Отходы метаболизма III

Разнообразие родов и видов бактерий обусловливает разнообразие путей метаболизма утилизируемых веществ. Определение какого-либо соединения в качестве неразлагаемого подразумевает прежде всего недостаток информации о микроорганизмах, способных использовать это соединение. Для повышения эффективности биодеградации целесообразно использовать смещанные культуры микроорганизмов. В то же время один и тот же организм способен деградировать сразу несколько близкородственных соединений. Процесс природной селекции подходящих микроорганизмов может быть дополнен искусственной селекцией, например, с использованием селекционного реактора. Эта система в процессе своего функционирования создает благоприятные условия для роста культуры, обладающей нужным набором метаболических активностей. Посевным материалом для реактора может быть биомасса активного ила с заводов по переработке городских отходов [21]. [c.133]

Остается, однако, фундаментальная и так и не решенная до сих пор проблема, касающаяся этих широко распространенных вторичных метаболитов. Попросту говоря, каковы их биологические функции В связи с этим некоторые исследователи полагают, что эти вещества являются отходами метаболизма, хотя многие из них токсичны для организма, который продуцирует их до тех пор, пока они не выбрасываются в окружающую среду (например, летучие монотерпены, образуемые многими растениями) или не превращаются в безвредные вещества в самом организме. Другие исследователи считают вторичные метаболиты и в особенности те, которые обнаруживаются в растениях, важными факторами совместной эволюции растений, животных и насекомых. Эта точка зрения заключается в том, что выборочное стремление некоторых животных и насекомых к опустошению фауны определяется качеством производимой растениями химической продукции. Это, в свою очередь, приводит к выработке растениями таких соединений, которые отталкивают животных и других травоядных и тем самым смягчают процесс истребления растений. В настоящий момент взгляды биологов по вопросу о том, какая из этих двух гипотез верна, четко разделяются, и первым шагом на пути к пониманию функции вторичных метаболитов в организме является выяснение их биологического происхождения. Химики-органики достигли существенного прогресса в этой области за последние два десятилетия, и в результате сейчас четко вырисовываются пути, по которым происходит биосинтез многих вторичных метаболитов. Эти исследования, обобщен-ные в конце тома 11 русского издания (в заключительных главах тома 5 английского издания) [c.15]

Среди множества природных соединений существует обширный класс изопреноидов (или терпеноидов), включающий тысячи структурно различных соединений, которые объединены единством пути биосинтеза из небольшого числа ключевых предшественников. Роль некоторых соединений этого класса, таких, как витамины А и D или стероидные гормоны, уже давно известна они выполняют важнейшие регуляторные функции в организмах млекопитающих. Также понятна практическая полезность ряда других издавна известных изопреноидов, как, например, камфоры, ментола или каучука. Однако долгое время ничего конкретного не было известно ни о функциях, ни о полезных свойствах еще сотен природных соединений этого класса. В результате к 50-м годам XX в. сложилось мнение, что большинство изопреноидов, например растительного происхождения, образуются в живой клетке как физиологически инертный балласт для связывания отходов метаболизма (вторичные метаболиты). При этом как-то даже не ставился такой вопрос а почему все-таки организму потребовалось ценой значительных затрат энергии синтезировать те или иные, иногда очень сложные структуры, если их единственное назначение — обеспечивать функционирование системы удаления шлаков В те времена могло показаться, что лишь профессиональный педантизм и отсутствие воображения заставляют химиков вести нескончаемую работу по поиску и вьщелению, изучению строения, а также еще и синтезу все новых и новых природных изопреноидов. Типичная инвентаризация неликвидов, числящихся на балансе природы — вот мнение, которое авторам доводилось слышать от некоторых ученых-функционеров, от которых, к сожалению, зависело распределение средств на научные исследования. [c.19]

