Особливості фототрофних ціанобактерій

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний авіаційний університет

Факультет екологічної безпеки інженерії та технологій

Кафедра біотехнології

Контрольна робота

з дисципліни «Мікробіологія»

на тему: «Особливості фототрофних ціанобактерій»

Студента Фисюка Андрія Юрійовича

Керівник Ястремська Л.С. канд.сільськогосп.наук

Київ - 2019

ВСТУП

Об'єктом мого дослідження є ціанобактерії ? найдавніша група живих організмів, залишки яких виявлено в докембрійських строматолітах віком 2,7?3,2 млрд. років. Їх космополітизм зумовлений майже не обмеженими адаптаційними можливостями - широким діапазоном екологічної толерантносі, високою реактивністю і резистентністю тощо. Серед них є кріофіли (виявлені в антарктичних льодах при Т = ?83° С) і термофіли (мешкають у гарячих джерелах при Т = + 90° С). За вегетаційний період (70?120 днів) одна початкова клітина ціанобактерій може призвести 10²⁰ дочірніх, що і зумовлює їх масовий розвиток ? «цвітіння» води. Ціанобактерії є першими на Землі продуцентами кисню, який під впливом ультрафіолетового опромінювання трансформується на озон, що дозволив свого часу вийти живим організмам із води на суходіл. Вони також є найбільш продуктивними акумулюючими конверторими сонячної енергії, оскільки значення ККД їх фотосинтезу сягає 20 %, що в 200 разів перевищує середнє значення ККД фотосинтезу у наземних рослин.

РОЗДІЛ 1. ЦІАНОБАКТЕРІЇ -- ОСОБЛИВОСТІ, СТРУКТУРА І ФУНКЦІЇ

Синьо-зелені водорості, або ціанобактерії, як їх запропоновано зараз називати, представляють собою найдавнішу унікальну в морфологічному і фізіологічному відношенні групу мікроорганізмів. Багато властивостей синьо-зелених водоростей (фіксація азоту, прижиттєві виділення органічних речовин, особливий тип фотосинтезу) визначають ту своєрідну і надзвичайно важливу роль, яку численні представники цієї групи відіграють у грунті і водоймах. Останнім часом ціанобактерії стали об'єктами досліджень біохіміків і фізіологів, гідробіологів і мікробіологів, генетиків і хліборобів, фахівців з космічної біології. Значення ціанобактерії в природі велике незаперечно. Це - піонери життя, здатні до існування в крайніх умовах, часом неприйнятних для інших живих істот. Це - збагачувачі грунтів і вод зв'язаним азотом. Це специфічно шкідливі, отруйні мешканці водойм.

Мікроорганізми, що об'єднуються під назвою «синьо-зелені водорості», включають цілий світ (понад 1600 видів) різноманітних одноклітинних, колоніальних і нитчастих форм, схожих між собою по ряду істотних ознак (Прокаріотних будова клітини, специфічні пігменти). Дивовижні властивості, властиві деяким синьо-зелених водоростей, які проявляються в їх здатності до життя в різноманітних, часом, здавалося б, нестерпних умовах, направляли дослідників на пошуки незвичайних структур, центроболітов і біохімічних механізмів, що відрізняють ці незвичайні форми від інших живих організмів, в тому числі і від більш «банальних» видів ціанобактерій. В результаті цих пошуків показано, що хоча ціанобактерій і мають іноді істотними особливостями, що відрізняють їх від інших організмів, ці відмінності не суперечать теорії біохімічного єдності життя. Стало ясно також, що типове єдність синьо-зелених водоростей (Cyanophyta) засновано на наступних трьох ознаках, що виявляються у всіх без винятку представників цього типу.

1. Всі ціанобактерії здатні здійснювати фотосинтез з виділенням кисню, що відрізняє їх від фотосинтезуючих бактерій, для яких характерний своєрідний тип фотосинтезу: протікає в анаеробних умовах, не супроводжується виділенням кисню.

