклеиновых кислот (pРНK), являющихся мишенями действия антибиотиков. Изменение структуры белков или рРНК может значительно ослабить их связь с антибиотиком или вообще сделать ее невозможной. Например, устойчивость к рифомицинам обусловлена мутациями, приводящими к изменению структуры одной из субъединиц фермента РНК-полимеразы, а к новобиоцину — -субъединицы другого фермента — ДНК-гиразы.
Часто устойчивость к одному и тому же антибиотику определяется разными механизмами. Например, в цитоплазматической мембране грамотрицательных бактерий, устойчивых к тетрациклину, обнаружено пять белков, кодируемых плазмидными генами и препятствующих накоплению антибиотика в клетке. Кроме того, устойчивость к тетрациклину возникает также вследствие мутации в генах, контролирующих синтез компонентов рибосом. Знание биохимических и генетических механизмов, обеспечивающих устойчивость бактерий к антибиотикам, позволяет рационально их использовать, вести направленный поиск новых лекарственных препаратов. Изучение причин устойчивости микроорганизмов к антибиотикам привело к существенному прогрессу в молекулярной генетике. Благодаря им были открыты плазмиды и предложены методы по их использованию в генетической инженерии.
Заключение
Большинство антибиотиков получают, выращивая продуцирующие их микроорганизмы в ферментерах (специальных емкостях, используемых в микробиологическом синтезе) на специальных питательных средах. Синтезированные микроорганизмами антибиотики извлекают и подвергают очистке. Всего описано более 4500 природных антибиотиков, но только около 60 из них нашли применение в борьбе с различными заболеваниями человека, животных и растений. Так как не все природные антибиотики пригодны для использования в лечебных целях, разработаны способы иx химической и микробиологической модификации — получения полусинтетических антибиотиков. Однако из примерно 100 тысяч известных полусинтетических антибиотиков только некоторые обладают ценными для медицины качествами. Для ряда антибиотиков разработаны методы полного химического синтеза, но, как правило, такой синтез очень сложен и дорогостоящ (только левомицетин и циклосерин получают таким путем). Наряду с развитием традиционных способов получения новых антибиотиков (поиск микроорганизмов-продуцентов, модификация природных антибиотиков) большое значение приобретают методы генетической инженерии.
Использование плесневых грибов для производства антибиотиков
При длительном применении некоторые антибиотики могут оказывать токсическое действие на центральную нервную систему человека, подавлять его иммунитет, вызывать аллергические реакции. Однако по выраженности побочных явлений они не превосходят другие лекарственные средства. Многие антибиотики широко использует при исследованиях в области биохимии и молекулярной биологии в качестве специфических ингибиторов определенных процессов, протекающих в клетках. Антибиотики используются в животноводстве для улучшения роста и развития молодняка (антибиотики добавляются в корма), в пищевой промышленности (консервирующие средства).