Основным условием применения биологической переработки сточных вод является постоянный контроль за возможным токсическим действием на установку со стороны поступающих стоков, с тем чтобы предотвратить серьезные повреждения системы или даже выход ее из строя. При эксплуатации установок по переработке отходов и промышленных сточных вод важно следить за тем, чтобы не возникали перегрузки. Обычные методы проведения анализов (например, измерение потребности в кислороде или определение pH) часто и недостаточно быстры, и малочувствительны. Однако в метаболической активности микроорганизмов существуют ключевые моменты, анализ которых дает возможность улавливать малейшие изменения в их состоянии. Например, благодаря внутриклеточному контролю метаболизма содержание АТР в популяции микроорганизмов сохраняется на относительно постоянном уровне, около 2 мкг на 1 мг сухой массы клеток. Изменения доступности субстрата или введение токсических веществ быстро сказываются на концентрации АТР внутри клеток. Мгновенная гибель клеток ведет к полной потере АТР за счет автолиза. Время оборота для АТР обычно не превышает 1 с. [c.264]

Как видно из этого перечня, проблема загрязнения окружающей среды довольно сложна и не может иметь простого решения. В принципе загрязнители - это побочные продукты жизнедеятельности человека как биологического вида и как социального, творческого существа. Они представляют собой органические и неорганические отходы метаболизма и пищеварения, а также хозяйственной деятельности человека [6], Оче- [c.16]

Внутри микробной клетки происходит ряд биохимических превращений питательных веществ, приводящих к синтезу новых клеточных компонентов (анаболические превращения) и к образованию низкомолекулярных соединений, включая продукты обмена или отходы метаболизма (катаболические превращения). Метаболический путь или последовательность внутриклеточных превращений характеризуют клетку как сложную систему с большим числом взаимосвязанных ироцессов, аналогичных стадиям крупного технологического производства. Так, согласно схеме на рис. 1.1, посту- [c.8]

С ионными насосами связана работа органов пищеварения и выделения различных животных, они принимают участие во всасывании продуктов пищеварения, выделении отходов метаболизма и др. В специальных клетках желудка позвоночных имеется протонная помпа. Она выкачивает в просвет желудка положительно заряженные ионы водорода, за которыми идут отрицательные ионы хлора так в желудке вырабатывается соляная кислота. [c.108]

Вакуоль —это обширный центральный отдел цитоплазмы, окруженный избирательно проницаемой мембраной тонопластом) и заполненный водным раствором солей и органических веществ, а также различными отходами метаболизма. В молодой клетке имеется множество мелких вакуолей, общий объем которых составляет, однако, лишь весьма небольщую долю от объема всей клетки (рис. 2.25). С ростом клетки эти мелкие вакуоли увеличиваются в результате поступления воды (гл. 6). и в конечном счете сливаются в одну большую центральную вакуоль, занимающую иногда свыше 90% общего объема клетки,-Центральная вакуоль оказывает давление на цитоплазму и, клеточные стенки. Это давление вносит свой вклад в поддержа.-ние формы растительного организма и придание ему надлежащей жесткости. [c.58]

Центральная вакуоль, на долю которой приходится около 90% объема клетки, является не просто резервуаром для отходов метаболизма ее заключенное в мембрану содержимое — раствор различных веществ — облегчает клетке поглощение воды за счет осмотических сил. Эта вода поглощается растением без затраты энергии — диффузия самих молекул воды обусловливает их поступление в вакуоль. [c.76]

Б. Внеклеточная жидкость этот компартмент содержит примерно одну треть всей воды, которая распределена между плазмой и интерстициальным пространством. Внеклеточная жидкость обеспечивает систему доставки. С ее помощью к клеткам поступают питательные вещества (например, глюкоза, жирные кислоты, аминокислоты), кислород, различные ионы и микроэлементы, а также многочисленные молекулы регуляторов (гормонов), координирующих работу пространственно разобщенных клеток. Внеклеточная жидкость удаляет СО2, отходы метаболизма и токсичные или обезвреженные вещества из непосредственного окружения клетки. [c.128]

Таким образом, все изложенное выше отрицает взгляд на фенолы лишь как на некие конечные продукты обмена веществ или отходы метаболизма растений. Разнообразие фенолов вполне соответствует их роли в процессах роста, обмена веществ, избирательного поглощения лучей солнца, в выполнении структурной, опорной и защитной функций. [c.44]