2. Пігментний аппаратціанобактерій включає поряд з хлорофілом і каротиноїдами біліхромопротеіди (водорозчинні пігменти червоного або блакитного кольору), які поглинають світло в області 540-630 нм, їх наявність визначає деякі унікальні властивості ціанобактерій.

3. Структурна організація клеткіціанобактерій настільки своєрідна, що деякі дослідники пропонують виділити Cyanophyta в особливе царство живої світу. Клітинні структури Cyanophyta несуть на собі печатку давнини - вони архаїчні і менш гетерогенні, ніж у інших водоростей. У ціанобактерій відсутні деякі органели, відповідальні за певні фізіологічні функції у рослин, наприклад, оформлене ядро. Особливості структури клітини відображаються і на фізіологічні властивості представників Cyanophyta.

1.1 Будова ціанобактерій

Початкові дослідження будови і хімічного складу клітин ціанобактерій були виконані за допомогою світлової мікроскопії і мікрохімічних реакцій. В результаті цих досліджень виникло уявлення про дифузну будову протопласта ціанобактерій.

Протягом останніх років будова клітини ціанобактерій було вивчено за допомогою новітніх методів цитохімії, електронної мікроскопії, фазовоконтрастной мікроскопії, ультрацентрифугування. Всі ці дослідження показали, що при дифузну будову протопласта ціанобактерій не може бути й мови. Як в пофарбованої периферичної частини клітини, так і в безбарвної, центральної були виявлені абсолютно певні структурні елементи.

Деякі дослідники вважають, що будова клітин синьо-зелених водоростей схожа до будови бактеріальних клітин, і пропонують розмежовувати такі складові частини їх: 1) нуклеоплазму, 2) рибосоми та інші цитоплазматичні гранули, 3) фотосинтетичні пластини, 4) клітинні оболонки.

Однак у багатьох інших роботах, виконаних також на сучасному рівні, дотримуються поділу протопласта клітин Cyanophyta на центральну частину - центроплазма і забарвлену периферичну частину - хроматоплазма, оточену оболонками. Будова центроплазми - аналога ядра у синьо-зелених водоростей - близько до ідентичним структурам бактеріальних клітин і суттєво відрізняється від того, що мається на клітинах з оформленими ядрами. На жаль, поки мало вивчено хімічну будову компонентів центроплазми Cyanophyta.

Хроматоплазма займає периферичну область протопласта синьо-зелених водоростей. У ній зосереджені пігменти. Довгий час існувало уявлення про дифузномй розподіл пігментів в хроматоплазмі Cyanophyta, що істотно відрізняло їх від інших фотосинтезуючих організмів, пігменти яких зосереджені на пластинчастих структурах всередині спеціальних органоїдів - хлоропластів (у вищих рослин і водоростей) або хроматофорів (у фотосинтезуючих бактерій). Тепер загальновизнано, що основними структурними елементами хроматоплазми є певним чином організовані пластинчасті (ламелярні) утворення. Товщина і розташування цих пластин у різних видів синьо-зелених водоростей різні.

Крім фотосинтетических ламеллярной структур в периферичної області протопласта ціанобактерій знаходяться і безбарвні структурні елементи: рибосоми, ціанофіцінові зерна, різного роду кристали (наприклад, кристали гіпсу).

Протопласт ціанобактерій відділений від зовнішнього середовища декількома шарами перешкод. Внутрішня клітинна мембрана безпосередньо примикає до протопласта однією своєю стороною, а інша сторона її стикається з двошаровою клітинної оболонкою, пронизаної порами. Над оболонкою розташовується зовнішня клітинна мембрана, яка має хвилеподібний вид; її гребені доторкуються чохла, розташованого зовні клітини, а впадини через пори оболонки з'єднуються з внутрішньої клітинної мембраною. Оболонка клітини синьо-зелених водоростей дає реакції на целюлозу, але головні її компоненти - слизові полісахариди і пектинові речовини. Зовнішня оболонка, оточуюча клітини ціанобактерій, - клітинний чохол, що складається з декількох шарів тонких переплетених волокон. Клітинний чохол не зв'язаний з клітинною оболонкою. Багато форм ціанобактерій утворюють ще істинний чохол, слизовий по консистенції. Трихоми (сукупність клітин, об'єднаних в ланцюжок) і особливо малоклітинні фрагменти, так звані гормогоніі, можуть вислизати з своїх істинних чохлів. Окремі частини слизових справжніх чохлів іноді відокремлюються від трихоми і можуть бути прийняті за виділення ціанобактерій, крім цього деякі ціанобактерії виділяють в навколишнє середовище значні кількості речовин, які пов'язані походженням з істинним слизових чохлом. Ймовірно, певну роль в цьому відіграють пори, наявні в клітинних оболонках ціанобактерій.

