- •Обмен веществ у микроорганизмов
- •Конструктивный обмен
- •1 2 3
- •Источники питательных веществ для микроорганизмов. Типы питания
- •Проницаемость клеток микроорганизмов и механизм поступления питательных веществ.
- •Переносчик
- •Цитоплазма
- •Энергетический обмен
- •Источники энергии и особенности энергетических процессов у микроорганизмов
- •Взаимосвязь конструктивного и энергетического обменов.
- •Типы метаболических процессов и способы существования у микроорганизмов
- •Способы получения энергии хемоорганогетеротрофами
- •Трансформация углеводов у хемоорганогетеротрофов.
Конструктивный обмен
Конструктивный обмен веществ заключается в биосинтезе основных клеточных компонентов из поступивших в клетку веществ питательной среды. Конструктивный обмен направлен на синтез трех основных типов биополимеров - белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов - и липидов (рис.3.1).
Условно конструктивный обмен клетки можно представить в виде следующих этапов: первый - образование из простейших неорганических веществ органических предшественников (1); второй - из органических предшественников синтезируются строительные блоки (аминокислоты, простые сахара, органические кислоты, мононуклеотиды, глицерин, высшие спирты) - мономеры (П); третий - строительные блоки, связываясь друг с другом ковалентными связями, образуют биополимеры клетки (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты) и высокомолекулярные липиды (III).
Представленная схема биосинтетических процессов не отражает всей сложности превращения низкомолекулярных предшественников в строительные блоки с большой молекулярной массой. На самом деле синтез протекает как серия последовательных реакций с образованием разнообразных промежуточных продуктов метаболизма. Кроме того, уровни развития биосинтетических способностей микроорганизмов различны.
СО2
Н2О
О2
Н3РО4
NН3 ,NН4+
-кето-
кислоты
Рибозо-5-
фосфат
Пируват
Ацетат,
малонат
Аминокислоты
Мононуклео-
тиды
Простые
сахара
Глицерин
Высшие
жирные кислоты
Белки
Нуклеиновые кислоты
Полисахариды
Липиды
1 2 3
Рис. 3.1 Обобщенная условная схема биосинтеза микроорганизмами сложных органических соединений
У одних микроорганизмов конструктивный обмен включает все показанные на схеме этапы, у других ограничен вторым и третьим, или только третьим. Именно поэтому микроорганизмы резко отличаются друг от друга по своим потребностям в формах питательных веществ. Мономеры могут быть синтезированы клеткой из более простых соединений, либо получены в результате гидролиза высокомолекулярных соединений или должны поступать в готовом виде из питательной среды. Чем больше готовых соединений должен получать микроорганизм из питательной среды, тем ниже уровень его биосинтетических способностей.
Обмен веществ неразрывно связан с процессом питания. Потребности микроорганизмов в питательных веществах целиком определяются химическим составом их клеток.
Химический состав клеток микроорганизмов
В клетках микроорганизмов содержится 75-85% воды, остальные 15-25% составляет сухое вещество. Вода в клетке находится в свободном и связанном состоянии. Связанная вода входит в состав коллоидов клетки (белки, полисахариды и др.) и с трудом высвобождается из них. Свободная вода участвует в биохимических реакциях, служит растворителем для различных соединений, образующихся в клетке в процессе обмена. Для нормальной жизнедеятельности любого живого организма в нем должно быть достаточное количество свободной влаги. Связанная вода (химически, осмотически, адсорбционно и т.д.) в реакциях обмена участвовать не может.
Сухое вещество клетки состоит из органических и минеральных веществ. На долю минеральных веществ приходится 2-14% от сухого вещества клетки, остальная часть сухого вещества представлена органическими соединениями, основную массу которых составляют белки (до 52%), полисахариды (до 17%), нуклеиновые кислоты (РНК до 16%, ДНК до 3%) и липиды (до 9%/). Эти соединения входят в состав различных клеточных структур микроорганизмов и выполняют важные физиологические функции.
Наибольшее значение из клеточных белков имеют нуклеопротеиды - белки, связанные с нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК). Они являются обязательными компонентами ядра и рибосом. Нуклеопротеиды играют важную роль в процессах роста и размножения микроорганизмов, участвуют в передаче наследственных признаков. Все клеточные ферменты также являются белками.
Полисахариды в клетках микроорганизмов представлены гранулезой и гликогеном, которые являются запасными питательными веществами, а также декстраном и леваном, составляющими капсулы бактерий. Некоторые полисахариды (целлюлоза и др.) входят в состав клеточной стенки.
Липиды входят, главным образом, в состав клеточной стенки и цитоплазматической мембраны. Они откладываются в клетках в качестве запасных веществ.
В клетках микроорганизмов находятся и другие вещества - органические кислоты, их соли, пигменты, витамины и др.
Важнейшими химическими элементами, входящими в состав клеток микроорганизмов, являются С, О, Н, N, ,S , Р , К , Mg, Ca и Fe. Эти элементы играют различную физиологическую роль. Первые четыре элемента входят в состав всех без исключения живых организмов и их называют органогенами. Они составляют основу органических веществ. Важную физиологическую функцию выполняют также фосфор и сера. Фосфор входит в состав ряда важных органических соединений клетки - нуклеиновых кислот, фосфолипидов, АТФ и др. Сера входит в состав серусодержащих аминокислот, без которых невозможен синтез белков. Эти шесть элементов составляют до 90-98% сухого вещества клеток, при этом на долю углерода приходится 50%. Остаток представлен другими элементами. Все они входят в состав небелковой части различных ферментов, а некоторые выполняют и другие функции. Большое значение имеют калий, магний, кальций, железо, а также элементы, присутствующие в микроколичествах. Это цинк, медь, кобальт, марганец, иод, селен и др. ,так называемые следовые элементы.
Как уже отмечалось, химический состав клеток микроорганизмов определяет их потребности в питательных веществах и дает представление о значении отдельных химических элементов и соединений в жизнедеятельности микроорганизмов.