Подавление роста и гибель микроорганизмов под действием различных агентов - Рост микроорганизмов - Общая микробиология - Статьи - Микробиология
Вторник, 06.12.2016, 11:11Главная | Регистрация | Вход

Меню сайта

Форма входа

Поиск

На хостинг

Наш опрос

Что бы Вы хотели видеть на сайте?
Всего ответов: 933

Опечатки

Система Orphus

Статистика


Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Статьи
Главная » Статьи » Общая микробиология » Рост микроорганизмов

Подавление роста и гибель микроорганизмов под действием различных агентов

Ряд химических агентов замедляет или полностью тормозит рост микроорганизмов. Если то или иное вещество подавляет рост бактерий, а после его удаления рост вновь возобновляется, то говорят о бактериостатическом действии. Бактерицидные вещества вызывают гибель клеток. Тот или другой эффект, однако, зависит от концентрации действующего вещества. Кроме того, среди бактерий существуют формы, устойчивые к общим клеточным и метаболическим ядам (таким, как сероводород, фенол или окись углерода) и даже способные использовать их как источники энергии. Для многих антимикробных агентов удалось в той или иной мере выяснить субклеточную мишень и механизм действия.

Повреждение поверхностных структур или слоев клетки. Этанол в достаточно высокой концентрации (70%) вызывает коагуляцию белков и оказывает бактерицидное действие. Фенолы, крезолы, нейтральные мыла и поверхностно-активные вещества (детергенты) действуют на наружные слои клеток и нарушают избирательную проницаемость плазматической мембраны. Клеточные мембраны состоят главным образом из липидов и белков. Детергенты имеют полярную структуру, причем их молекулы содержат как липофильные группы (длинные углеводородные цепи или ароматические кольца), так и гидрофильные ионизированные группы. Накапливаясь в липопротеиновых мембранах (тоже имеющих полярную структуру), детергенты нарушают их функции. Поскольку эти вещества обладают широким спектром антимикробного действия, их обычно применяют для дезинфекции различных поверхностей и одежды. С детергентами сходны по своему действию некоторые полипептидные антибиотики (полимиксин, колистин, бацитрацин, субтилин) и антимикробные вещества растительного происхождения.

Повреждение ферментов и нарушение метаболизма. Некоторые тяжелые металлы (медь, серебро, ртуть и др.) действуют как сильные ферментные яды даже в малых концентрациях (так называемое «олигодинамическое действие»). Как в виде солей (HgCl2, CuCl, AgN03), так и в форме органических соединений (таких, как п-гидроксимеркурибензоат) они связывают SH-группы и тем самым глубоко изменяют третичную и четвертичную структуру ферментных белков. Блокируется также функциональная сульфгидрильная группа кофермента А. Цианид действует как дыхательный яд - связывая железо, он блокирует функцию терминального дыхательного фермента цитохромоксидазы. Окись углерода подавляет дыхание, конкурируя со свободным кислородом за цитохромоксидазу, т.е. действует путем «конкурентного торможения». Антимицин А нарушает перенос электронов по дыхательной цепи, ингибируя цитохром-с-редуктазу. 2,4-Динитрофенол разобщает процессы окисления и фосфорилирования в митохондриях. Арсенат ингибирует фосфорилирование на уровне субстрата. Фторацетат блокирует цикл трикарбоновых кислот. Сначала он, подобно ацетату, активируется и используется как предшественник цитрата (так называемый летальный синтез), а образовавшийся фторцитрат ингибирует аконитазу и тем самым тормозит дальнейшие превращения цитрата.

Конкурентное ингибирование. Примером конкурентного торможения может служить действие малоната, который подавляет превращение сукцината в фумарат. Это действие чрезвычайно специфично и  проявляется уже при низких концентрациях малоновой кислоты. В то время как подавление, вызванное цианидом (в известной концентрации) нельзя устранить повышением концентрации субстрата, т. е. парциального давления О2, подавление, вызванное малонатом, можно частично или полностью снять, повысив концентрацию сукцината. Как полагают, нормальный метаболит – сукцинат - конкурирует со своим структурным аналогом, или антиметаболитом, - малонатом - за каталитический центр фермента сукцинатдегидрогеназы. В основе конкурентного ингибирования лежит структурное сходство ингибиторов с нормальными клеточными метаболитами. Проникший в клетку антиметаболит может различными путями воздействовать на процессы биосинтеза. В приведенной ниже схеме три метаболита представлены черным цветом, а три антиметаболита – красным.