Протоплазма Cyanophyta знаходиться в стані гелю, що володіє високим ступенем в'язкості, і не виявляє видимого руху на відміну від протоплазми більшості інших організмів. У здорових клітинах синьо-зелених водоростей відсутні звичайні вакуолі, але є незвичайні утворення, так звані газові вакуолі. Це - газові бульбашки, які відокремлені від протоплазми ліпоїдному мембраною. Наявність газових вакуолей - унікальний ознака Cyanophyta. У ціанобактерій виявлено заповнені гомогенно-сірою речовиною включення, звані раніше багатогранна тілами. Недавні дослідження показали, що в них у ціанобактерій, так само як і у хемосинтезирующих бактерій, локалізовані рибулезодифосфаткарбоксилази, тому тепер їх запропоновано називати карбоксісомами. Хімічний склад клітин вивчений у порівняно небагатьох видів ціанобактерій.

фототрофний ціанобактерія

1.2 Особливості ціанобактерій

Ціанобактерії здатні жити за рахунок трансформованої енергії світла, тобто, вести фотосинтетичний спосіб життя. Очевидно, що трансформація світлової енергії в хімічну відбувається там, де знаходяться пігменти. Фотохімічна активність ціанобактерій локалізована в периферичної області протопласта. Там в ламеллярних утвореннях зосереджені пігменти, відновлювальні ферментні системи і метахроматичні зерна, що містять фосфати. Фотосинтетичне фосфорилировання, а цілком можливо і інші первинні реакції фотосинтезу ціанобактерії, пов'язані з пігментами, що знаходяться всередині ламелл (хлорофіл і каротиноїди) або поблизу від них (біліхромопротеіди). Пігментний апарат ціанобактерії складається з різних у різних видів комбінацій пігментів, що відносяться до трьох груп - хлорофіли, біліхромопротеіди і каротиноїди. Ефективність пігментного апарату ціанобактерії забезпечується його надзвичайною лабільністю: як склад пігментів, так і їх кількісний вміст можуть різко змінюватися в залежності від умов освітлення, наявності тих чи інших речовин, що визначають спосіб життя (енергетичні і конструктивні процеси) ціанобактерії.

Один або два джерела енергії використовують ціанобактерій на світлі? Всі дані, наявні на сьогоднішній день, вказують на те, що у різноманітних за можливостями свого метаболізму ціанобактерій при освітленні використовується лише одне джерело енергії - світло. Поліглюкозид типу амілопектину, званий іноді «крохмалем ціанобактерій», - основна речовина, запасається в результаті фотосинтезу багатьма ціанобактеріями всередині клітини. Джерелами азоту для конструктивного метаболізму ціанобактерій можуть служити різноманітні речовини: нітрати, солі амонію, органічні сполуки азоту і молекулярний азот повітря.