Печень - важнейший орган, в котором питательные вещества, всосавшиеся из кишечника, преобразуются для использования другими тканями организма. Большую часть крови печень получает прямо из кишечного тракта (через портальную вену). Гепатоциты ответственны за синтез, расщепление и хранение множества различных веществ. Они играют центральную роль в углеводном и жировом обмене всего организма и они же вырабатывают большую часть белков, содержащихся в плазме крови. В то же время гепатоциты сохраняют связь с просветом кишечника через систему мельчайших канальцев и более крупных протоков (рис. 17-10, Б). Через эти протоки гепатоциты выделяют в кишечник и отходы метаболизма, и эмульгирующее вещество - желчь, которая облегчает всасывание жиров. Внутри популяции гепатоцитов (в отличие от остальных частей пищеварительного тракта), по-видимому, нет заметного разделения труда все гепатоциты способны выполнять один и тот же широкий круг метаболических и секреторных функций. [c.162]

Но, как часто случается, жизнь сумела обойти это препятствие и даже обратила его в преимущество. Отходами жизнедеятельности первичных простейших организмов были такие соединения, как молочная кислота и этанол. Эти вещества намного менее энергоемки по сравнению с сахарами, но они способны высвобождать большое количество энергии, если полностью окисляются до СО2 и Н2О. В результате эволюции возникли живые организмы, способные фиксировать опасный кислород в виде Н2О и СО2, а взамен получать энергию сгорания того, что прежде было их отходами. Так появился аэробный метаболизм. [c.257]

Лабораторные исследования показали, что повышение температуры в целом увеличивает выход газа так, в одном лабораторном исследовании повышение температуры от 22 до 33 °С сопровождалось увеличением выхода газа на 70 %. В дальнейших работах [308] было установлено, что оптимальной для метаногенеза температурой является 41 °С и выход метана остается без изменения в температурном интервале 48—55 °С. Температура свалки меняется под действием микробного метаболизма (который, в свою очередь, определяется плотностью отходов, их удельной поверхностью, влажностью, исходной температурой, составом, доступностью акцепторов электронов, в особенности, кислорода), теплоты нейтрализации и солнечного тепла, которые находятся в равновесии с теплопотерями в атмосферу и в окружающую почву и воду. Однако быстрый разогрев часто связан с аэробным метаболизмом, в то время как анаэробиоз часто сопровождается снижением температуры [308]. [c.163]

В последнее время интерес к БОО появился снова теперь это связано с утилизацией различных отходов (например, целлюлозы и сыворотки). В одних случаях предполагается использовать природные микроорганизмы, в других - микроорганизмы, созданные методами генной инженерии. Но так или иначе, перспективы развития производства БОО будут определяться не природой микроорганизмов, а экономическими соображениями. Возможно, рентабельность производства удастся повысить, если БОО будут получать из побочных продуктов утилизации отходов. Для того чтобы разработать экономичный процесс производства БОО из отходов, необходимо изучить кинетику роста, метаболизм, возможности генетического манипулирования и безопасность многих микроорганизмов, а также вкусовые качества синтезируемых ими продуктов. [c.302]

Почва. Один из основных объектов окружающей среды — почва — образует особую биогеохимическую оболочку земного шара, являющуюся важнейшим компонентом биосферы. В ней сконцентрировано огромное количество различных живых организмов, продуктов их метаболизма и отмирания. Вместе с населяющими ее организмами почва служит универсальным биологическим адсорбентом и нейтрализатором органических соединений. В ней происходит разложение большинства отходов хозяйственной деятельности человека, которые становятся источником углерода и других элементов, необходимых для жизнедеятельности организмов [3, 17]. [c.685]

