Maklumat

Bagaimana seseorang menentukan sama ada bahan kimia akan mengatur kelas protein tertentu?


Saya cuba menentukan sama ada bahan kimia organik tertentu akan mengatur kelas protein yang mempunyai aktiviti deasilase.

Bagaimana saya akan menjalankan eksperimen ini? Saya menganggap saya akan menggunakan beberapa jenis ujian tetapi saya tidak pasti bagaimana saya akan melakukannya.


Salah satu cara untuk memeriksa ini adalah dengan melihat transkrip secara keseluruhan sebelum dan selepas pengenalan bahan kimia. Saya akan menggunakan teknologi RNA-seq penjujukan mikro atau generasi akan datang untuk melihat tahap ekspresi semua gen selepas pengenalan bahan kimia, beberapa kawalan lengai dan tidak ada kawalan rawatan.

Kemudian, anda boleh mengira perubahan lipatan relatif dalam ekspresi semua gen, dalam rawatan berbanding kawalan. Seterusnya, anda boleh melakukan pengayaan istilah GO terhadap gen yang diatur secara signifikan, dan melihat apakah istilah "deasilase" menunjukkan pengayaan yang signifikan pada gen yang diatur lebih dalam rawatan berbanding kawalan.


Bagaimana seseorang menentukan sama ada bahan kimia akan mengatur kelas protein tertentu? - Biologi

Protein adalah salah satu molekul organik yang paling banyak terdapat dalam sistem hidup dan mempunyai fungsi yang paling pelbagai dari semua makromolekul. Protein mungkin bersifat struktur, peraturan, kontraktil, atau pelindung yang dapat digunakan dalam pengangkutan, penyimpanan, atau membran atau mereka mungkin racun atau enzim. Setiap sel dalam sistem hidup mungkin mengandungi ribuan protein, masing-masing mempunyai fungsi yang unik. Struktur mereka, seperti fungsinya, sangat berbeza. Walau bagaimanapun, semuanya adalah polimer dari asid amino, disusun dalam urutan linear.


Pilihan akses

Dapatkan akses jurnal penuh selama 1 tahun

Semua harga adalah harga BERSIH.
PPN akan ditambahkan kemudian semasa pembayaran.
Pengiraan cukai akan diselesaikan semasa pembayaran.

Dapatkan akses artikel terhad atau penuh pada ReadCube.

Semua harga adalah harga BERSIH.


Makmal 19: Penggunaan Ejen Kimia untuk Mengawal Mikroorganisma

Pembasmian kuman adalah penghapusan mikroorganisma, tetapi tidak semestinya endospora, dari benda mati atau permukaan, sedangkan penyahtinjaan adalah rawatan objek atau permukaan yang tidak bernyawa untuk menjadikannya selamat untuk dikendalikan.

a. Istilah pembasmi kuman digunakan untuk agen yang digunakan untuk membasmi kuman benda atau permukaan yang tidak bernyawa tetapi umumnya toksik untuk digunakan pada tisu manusia.

b. Istilah antiseptik merujuk kepada agen yang membunuh atau menghalang pertumbuhan mikroba tetapi selamat digunakan pada tisu manusia.

c. Istilah pembersih menerangkan ejen yang mengurangkan, tetapi mungkin tidak menghilangkan, bilangan mikroba ke tahap selamat.

Kerana disinfektan dan antiseptik sering berfungsi perlahan pada beberapa virus - seperti virus hepatitis, bakteria dengan dinding sel cepat asid seperti Mycobacterium tuberculosis, dan terutamanya bakteria endospora, dihasilkan oleh genus Bacillus dan genus Clostridium, mereka biasanya tidak boleh dipercayai untuk pensterilan - pemusnahan semua bentuk kehidupan.

Terdapat sejumlah faktor yang mempengaruhi tindakan antimikroba disinfektan dan antiseptik, termasuk:

1. The kepekatan agen kimia.

2. The suhu di mana ejen itu digunakan. Secara amnya, semakin rendah suhu, semakin lama diperlukan untuk membasmi kuman atau menyahtinjak.

3. The jenis mikroorganisma hadir. Pengeluar endospore seperti Bacillus spesies, Clostridium spesies, dan bakteria cepat asid seperti Mycobacterium tuberculosis lebih sukar untuk dihapuskan.

4. The bilangan mikroorganisma hadir. Semakin banyak mikroorganisma yang ada, semakin sukar untuk membasmi kuman atau membasmi kuman.

5. The sifat bahan yang mengandungi mikroorganisma. Bahan organik seperti kotoran dan kotoran mengganggu sebilangan agen.

Hasil terbaik biasanya diperoleh ketika awal bilangan mikroba rendah dan apabila permukaan yang hendak dibasmi kuman bersih dan bebas daripada kemungkinan bahan mengganggu.

Terdapat 2 antimikrobial biasa kaedah tindakan untuk pembasmi kuman, antiseptik, dan pembersih:

1. Mereka mungkin merosakkan lipid dan / atau protein membran sitoplasma semipermeabel mikroorganisma yang mengakibatkan kebocoran bahan selular diperlukan untuk mengekalkan kehidupan.

2. Mereka mungkin deniminasi enzim mikroba dan protein lain, biasanya dengan mengganggu ikatan hidrogen dan disulfida yang memberikan protein fungsi bentuk tiga dimensi. Ini menyekat metabolisme.

Sebilangan besar agen kimia seperti ini biasa digunakan. Beberapa kumpulan yang lebih biasa disenaraikan di bawah:

1. Derivatif fenol dan fenol

Fenol (5-10%) adalah disinfektan pertama yang biasa digunakan. Namun, kerana ketoksikan dan bau, derivatif fenol (fenolik) kini digunakan secara am. Fenolik yang paling biasa adalah orthophenylphenol, agen yang terdapat di O-syl & reg, Staphene & reg, dan Amphyl & reg. Bisphenols mengandungi dua kumpulan fenolik dan biasanya mempunyai klorin sebagai bahagian strukturnya. Mereka termasuk heksachlorophene dan triclosan. Hexachlorophene dalam larutan 3% digabungkan dengan detergen dan terdapat di PhisoHex & reg. Triclosan adalah antiseptik yang sangat biasa pada sabun antimikrob dan produk lain. Biguanides termasuk chlorhexadine dan alexidine. Penyelesaian 4% klorheksidin dalam isopropil alkohol dan digabungkan dengan bahan pencuci (Hibiclens & reg dan Hibitane & reg) adalah agen pencuci tangan yang biasa dan pembedahan tangan. Ejen ini membunuh kebanyakan bakteria, kebanyakan kulat, dan beberapa virus, tetapi biasanya tidak berkesan terhadap endospora. Kloroksilenol (4-chloro-3,5-dimethylphenol) adalah sebatian kimia antimikroba spektrum luas yang digunakan untuk mengawal bakteria, alga, kulat dan virus dan sering digunakan dalam sabun antimikroba dan antiseptik. Fenol dan fenolik mengubah kebolehtelapan membran dan protein denaturasi. Bisphenols, biguanides, dan chloroxylenol mengubah kebolehtelapan membran.

2. Sabun dan bahan pencuci

Sabun hanya bersifat mikrobisida. Bantuan penggunaannya di penyingkiran mekanikal mikroorganisma dengan memecah lapisan berminyak pada kulit (pengemulsi) dan mengurangkan ketegangan permukaan air sehingga merebak dan menembusi lebih mudah. Sebilangan sabun kosmetik mengandungi antiseptik tambahan untuk meningkatkan aktiviti antimikroba.

Bahan pencuci mungkin bersifat anionik atau kationik. Anionik (dicas negatif) bahan pencuci, seperti serbuk cucian, membuang mikroorganisma dan bahan lain secara mekanikal tetapi tidak terlalu mikrobisida. Kationik (dicas positif) bahan pencuci mengubah kebolehtelapan membran dan protein denaturasi. Mereka berkesan terhadap banyak bakteria vegetatif, beberapa kulat, dan beberapa virus. Walau bagaimanapun, endospora bakteria dan bakteria tertentu seperti Mycobacterium tuberculosisdan Pseudomonas spesies biasanya tahan. Sabun dan bahan organik seperti kotoran juga menyahaktifkannya. Bahan pencuci kationik merangkumi sebatian ammonium kuarter seperti benzalkonium klorida, zephiran & reg, diaprene, roccal, ceepryn, dan phemerol. Lysol isi rumah mengandungi alkil dimetil benzil ammonium klorida dan alkohol.

3. Alkohol

70% penyelesaian daripada etil atau isopropil alkohol berkesan dalam membunuh bakteria vegetatif, virus menyelimuti, dan kulat. Walau bagaimanapun, mereka biasanya tidak berkesan terhadap endospora dan virus yang tidak diselimuti. Setelah mereka menguap, aktiviti cidal mereka akan berhenti. Alkohol menggambarkan membran dan protein dan sering digabungkan dengan pembasmi kuman lain, seperti yodium, merkuri, dan detergen kationik untuk meningkatkan keberkesanan.

4. Asid dan alkali

Asid dan alkali ubah kebolehtelapan membran dan protein denaturasi dan molekul lain. Garam dari asid organik, seperti kalsium propionat, kalium sorbat, dan metilparaben, biasanya digunakan sebagai pengawet makanan. Asid undecylenic (Desenex & reg) digunakan untuk jangkitan kulit dermatofit. Contoh bagi alkali adalah lye (natrium hidroksida).

5. Logam berat

Logam berat, seperti merkuri, perak, dan tembaga, protein denaturasi. Sebatian merkuri (mercurochrome, metaphen, merthiolate) hanya bersifat bakteriostatik dan tidak berkesan terhadap endospora. Nitrat perak (1%) kadang-kadang dimasukkan ke mata bayi baru lahir untuk mencegah oftalmia gonokokus. Tembaga sulfat digunakan untuk memerangi penyakit kulat tumbuhan dan juga merupakan algisida biasa. Selinium sulfida membunuh kulat dan spora mereka.

6. Klorin

Gas klorin bertindak balas dengan air untuk terbentuk ion hipoklorit, yang seterusnya mendefinisikan enzim mikroba. Klorin digunakan dalam pengklorinan air minum, kolam renang, dan kumbahan. Natrium hipoklorit adalah agen aktif peluntur isi rumah. Kalsium hipoklorit, natrium hipoklorit, dan kloramina (klorin ditambah amonia) digunakan untuk membersihkan peralatan gelas, peralatan makan, peralatan pemprosesan susu dan makanan, sistem hemodialisis, dan merawat bekalan air.

7. Iodin dan iodofor

Iodin juga menafikan protein mikroba. Tingtur yodium mengandungi larutan iodin 2% dan natrium iodida dalam alkohol 70%. Larutan iodin berair yang mengandungi 2% yodium dan 2.4% natrium iodida biasanya digunakan sebagai antiseptik topikal. Iodofor adalah gabungan iodin dan polimer lengai seperti polyvinylpyrrolidone yang mengurangkan ketegangan permukaan dan melepaskan yodium secara perlahan. Iodofor kurang menjengkelkan daripada yodium dan tidak mengotorkan. Mereka biasanya berkesan terhadap bakteria vegetatif, Mycobacterium tuberculosis, kulat, beberapa virus, dan beberapa endospora. Contohnya termasuk Wescodyne & reg, Ioprep & reg, Ioclide & reg, Betadine & reg, dan Isodine & reg.