Здатність до фіксації атмосферного азоту, притаманна багатьом видам Cyanophyta, робить їх єдиними на Землі організмами, що поєднують фотосинтез, що йде з виділенням кисню, і азотфіксацию. Ця найбільш досконала автотрофность дозволяє розглядати азотфіксуючі ціанобактерії як організми, найменш залежні від середовища, - свого роду вершину в біохімічній еволюції мікроорганізмів. Серед ціанобактерій, які фіксують азот атмосфери, переважають види, пристосовані до наземних жител або до умов нестійкою вологості. Поряд з вільноживучими грунтовими Cyanophyta - азотфіксаторами виявлені і симбіотичні форми: кулясті колонії Nostoe punctiforme. Знайдено в бульбах олександрійського конюшини разом зі звичайними бульбочковими бактеріями. Багато азотфіксуючих ціанобактерії утворюють гетероцисти (прикордонні клітини). Існує припущення, що функція гетероцист - локалізація азотфиксації. Механізм фіксації молекулярного азоту у Cyanophyta істотно не відрізняється від аналогічного механізму інших азотфіксуючих мікроорганізмів. Однак у ряда видів синьо-зелених водоростей, які фіксують азот, на відміну від бактерій, що не виявлена гідрогеназна активність і, отже, не можна провести кореляції між нею і фіксацією азоту.

Темнові окислювальні процеси у ціанобактерії вивчені ще недостатньо. Переважна більшість вивчених видів ціанобактерії не розвивається в темряві ні за яких умов.

Всі ціанобактерії (як здатні до розвитку в відсутність освітлення, так і не здатні) поглинають в темряві кисень з різним ступенем інтенсивності. Ціанобактерії більш чутливі до кисню, що виділяється в процесі розкладання води, ніж зелені водорості і вищі рослини.

Про наявність у ціанобактерії будь-яких анаеробних енергетичних темнових процесів поки нічого не відомо. Всі вищенаведені відомості про метаболізм ціанобактерій підтверджують уявлення про їх надзвичайну фізіологічному різноманітності. Однак прихильність до певного способу життя закріплена досить міцно. Фізіологічні різноманітність ціанобактерії відображає еволюційні «проби» різних можливостей життя після досягнення мікроорганізмами в процесі еволюції здатності до найбільш досконалого способу життя - фотосинтезу. Група Cyanophyta, що розглядається багатьма дослідниками як одна з найдавніших (як з геологічних, так і з еволюційних позицій), являє собою живий "музей" фізіологічних і морфологічних «проб».

Для багатьох ціанобактерій характерна здатність до ковзаючого руху, що є важливою відмінністю їх від рухомих бактерій, що мають джгутики, і від всіх інших організмів.

Багато видів ціанобактерій здатні переносити тривалі несприятливі температурні впливи. Ряд видів термофільних, тобто, спеціально пристосовані до життя в умовах гарячих вод. Деякі термофільні і нетермофільні види ціанобактерій протягом декількох тижнів здатні зберігатися при температурі рідкого повітря (-190 ° С).

Відомо, що в гарячих джерелах ціанобактерії - переважна форма життя. Температурни оптимум розвитку декількох видів Cyanophyta вище 85 ° С.

Багато видів ціанобактерій стійкі до висихання. Тропічні види добре переносять період засихання грунтів і в дощовий сезон відновлюють зростання; наземні скоринки або наскальні нальоти ціанобактерій в період короткочасного зволоження ростуть, а решту часу живуть у висушеному стані. Часом вони не потребують зволоженні грунту, і для активного зростання їм необхідна лише висока вологість повітря. Відзначений факт проростання спор Nostoe commune після 87-річного зберігання в сухому стані в гербарії.

Розвиток ціанобактерій в культурах часто супроводжується виділенням в культуральну рідину різноманітних речовин. Хімічна природа речовин, що виділяються різна. Виділення цих речовин відбувається в різні фази росту водоростей і не пов'язане з автолізом клітин (руйнуванням клітинної стінки при старінні). Як вже зазначалося вище, можуть відокремлюватися елементи слизового чохла, який оточує трихоми деяких видів ціанобактерій. Такі виділення в основному складаються з слизових полісахаридів і пектинових речовин. Інша група виділених з'єднань - азотисті речовини (вільні амінокислоти, поліпептиди і навіть білки). Нерідко речовини, що виділяються в культуральну рідину ціанобактеріями, пригнічують розвиток мікроорганізмів. Деякі види ціанобактерій виділяють летючі речовини типу фітонцидів вищих рослин.

