Питание – это включение в метаболические реакции любого характера тех или иных соединений среды
Процессы катаболизма и анаболизма.
Типы питания прокариот.
Типы брожения прокариот.
Аэробное и анаэробное дыхание прокариот.
Бактериальный фотосинтез и его отличие от фотосинтеза растений.
Биосинтезы органических соединений.
Метаболизм – это совокупность биохимических процессов, протекающих в клетке и обеспечивающих ее жизнедеятельность. Клеточный метаболизм складывается из двух противоположно направленных процессов: энергетического метаболизма (катаболизма) и конструктивного метаболизма (анаболизма).
Катаболизм – это совокупность реакций окисления различных органических и неорганических веществ, сопровождающихся выделением энергии, аккумулируемой клеткой в форме фосфатных связей.
Анаболизм – это совокупность реакций биосинтеза, в результате которых, за счет веществ, поступающих извне, и промежуточных продуктов, образующихся при катаболизме, синтезируется вещество клеток. Этот процесс связан с потреблением энергии.
Процессы катаболизма и анаболизма в клетке протекают одновременно и тесно взаимосвязаны между собой. Совокупность последовательных ферментативных реакций обоих процессов можно разделить на 3 этапа:
1. периферический этап (метаболизм) – ферментативное превращение веществ исходного субстрата. Ферменты, осуществляющие данные превращения называются переферическими.
|
|
|
2. промежуточный этап – объединяет ферментативные реакции, сопровождающиеся образованием промежуточных продуктов, нередко одинаковых для процессов катаболизма и анаболизма.
3. конечный этап – характеризуется образованием конечных продуктов анаболизма, идущих на построение структурных элементов клетки, и конечных продуктов катоболизма, выделяемых клеткой в среду.
Катаболизм и анаболизм прокариот отличаются удивительным разнообразием. В основе этого разнообразия лежит способность микроорганизмов использовать в качестве источников энергии и исходных веществ биосинтеза практически безграничный набор органических и неорганических соединений. Эта способность прокариот обусловлена различиями в наборе клеточных ферментов.
В микробной клетке ферменты являются биологическими катализаторами. По строению выделяют:
1) простые ферменты (белки);
2) сложные; состоят из белковой (активного центра) и небелковой частей; необходимы для активизации ферментов.
По месту действия выделяют:
1) экзоферменты (действуют вне клетки; принимают участие в процессе распада крупных молекул, которые не могут проникнуть внутрь бактериальной клетки; характерны для грамположительных бактерий);
|
|
|
2) эндоферменты (действуют в самой клетке, обеспечивают синтез и распад различных веществ).
В зависимости от катализируемых химических реакций все ферменты делят на шесть классов:
1) оксидоредуктазы (катализируют окислительно-восстано-вительные реакции между двумя субстратами);
2) трансферазы (осуществляют межмолекулярный перенос химических групп);
3) гидролазы (осуществляют гидролитическое расщепление внутримолекулярных связей);
4) лиазы (присоединяют химические группы по двум связям, а также осуществляют обратные реакции);
5) изомеразы (осуществляют процессы изомеризации, обеспечивают внутреннюю конверсию с образованием различных изомеров);
6) лигазы , или синтетазы (соединяют две молекулы, вследствие чего происходит расщепление пирофосфатных связей в молекуле АТФ).
Набор ферментов в клетке может изменятся в зависимости от условий , в которых находятся бактерии. По этому свойству все ферменты на 2 группы:
1) конституитивные ферменты (синтезируются постоянно независимо от наличия субстрата) (ДНК-полимераза);
2) индуцибельные ферменты (синтезируются только в присутствии субстрата) (большинство гидролаз).
Набор ферментов в клетке строго индивидуален для вида. Способность микроорганизма утилизировать субстраты за счет своего набора ферментов определяет его биохимические свойства.
|
|
|
Питание бактерий
Питание – это включение в метаболические реакции любого характера тех или иных соединений среды
Питание в первую очередь обеспечивает размножение и метаболизм клетки. Питательным веществом следует считать любое химическое вещество, которое призвано удовлетворять энергетические потребности клетки. Среди необходимых питательных веществ выделяют органогены — это 10 химических элементов. К ним относят углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, магний, кальций, сера и железо. Кроме органогенов, необходимы микроэлементы. Они обеспечивают активность ферментов. Это цинк, марганец, молибден, кобальт, медь, никель, вольфрам, натрий, хлор и др..
Некоторые микроорганизмы не способны сами синтезировать так называемые факторы роста: витамины, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, в отсутствие которых микроорганизмы не могут расти. Таким образом, среди бактерий выделяют:
1) прототрофы (способны сами синтезировать необходимые для них соединения)
2) ауксотрофы (являются мутантами прототрофов, потерявшими гены; ответственные за синтез некоторых веществ — витаминов, аминокислот, поэтому нуждаются в этих веществах в готовом виде, т.е. нуждаются в факторах роста).
|
|
|
Для бактерий характерно многообразие источников получения питательных веществ.
В зависимости от источника получения углерода бактерии делят на:
1) автотрофы (для получения углерода используют неорганические вещества — СО2);
2) гетеротрофы (организмы, нуждающиеся в готовых органических веществах):
метатрофы (используют органические вещества неживой природы);
паратрофы (используют органические вещества живой природы).
Процессы питания должны обеспечивать энергетические потребности бактериальной клетки.