После завершения ферментации отделяют либо клетки (клеточную массу), содержащие необходимое нам вещество, либо жидкость, в которой накопился конечный продукт В первом случае отходом является жидкая часть культурального "бульона", во втором — плотная часть (клетки) Культуральная жидкость содержит биообъект, недоиспользованные компоненты питательной среды, продукты метаболизма, включая ожидаемый конечный (целевой) продукт От качества целевого продукта зависит выбираемый метод сепарирования клеток Например, при производстве экзополисахаридов, или экзогликанов культуральные жидкости становятся вязкими и, даже, гелеобразными, из которых выделить клетки продуцента удается лишь после разбавления их водой в 10—20 раз с последующим нагреванием, например, до 80°С, и сепарированием в подогретом виде на мощных сепараторах типа "Альфа Лаваль" (Швеция) Полученный разбавленный раствор полисахарида подвергается концентрированию путем мембранной фильтрации и вакуум-упаривания Если минорные компоненты в полидисперсном полисахариде количественно малы, то такой полисахарид может быть использован в качестве готового продукта, например, как вспомогательное вещество при изготовлении различных лекарственных средств [c.242]

Растительные клетки содержат также пластиды других типов. В бесцветных лейкопластах запасаются крахмал и масла. Значительное место во многих растительных клетках занимают окруженные одиночной мембраной крупные пузьфь-ш-вакуоли (см. рис. 2-21). Они заполнены клеточным соком и различными продуктами, являющимися отходами метаболизма. Эти продукты часто агрегируют с образованием кристаллических отложений. В молодых клетках вакуоли имеют небольшую величину, но по мере старения клеток их размеры увеличиваются, и часто они заполняют весь объем клетки. Вакуоли встречаются также и в некоторых животных клетках, но здесь они, как правило, значительно мельче. У растительных клеток нет ни ресничек, ни жгутиков. [c.47]

Отметим, что на каждую образующуюся молекулу мочевины потребляется один ион НСОз. Цикл мочевины позволяет, следовательно, организму избавляться от двух продуктов, представляющих собой отходы метаболизма,-от аммиака и бикарбоната. Этот факт дает также основания считать, что цикл мочевины принимает участие в регулировании pH крови, поскольку величина pH крови определяется соотношением растворенной СО2 и НСОз (разд. 4.11). [c.594]

Хотя мы рассматриваем цикл Кребса как начальную фазу дыхания, молекулярный кислород непосредственно не участвует ни в одной из составляющих его реакций. Следовательно, сам этот цикл можно считать анаэробным метаболическим путем в строгом смысле этого слова. " Однако в отличие от систем брожения в случае цикла Кребса регенерация окисленных кофакторов требует присутствия кислорода. В системе брожения нет реакций, которые приводили бы снова к полному окислению НАД-Н, образовавщегося в цикле Кребса, и поэтому для непрерывной работы этого цикла требуется сопряже.чие его с реакциями цепи переноса электронов (рис. 10). В этой цепи — конечной фазе дыхания — не только происходит повторное окисление кофакторов, необходимых для поддержания цикла Кребса, но, кроме того, 8 атомов водорода, присоединенных к кофакторам, используются таким образом, что энергия их электронов накапливается в биологически полезной форме, т. е. в виде АТФ. С энергетической точки зрения эта способность к использованию энергии электронов восстановленных кофакторов составляет больщое преимущество системы дыхания перед анаэробными реакциями, в случае которых эти электроны растрачиваются на образование ненужных отходов метаболизма, например МОЛОЧНО кислоты.. [c.42]

Цитоз — уникальный способ поглощения клеткой крупных веществ и частиц и их выделения с помощью изменения структуры, формы и размеров плазмалеммы (клеточной мембраны). Этот способ отличен от диффузии, пассивного и активного транспорта индивидуальных низкомолекулярных веществ через мембраны. Во внеклеточной среде (в большинстве случаев в низкой концентрации) содержится масса веществ среди них строительный материал для клеток, питательные вещества, физиол гиче-ски активные соединения, отходы метаболизма, а также то<-сины, бактерии, вирусы и пр. Каждая клетка при помощи плаз-.малеммы захватывает из среды нужные ей компоненть. Такой захват осуществляется при помощи эндоцитоза. [c.7]

При брожении АТР образуется путем субстратного фосфорилирования (разд. 2.2.2), при котором используется энергия, высвобождаемая в реакциях частичного окисления органических молекул, богатых водородом, таких как глюкоза. В отсутствие кислорода, который мог бы служить акцептором водорода, вьщеляемый при окислении молекул водород должен переноситься (через NADH или NADPH) на какую-то другую органическую молекулу (или на другую часть той же молекулы), которая при этом восстанавливается. Из органических конечных продуктов брожения один (или несколько) вьюодится из клетки в окружающую среду как отход метаболизма, а другие, такие как пируват, используются клеткой для биосинтезов. [c.478]