У період масового розмноження у водоймах, так званого «цвітіння», ціанобактерії токсичні для безхребетних, риб і домашніх тварин. Повідомлялося про факти отруєння людей питною водою при масовому цвітінні ціанобактерії.

Незвичайна будова протопласта, фотосинтез за участю незвичайних пігментів, азотфіксація, виділення різноманітних речовин в культуральну рідину, шляхи використання органічних речовин, своєрідне ставлення до кисню - всі ці факти дають матеріал для нових концепцій порівняльної фізіології і біохімії. Надзвичайна стійкість ціанобактерій до несприятливих умов, їх дивовижна невибагливість до субстратів визначають їх величезну роль як піонерів життя в тяжких біологічних умовах. Ціанобактерії - це основні і постійні мешканці скель, такіров, пустель, голих плям в тундрі, арктичних грунтів.

Отже, ціанобактерії є одними з найстаріших жетелів Землі, які зустрічалися ще в докембрійських строматолітах. Особливістю даного виду є те, що це один із перших фотоситезуючих організмів, який може існувати майже в будь-яких середовищах, де інші організми не можуть існувати.

РОЗДІЛ 2. КЛАСИФІКАЦІЯ ЦІАНОБАКТЕРІЙ

2.1 Класифікація за довідником Берджі

Історично існувало кілька систем класифікації вищих рівнів ціанобактерій.

Відповідно до «Довідником Берджі з бактеріологічної систематики», ціанобактерії розподілені по морфології на 5 порядків. Хроококкові (Chroococcales) і плеврокапсові (Pleurocapsales) об'єднують поодинокі або колоніальні порівняно прості форми, в порядки осціллаторієві (Oscillatoriales), ностокові (Nostocales), стігонемові (Stigonematales) входять нитчасті форми. Порядок Oscillatoriales включає в себе нитчасті безгетероцістні види. Нитчасті форми, що мають гетероцисти, діляться на види з справжнім розгалуженням Stigonematales, нерозгалуджені та види з помилковим розгалуженням Nostocales. «Високоорганізовані» порядки містять нитчасті форми, різниця між ними - в наявності або відсутності істинного розгалуження і в наявності або відсутності диференційованих клітин (гетероцист і гормогоніїв). Позасистематичною групою ціанобактерій вважаються «прохлорофіти» - ціанобактерії, що містять крім хлорофілу а будь-який інший хлорофіл (b, с або d). Деякі з них не мають фікобіліпротеінів (хоча це - одина з основних ознак ціанобактерій). Спорідненість встановлено по гомології 16S rDNA і генів фотосинтетичного апарату (psbA, psbB).

2.2 Класифікація ціанобактерій станом на 2018 рік

За даними сайту AlgaeBase, на січень 2018 року відділ ділять на наступні таксони рангом по порядок включно:

клас Cyanophyceae

· Роди incertae sedis

· підклас Gloeobacterophycidae

· порядок Gloeobacterales

· порядок Gloeomargaritales

· підклас Nostocophycidae

· Порядок Nostocales - Ностокові

· підклас Oscillatoriophycidae

· Порядок Chroococcales - Хроококкові

· порядок Chroococcidiopsidales

· Порядок Oscillatoriales - Осціллаторіеві

· Порядок Pleurocapsales - Плеврокапсові

· порядок Spirulinales

· підклас Synechococcophycidae

· порядок Pseudanabaenales

· порядок Synechococcales

За даними сайту NCBI, на січень 2018 року в відділ включають такі порядки:

· Роди incertae sedis

· порядок Chroococcidiopsidales

· порядок Gloeoemargaritales

· Порядок Nostocales - Ностокові

· Порядок Pleurocapsales - Плеврокапсові

· порядок Spirulinales

· порядок Synechococcales

· підклас Oscillatoriophycideae

· Порядок Chroococcales - Хроококкові

· Порядок Oscillatoriales - Осціллаторіеві

· клас Gloeobacteria

· порядок Gloeobacterales

Раніше виділявся порядок Prochlorales знижений в ранзі до сімейства Prochloraceae порядку Synechococcales, а порядок Стігонемові (Stigonematales) сінонімізірован з ностоковимі.