Нарушение синтеза клеточных компонентов. Самым известным примером торможения роста в результате включения структурного аналога в один из клеточных компонентов служит действие производных сульфаниловой кислоты. Антибактериальное действие сульфонамидов было обнаружено чисто эмпирически (Домач); лишь позднее ключ к пониманию механизма этого действия был найден в структурном сходстве между сульфонамидами и n-аминобензойной кислотой. n-Аминобензойная кислота входит в состав одного из коферментов, а именно тетрагидрофолиевой кислоты. У большинства бактерий тетрагидрофолиевая кислота синтезируется из более простых компонентов. Однако при добавлении к питательной среде n-аминобензойной кислоты или сульфонамидов эти вещества беспрепятственно проникают в клетку и включаются в фолиевую кислоту. Когда включается сульфонамид, это приводит к синтезу нефункционирующего кофермента и в конечном счете к остановке роста клеток. Действие сульфонамидов можно снять повышением концентрации п-аминобензойной кислоты: в основе подавления лежит конкурентный механизм. В организме животного фолиевая кислота не образуется de novo и не синтезируется из более простых компонентов: животные должны получать ее в готовом виде с пищей. Поэтому в их организме сульфонамид не может включаться в этот кофермент и не может, таким образом, оказывать вредное воздействие. Возможность использовать сульфонамиды в качестве лечебного средства связана с тем, что синтетические способности животного организма ограниченны.

Ингибирование сукцинатдегидрогеназы малонатом и торможение роста бактерий производными сульфаниловой кислоты - примеры антагонистических отношений между нормальными клеточными метаболитами и их структурными аналогами. Антагонизм между метаболитами и антиметаболитами (структурными аналогами) может проявляться на разных уровнях. Структурные аналоги могут препятствовать включению нормальных метаболитов и тем самым синтезу отдельных клеточных компонентов. Они могут также включаться в полимеры, а это может приводить к снижению активности и даже к полной инактивации какого-либо фермента или нарушать функцию нуклеиновой кислоты.

Подавление синтеза белков антибиотиками. Белковый синтез у прокариот специфически подавляется рядом антибиотиков. Действие их направлено на функцию 70S-рибосом. Стрептомицин и неомицин тормозят процесс связывания аминокислот между собой. Эритромицин нарушает функцию субъединиц 50S. Тетрациклины препятствуют присоединению аминоацил-тРНК к рибосомам. Хлорамфеникол подавляет включение аминокислот в белки, так как, по-видимому, создает препятствие для связывания аминокислот при участии пептидилтрансферазы. Хлорамфеникол (левомицетин) применяется в медицине как весьма действенный бактериостатик, а в биохимических исследованиях - как селективный ингибитор синтеза белка, не влияющий на другие метаболические процессы. Упомянутые антибиотики, конечно, действуют на рибосомы митохондрий и хлоропластов также и в клетках эукариот. Но, так как, например, наружная мембрана митохондрий очень мало проницаема для стрептомицина, этот антибиотик в тех низких концентрациях, в которых его применяют в терапии, почти не действует на эукариотические клетки. Деление названных органелл у эукариот прекращается лишь при использовании в 1000 раз более высоких его концентраций. Если воздействовать высокими концентрациями стрептомицина на эукариот (дрожжи, эвглену, точки роста высших растений), то в процессе их роста число митохондрий и хлоропластов будет уменьшаться, и можно получить  клетки  и  ткани  с сильно  пониженным  числом  этих   органелл.

Подавление синтеза нуклеиновых кислот антибиотиками. Некоторые антибиотики подавляют синтез нуклеиновых кислот. Митомицин С избирательно препятствует синтезу ДНК, не оказывая на первых порах влияния на синтез РНК и белков. Полагают, что действие его основано на образовании поперечных сшивок в двойной спирали ДНК и на разрыве ее цепей. Актиномицин D образует с двухцепочечной ДНК комплекс, присоединяясь к остаткам гуанина; он нарушает синтез РНК всех трех типов, но не влияет на репликацию ДНК. Рифампицин воздействует на ДНК-зависимую рНК-полимеразу и подавляет тем самым синтез мРНК у бактерий.

Торможение синтеза клеточных стенок. О подавлении синтеза пептидогликана у прокариот пенициллином, цефалоспорином и другими веществами, действующими на клеточные стенки, уже говорилось.

Гибель и уничтожение микроорганизмов. Под гибелью микроорганизмов имеют в виду необратимую утрату способности к росту и размножению; в лабораторных условиях это обычно означает потерю способности к образованию колоний. Многие повреждения, как правило приводящие к гибели клетки, в определенных условиях могут быть обратимы. Хорошо известно явление реактивации после облучения ультрафиолетом или воздействия высоких температур. Количественные данные относительно гибели микроорганизмов (естественной или вызванной каким-либо агентом) можно получить только для популяции, но не для отдельных клеток. В некоторых случаях скорость уменьшения числа живых клеток в популяции в любой момент времени пропорциональна числу имеющихся жизнеспособных клеток; процесс отмирания клеток подчиняется тогда кинетике реакций первого порядка N = N0-к (где к -коэффициент, характеризующий скорость отмира ния). Это относится, например, к стерилизации облучением.

Категория: Рост микроорганизмов | Добавил: Wiki (30.12.2009)
Просмотров: 2680 | Теги: микробиология, бактериостатики, Бактерициды, бактерии, подавление роста
Copyright MyCorp © 2016 |