Один из методов повышения производительности биореакторов в технологии биосинтеза связан с так называемым "высокоплотностным культивированием" микроорганизмов, которое реализуется при проведении процесса по специальной программе с подпиткой субстратом в периодическом режиме культивирования [24]. Это повышает концентрацию клеток микроорганизмов в среде культивирования и при поддержании неизменной удельной скорости биосинтеза общую производительность биореактора. Однако такой процесс требует тщательного выдерживания необходимых параметров биосинтеза (прежде всего текущей концентрации органического субстрата и концентрации растворенного кислорода, а также pH и содержания минеральных компонентов питания). Кроме того, питательные субстраты должны подаваться в биореактор в концентрированном виде. Процесс с подпиткой был бы одним из наилучших решений при биологическом обезвреживании концентрированных токсичных стоков и отходов, поскольку он может привести не только к увеличению производительности биореактора, но и к уменьшению объема вторичных стоков и отходов со стадии биологической очистки, Однако применительно к переработке токсичных соединений возможности тфоцесса с подпиткой резко ограничиваются из-за образования побочных продуктов метаболизма, ингибирующих процесс окисления. Так, в наших экспериментах в обычными консорциумами фенолдеструкторов ингибирование окисления в режиме с [c.235]

Одним из проявлений биологической функции селена в животном организме служит его участие в обмене серосодержащих аминокислот. Этот элемент предохраняет от окисления SH-группы белков мембран эритроцитов и митохондрий, а также противодействует набуханию митохондрий, вызываемому тяжелыми металлами. Селеноаминокислоты, образовавшиеся в результате метаболизма селена, обладают радиопротектор-ными свойствами, ингибируя образование свободных радикалов и способствуют детоксикации таких вредных отходов производства, как метил-ртуть и соли кадмия а также висмута, таллия и серебра [c.18]

Естественные процессы утечки горючих ископаемых из залежей и биологическая активность приводят к гораздо большему загрязнению окружающей среды углеводородами, чем это способны сделать автомобильные выхлопные газы и случайно пролитая нефть. Окисление и метаболизм углеводородов также могут осуществляться в результате естественно протекающих процессов. Однако типичные проблемы загрязнения возникают в тех случаях, когда локальное повышение концентрации отходов в плотнонаселенных районах превышает возможности их переработки либо когда на нескольких квадратных километрах поверхности океана разливается нефть. В природе происходит образование больших количеств моноксида углерода и оксидов азота. В скальных породах, почве и естественных источниках воды могут встречаться тяжелые металлы. Полностью освободиться от них не только невозможно, но даже и нежелательно. Оксиды азота, образующиеся во время грозовых разрядов, приводят к появлению нитратов, которые являются продуктами питания для растений, а многие из тяжелых металлов в микродозах необходимы для нормального развития растений и поддержания жизни животных. [c.505]

Все известные живые организмы состоят из клеток и продуктов их метаболизма. Это в 1838 г впервые доказали М. Шлейден и Т. Шванн, которые постулировали, что растительные и животные организмы построены из клеток, рас-положенньгх в определенном порядке. Спустя 20 лет Р. Вирхов буквально в нескольких словах сформулировал основы клеточной теории, указав, что все живые клетки возникают из предшествующих живых клеток. В дальнейшем клеточная теория развивалась и дополнялась по мере совершенствования методов познания. Каждая клетка является обособленной функциональной единицей, имеющей ряд специфических особенностей, в зависимости от ее природы. Микроорганизмы представлены отдельными клетками или их колониями, а многоклеточные организмы, например животные или высшие растения, состоят из миллиардов клеток, соединенных друг с другом. Клетка представляет собой своеобразную фабрику, на которой осуществляются многообразные и согласованные химические процессы. Как и на реальной фабрике, в клетке имеется центр управления, участки контроля за теми или иными реакциями, регуляторные механизмы. В клетку также поступает сырье, которое перерабатывается в готовую продукцию, и отходы, которые выбрасываются из клетки. [c.11]