Отже, ціанобактерії є досить великим відділом, який включає в себе за довідником Берджі 5 порядків, а на даний час кількість порядків є більшою.

РОЗДІЛ 3. ЦІАНОБАКТЕРІЇ В ЖИТТІ ЛЮДИНИ

3.1 Поширення ціанобактерій у природі

Всі ціанобактерії мають здатність до азотфіксації, що робить їх дуже перспективними продуцентами білка. Анабена (Anabaena) - нитчасті синьо-зелені водорості. Нитки з більш-менш округлих клітин, містять гетероцисти і іноді великі спори, по всій довжині нитка однакової товщини. У цитоплазмі клітин відкладається близький до глікогену запасний продукт - анабенін. Такі представники ціанобактерій, як носток, спіруліна, тріходесміум їстівні і безпосередньо вживаються в їжу. Носток утворює на безплідних землях скоринки, які розбухають при зволоженні. В Японії місцеве населення використовує в їжу пласти ностока, що утворюються на схилах вулкана і називає їх ячмінним хлібом Тенгу (Тенгу - добрий гірський дух).

Свій хід спіруліна (Spirulina platensis) почала з Африки - населення району озера Чад давно вживає її в їжу, називаючи цей продукт «діхе». Інше місце, звідки почала поширюватися спіруліна, але іншого виду (Spirulina maxima) - води озера Тескоко в Мексиці. Ще ацтеки збирали з поверхні озер і вживали в їжу слизову масу синьо-зеленої водорості спіруліни. Вперше галети "текуітлатл" згадані іспанцем Кастільо в 1521 р Ці галети продавалися на базарі в Мехіко і складалися з висушених шарів S.maxima. У 1964 році бельгійський ботанік Ж.Леонар звернув увагу на галети синьо-зеленого кольору, які місцеве населення виготовляло з водоростей, що ростуть в лужних ставках навколо озера Чад. Ці галети представляли собою висушену масу спіруліни. Аналіз зразків Spirulina показав, що в ній міститься 65% білків (більше, ніж в соєвих бобах), 19% вуглеводів, 6% пігментів, 4% ліпідів, 3% волокон і 3% золи. Для білків цієї водорості характерно збалансований вміст амінокислот. Клітинна стінка цієї водорості добре перетравлюється. Як озеро Тескоко, так і водойми району озера Чад мають в воді дуже високий вміст лугів. Характерно, що в таких озерах спіруліна повністю домінує і зростає майже як монокультура - складає в окремих озерах до 99% загальної кількості водоростей. Зростає спіруліна в лужному середовищі при рН аж до 11. Її збирають також з озер біля м. Мехіко, отримуючи до 2 т сухого ваги біомаси водорості на добу, і ця продукція розсилається в США, Японію, Канаду. В інших країнах спіруліну культивують звичайно в штучних водоймах або спеціальних ємностях. Спіруліну можна культивувати в відкритих ставках або, як в Італії, в замкнутій системі з поліетиленових труб. Урожайність дуже висока: отримують до 20 г сухої маси водорості з 1 м2 в день, а розрахунки на рік показали, що вона перевищить вихід пшениці приблизно в 10 разів.

Переваги спіруліни в порівнянні з іншими їстівними водоростями не тільки в простоті культивування, але і в простоті збору біомаси, висушування її, наприклад, під сонцем. У ряді країн вирощують спіруліну виду Spirulina platensis. Нещодавно було показано, що в клітинах спіруліни, крім цінного білка, вуглеводів, ліпідів, вітамінів, в значних кількостях запасається, наприклад, така цінна речовина, як полі-b-оксибутират. Вітчизняна фармацевтична промисловість випускає препарат «Сплат» на основі ціанобактерії Spirulina platensis. Він містить комплекс вітамінів і мікроелементів і застосовується як загальнозміцнюючий і іммуностімулірующе засіб.

3.2 Використання пігментів ціанобактерій

Хлорофіл здатний подібно гемоглобіну підвищувати рівень кисню в крові, прискорювати азотистий обмін, що пояснюється схожістю будови. Головна відмінність полягає в тому, що хлорофіл є магній-порфірином, а гемоглобін - залізо-порфірином.

Хлорофіл виявляє бактерицидну і антиоксидантну дію. Хлорофіл сприяє виведенню з організму токсинів, надлишку лікарських препаратів, а також діє як слабкий сечогінний засіб. Він володіє здатністю до дезодорації, підтримує здорову кишкову мікрофлору. Рідкий хлорофіл застосовують при лікуванні лор-патологій. Хлорофіл як біологічно активна речовина підсилює продукцію молока.

Хлорофіл використовують у якості харчового барвника для фарбування масел, жирів, кремів, алкогольних і безалкогольних напоїв. У Японії хлорофіли використовують для підфарбовування рибних паст і деяких інших кулінарних виробів. У Європі хлорофіл застосовується для підфарбовування масел, жирів, ароматичних есенцій. У молекулі хлорофілу синьо-зелений хлорофіл а і жовто-зелений хлорофіл b знаходяться у співвідношенні 3:1. Застосування їх в якості барвника в харчовій промисловості стримується їх нестійкістю. При підвищеній температурі в кислому середовищі зелений колір переходить в оливковий, потім в брудно-жовто-бурий внаслідок утворення феофітину.

Хлорофіл застосовується у парфумерній промисловості при виготовленні мила, косметичних засобів, одеколону, парфумів, дезодорантів і таке інше. Катастрофічні показники стану здоров'я населення України, на думку багатьох вчених, значною мірою визначаються нераціональним харчуванням, що призводить до низки захворювань, які в свою чергу спричинені недостатньою кількістю життєво важливих мікронутрієнтів.

Підтвердженням даного положення може бути недостатня кількість вітаміну А (ретинолу) і його провітаміну (в-каротину) в раціоні більшості населення Землі. Дефіцит цих речовин - особлива турбота Всесвітньої організації охорониздоров'я. Глобальний характер дефіциту багато в чому визначається тим, що вміст вітаміну А сумарно у всіх вироблених на Землі продуктах харчування недостатній для забезпечення фізіологічних потреб населення.

За даними досліджень Б.A. Андервуда (США) щорічно недостатність вітаміну А стає причиною втрати зору 500 тис. дітей дошкільного віку, близько 100 млн. дітей за відсутності клінічних ознак гострого дефіциту страждають через недостатність даного вітаміну. Гіповітаміноз А зумовлює підвищену схильність до інфекційних захворювань. Необхідно відзначити, що, незважаючи на обов'язкове збагачення масових продуктів харчування ретинолом і регулярне використання значною частиною населення харчових добавок з цим вітаміном, у людей часто виникає його дефіцит. Близько 75 % вітаміну А надходить в організм у вигляді ретинолу (продукти тваринного походження), 25 % у вигляді каротиноїдів (рослинні продукти). До складу профілактичних препаратів включається в -каротин тому, що він володіє антитоксичною дією і є одним з найбільш активних антиоксидантів.