По источникам энергии микроорганизмы делят на:
1) фототрофы (способны использовать солнечную энергию);
2) хемотрофы (получают энергию за счет окислительно-восстановительных реакций);
По донору электронов прокариоты подразделяются на литотрофы, обладающие способностью использовать неорганические доноры электронов (H2, NH2, H2S, Fe2+, CO и др.) и органотрофы - использующие органические вещества в качестве доноров электронов.
По трем указанным выше критериям (источник энергии и углерода, донор электронов) все микроорганизмы могут быть разделены на 8 физиологических групп (Таблица на практических занятиях).
По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на несколько физиологических групп:
1. облигатные аэробы – бактерии, способные получать энергию только в ходе дыхания и поэтому нуждающиеся в постоянном притоке О2.
2. факультативные анаэробы – бактерии, способные расти как в присутствии, так и в отсутствии кислорода. Они могут переключать свой энергетический метаболизм с аэробного на брожение и анаэробное дыхание.
3. облигатные анаэробы – могут расти только в бескислородной среде, так как кислород для них токсичен.
Микроорганизмы ассимилируют питательные вещества в виде небольших молекул, поэтому белки, полисахариды и другие биополимеры могут служить источниками питания только после расщепления их экзоферментами до более простых соединений.
Метаболиты и ионы поступают в микробную клетку различными путями. Пути поступления метаболитов и ионов в микробную клетку.
1. Пассивный транспорт (без энергетических затрат):
1) простая диффузия;
2) облегченная диффузия (по градиенту концентрации, с помощью белков-переносчиков).
2. Активный транспорт (с затратой энергии, против градиента концентрации; при этом происходит взаимодействие субстрата с белком-переносчиком на поверхности цитоплазматической мембраны).
Встречаются модифицированные варианты активного транспорта — перенос химических групп. В роли белков-переносчиков выступают фосфорилированные ферменты, поэтому субстрат переносится в фосфорилированной форме. Такой перенос химической группы называется транслокацией.
Многие микроорганизмы живут в более или менее тесной связи с другими микроорганизмами, животными и растениями. Такое совместное существование может иметь физиологические (связанные с питанием) или экологические причины. Так, совместное существование организмов двух разных видов в условиях тесного пространственного контакта называют симбиозом, если оба партнера извлекают из него пользу (симбиоз клубеньковых бактерий с высшим растением в корневых клубеньках бобовых; симбиоз бактерий с животными у бактерий, разлагающих целлюлозу и обитающих в рубце жвачных). Если взаимная польза от сожительства не столь важна, но при этом оно не приносит организмам и вреда, то говорят о комменсализме. Комменсалами являются, например, представители нормальной кишечной микрофлоры, бактерии ротовой полости, дыхательных путей и кожи. При паразитизме пользу от сожительства получает только один партнер – паразит, а другому партнеру – хозяину причиняется вред, что в конечном итоге заканчивается гибелью последнего. Факультативные паразиты могут жить и без хозяина и расти на обычной питательной среде in vitro. Облигатные паразиты связаны с определенным хозяином (или с разными хозяевами). Они не способны существовать или размножаться вне организма-хозяина, вне его тканей (тканевые паразиты) или клеток (клеточные паразиты). Многие возбудители болезней животных и растений являются облигатными паразитами (риккетсии, вирусы).
Паразитическому образу жизни противопоставляется сапрофитное существование. Под этим понимают питание мертвым органическим материалом, что представляет собой один из вариантов гетеротрофного образа жизни.
Образование молекул АТФ из АДФ может происходить двумя путями:
1. Фосфорилирование в дыхательной или фотосинтетической ЭТЦ. Этот процесс связан с мембранами и их производными и его называют мембранное фосфорилирование. Синтез АТФ в данном случае происходит с помощью фермента АТФ-синтазы.
2. Фосфорилирование на уровне субстрата. При этом фосфатная группа переносится от субстрата. Такой способ синтеза АТФ получил название субстратного фосфорилирования. Ферменты субстратного фосфорилирования не связаны с мембранами.
У хемотрофов генерация энергии в молекулах АТФ происходит в результате двух типов реакций: окисления и восстановления. Донорами электронов могут быть органические и неорганические вещества. Акцепторами называются молекулы, способные воспринимать электроны и при этом восстанавливаться. Донором электронов не может быть предельно окисленное вещество, а акцептором – восстановленное. При биологическом окислении чаще всего происходит одновременный перенос двух электронов и двух протонов. Такое окисление субстрата называется дегидрированием.
Все окислительно-восстановительные реакции энергетического метаболизма можно разделить на три типа:
Аэробное дыхание
Анаэробное дыхание
Брожение
Основным процессов энергетического метаболизма многих прокариот является аэробное дыхание, при котором донором Н+ и ē могут служить органические (реже неорганические) вещества, а конечным акцептором является молекулярный кислород. Основное количество энергии образуется при мембранном фосфорилировании в ЭТЦ.
Анаэробное дыхание – цепь о.в. реакций, которые сводятся к окислению органического и неорганического субстрата с ипользованием конечного акцептора электронов не молекулярного кислорода, а других неорганических веществ (нитрата, нитрита, сульфата, сульфита, СО2 и др.), а также органических веществ (фумарата и др.). АТФ образуется также в ЭТЦ при мембранном фосфорилировании, но в количестве меньшем, чем при аэробном дыхании.
Брожение – совокупность анаэробных о.в. реакций, при которых органические соединения служат, как донорами, так и акцепторами электронов, образующихся из одного и того же субстрата при брожении (главным образом углеводы, но могут быть различные субстраты). АТФ синтезируется в результате субстратного фосфорилирования.
У бактерий возможны три пути катаболизма глюкозы:
Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 53; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!