8. Aldehid

Aldehid, seperti formaldehid dan glutaraldehid, protein mikroba denaturasi. Formalin (37% larutan gas formaldehid berair) sangat aktif dan membunuh kebanyakan bentuk kehidupan mikroba. Ia digunakan dalam pembalseman, pemeliharaan spesimen biologi, dan dalam penyediaan vaksin. Alkaline glutaraldehyde (Cidex & reg), acid glutaraldehyde (Sonacide & reg), dan glutaraldehyde phenate solution (Sporocidin & reg) membunuh bakteria vegetatif dalam 10-30 minit dan endospora dalam masa kira-kira 4 jam. Pendedahan 10 jam kepada a 2% glutaraldehid penyelesaian boleh digunakan untuk pensterilan bahan secara sejuk. Ortho-fthalaldehid (OPA) adakah dialdehid digunakan sebagai pembasmi kuman tahap tinggi untuk alat perubatan.

9. Peroksigen

Peroksigen adalah agen pengoksidaan yang merangkumi hidrogen peroksida dan asid perasetik. Hidrogen peroksida dipecah menjadi air dan oksigen oleh enzim katalase dalam sel manusia dan tidak baik untuk antiseptik untuk luka terbuka tetapi berguna untuk membasmi kuman benda mati. Kepekatan hidrogen peroksida yang tinggi mengatasi katalase yang terdapat pada mikrob. Asid perasetik adalah pembasmi kuman yang membunuh mikroorganisma melalui pengoksidaan dan seterusnya gangguan membran sitoplasma mereka. Ini banyak digunakan dalam perawatan kesihatan, pemprosesan makanan, dan perawatan air.

10. Gas etilena oksida

Etilena Oksida adalah salah satu daripada sedikit bahan kimia yang boleh dipercayai pensterilan (selepas pendedahan 4-12 jam). Oleh kerana letupan, biasanya dicampurkan dengan gas lengai seperti freon atau karbon dioksida. Kemoteril gas, menggunakan etilena oksida, biasanya digunakan untuk mensterilkan barang sensitif panas seperti picagari plastik, piring petri, tekstil, jahitan, injap jantung buatan, mesin paru-paru jantung, dan tilam. Etilena oksida mempunyai daya penembusan yang sangat tinggi dan menafikan protein mikrob. Uap beracun pada kulit, mata, dan membran mukus dan juga bersifat karsinogenik. Gas lain yang digunakan sebagai steril adalah klorin dioksida yang mendefinisikan protein dalam bakteria vegetatif, endospora bakteria, virus, dan kulat.

B. PENILAIAN DISINFEKTAN, ANTISEPTIK, DAN SANITIZER

Adalah mungkin untuk menilai disinfektan, antiseptik, dan pembersih menggunakan ujian in vitro atau in vivo. Seorang secara in vitroujian adalah satu yang dilakukan di bawah keadaan makmal buatan, terkawal. Seorang dalam vivoujian adalah satu yang dilakukan di bawah keadaan sebenar penggunaan biasa.

Satu perkara biasa secara in vitro ujian adalah untuk membandingkan aktiviti antimikrob agen yang diuji dengan fenol. Nilai yang dihasilkan disebut pekali fenol dan mempunyai beberapa nilai dalam membandingkan kekuatan disinfektan dalam keadaan standard. Koefisien fenol mungkin menyesatkan, karena seperti yang disebutkan sebelumnya, kadar pembunuhan sangat berbeza dengan keadaan di mana agen kimia digunakan. Kepekatan agen, suhu di mana ia digunakan, panjang pendedahan kepada agen, bilangan dan jenis mikroorganisma yang ada, dan sifat bahan yang mengandungi mikroorganisma semuanya mempengaruhi aktiviti antimikroba disinfektan. Sekiranya disinfektan sedang dinilai untuk kemungkinan penggunaannya dalam vivo keadaan, mesti dinilai dalam keadaan yang sama di mana ia sebenarnya akan digunakan.

C. KEBERKESANAN Cuci Tangan

Terdapat 2 kategori mikroorganisma, atau flora, yang biasanya terdapat di tangan. Flora penduduk adalah flora normal kulit. Flora sementara adalah mikroorganisma yang anda ambil dari apa yang anda kendalikan. Merupakan amalan rutin untuk mencuci tangan sebelum dan setelah memeriksa pesakit dan melakukan scrub pembedahan lengkap sebelum masuk ke bilik operasi. Ini dilakukan untuk menghilangkan flora sementara yang berpotensi berbahaya, mengurangkan jumlah flora penduduk, dan membasmi kuman pada kulit.

Pensterilan tangan sebenarnya tidak mungkin dilakukan kerana mikroorganisma hidup bukan hanya di permukaan kulit tetapi juga di lapisan kulit yang lebih dalam, di saluran kelenjar peluh, dan di sekitar folikel rambut. Flora normal ini terutamanya staphylococci nonpathogenic (Makmal 15) dan bacilli difteroid.

D. EJEN KIMOTHERAPEUTIK ANTIMIKROBIAL

Kemoterapi antimikrob adalah penggunaan bahan kimia untuk menghambat atau membunuh mikroorganisma di dalam atau di host. Kemoterapi berdasarkan ketoksikan selektif. Ini bermaksud ejen yang digunakan mesti menghalang atau membunuh mikroorganisma dalam soalan tanpa membahayakan tuan rumah dengan serius.

Untuk menjadi toksik secara selektif, agen kemoterapi mesti berinteraksi dengan beberapa fungsi mikroba atau struktur mikroba yang sama ada tidak ada atau jauh berbeza dengan yang ada pada tuan rumah. Sebagai contoh, dalam merawat jangkitan yang disebabkan oleh bakteria prokariotik, agen tersebut dapat menghalang sintesis peptidoglikan atau mengubah ribosom bakteria (prokariotik). Sel manusia tidak mengandungi peptidoglikan dan mempunyai ribosom eukariotik. Oleh itu, ubat menunjukkan kesan yang sedikit jika ada pada inang (ketoksikan selektif). Mikroorganisma eukariotik, sebaliknya, mempunyai struktur dan fungsi yang lebih berkaitan dengan tuan rumah. Akibatnya, pelbagai agen berkesan secara selektif terhadap mikroorganisma eukariotik seperti kulat dan protozoa adalah kecil jika dibandingkan dengan jumlah yang tersedia terhadap prokariota. Perlu diingat juga bahawa virus bukanlah sel dan, oleh itu, kekurangan struktur dan fungsi yang diubah oleh antibiotik sehingga antibiotik tidak efektif melawan virus.

Berdasarkan asal usulnya, terdapat 2 kelas umum agen kemoterapi antimikroba:

1. antibiotik: bahan yang dihasilkan sebagai produk metabolik satu mikroorganisma yang menghalang atau membunuh mikroorganisma lain.

2. bahan kimia antimikroba kimia: bahan kimia yang disintesis di makmal yang boleh digunakan secara terapeutik pada mikroorganisma.

Hari ini perbezaan antara 2 kelas tidak begitu jelas, kerana banyak antibiotik diubahsuai secara meluas di makmal (semisintetik) atau bahkan disintesis tanpa bantuan mikroorganisma.

Sebilangan besar kumpulan antibiotik utama ditemukan sebelum tahun 1955, dan kebanyakan kemajuan antibiotik sejak itu terjadi dengan mengubah bentuk yang lebih tua. Sebenarnya, hanya 3 kumpulan mikroorganisma utama yang menghasilkan antibiotik berguna: aktinomiset (filamen, bakteria tanah bercabang seperti Streptomices, bakteria genus Bacillus, dan acuan saprofit Penisilin dan Cephalosporium.

Untuk menghasilkan antibiotik, pengeluar menyuntikkan sebilangan besar medium dengan jenis yang dipilih dengan teliti dari spesies mikroorganisma penghasil antibiotik yang sesuai. Selepas pengeraman, ubat diekstrak dari medium dan disucikan. Aktivitinya diseragamkan dan dimasukkan ke dalam bentuk yang sesuai untuk pentadbiran.

Beberapa agen antimikrob adalah cidal dalam tindakan: mereka membunuh mikroorganisma (mis., penisilin, sefalosporin, streptomisin, neomisin). Yang lain adalah statik dalam tindakan: mereka menghalang pertumbuhan mikrob cukup lama untuk pertahanan tubuh sendiri untuk menghilangkan organisma (mis., tetrasiklin, eritromisin, sulfonamida).

Ejen antimikrob juga berbeza dalam spektrumnya. Dadah yang berkesan terhadap pelbagai bakteria Gram-positif dan Gram-negatif spektrum luas (mis., tetrasiklin, streptomisin, sefalosporin, ampisilin, sulfonamida). Mereka yang berkesan terhadap bakteria positif Gram, hanya bakteria negatif Gram, atau hanya beberapa spesies yang disebut spektrum sempit (mis., penisilin G, eritromisin, klindamisin, gentamisin).

Sekiranya ada pilihan, spektrum sempit lebih disukai kerana ia akan menyebabkan kurang merosakkan flora normal badan. Sebenarnya, penggunaan sembarangan antibiotik spektrum luas boleh menyebabkan superinfeksi oleh mikroorganisma oportunistik, seperti Candida (jangkitan yis) dan Clostridium difficile (kolitis ulseratif yang berkaitan dengan antibiotik), apabila flora normal badan hancur. Bahaya lain dari penggunaan agen kemoterapi antimikroba tanpa pandang bulu termasuk ketoksikan ubat, reaksi alahan terhadap ubat, dan pemilihan strain mikroorganisma tahan.

Berikut adalah contoh agen kemoterapi antimikrob yang biasa digunakan yang disusun mengikutnya cara tindakan:

1. Ejen antimikrob yang menghalang sintesis peptidoglikan. Perencatan sintesis peptidoglikan dalam pembahagi bakteria secara aktif mengakibatkan lisis osmotik. (Senarai agen kemoterapi antimikroba biasa yang disenaraikan oleh nama generik dan jenama mereka dan disusun mengikut cara tindakannya terdapat di Jadual 1.)

a. Penisilin (dihasilkan oleh acuan Penisilin)

Terdapat beberapa kelas penisilin:

1. Penisilin semula jadi sangat berkesan terhadap bakteria Gram-positif (dan sangat sedikit bakteria Gram-negatif) tetapi tidak aktif oleh enzim bakteria penisilininase. Contohnya merangkumi penisilin G, F, X, K, O, dan V.

2. Penisilin semisintetik berkesan terhadap bakteria positif Gram tetapi tidak diaktifkan oleh penisilininase. Contohnya merangkumi metisilin, dicloxacillin, dan nafcillin.

3. Penisilin spektrum luas semisintetik berkesan terhadap pelbagai bakteria Gram-positif dan Gram-negatif tetapi tidak diaktifkan oleh penisilininase. Contohnya merangkumi ampisilin, karbenikilin, oksasilin, azlocillin, mezlocillin, dan piperacillin.

4. Penisilin spektrum luas semi-sintetik digabungkan dengan perencat beta laktamase seperti asid clavulanic dan sulbactam. Walaupun asid clavulanic dan sulbactam tidak mempunyai tindakan antimikroba sendiri, mereka menghalang penicillinase sehingga melindungi penisilin dari degradasi. Contohnya merangkumi amoksisilin ditambah asid clavulanic, ticarcillin plus asid klavulanat, dan ampisilin plus sulbactam.

b. Cephalosporins (dihasilkan oleh acuan Cephalosporium)

Cephalosporins berkesan terhadap pelbagai bakteria Gram-positif dan Gram-negatif dan tahan terhadap penisilinin (walaupun ada yang dapat dinonaktifkan oleh enzim beta-laktamase lain yang serupa dengan penisilininase). Empat & quotgenerations & quot of cephalosporins telah dikembangkan selama bertahun-tahun dalam usaha untuk melawan ketahanan bakteria.

1. Cephalosporin generasi pertama merangkumi cephalothin, cephapirin, dan cephalexin.

2. Cephalosporin generasi kedua merangkumi cefamandole, cefaclor, cefazolin, cefuroxime, dan cefoxitin.

3. Cephalosporin generasi ketiga merangkumi cefotaxime, cefsulodin, cefetamet, cefixime, ceftriaxone, cefoperazone, ceftazidine, dan moxalactam.

4. Cephalosporin generasi keempat merangkumi cefepime dan cefpirome.

c. Carbapenems: Carbapenems terdiri daripada antibiotik beta laktam spektrum luas untuk menghalang sintesis peptidoglikan yang digabungkan dengan natrium cilastatin, agen yang mencegah penurunan antibiotik pada buah pinggang. Contohnya merangkumi: imipenem, metropenem, ertapenem, dan doripenem.

d. Monobactems: Monobactems adalah antibiotik beta laktam spektrum luas yang tahan terhadap beta laktamase. Contohnya ialah aztreonam.

e. Carbacephem: Cephalosporins sintetik. Contohnya ialah loracarbef.

e. Glikopeptida (dihasilkan oleh bakteria Streptomices): Vancomycin dan teichoplanin adalah glikopeptida yang berkesan terhadap bakteria positif Gram.

f. Bacitracin (dihasilkan oleh bakteria BacillusBacitracin digunakan secara topikal terhadap bakteria positif Gram.

h. Fosfomisin (Monurol)

2. Beberapa agen kemoterapi antimikrobial menghalang sintesis normal dinding sel cepat asid genus Mycobacterium.

a. INH(isoniazid) nampaknya menyekat sintesis asid mikolik, komponen utama dinding sel mikrobakteria yang cepat asid.

b. Ethambutol mengganggu sintesis membran luar dinding sel yang cepat asid.

3. Ejen antimikrob yang mengubah membran sitoplasma. Perubahan membran sitoplasma mikroorganisma mengakibatkan kebocoran bahan selular. (Senarai agen kemoterapi antimikroba biasa yang disenaraikan oleh nama generik dan jenama mereka dan disusun mengikut cara tindakannya terdapat di Jadual 1.)

a. Polimiksin dan kolistin bertindak sebagai pencuci dan mengubah kebolehtelapan membran pada bakteria Gram-negatif. Mereka tidak dapat menyebarkan secara berkesan melalui lapisan peptidoglikan tebal di Gram-positif.

b. Daptomycin mengganggu membran sitoplasma bakteria berfungsi dengan jelas mengikat membran dan menyebabkan depolarisasi cepat. Ini mengakibatkan kehilangan potensi membran dan membawa kepada penghambatan sintesis protein, DNA dan RNA, mengakibatkan kematian sel bakteria.

c. Pyrazinamide menghalang sintesis asid lemak pada membran Mycobacterium tuberculosis.

d. Amfoterisin B, dihasilkan oleh bakteria Streptomices, digunakan untuk jangkitan kulat sistemik. Ia mengganggu kebolehtelapan membran dengan berinteraksi dengan sterol membran yang disebut ergosterol dan membentuk liang pada membran yang menyebabkan kebocoran selular.

e. Nystatin, dihasilkan oleh bakteria Streptomices, digunakan terutamanya untuk Candida jangkitan yis. Ia mengganggu kebolehtelapan membran dengan berinteraksi dengan sterol membran yang disebut ergosterol dan membentuk liang pada membran yang menyebabkan kebocoran selular.

f. Imidazoles, dihasilkan oleh bakteria Streptomices, adalah antibiotik antijamur yang digunakan untuk jangkitan yis, jangkitan dermatofitik, dan jangkitan kulat sistemik. Mereka mengganggu sintesis ergosterol, sterol pada membran sitoplasma kulat, menyebabkan kebocoran sel. Contohnya merangkumi clotrimazole, miconazole, ketoconazole, itraconazole, dan fluconazole.

4 . Ejen antimikrob yang menghalang sintesis protein. (Senarai agen kemoterapi antimikroba biasa yang disenaraikan oleh nama generik dan jenama mereka dan disusun mengikut cara tindakannya terdapat di Jadual 1.)

Ejen ini menghalang bakteria mensintesis protein struktur dan enzim.

a. Ejen yang transkripsi blok (menghalang sintesis mRNA dari DNA).

Rifampin atau Rifampicin: rifadin, rifater digabungkan dengan isoniazid dan pyrazinamide, rimactane (dihasilkan oleh bakteria Streptomices). Rifaximins berkesan terhadap beberapa bakteria Gram-positif dan Gram-negatif dan Mycobacterium tuberculosis.

b. Ejen yang penterjemahan sekatan (mengubah ribosom bakteria untuk mengelakkan mRNA diterjemahkan ke dalam protein).

1. The aminoglikosida (streptomisin, neomycin, netilmicin, tobramycin, gentamicin, amikacin, dll.) ikat tidak dapat dipulihkan ke 16S rRNA dalam subunit 30S ribosom bakteria mengganggu tahap terjemahan sintesis protein. Walaupun mekanisme tindakan yang tepat masih belum pasti, ada bukti bahawa ada yang menghalang pemindahan peptidil tRNA dari A-site ke P-site, sehingga mencegah pemanjangan rantai polipeptida. Beberapa aminoglikosida juga kelihatan mengganggu proses pembacaan bukti yang membantu memastikan ketepatan terjemahan. Mungkin antibiotik mengurangkan kadar penolakan untuk tRNA yang hampir sama dengan kodon. Ini menyebabkan salah membaca kodon atau penghentian sintesis protein pramatang. Aminoglikosida juga boleh mengganggu secara langsung atau tidak langsung fungsi membran sitoplasma bakteria. Kerana ketoksikannya, aminoglikosida biasanya hanya digunakan apabila antibiotik lini pertama yang lain tidak berkesan.

2. The tetrasiklin (tetrasiklin, doxycycline, demeclocycline, minocycline, dll.) ikat secara terbalik pada rRNA 16S dalam subunit ribosom 30S mengganggu tahap terjemahan sintesis protein. Mereka memutarbalikkan ribosom sedemikian rupa sehingga antikodon tRNA yang dikenakan (def) tidak dapat sejajar dengan kodon mRNA Contohnya merangkumi tetracycline, minocycline, dan doxycycline, dihasilkan oleh bakteria Streptomices. Mereka berkesan melawan pelbagai bakteria Gram-positif dan Gram-negatif.

3. Lincomycin dan clindamycin, dihasilkan oleh bakteria Streptomices, mengikat secara terbalik ke rRNA 23S pada subunit ribosom 50-an dan menyekat pembentukan ikatan peptida semasa peringkat terjemahan sintesis protein. Sebilangan besar digunakan untuk melawan bakteria positif Gram.

4. The makrolida (eritromisin, azitromisin, clarithromycin, dirithromycin, troleandomycin, dll.) ikat secara terbalik ke rRNA 23S di subunit 50S ribosom bakteria mengganggu tahap terjemahan sintesis protein. Mereka nampaknya imenghalang pemanjangan protein dengan menghalang enzim peptidyltransferase daripada membentuk ikatan peptida antara asid amino. Mereka juga boleh menghalang pemindahan tRNA peptidil dari tapak A ke tapak P kerana rantai peptida permulaan pada tRNA peptidil melekat pada ribosom, menimbulkan geseran, dan menyekat terowong keluar subunit ribosom 50S. Makrolida digunakan untuk melawan bakteria Gram-positif dan beberapa bakteria Gram-negatif.

5. The oksazolidinon (linezolid), mengikuti kitaran pertama sintesis protein, mengganggu terjemahan beberapa ketika sebelum fasa permulaan. Mereka nampaknya ikat pada subunit ribosom 50S dan mengganggu pengikatannya dengan kompleks permulaan.

6. The streptoGramins (synercid, gabungan quinupristin dan dalfopristin) ikat ke dua lokasi berbeza pada rRNA 23S di subunit ribosom 50S dan bekerja secara sinergi untuk menyekat tahap terjemahan sintesis protein. Terdapat laporan bahawa streptoGramins boleh menghalang penyambungan tRNA yang dikenakan ke tapak A atau dapat menyekat terowong keluar peptida subunit ribosom 50S.

5 . Ejen antimikrobial yang mengganggu sintesis DNA. (Senarai agen kemoterapi antimikroba biasa yang disenaraikan oleh nama generik dan jenama mereka dan disusun mengikut cara tindakannya terdapat di Jadual 1.)

a fluoroquinolones (norfloxacin, lomefloxacin, fleroxacin, ciprofloxacin, enoxacin, trovafloxacin, gatifloxacin, dll.) menghalang satu atau lebih kumpulan enzim yang disebut topoisomerase (def), enzim yang diperlukan untuk lapisan super, replikasi, dan pemisahan DNA bakteria bulat. Sebagai contoh, DNA gyrase (topoisomerase II) memangkinkan lapisan super negatif DNA bulat terdapat dalam bakteria. Ini sangat penting dalam replikasi DNA bakteria, pembaikan DNA, transkripsi DNA menjadi RNA, dan penggabungan semula genetik. Topoisomerase IV, sebaliknya, adalah terlibat dalam kelonggaran DNA pekeliling supercoiled, membolehkan pemisahan kromosom anak perempuan yang saling berkaitan pada akhir replikasi DNA bakteria.

b. Sulfonamida dan trimetoprim (bahan kimia sintetik): Co-trimoxazole adalah gabungan sulfamethoxazole dan trimethoprim. Kedua-dua ubat ini menyekat enzim di jalur bakteria yang diperlukan untuk sintesis asid tetrahidrofolik, kofaktor yang diperlukan bakteria untuk membuat asas nukleotida timin, guanin, urasil, dan adenin.

c. Metronidazol adalah ubat yang diaktifkan oleh protein mikroba flavodoxin dan feredoxin yang terdapat dalam bakteria mikroerofilik dan anaerobik dan protozoa tertentu. Setelah diaktifkan, metronidazole meletakkan nicks pada helai DNA mikroba.

Untuk maklumat lebih lanjut mengenai antibiotik dan bagaimana ia berfungsi, lihat Objek Pembelajaran berikut dalam Panduan Kuliah anda:

E. KETERANGAN MIKROBI TERHADAP EJEN KIMOTHERAPEUTIK ANTIMIKROBIAL

Masalah umum dalam kemoterapi antimikroba adalah pengembangan keturunan bakteria tahan. Sebilangan besar bakteria menjadi tahan terhadap agen antimikroba dengan satu atau lebih mekanisme berikut:

1. Menghasilkan enzim yang menyahaktifkan antibiotik, misalnya, penisilininase dan beta-laktamase lain.

2. Mengubah tapak sasaran dalam bakteria untuk mengurangkan atau menyekat pengikatan antibiotik, misalnya, menghasilkan subunit ribosom yang sedikit berubah yang masih berfungsi tetapi yang tidak dapat diikat oleh ubat.

3. Mengubah selaput dan sistem pengangkutan untuk mencegah masuknya antibiotik ke dalam bakteria dan / atau menggunakan pam eflux (def) untuk mengangkut antibiotik dari bakteria.

4. Mengembangkan jalan metabolik alternatif untuk melewati langkah metabolik yang disekat oleh agen antimikroba, mis., mengatasi ubat-ubatan yang menyerupai substrat dan mengikat enzim bakteria.

5. Meningkatkan pengeluaran enzim bakteria tertentu, mis., mengatasi ubat yang menyerupai substrat dan mengikat enzim bakteria.

Perubahan bakteria ini membolehkannya melawan agen antimikroba berlaku secara semula jadi sebagai hasil mutasi atau penggabungan semula genetik DNA dalam nukleoid, atau sebagai hasil mendapatkan plasmid dari bakteria lain. Pendedahan kepada agen antimikroba ketika itu memilih jenis organisma tahan ini.

Penyebaran ketahanan antibiotik pada bakteria patogen disebabkan oleh pemilihan langsung dan pemilihan tidak langsung. Pemilihan langsung merujuk kepada pemilihan patogen tahan antibiotik di tempat jangkitan. Pemilihan tidak langsung adalah pemilihan flora normal yang tahan antibiotik dalam diri seseorang individu bila-bila masa diberikan antibiotik. Di kemudian hari, flora normal yang tahan ini dapat memindahkan gen ketahanan ke patogen yang memasuki badan. Sebagai tambahan, flora normal yang tahan ini dapat ditularkan dari orang ke orang melalui cara seperti fecal-oral atau melalui rembesan pernafasan.

Sebagai contoh, banyak bakteria Gram-negatif mempunyai R (rintangan) plasmid yang mempunyai pengekodan gen rintangan antibiotik berganda melalui mekanisme yang dinyatakan di atas, serta memindahkan gen yang mengekodkan a pilus seks. Organisma seperti itu dapat berkonjugasi dengan bakteria lain dan memindahkan plasmid R kepada mereka. Escherichia coli, Proteus, Serratia, Salmonella, Shigella, dan Pseudomonas adalah contoh bakteria yang sering mempunyai plasmid R. Kerana masalah ketahanan antibiotik, ujian kerentanan antibiotik biasanya dilakukan di makmal klinikal untuk menentukan agen kemoterapi antimikroba mana yang paling mungkin berkesan pada strain mikroorganisma tertentu. Ini dibincangkan di bahagian seterusnya.

Untuk menggambarkan bagaimana plasmid yang membawa gen yang mengkodkan ketahanan terhadap antibiotik dapat diambil oleh bakteria yang sensitif terhadap antibiotik, di makmal hari ini kita akan menggunakan DNA plasmid untuk mengubah suatu Escherichia coli sensitif terhadap ampisilin antibiotik menjadi tahan terhadap ubat.

The E coli akan diberikan lebih "kompeten" untuk mengambil DNA plasmid (pAMP), yang mengandungi gen yang mengkodkan ketahanan ampisilin, dengan merawatnya dengan larutan kalsium klorida, inkubasi sejuk, dan kejutan panas yang singkat. Mereka kemudian akan dilapisi pada 2 jenis media: agar-agar Lauria-Bertani (LB) dan agar-agar Lauria-Bertani dengan ampisilin (LB / amp). Sahaja E coli yang telah mengambil pengekodan plasmid untuk ketahanan ampisilin akan dapat membentuk koloni pada agar LB / amp.

Untuk maklumat lebih lanjut mengenai ketahanan mikroba terhadap antibiotik, lihat Objek Pembelajaran berikut dalam Panduan Kuliah anda:

F. UJIAN KEBERSIHAN ANTIBIOTIK

Bagi sesetengah mikroorganisma, kerentanan terhadap agen kemoterapi dapat diramalkan. Walau bagaimanapun, bagi banyak mikroorganisma (Pseudomonas, Staphylococcus aureus, dan bacilli enterik Gram-negatif seperti Escherichia coli, Serratia, Proteus, tidak ada cara yang boleh dipercayai untuk meramalkan agen antimikroba mana yang akan berkesan dalam kes tertentu. Ini benar terutamanya dengan munculnya banyak jenis bakteria tahan antibiotik. Oleh kerana itu, ujian kerentanan antibiotik sering diperlukan untuk menentukan agen antimikroba yang akan digunakan terhadap strain bakteria tertentu.

Beberapa ujian boleh digunakan untuk memberitahu doktor bahawa agen antimikroba yang paling mungkin memerangi patogen tertentu:

1. Ujian pencairan tiub

Dalam ujian ini, satu siri tabung kultur disediakan, masing-masing mengandungi medium cair dan kepekatan agen kemoterapi yang berbeza. Tiub kemudian diinokulasi dengan organisma ujian dan diinkubasi selama 16-20 jam pada suhu 35C. Selepas pengeraman, tiub diperiksa untuk kekeruhan (pertumbuhan). Kepekatan agen kemoterapi terendah yang mampu menghalang pertumbuhan organisma ujian adalah kepekatan perencatan minimum (MIC).

Subkultur tiub tidak menunjukkan kekeruhan ke dalam tiub yang mengandungi medium tetapi tidak ada agen kemoterapi yang dapat menentukan kepekatan minimum bakteria (MBC). MBC adalah kepekatan terendah agen kemoterapi yang tidak menyebabkan pertumbuhan (kekeruhan) subkultur. Walau bagaimanapun, ujian ini agak memakan masa dan mahal untuk dilaksanakan.

2. Ujian penyebaran agar (ujian Bauer-Kirby)

Prosedur yang biasa digunakan di makmal klinikal untuk menentukan kerentanan antimikroba adalah kaedah penyebaran cakera Bauer-Kirby. Dalam ujian ini, tindak balas bakteria in vitro terhadap cakera yang mengandungi antibiotik standard telah berkorelasi dengan tindak balas klinikal pesakit yang diberikan ubat tersebut.

Dalam pengembangan kaedah ini, satu cakera berpotensi tinggi setiap agen kemoterapi terpilih telah digunakan. Zon penghambatan pertumbuhan (lihat Gambar 1) yang mengelilingi setiap jenis cakera berkorelasi dengan kepekatan perencatan minimum setiap agen antimikroba (seperti yang ditentukan oleh ujian pencairan tiub). MIC bagi setiap agen kemudian dibandingkan dengan tahap darah yang biasa dicapai pada pesakit dengan dos yang mencukupi. Kategori & quot; Tahan, & quot & Menengah & quot; & & quot; Boleh diterima & quot kemudian ditubuhkan.

Langkah-langkah asas untuk kaedah ujian kerentanan antimikroba kaedah Bauer-Kirby diberikan di bawah. Garis besar prosedur ini dimaksudkan untuk digunakan sebagai tambahan kepada petunjuk makmal klinikal. Prosedur ini sangat diatur dan dikendalikan oleh Institut Piawaian Klinikal dan Makmal (CLSI) dan mesti disertakan dengan proGram jaminan kualiti yang ketat termasuk prestasi oleh personel yang diperakui dan / atau berlesen ketika hasilnya akan dilaporkan dalam keadaan klinikal.

a. Sediakan a inokulum kekeruhan piawai bakteria ujian sehingga ketumpatan bakteria tertentu akan diletakkan di atas pinggan.

  • Pilih 3-5 koloni bakteria terpencil yang sedang diuji.
  • Sekiranya organisma adalah Staphylococcus atau berketul-ketul dan tumbuh dalam ramuan kaldu seperti streptokokus, menangguhkan koloni adalah masin, kaldu Mueller Hinton atau kaldu soya triptis. Sekiranya organisma tumbuh dengan cepat dalam kaldu, letakkan koloni di dalam kuah Mueller Hinton atau kaldu soya triptikase dan inkubasi 2-8 jam.
  • Padankan kekeruhan suspensi atau kultur ujian dengan standard 0.5 McFarland. (Piawaian McFarland adalah tiub yang mengandungi zarah lateks atau barium sulfat dan disesuaikan dengan kekeruhan standard.)
    • Sekiranya suspensi bakteria terlalu keruh, tambahkan lebih banyak garam atau kaldu.
    • Sekiranya suspensi bakteria terlalu ringan, angkat lebih banyak koloni dan gantungkannya di dalam kaldu atau inkubasi lebih lama.

    b. Suntikan piring agar-agar Mueller-Hinton 150mm dengan inokulum piawai sehingga menutup seluruh permukaan agar dengan bakteria.

    • Celupkan sapu steril ke dalam tiub bakteria standard yang sedang diuji. Sapu pelekap ke dinding dalaman tiub untuk mengeluarkan lebihan cecair.
    • Sapu seluruh pinggan dari atas ke bawah, dari tepi ke tepi tanpa jurang.
    • Putar plat kira-kira 60 darjah dan gunakan swab yang sama, sekali lagi sapu seluruh plat dari atas ke bawah.
    • Putar plat kira-kira 60 darjah dan gunakan swab yang sama, dan sapu seluruh pelat dari atas ke bawah untuk kali ketiga.

    c. Tempat cakera yang mengandungi antibiotik standard di pinggan.

    d. Inkubasi agar pinggan menghadap ke atas. Untuk bakteria tidak sihat, inkubasi pada suhu 35 & degC selama 16-18 jam. Untuk bakteria cepat, ikuti piawaian CLSI.

    e. Ukur diameter dari sebarang hasil zon perencatan dalam milimeter (mm) seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.

    f. Tentukan sama ada bakteria itu mudah terdedah mudah terdedah, menengah, atau tahan kepada setiap agen antimikrob menggunakan a jadual piawai (lihat Jadual 2). (Jadual tafsiran terkini boleh didapati dalam dokumen CLSI M100 yang dikemas kini setiap Januari.)

    • Sekiranya terdapat zon penghambatan berganda, ukur diameter zon paling dalam.
    • Sekiranya terdapat zon yang mengandungi koloni, ukur diameter zon bebas koloni.
    • Sekiranya terdapat zon berbulu, ukur diameter titik di mana terdapat pembatasan yang jelas antara pertumbuhan dan tidak ada pertumbuhan.
    • Semasa menguji kawanan Proteus mirabilis, abaikan pertukaran.
    • Semasa menguji Staphylococcus aureus, jerebu di sekitar oksasilin tidak boleh diabaikan. Ukur diameter zon bebas dari pertumbuhan atau jerebu.

    Istilah perantaraan secara amnya bermaksud bahawa hasilnya tidak dapat disimpulkan untuk gabungan ubat-organisma itu. Istilah rentan sederhana biasanya digunakan untuk situasi di mana ubat dapat digunakan untuk jangkitan pada tempat tubuh tertentu, misalnya, sistitis kerana ubat menjadi sangat pekat dalam air kencing.

    3. Ujian automatik

    Ujian automatik berkomputer telah dikembangkan untuk ujian kerentanan antimikroba. Ujian ini mengukur kesan penghambatan agen antimikroba dalam medium cecair dengan menggunakan penyerakan cahaya untuk menentukan pertumbuhan organisma ujian. Hasil dapat diperoleh dalam beberapa jam. Makmal yang melakukan ujian kerentanan dalam jumlah yang banyak sering menggunakan kaedah automatik tetapi peralatannya agak mahal.

    PROSEDUR TINGKATAN MIKROBI TERHADAP EJEN KIMOTHERAPEUTIK ANTIMIKROBIAL

    DNA plasmid (pAMP) di atas ais, larutan kalsium klorida di atas ais, 2 tiub kultur steril, 1 tiub kuah LB, 2 piring agar LB, 2 piring agar LB dengan ampisilin (LB / amp), pipet pemindahan 1 ml steril, gelung penyuntik plastik steril, batang kaca bengkok, piring putar, alkohol, bikar ais, mandi air pada suhu 42 & degC.

    Kultur agar LB Escherichia coli

    PROSEDUR TINGKATAN MIKROBI: demonstrasi

    1. Labelkan satu plat agar LB & "Bakteria Berubah, kawalan positif" dan plat agar LB yang lain & "Bakteria Jenis-Jenis, Kawalan Positif."

    Labelkan satu plat agar LB / amp & "Bakteria yang Diubah, Eksperimen" dan plat agar LB / amp yang lain & "Bakteria Jenis-Jenis, Kawalan Negatif."

    2. Labelkan satu tabung kultur steril & quot (+) AMP & quot dan yang lain & quot (-) AMP. & Quot Menggunakan pipet pemindahan 1ml steril, tambahkan 250 & mikrol kalsium klorida sejuk ke setiap tiub. Letakkan kedua tiub di atas ais.

    Dengan menggunakan gelung penyuntik plastik steril, pindahkan 1-2 jajahan besar dari E coli ke dalam tiub AMP (+) dan tekan dengan kuat pada dinding tiub untuk mengeluarkan semua bakteria. Segera tangguhkan sel dengan berulang kali melakukan pipet masuk dan keluar dengan pipet pemindahan steril sehingga tidak ada gumpalan bakteria yang tersisa. Kembalikan tiub ke ais.

    3. Ulangi langkah 3 kali ini menggunakan tiub AMP (-) dan kembali ke ais.

    4. Gunakan gelung penyuntik plastik steril, tambah satu larutan pDNA (DNA plasmid) ke tiub AMP (+) dan swish loop untuk mencampurkan DNA. Kembali ke ais.

    5. Masukkan kedua-dua tiub di atas ais selama 15 minit.

    6. Selepas 15 minit, & kejutan quotheat & quot kedua-dua tiub bakteria dengan merendamnya dalam tab mandi air 42 & degC untuk 90 saat. Kembalikan kedua-dua tiub ke ais selama 1 minit atau lebih.

    7. Dengan menggunakan pipet pemindahan 1ml steril, tambahkan 250 & mikol kaldu LB ke setiap tiub. Ketuk tiub dengan jari anda untuk bercampur. Tetapkan tiub di rak tabung uji pada suhu bilik.

    8. Menggunakan pipet pemindahan 1ml steril, tambahkan 100 & mikrol daripada E coli penggantungan dari tiub AMP (-) ke LB / amp plat agar berlabel & quot Bakteria Jenis-Jenis, Kawalan Negatif. & quot Tambahkan 100 l lagi E coli daripada (-) AMP kepada LB plat agar berlabel & quot Bakteria Jenis-Jenis, Kawalan Positif. & quot

    9. Dengan menggunakan batang kaca bengkok yang dicelupkan ke dalam alkohol dan terbakar, sebarkan bakteria dengan teliti ke atas kedua-dua piring agar. Pastikan anda memasang semula batang kaca di antara pinggan.

    10. Menggunakan pipet pemindahan 1ml steril, tambahkan 100 & mikrol daripada E coli penggantungan dari tiub AMP (+) ke LB / amp plat agar berlabel & "Bakteria Terubah, Eksperimen." Tambah 100 l lagi E coli daripada (+) AMP kepada LB plat agar berlabel & quot Bakteria Terubah, Kawalan Positif. & quot

    11. Sebarkan dengan segera seperti pada langkah 10.

    12. Inkubkan semua pinggan di terbalik dan disusun dalam pemegang plat petri di rak inkubator 37 & degC yang sesuai dengan bahagian makmal anda sehingga tempoh makmal seterusnya.

    Prosedurnya diringkaskan dalam Gambar 3.

    TATACARA PENGUJIAN KEBERSIHAN ANTIBIOTIK

    Plat agar Mueller-Hinton 150mm (3)
    Sapu steril (3)
    Dispenser disk antibiotik yang mengandungi cakera antibiotik yang biasanya efektif terhadap bakteria Gram-positif, dan yang berisi cakera antibiotik yang biasanya efektif terhadap bakteria Gram-negatif

    Kultur sup soya Trypticase Staphylococcus aureus (Gram-positif), Enterococcus faecalis (Gram-positif), dan Pseudomonas aeruginosa (Gram-negatif)

    PROSEDUR UJIAN KEBERSIHAN ANTIBIOTIK: dilakukan dalam kumpulan 3

    Langkah-langkah asas untuk kaedah ujian kerentanan antimikroba kaedah Bauer-Kirby diberikan di bawah. Garis besar prosedur ini dimaksudkan untuk digunakan sebagai tambahan kepada arahan makmal mikrobiologi umum. Prosedur ini sangat diatur dan dikendalikan oleh Institut Piawaian Klinikal dan Makmal (CLSI) dan mesti disertakan dengan proGram jaminan kualiti yang ketat termasuk prestasi oleh personel yang diperakui dan / atau berlesen ketika hasilnya akan dilaporkan dalam keadaan klinikal.

    1. Ambil 3 pinggan agar Mueller-Hinton. Label satu S. aureus, satu E. faecalis, dan satu P. aeruginosa.

    2. Dengan menggunakan penanda lilin anda, bahagikan setiap plat ke dalam pertiga untuk membimbing coretan anda.

    3. Celupkan a sapu steril ke dalam tiub standard yang sebelumnya S. aureus. Picit swab ke dinding dalaman tiub untuk membuang lebihan cecair.

    4. Lekatkan swab tegak lurus bagi setiap 3 baris dilukis di atas pinggan yang bertindih untuk memastikan liputan lengkap dari keseluruhan permukaan agar dengan inokulum.

    5. Ulangi langkah 3 dan 4 untuk E. faecalis dan P. aeruginosa pinggan.

    6. Gunakan dispenser cakera antibiotik yang sesuai, letakkan Cakera mengandungi antibiotik positif gram pada pinggan S. aureus dan E. faecalis Cakera mengandungi antibiotik gram negatif pada piring P. aeruginosa.

    7. Masukkan 3 pinggan terbalik dan ditumpuk di rak inkubator 35 & degC yang sesuai dengan bahagian makmal anda sehingga tempoh makmal seterusnya.

    8. Dengan menggunakan pembaris metrik, ukur diameter zon perencatan di sekitar setiap cakera pada setiap plat dalam mm dengan meletakkan pembaris di bahagian bawah pinggan (Gamb. 2).

    • Sekiranya terdapat zon penghambatan berganda, ukur diameter zon paling dalam (lihat Gambar 4).
    • Sekiranya terdapat zon yang mengandungi koloni, ukur diameter zon bebas koloni (lihat Gambar 5).
    • Sekiranya terdapat zona berbulu, ukur diameter titik di mana terdapat pembatasan yang jelas antara pertumbuhan dan tanpa pertumbuhan (lihat Gambar 6).
    • Semasa menguji Staphylococcus aureus, jerebu di sekitar oksasilin tidak boleh diabaikan. Ukur diameter zon bebas dari pertumbuhan atau jerebu.

    9. Tentukan sama ada setiap organisma rentan, mudah terdedah, menengah, atau tahan terhadap setiap agen kemoterapi menggunakan jadual piawai (Jadual 2) dan catat keputusan anda.


    Untuk maklumat lebih lanjut mengenai epigenome:

    National Institutes of Health (NIH) menawarkan NIH Roadmap Epigenomics Project, yang menyediakan peta epigenome pelbagai sel untuk mula menilai hubungan antara epigenomik dan penyakit manusia.

    Alat Epigenome Manusia dari Baylor College of Medicine memungkinkan untuk membandingkan epigenom banyak spesies dan jenis sel.

    Penyelidikan yang sedang dilakukan sedang dilakukan dengan International Human Epigenome Consortium.

    University of Utah menyediakan tutorial epigenetik interaktif.

    Institut Penyelidikan Genom Manusia Nasional menyediakan lembaran fakta mengenai Epigenomics.

    Banyak alat untuk memahami epigenomik boleh didapati melalui Projek Epigenomik Dana Bersama NIH.


    Ucapan terima kasih

    Kami mengucapkan terima kasih dan terima kasih kepada pesakit yang memberikan sampel utama untuk penyelidikan ini. Makmal Q. Wang, Institut Genomik Beijing, Akademi Sains China dengan hormat menyumbangkan barisan sel MV-4-11, OCI-AML2, OCI-AML3 dan Kasumi-1. Sel MOLT-4 disediakan oleh Stem Cell Bank, Akademi Sains Cina. Sel NB4 disediakan oleh L. Wu, University of Southern California. Kami mengucapkan terima kasih atas sokongan mereka terhadap karya ini. Kami mengucapkan terima kasih kepada Q. Tao, Z. Yang, H. Yang, W. Lv, S. Zhu, C. Yang, X. Yang, Y. Su, J. Wang, Y. Zhang dan C. Qian. Karya ini disokong oleh National Natural Science Foundation of China (No. 81573277, 81622042 dan 81773567), Projek Khas Ilmiah dan Teknologi Utama Nasional untuk 'Pengembangan Dadah Baru yang Penting' (No. SQ2017ZX095003 dan 2018ZX09711001) dan Program Nasional R & ampD China '(no. 2020YFE0202200).


    Alamat sekarang: Jabatan Penemuan Awal, Ksilink, Strasbourg, Perancis

    Alamat sekarang: Jabatan Genetik, Sekolah Perubatan Yale, New Haven, CT, Amerika Syarikat

    Gabungan

    Jabatan Biologi Sel dan Pembangunan, Institut Max Planck untuk Bioperubatan Molekul, Münster, Jerman

    Kee-Pyo Kim, Juyong Yoon, Jan M. Bruder, Borami Shin, Dong Han, Guangming Wu & amp; Hans R. Schöler

    Jabatan Biologi Molekul, Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Göttingen, Jerman

    Jinmi Choi & Patrick Cramer

    Jabatan Biologi Sel Stem, Sekolah Perubatan, Universiti Konkuk, Seoul, Republik Korea

    Kumpulan Bioperubatan dan Biologi Komputasi, Institut Penyelidikan Kesihatan Biodonostia, San Sebastian, Sepanyol

    IKERBASQUE, Asas Sains Basque, Bilbao, Sepanyol

    Makmal Perubatan Regeneratif dan Kesihatan Guangdong Guangzhou, Guangzhou, China

    Sekolah Bioteknologi dan Penjagaan Kesihatan, Universiti Wuyi, Jiangmen, China

    Jabatan Pembangunan Jantung dan Pembentukan Semula, Max-Planck-Institut Penyelidikan Jantung dan Paru, Bad Nauheim, Jerman

    Fakulti Perubatan, Universiti Münster, Münster, Jerman

    Anda juga boleh mencari penulis ini di PubMed Google Scholar

    Anda juga boleh mencari penulis ini di PubMed Google Scholar

    Anda juga boleh mencari penulis ini di PubMed Google Scholar

    Anda juga boleh mencari penulis ini di PubMed Google Scholar

    Anda juga boleh mencari penulis ini di PubMed Google Scholar

    Anda juga boleh mencari penulis ini di PubMed Google Scholar

    Anda juga boleh mencari penulis ini di PubMed Google Scholar

    Anda juga boleh mencari penulis ini di PubMed Google Scholar

    Anda juga boleh mencari penulis ini di PubMed Google Scholar

    Anda juga boleh mencari penulis ini di PubMed Google Scholar

    Anda juga boleh mencari penulis ini di PubMed Google Scholar

    Anda juga boleh mencari penulis ini di PubMed Google Scholar

    Anda juga boleh mencari penulis ini di PubMed Google Scholar

    Sumbangan

    K.K. membuat kajian, melakukan eksperimen, mentafsirkan data dan menulis naskah. J.Y. dan B.S. menyumbang kepada pembinaan plasmid dan pembetulan barat. J.B menyumbang kepada pemeriksaan kimia. Jonghun K. dan D.W.H. menyumbang kepada kariotaip. M.J.A. menyumbang kepada microarray. Johnny K. mentafsirkan data dan menulis manuskrip. G.W. dan D.H. menyumbang kepada pengujian teratoma dan chimera. J.C. dan P.C. menyumbang kepada ChIP-seq. H.R.S. menyelia kajian ini, mentafsirkan data dan menulis manuskrip.

    Pengarang sama


    6.2 Tenaga Potensi, Kinetik, Bebas, dan Pengaktifan

    Di bahagian ini, anda akan meneroka soalan berikut:

    • Apa itu "tenaga"?
    • Apakah perbezaan antara tenaga kinetik dan potensi?
    • Apa itu tenaga bebas, dan bagaimana tenaga bebas berkaitan dengan tenaga pengaktifan?
    • Apakah perbezaan antara reaksi endergonik dan eksergonik?

    Sambungan untuk Kursus AP ®

    Walaupun sel dan organisma memerlukan tenaga bebas untuk bertahan hidup, mereka tidak dapat secara spontan menghasilkan tenaga, seperti yang dinyatakan dalam Undang-undang Pemuliharaan Tenaga. Tenaga tersedia dalam pelbagai bentuk. Contohnya, objek yang bergerak mempunyai tenaga kinetik, sedangkan objek yang tidak bergerak memiliki tenaga yang berpotensi. Tenaga kimia dalam molekul, seperti glukosa, adalah tenaga berpotensi kerana apabila ikatan pecah dalam tindak balas kimia, tenaga bebas dilepaskan. Tenaga bebas adalah ukuran tenaga yang ada untuk melakukan kerja. Tenaga bebas sistem berubah semasa pemindahan tenaga seperti tindak balas kimia, dan perubahan ini disebut sebagai tenaga bebas ΔG atau Gibbs. ΔG tindak balas boleh menjadi negatif atau positif, bergantung pada apakah reaksi melepaskan tenaga (eksergonik) atau memerlukan input tenaga (endergonik). Semua reaksi memerlukan input tenaga yang disebut tenaga pengaktifan untuk mencapai keadaan peralihan di mana mereka akan meneruskannya. (Di bahagian lain, kita akan meneroka bagaimana enzim mempercepat tindak balas kimia dengan menurunkan penghalang tenaga pengaktifan.)

    Maklumat yang disampaikan dan contoh-contoh yang diketengahkan dalam bahagian menyokong konsep dan Objektif Pembelajaran yang digariskan dalam Idea Besar 2 Kerangka Kurikulum Biologi AP ®. Objektif Pembelajaran yang tercantum dalam Kerangka Kurikulum memberikan landasan yang transparan untuk kursus AP ® Biologi, pengalaman makmal berdasarkan pertanyaan, kegiatan instruksional, dan pertanyaan Ujian AP ®. Objektif Pembelajaran menggabungkan kandungan yang diperlukan dengan satu atau lebih daripada tujuh Praktik Sains.

    Idea Besar 2 Sistem biologi menggunakan tenaga bebas dan blok bangunan molekul untuk tumbuh, berkembang biak, dan mengekalkan homeostasis yang dinamik.
    Kefahaman Berkekalan 2.A Pertumbuhan, pembiakan dan pemeliharaan sistem hidup memerlukan tenaga dan bahan bebas.
    Pengetahuan Penting 2.A.1 Semua sistem hidup memerlukan input tenaga bebas yang berterusan.
    Amalan Sains 6.2 Pelajar dapat membina penjelasan fenomena berdasarkan bukti yang dihasilkan melalui amalan saintifik.
    Objektif pembelajaran 2.1 Pelajar dapat menerangkan bagaimana sistem biologi menggunakan tenaga bebas berdasarkan data empirik bahawa semua organisma memerlukan input tenaga berterusan untuk mengekalkan organisasi, berkembang, dan membiak.
    Pengetahuan Penting 2.A.1 Semua sistem hidup memerlukan input tenaga bebas yang berterusan.
    Amalan Sains 6.2 Pelajar dapat membenarkan tuntutan dengan bukti.
    Objektif pembelajaran 2.2 Pelajar dapat membenarkan tuntutan saintifik bahawa tenaga bebas diperlukan untuk sistem hidup untuk mengekalkan organisasi, tumbuh atau berkembang biak, tetapi terdapat banyak strategi dalam sistem hidup yang berbeza.

    Soalan Cabaran Amalan Sains mengandungi soalan ujian tambahan untuk bahagian ini yang akan membantu anda mempersiapkan diri untuk menghadapi peperiksaan AP. Soalan-soalan ini menyentuh standard berikut:
    [APLO 2.5]

    Tenaga ditakrifkan sebagai kemampuan melakukan kerja. Seperti yang telah anda pelajari, tenaga wujud dalam pelbagai bentuk. Contohnya, tenaga elektrik, tenaga cahaya, dan tenaga haba adalah pelbagai jenis tenaga. Walaupun ini semua jenis tenaga yang biasa dilihat atau dirasakan oleh seseorang, ada jenis tenaga lain yang lebih kurang nyata. Tenaga ini dikaitkan dengan sesuatu yang sederhana seperti objek yang dipegang di atas tanah. Untuk menghargai cara tenaga mengalir masuk dan keluar dari sistem biologi, penting untuk memahami lebih banyak mengenai pelbagai jenis tenaga yang ada di dunia fizikal.

    Jenis Tenaga

    Apabila objek bergerak, ada tenaga yang berkaitan dengan objek itu. Dalam contoh kapal terbang dalam penerbangan, terdapat banyak tenaga yang berkaitan dengan pergerakan kapal terbang. Ini kerana objek bergerak mampu melakukan perubahan, atau melakukan kerja. Fikirkan bola yang merosakkan. Malah bola penghancur yang bergerak perlahan boleh menyebabkan kerosakan pada objek lain. Namun, bola yang hancur tidak bergerak tidak dapat melakukan kerja. Tenaga yang berkaitan dengan objek dalam gerakan dipanggil tenaga kinetik. Peluru yang pantas, orang yang berjalan, pergerakan molekul yang cepat di udara (yang menghasilkan haba), dan radiasi elektromagnetik seperti cahaya semuanya mempunyai tenaga kinetik.

    Sekarang bagaimana jika bola penghancur bergerak yang sama diangkat dua tingkat di atas sebuah kereta dengan kren? Sekiranya bola penghancur yang digantung tidak bergerak, adakah tenaga yang berkaitan dengannya? Jawapannya adalah ya. Bola penghancur yang digantung mempunyai tenaga yang berkaitan dengannya yang pada dasarnya berbeza dengan tenaga kinetik objek yang bergerak. Bentuk tenaga ini berpunca dari kenyataan bahawa terdapat potensi untuk bola yang merosakkan untuk membuat kerja. Sekiranya ia dilepaskan, memang ia akan berjaya. Kerana jenis tenaga ini merujuk kepada potensi untuk melakukan pekerjaan, ia disebut tenaga berpotensi. Objek memindahkan tenaga mereka antara kinetik dan potensi dengan cara berikut: Oleh kerana bola penghancur tergantung tidak bergerak, ia mempunyai 0 tenaga kinetik dan 100 persen tenaga berpotensi. Setelah dilepaskan, tenaga kinetiknya mula meningkat kerana membina kelajuan kerana graviti. Pada masa yang sama, ketika mendekati tanah, ia akan kehilangan tenaga berpotensi. Di suatu tempat pada pertengahan musim gugur ia mempunyai 50 persen kinetik dan 50 peratus tenaga berpotensi. Tepat sebelum menyentuh tanah, bola hampir kehilangan tenaga potensinya dan mempunyai tenaga kinetik hampir maksimum. Contoh tenaga berpotensi lain termasuk tenaga air yang berada di belakang empangan (Gambar 6.6), atau seseorang yang hendak terjun keluar dari kapal terbang.

    Tenaga berpotensi tidak hanya dikaitkan dengan lokasi jirim (seperti anak duduk di dahan pokok), tetapi juga dengan struktur jirim. Mata air di tanah mempunyai tenaga berpotensi jika dimampatkan begitu juga gelang getah yang ditarik tegang. Kewujudan sel hidup sangat bergantung pada tenaga potensi struktur. Pada tahap kimia, ikatan yang menahan atom molekul bersama mempunyai tenaga berpotensi. Ingat bahawa laluan sel anabolik memerlukan tenaga untuk mensintesis molekul kompleks dari yang lebih sederhana, dan jalur katabolik melepaskan tenaga apabila molekul kompleks dipecah. Fakta bahawa tenaga dapat dilepaskan oleh pemecahan ikatan kimia tertentu menunjukkan bahawa ikatan tersebut mempunyai potensi tenaga. Sebenarnya, ada potensi tenaga yang tersimpan dalam ikatan semua molekul makanan yang kita makan, yang akhirnya dapat digunakan. Ini kerana ikatan ini dapat melepaskan tenaga apabila putus. Jenis tenaga berpotensi yang wujud dalam ikatan kimia, dan dilepaskan apabila ikatan tersebut diputuskan, dipanggil tenaga kimia (Rajah 6.7). Tenaga kimia bertanggungjawab untuk membekalkan sel hidup dengan tenaga dari makanan. Pembebasan tenaga berlaku dengan memutuskan ikatan molekul dalam molekul bahan bakar.

    Sokongan Guru

    Lukiskan contoh dari kelas tenaga keupayaan vs tenaga kinetik.Sediakan beberapa persediaan sebelum tangan. Sekiranya hanya ada beberapa contoh yang diberikan, tanyakan kepada pelajar kategori mana yang menjadi contoh contoh anda. Sertakan contoh tenaga kimia, seperti pemanas tangan yang bergantung pada pembebasan haba kimia, petrol, dan mesiu. Diakhiri dengan tenaga kimia dalam ATP, menekankan bahawa ia adalah sejenis tenaga berpotensi, dan peranannya dalam metabolisme.

    Pautan ke Pembelajaran

    Kunjungi laman web ini dan pilih "Pendulum sederhana" pada menu (di bawah "Harmonic Motion") untuk melihat pergeseran kinetik (K) dan tenaga berpotensi (U) bandul dalam keadaan bergerak.

    1. Tenaga kinetik meningkat apabila anak berpusing ke bawah Tenaga berpotensi meningkat apabila anak berpusing ke atas.
    2. Tenaga kinetik menurun apabila anak berpusing ke bawah Tenaga berpotensi menurun ketika anak berayun ke atas.
    3. Tenaga kinetik meningkat apabila anak berpusing ke atas Tenaga berpotensi meningkat apabila anak berayun ke bawah.
    4. Tenaga kinetik meningkat apabila anak berpusing ke bawah Tenaga berpotensi meningkat ketika anak berayun ke bawah.

    Tenaga Percuma

    Setelah mengetahui bahawa tindak balas kimia membebaskan tenaga apabila ikatan penyimpanan tenaga terputus, satu persoalan penting seterusnya ialah bagaimana tenaga yang berkaitan dengan tindak balas kimia dihitung dan dinyatakan? Bagaimana tenaga yang dilepaskan dari satu tindak balas dapat dibandingkan dengan tindak balas yang lain? Pengukuran tenaga bebas digunakan untuk mengukur pemindahan tenaga ini. Tenaga bebas disebut tenaga bebas Gibbs (disingkat dengan huruf G) setelah Josiah Willard Gibbs, saintis yang mengembangkan pengukuran. Ingatlah bahawa menurut hukum termodinamika kedua, semua pemindahan tenaga melibatkan kehilangan sejumlah tenaga dalam bentuk yang tidak dapat digunakan seperti haba, yang mengakibatkan entropi. Tenaga bebas Gibbs secara khusus merujuk kepada tenaga yang berkaitan dengan tindak balas kimia yang tersedia setelah entropi dipertanggungjawabkan. Dengan kata lain, tenaga bebas Gibbs adalah tenaga yang boleh digunakan, atau tenaga yang tersedia untuk melakukan kerja.

    Setiap tindak balas kimia melibatkan perubahan tenaga bebas, yang disebut delta G (∆G). Perubahan tenaga bebas dapat dihitung untuk setiap sistem yang mengalami perubahan tersebut, seperti reaksi kimia. Untuk mengira ∆G, tolak jumlah tenaga yang hilang dari entropi (dilambangkan sebagai ΔS) dari jumlah perubahan tenaga sistem. Perubahan tenaga total dalam sistem ini disebut entalpi dan dilambangkan sebagai ∆H. Rumus untuk mengira ∆G adalah seperti berikut, di mana simbol T merujuk kepada suhu mutlak di Kelvin (darjah Celsius + 273):

    Perubahan tenaga bebas standard tindak balas kimia dinyatakan sebagai jumlah tenaga per mol produk reaksi (sama ada dalam kilojoule atau kilokalori, kJ / mol atau kcal / mol 1 kJ = 0,239 kkal) di bawah pH, ​​suhu, dan tekanan standard syarat. Standard pH, suhu, dan keadaan tekanan umumnya dihitung pada pH 7.0 dalam sistem biologi, 25 darjah Celsius, dan 100 kilopascals (tekanan 1 atm). Penting untuk diperhatikan bahawa keadaan sel sangat berbeza dari keadaan standard ini, dan nilai ∆G yang dikira standard untuk tindak balas biologi akan berbeza di dalam sel.

    Reaksi Endergonik dan Reaksi Eksergonik

    Sekiranya tenaga dibebaskan semasa tindak balas kimia, maka nilai yang dihasilkan dari persamaan di atas akan menjadi nombor negatif. Dengan kata lain, reaksi yang membebaskan tenaga mempunyai ∆G & lt 0. ΔG negatif juga bermaksud bahawa produk tindak balas tersebut mempunyai tenaga bebas yang lebih sedikit daripada reaktan, kerana mereka mengeluarkan sedikit tenaga bebas semasa reaksi. Tindak balas yang mempunyai ∆G negatif dan akibatnya membebaskan tenaga bebas disebut reaksi eksergonik. Fikirkan: cthergonik bermaksud tenaga adalah cthiting sistem. Reaksi ini juga disebut sebagai reaksi spontan, kerana boleh terjadi tanpa penambahan tenaga ke dalam sistem. Memahami tindak balas kimia mana yang spontan dan melepaskan tenaga bebas sangat berguna bagi ahli biologi, kerana reaksi ini dapat dimanfaatkan untuk melakukan kerja di dalam sel. Perbezaan penting mesti diambil antara istilah spontan dan idea reaksi kimia yang berlaku dengan segera. Bertentangan dengan penggunaan istilah sehari-hari, reaksi spontan bukanlah reaksi yang berlaku secara tiba-tiba atau cepat. Pengaratan besi adalah contoh reaksi spontan yang berlaku secara perlahan, sedikit demi sedikit, dari masa ke masa.

    Sekiranya tindak balas kimia memerlukan input tenaga dan bukannya melepaskan tenaga, maka ∆G untuk tindak balas itu akan menjadi nilai positif. Dalam kes ini, produk mempunyai lebih banyak tenaga bebas daripada reaktan. Oleh itu, produk reaksi ini boleh dianggap sebagai molekul penyimpanan tenaga. Reaksi kimia ini disebut reaksi endergonik, dan ia tidak spontan. Reaksi endergonik tidak akan berlaku sendiri tanpa penambahan tenaga bebas.

    Mari kita lihat semula contoh sintesis dan pemecahan molekul makanan, glukosa. Ingatlah bahawa pembinaan molekul kompleks, seperti gula, dari yang lebih sederhana adalah proses anabolik dan memerlukan tenaga. Oleh itu, tindak balas kimia yang terlibat dalam proses anabolik adalah reaksi endergonik. Sebaliknya, proses katabolik memecah gula menjadi molekul yang lebih sederhana membebaskan tenaga dalam rangkaian tindak balas eksergonik. Seperti contoh karat di atas, pemecahan gula melibatkan reaksi spontan, tetapi reaksi ini tidak berlaku seketika. Rajah 6.8 menunjukkan beberapa contoh tindak balas endergonik dan eksergonik yang lain. Bahagian kemudian akan memberikan lebih banyak maklumat mengenai apa lagi yang diperlukan untuk membuat reaksi spontan berlaku dengan lebih berkesan.

    Sambungan Visual

    Nilaikan setiap proses yang ditunjukkan dari segi hubungan antara jenis tindak balas dan sama ada tenaga disimpan atau dibebaskan. Tentukan masing-masing jika prosesnya adalah endergonik atau eksergonik, dan sama ada entalpi dan entropi meningkat atau menurun.

    1. (a) Penguraian cerucuk kompos adalah endergonik, entalpi meningkat dan entropi menurun. (b) Bayi yang berkembang dari telur adalah proses endergonik, entalpi menurun dan entropi menurun. (c) Seni pasir yang dihancurkan adalah eksergonik, tidak ada perubahan entalpi dan entropi menurun. (d) Bola bergulir ke bawah adalah proses eksergonik, entalpi menurun dan entropi menurun.
    2. Penguraian longgokan kompos adalah eksergonik, entalpi menurun dan entropi menurun. (b) Bayi yang berkembang dari telur adalah proses endergonik, entalpi meningkat dan entropi menurun. (c) Seni pasir yang dihancurkan adalah eksergonik, entalpi meningkat dan entropi meningkat. (d) Bola bergulir menuruni bukit adalah proses endergonik, entalpi menurun dan entropi meningkat.
    3. (a) Penguraian cerucuk kompos adalah endergonik, entalpi menurun dan entropi menurun. (b) Bayi yang berkembang dari telur adalah proses eksergonik, entalpi menurun dan entropi meningkat. (c) Seni pasir yang dihancurkan adalah endergonik, entalpi meningkat dan entropi meningkat. (d) Bola yang meluncur menuruni bukit adalah proses eksergonik, entalpi menurun dan entropi menurun.
    4. (a) Penguraian cerucuk kompos adalah endergonik, entalpi meningkat dan entropi meningkat. (b) Bayi yang berkembang dari telur adalah proses endergonik, entalpi menurun dan entropi menurun. (c) Seni pasir yang dihancurkan adalah eksergonik, tidak ada perubahan dalam entalpi dan peningkatan entropi. (d) Bola yang meluncur menuruni bukit adalah proses eksergonik, entalpi menurun dan tidak ada perubahan pada entropi.

    Konsep penting dalam kajian metabolisme dan tenaga adalah keseimbangan kimia. Sebilangan besar tindak balas kimia boleh diterbalikkan. Mereka dapat bergerak ke dua arah, melepaskan tenaga ke persekitaran mereka dalam satu arah, dan menyerapnya dari lingkungan ke arah lain (Gambar 6.9). Hal yang sama berlaku untuk reaksi kimia yang terlibat dalam metabolisme sel, seperti pemecahan dan penumpukan protein masing-masing ke dan dari asid amino individu. Reaktan dalam sistem tertutup akan mengalami tindak balas kimia di kedua arah sehingga keadaan keseimbangan tercapai. Keadaan keseimbangan ini adalah salah satu tenaga bebas serendah mungkin dan keadaan entropi maksimum. Tenaga mesti dimasukkan ke dalam sistem untuk menolak reaktan dan produk dari keadaan keseimbangan. Sama ada reaktan atau produk mesti ditambah, dikeluarkan, atau diubah. Sekiranya sel adalah sistem tertutup, reaksi kimianya akan mencapai keseimbangan, dan ia akan mati kerana tidak ada tenaga bebas yang mencukupi untuk melakukan kerja yang diperlukan untuk mengekalkan kehidupan. Dalam sel hidup, reaksi kimia sentiasa bergerak menuju keseimbangan, tetapi tidak pernah mencapainya. Ini kerana sel hidup adalah sistem terbuka. Bahan masuk dan keluar, sel mengitar semula produk reaksi kimia tertentu menjadi reaksi lain, dan keseimbangan kimia tidak pernah tercapai. Dengan cara ini, organisma hidup dalam pertempuran berterusan yang memerlukan tenaga, melawan keseimbangan dan entropi. Bekalan tenaga berterusan ini akhirnya datang dari cahaya matahari, yang digunakan untuk menghasilkan nutrien dalam proses fotosintesis.

    Sokongan Guru

    Konsep atau entropi boleh menjadi sukar. Mintalah para pelajar meninjau kawasan sekitar rumah mereka, gudang, depan kedai, sebarang struktur yang merosot kerana kekurangan penyelenggaraan. Juga minta mereka mengenal pasti rumah yang lebih tua, bangunan yang dalam keadaan baik dan dikendalikan secara aktif.

    Tenaga Pengaktifan

    Terdapat satu lagi konsep penting yang mesti dipertimbangkan mengenai reaksi endergonik dan eksergonik. Malah tindak balas eksergonik memerlukan sedikit input tenaga untuk meneruskannya sebelum mereka dapat meneruskan langkah melepaskan tenaga mereka. Reaksi ini mempunyai pembebasan tenaga, tetapi masih memerlukan sedikit tenaga pada awalnya. Sebilangan kecil input tenaga yang diperlukan untuk semua reaksi kimia berlaku disebut tenaga pengaktifan (atau tenaga pengaktifan bebas) dan disingkat EA (Rajah 6.10).

    Mengapa reaksi ΔG yang melepaskan tenaga, sebenarnya memerlukan sedikit tenaga untuk meneruskannya? Sebabnya terletak pada langkah-langkah yang berlaku semasa tindak balas kimia. Semasa tindak balas kimia, ikatan kimia tertentu terputus dan ikatan baru terbentuk. Contohnya, apabila molekul glukosa dipecah, ikatan antara atom karbon molekul dipecahkan. Oleh kerana ini adalah ikatan menyimpan tenaga, mereka melepaskan tenaga apabila putus. Walau bagaimanapun, untuk menjadikannya berada dalam keadaan yang membolehkan ikatan terputus, molekulnya mesti sedikit berputar. Input tenaga kecil diperlukan untuk mencapai keadaan yang berpusing ini. Keadaan berputar ini disebut keadaan peralihan, dan ini adalah keadaan bertenaga tinggi, tidak stabil. Atas sebab ini, molekul reaktan tidak bertahan lama dalam keadaan peralihannya, tetapi dengan cepat meneruskan langkah tindak balas kimia seterusnya. Gambar rajah tenaga percuma menggambarkan profil tenaga untuk tindak balas tertentu. Sama ada tindak balas eksergonik atau endergonik menentukan sama ada produk dalam rajah akan wujud pada keadaan tenaga yang lebih rendah atau lebih tinggi daripada kedua-dua reaktan dan produk. Walau bagaimanapun, tanpa mengira ukuran ini, keadaan peralihan tindak balas wujud pada keadaan tenaga yang lebih tinggi daripada reaktan, dan dengan itu, EA sentiasa positif.

    Pautan ke Pembelajaran

    Tonton animasi perpindahan dari tenaga bebas ke keadaan peralihan di laman web ini.

    1. Keadaan peralihan stabil kerana molekul mempunyai struktur molekul yang santai dengan tenaga yang rendah.
    2. Keadaan peralihan tidak stabil kerana molekul mempunyai struktur molekul tegang dengan tenaga tinggi.
    3. Keadaan peralihan tidak stabil kerana molekul mempunyai struktur molekul yang santai dengan tenaga yang tinggi.
    4. Keadaan peralihan stabil kerana molekul mempunyai struktur molekul tegang dengan tenaga rendah.

    Dari mana datangnya tenaga pengaktifan yang diperlukan oleh reaktan kimia? Sumber tenaga pengaktifan yang diperlukan untuk mendorong reaksi ke hadapan adalah tenaga haba dari persekitaran. Tenaga haba (tenaga ikatan total reaktan atau produk dalam tindak balas kimia) mempercepat pergerakan molekul, meningkatkan frekuensi dan daya dengan mana mereka bertembung, ia juga menggerakkan atom dan ikatan dalam molekul sedikit, membantu mereka mencapai keadaan peralihan mereka. Atas sebab ini, pemanasan sistem akan menyebabkan bahan kimia reaktan dalam sistem tersebut bertindak balas lebih kerap. Meningkatkan tekanan pada sistem mempunyai kesan yang sama. Setelah reaktan menyerap tenaga haba yang cukup dari persekitarannya untuk mencapai keadaan peralihan, tindak balas akan diteruskan.

    Tenaga pengaktifan tindak balas tertentu menentukan kadar di mana ia akan berlanjutan. Semakin tinggi tenaga pengaktifan, tindak balas kimia akan semakin perlahan. Contoh pengaratan besi menggambarkan tindak balas yang perlahan. Tindak balas ini berlaku perlahan dari masa ke masa kerana E yang tinggiA. Selain itu, pembakaran banyak bahan bakar, yang sangat eksergonik, akan berlaku pada kadar yang tidak dapat dielakkan kecuali tenaga pengaktifan mereka diatasi oleh haba yang mencukupi dari percikan api. Akan tetapi, apabila bahan api mula terbakar, reaksi kimia melepaskan haba yang cukup untuk meneruskan proses pembakaran, membekalkan tenaga pengaktifan molekul bahan bakar di sekitarnya. Seperti tindak balas ini di luar sel, tenaga pengaktifan bagi kebanyakan tindak balas sel terlalu tinggi untuk tenaga haba untuk mengatasi pada kadar yang cekap. Dengan kata lain, agar tindak balas selular penting berlaku pada kadar yang cukup tinggi (bilangan tindak balas per unit masa), tenaga pengaktifannya mesti diturunkan (Gambar 6.10) ini disebut sebagai pemangkin. Ini adalah perkara yang sangat baik untuk sel hidup. Makromolekul penting, seperti protein, DNA, dan RNA, menyimpan banyak tenaga, dan pemecahannya adalah eksergonik. Sekiranya suhu selular memberikan tenaga haba yang cukup untuk tindak balas eksergonik ini untuk mengatasi halangan pengaktifan, komponen penting sel akan hancur.

    Sokongan Guru

    Jelaskan dengan jelas kepentingan tenaga pengaktifan yang diperlukan untuk tindak balas kimia, walaupun dengan reaksi eksergonik. Gunakan angka tindak balas eksergonik dengan delta G kurang dari sifar untuk menunjukkan bahawa walaupun perubahan tenaga adalah negatif, masih memerlukan tenaga pengaktifan. Sertakan contoh cara enzim menurunkan tenaga pengaktifan yang diperlukan. Tekankan bahawa ini adalah cara reaksi "mempercepat" enzim, sehingga memudahkan reaksi itu terjadi.


    Mempercepat tindak balas: pemangkin biologi berbanding kimia

    Sebilangan besar tindak balas kimia berlaku dengan perlahan pada suhu bilik. Ini adalah berita baik sepanjang masa, jika tidak, bahagian persekitaran yang rawak akan meletup secara berkala, tetapi berita buruk untuk proses industri yang memerlukan reaksi berlaku.

    Sebilangan besar tindak balas kimia berlaku dengan perlahan pada suhu bilik. Ini adalah berita baik sepanjang masa, jika tidak, bahagian persekitaran yang rawak akan meletup secara berkala, tetapi berita buruk untuk proses industri yang memerlukan reaksi berlaku. Untuk mempercepatnya, pemangkin digunakan. Pemangkin adalah bahan yang mempercepat tindak balas tanpa mengambil bahagian di dalamnya sehingga pada akhir reaksi anda mempunyai jumlah pemangkin yang sama seperti yang anda mulakan.

    Pemangkin industri selalunya merupakan logam, kerana kebanyakan logam mempunyai sebilangan besar elektron yang sedikit memusingkan betapa hampir dengan atom pusat yang diperlukan. Ini membolehkan logam menggunakan elektron ini untuk membantu tindak balas sebelum menuntut kembali apabila tindak balas selesai. Contohnya adalah pemangkin berasaskan besi yang digunakan untuk membuat ammonia (proses Haber-Bosch) dan pemangkin nikel yang digunakan untuk membuat lemak tepu.

    Pemangkin biologi berfungsi berdasarkan prinsip yang sangat berbeza. Daripada menjadi logam dengan elektron cepat dan longgar, pemangkin biologi adalah molekul kompleks besar yang disebut enzim, yang mengandungi poket khusus agar reaktan masuk. Sebaik sahaja mereka terperangkap di dalam enzim, maka tindak balas, baik dengan membentuk ikatan sementara dengan reaktan untuk menolong mereka bersatu, atau hanya dengan menahannya cukup dekat satu sama lain untuk benar-benar bertindak balas dan membentuk produk.

    Sebilangan besar enzim terdapat di dalam bentuk kehidupan organik, yang bermaksud bahawa mereka tidak memerlukan suhu tinggi untuk berfungsi sementara pemangkin logam cenderung memerlukan sedikit tenaga untuk memulakan. Sebenarnya enzim akan mengalami denaturasi, atau pecah, jika dipanaskan terlalu jauh melebihi suhu optimumnya (untuk sekitar 40 darjah, walaupun beberapa enzim bakteria dapat berfungsi pada 100 darjah). Dalam beberapa kes, seperti serbuk pencucian biologi, ini dapat memberi manfaat besar kerana ini bermakna lebih sedikit tenaga diperlukan untuk tindak balas dan pakaian dapat dicuci pada suhu yang lebih rendah. Dalam beberapa proses perindustrian, bagaimanapun, suhu tinggi diperlukan untuk meningkatkan kadar tindak balas sehingga menyejukkan semuanya hingga 40 darjah tidak praktikal.

    Perkara penting lain mengenai enzim adalah bahawa tidak seperti pemangkin logam mereka sangat spesifik. Oleh kerana reaktan masuk ke dalam poket di dalam enzim, setiap enzim hanya dapat memuat molekul yang dimaksudkan untuk menjadi pemangkin. Dan kerana enzim adalah molekul besar dan kompleks, tidak begitu mudah untuk hanya merancangnya agar sesuai dengan reaktan yang anda perlukan. Sekali lagi, ini baik untuk serbuk pencucian biologi, kerana terdapat banyak enzim yang telah berkembang untuk memecah noda telur, noda darah, dan membentuk gelembung kecil yang aneh pada jumper. Untuk proses kimia boleh menjadi lebih sukar - tidak banyak organisma yang berkembang untuk mengeluarkan gas toksik dari petrol, atau mensintesis sulfur dioksida.

    Ada beberapa pekerjaan yang dilakukan merancang enzim untuk tujuan tertentu, dengan harapan dapat meningkatkan jumlah reaksi yang dapat menjadi pemangkin dengan cara biologi. Ini bukan pekerjaan termudah di dunia, kerana enzim terdiri daripada rantai protein besar yang dilipat dengan cara yang pelik dan menarik dan mengubah satu bahagian daripadanya boleh memberi kesan yang tidak dijangka pada keseluruhan molekul. Ini adalah bidang penyelidikan yang menarik, dengan implikasi untuk penyelidikan industri dan perubatan serta akademik.

    Pandangan yang diutarakan adalah pandangan penulis dan tidak semestinya pendapat Scientific American.

    TENTANG PENULIS

    Ahli biokimia dengan minat mikrobiologi, Lab Rat senang meneroka, membaca dan menulis mengenai bakteria. Setelah berjaya melepaskan dirinya dari universiti, dia kini bekerja di sebuah syarikat kecil di Cambridge di mana dia mengubah data menjadi perkataan yang dapat dikendalikan dan grafik yang hebat.


    Interaksi Urea-aromatik dalam biologi

    Interaksi tidak kovalen adalah penentu utama dalam proses kimia dan biologi. Di antara proses tersebut, interaksi hidrofobik memainkan peranan penting dalam melipat protein, asid nukleik, pembentukan membran, pengiktirafan protein-ligan, dll. Walaupun interaksi ini dimediasi melalui pelarut berair, kestabilan biomolekul di atas dapat sangat sensitif terhadap gangguan luaran kecil, seperti suhu, tekanan, pH, atau bahkan bahan tambahan pelarut, seperti, urea — molekul organik kecil yang sangat larut yang digunakan oleh pelbagai organisma hidup untuk mengatur tekanan osmotik. Terdapat banyak kajian terperinci yang meliputi kedua-dua rejim eksperimen dan teoritis, untuk memahami bagaimana urea memodulasi kestabilan makromolekul biologi.Walaupun para eksperimentalis memfokuskan pada aspek termodinamik dan kinetik, pemodelan teori melibatkan maklumat mekanistik pada tahap molekul, mengira perincian atomistik yang menerapkan pendekatan medan daya ke perincian elektronik tahap tinggi menggunakan kaedah mekanik kuantum. Ulasan ini memfokuskan terutamanya pada contoh yang mempunyai kaitan dengan biologi, seperti (1) protein dibantu urea, (2) RNA dibantu urea, (3) interaksi lesi urea dalam DNA yang rosak, (4) pengaliran urea melalui protein membran, dan (5) interaksi protein-ligan yang secara eksplisit menangani daya hidup interaksi hidrofobik yang melibatkan eksklusif urea-aromatik.

    Ini adalah pratonton kandungan langganan, akses melalui institusi anda.


    Tonton videonya: Protein. Kimia SMA. Tetty Afianti (Disember 2021).