Антиоксидантна функція в -каротину тісно взаємопов'язана з дією інших вітамінів-антиоксидантів. Основними учасниками антиоксидантного захисту організму є вітаміни С, Е і в -каротин, які інактивують високотоксичні форми кисню, що безперервно утворюються в процесі нормальної життєдіяльності будь-якої клітини. Показано, що за переважної більшості захворювань кількість токсичних форм кисню різко зростає. Найбільш активним з природних антиоксидантів є вітамін Е. Він взаємодіє переважно з пероксидами ліпідів, бере участь у перериванні ланцюгових реакцій окиснення в мембранах з перетворенням в -каротину у вітамін А. Вітамін С володіє особливо високою активністю по відношенню до гідроксил-радикалу і вільних радикалів на поверхні ліпідних мембран. Він може відновлювати в -каротин та вітамін Е. Каротин поряд з інактивацією активних форм кисню здатний відновлювати окислену форму вітаміну Е, сам же може бути відновлений вітаміном С. Вважається, що низький рівень в -каротину може розглядатися як фактор ризику розвитку онкологічних захворювань. Згідно рецепторної теорії механізм дії в -каротину, який здійснюється через його метаболіти - вітамін А і ретиноєву кислоту, реалізується через специфічні ядерні рецептори. До ретиноїдних рецепторів відносяться рецептори стероїдних гормонів, вітаміну Д3 та тиреоїдних гормонів, деяких простагландинів, фактор проліферації пероксисом. Вітамін А впливає на проліферацію і диференціювання клітин, що можна пояснити його здатністю збільшувати кількість клітинних субпопуляцій, що почали реплікацію ДНК. Важливою властивістю вітаміну А є здатність впливати на систему лімфоїдної тканини шкіри. в -Каротин - це імуностимулятор, що підвищує імунний потенціал організму незалежно від виду антигенів при первинних і вторинних експериментальних імунодефіцитах.

Механізми фармакологічного ефекту можуть бути пов'язані з антипроліферативною і проапоптичною активністю in vitro щодо лімфоцитів і гальмуванням функціональної активності тромбоцитів. Для в -каротину характерна не лише імунотропна, але й антиатеросклеротична активність.

Оскільки в -каротин є нерозчинним у воді, а його масляні розчини мають концентрацію не більше 0,1 %, то засвоєння в -каротину з препаратів істотно залежить від вмісту жирів у дієті та стану системи травлення.

Фікоціаніни добувають з мікроводоростей Spirulina platensis (Nordst.) Geitler. У складі біомаси спіруліни фікоціаніни представлені декількома ізоформами, такими як аллофікоціанін і С-фікоціанін. Його вміст може становити в середньому від 4 до 9 % від маси сухих речовин спіруліни.

С-фікоціанін є активним антиоксидантом. С-фікоціанін здатний пригнічувати проліферацію пухлинних клітин, знижувати концентрацію фактора некрозу пухлини в тканинах, інгібувати окисний стрес в організмі, запобігати перекисному окисненню ліпідів, пошкодженню ДНК, руйнуванню клітинних мембран і загибелі клітин. Він здатний відновлювати нормальне кровотворення і підвищувати імунітет. Фікоціанін дозволяє отримувати так званий анатомічний портрет людини (він селективно накопичується в атеросклеротичних бляшках і новоутвореннях, локалізація яких визначається ультразвуковим скануванням).

Фікоціанін відомий також як харчовий барвник. Він володіє інтенсивним максимумом поглинання у видимій області спектра при довжині хвилі 620 нм. Розчини фікоціаніна високого ступеня очищення мають інтенсивний синій колір. Однак інші пігменти спіруліни (хлорофіли, каротиноїди) погіршують чистоту кольору, зрушуючи його в бік жовтозеленого. Для використання в якості натурального харчового барвника Сфікоціанін повинен бути в достатній мірі очищений. Ступінь очищення визначається показником, що вимірюється відношенням оптичних густин при двох довжинах хвиль: D620/D280. У водному екстракті цей показник становить 0,3 - 0,4. Ця величина відповідає вмісту фікоціаніна 6 - 8 % від загального білка. У фікоціаніні 100%-ї чистоти цей показник становить 4,98. Для використання в харчовій промисловості препарату С-фікоціаніна співвідношення D620/D280 повинно бути не менше 2, що відповідає вмісту основної речовини фікобіліпротеїнів 40 %.

Отже, ціанобактерії використовуються людьми ще з давніх часів, вони є дуже цінним джерелом білків, є продуцентом кисню, а також азотфіксаторами. Використання пігментів синьозелених водоростей є досить перспективним напрямком біотехнології, оскільки вони можуть замінити штучні барвники, а також лікарські засоби в промислових маштабах.

Размещено на Allbest.ru