Выделение конечных продуктов ферментации. В зависимости от целей проведения ферментаций конечным продуктом может быть биомасса клеток или какой-либо внеклеточный метаболит. Тогда в первом случае отходом будет жидкая часть культуральной среды, во втором — клетки (см. также главу 8). Культуральная среда представляет собой смесь клеток биообъекта, его растворимых продуктов метаболизма, нерастворимых компонентов, выделившихся после автолиза части клеток или вследствие нарушения клеточных барьеров проницаемости, а также полностью неиспользованных компонентов питательной среды. Исходные характеристики культуральной среды (концентрация клеток и продуктов метоболизма, вязкость, морфология клеток и клеточных элементов и др.) накладывают отпечаток на выбор способа отделения биомассы клеток от жидкой фазы. [c.386]

Природоохранные мероприятия. Для освобождения воздуха от А. следует его очищать. Для локальной очистки сточных вод (перед сбросом на очистные сооружения биологической очистки) рекомендуется применять экологически безвредную и экономически выгодную обработку сточных вод ультразвуком. Высокое содфжание в промьшшенных стоках антибиотиков, остатков питательных сред, продуктов метаболизма, ПАВ и др. препятствует их эффективной биологической очистке. В целях охраны окружающей среды вредные отходы производства медицинских препаратов рекомендуется высушивать, а затем использовать как наполнитель в пресс-композициях и как сырье для топливного материала [c.748]

Следует учитывать, что состав морской воды является весьма нестабильным. Он зависит от географического положения моря или океана, времени года, температуры, присутствия представителей микро- и макрофлоры и большого числа других факторов, которые трудно поддаются учету. Особенно непостоянны физико-химические характеристики воды прибрежной зоны. Вода этой зоны, из которой обычно осуществляется водозабор, оказывается, к сожалению, и наиболее коррозионно-аг-рессивной вследствие увеличивающегося загрязнения промышленными и бытовыми отходами. В морской воде имеется также много органических веществ — продуктов жизнедеятельности или разложения живых организмов. С их присутствием связано наличие в воде НгЗ. Деятельность живых организмов может изменять окислительно-восстановительные условия среды и pH. В результате фотосинтеза, требующего СО2, представители морской флоры повышают pH окружающей среды, а представители фауны, для которых диоксид углерода является продуктом метаболизма, напротив, могут уменьшать pH воды. Кроме [c.15]

Исчерпание молекулярного кислорода in situ приводит к замедлению тепловыделения, поступление кислорода за счет конвекции также соответственно снижается. Одновременно накопление диоксида углерода в течение стадии компостирования создает микроаэрофильные условия, которые приводят к увеличению числа сначала факультативных, а затем и облигатных анаэробов. В отличие от аэробного метаболизма, при котором минерализация отходов часто достигается с помощью одного вида бактерий, анаэробная биодеградация требует совместного метаболизма микроорганизмов разных видов, входящих в состав смешанной популяции. Эта популяция взаимодействующих друг с другом микроорганизмов способна использовать различные неорганические акцепторы электрона, часто в последовательности, соответствующей выделению энергии при этой реакции. Так как большинство бактерий нуждается в определенных акцепторах электронов, то эта последовательность приводит к существенным изменениям в составе микробной популяции. Виды, способные использовать более окисленные акцепторы, получают термодинамические и, следовательно, кинетические преимущества. [c.148]

Было показано, что перенос таких веществ, как масляная кислота, фенол, п-хлорфенол и днметилфталат, через насыщенную зону, окружающую место свалки, происходит приблизительно одинаково, хотя конечные концентрации разных веществ различаются, поскольку различны скорости их биодеградации, так, например, масляная кислота и фенол разрушаются с большей скоростью. Реакции такого типа изучают с помощью радиоактивных меток [270] для создания оптимальных условий переработки отходов под землей in situ. Однако, даже после того, как процесс биодеградации завершится, все равцо остается вероятность загрязнения источников водоснабжения конечными продуктами метаболизма. [c.155]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология