Метаболізм у мікроорганізмів

Метаболізм у мікроорганізмівОСОБЛИВОСТІ МЕТАБОЛІЗМУ У МІКРООРГАНІЗМІВ

Під метаболізмом (від грец. Metabole - зміна, перетворення) розуміють сукупність біохімічних реакцій і перетворень речовин, що відбуваються в мікробної клітці, спрямованих на отримання енергії і подальше використання її для синтезу органічних речовин.

Термін «метаболізм» об'єднує два взаємопов'язаних, але протилежні процеси - анаболізм і катаболізм. Вони притаманні всім живим істотам і є основними ознаками живого.

анаболизм (Харчування; асиміляція; конструктивний, або будівельний, обмін; обмін речовин) зводиться до засвоєння, т. Е. До використання мікроорганізмами поживних речовин, що надійшли із зовнішнього середовища, для біосинтезу компонентів (речовин) власного тіла. Це досягається частіше відновними ендотермічними реакціями, для перебігу яких потрібна енергія.

катаболізм (Дихання, дисиміляція, біологічне окислення) характеризується розщепленням (окисленням) складних органічних речовин до більш простих продуктів із звільненням укладеної в них енергії, яка використовується мікроорганізмами для синтезу речовин даної клітини. Цей обмін називається також енергетичним.

У більшості випадків один і той же речовина використовується як в асиміляції, так і в дисиміляції. Винятком є ​​вуглеводи, які піддаються розщепленню і не беруть участі в конструктивному обміні.

Метаболізм у мікроорганізмів характеризується інтенсивним споживанням поживних речовин. Так, при сприятливих умовах протягом доби одна клітина бактерій засвоює речовин в 30-40 разів більше величини своєї маси.

В обміні речовин беруть участь різні хімічні речовини. Залежно від цього розрізняють білковий, вуглеводний, ліпідний і водносолевой обмін.

Білковий обмін. Розпад білка спочатку відбувається до пептоноз під дією ферментів екзопротеаз. Надалі пептони під впливом ендопротеаз розщеплюються до амінокислот, які надходять в клітину. Тут амінокислоти можуть піддаватися дезамінуванню і декарбоксилюванню.

В результаті дезамінування утворюються аміак, кетокислот або оксикислоти, спирт та інші речовини.

Декарбоксилирование амінокислот відбувається при розвитку гнильних бактерій з утворенням токсичних продуктів «трупних отрут». При декарбоксилюванні гістидину утворюється гістамін, орнитина - путресцин, лізину - кадаверин, тирозину - тирамін. Деякі мікроби виробляють фермент тріптофаназу, під впливом якої амінокислота триптофан розпадається з утворенням індолу. Наявність індолообразованія використовують при ідентифікації мікроорганізмів.

Поряд з реакціями розщеплення білків відбуваються і процеси їх синтезу. Для побудови білків бактерії використовують амінокислоти. Бактеріальні клітини задовольняють свої потреби в амінокислотах двома шляхами: одні мікроорганізми отримують амінокислоти при розщепленні білка, інші синтезують їх з простих сполук азоту. Важливим властивістю мікробів є здатність синтезувати незамінні амінокислоти (метіонін, триптофан, лізин). Синтез білка відбувається в рибосомах клітини.

Білковий обмін знаходиться в тісному зв'язку з вуглеводним обміном. Для побудови білкових з'єднань використовується піровиноградна кислота, а дикарбонові кислоти є активними посередниками в біосинтезі амінокислот.

Вуглеводний обмін. Вуглеводи розщеплюються під дією ферментів з утворенням глюкози і мальтози. Під впливом ферментів мальтази, сахарази, лактази дисахариди, що надійшли всередину клітини бактерії, піддаються гідролізу і розпаду на моносахариди, які потім ферментують з розривом ланцюга молекул вуглеводу і звільненням значної кількості енергії.

Розщеплення мікробами вуглеводів супроводжується утворенням органічних кислот, які можуть розпадатися до кінцевих продуктів - ССЬ і Н2О.
Синтез вуглеводів у мікроорганізмів відбувається фото- і хе-мосінтетіческі. При фотосинтезі зелені і пурпурні бактерії, що містять пігменти хлорофілу, синтезують глюкозу з діоксиду вуглецю, що міститься в повітрі. При цьому для перебігу ндотерміческіх реакцій синтезу необхідна енергія світла.

Процес фотосинтезу у бактерій (прокаріотів) відрізняється від фотосинтезу у зелених рослин (еукаріоти). У рослин при фотолізі донором водню служить вода, в результаті чого виділяється молекулярний кисень.

У прокаріот, за винятком синьо-зелених водоростей, донорами водню є H2S, Н2, інші мінеральні та органічні сполуки, тому в результаті реакції фотосинтезу кисень не утворюється. Головним пігментом фотосинтезу у бактерій є бактеріохлорофіл, у зелених рослин - хлорофіл, що знаходиться в хлоропластах, кожен з яких еквівалентний прокариотической клітці. У бактерій хлоропласта відсутні.

Хемосинтез здійснюють мікроорганізми, які синтезують вуглеводи з глюкози, яка попередньо утворюється в результаті сахаролитических реакцій, т. Е. Розщеплення складних Сахаров. Для хемосинтезу використовується хімічна енергія, що звільняється при розпаді аденозин тріфосфорной кислоти (АТФ), т. Е. Енергія хімічних реакцій.

Ліпідний обмін включає процеси гідролізу ліпідів, всмоктування жирних кислот і моногліцеридів, біосинтезу специфічних ліпідів, їх розщеплення і виділення кінцевих продуктів розпаду.

Більшість видів бактерій засвоюють ліпіди у вигляді гліцерину, який служить джерелом енергії. Мікроорганізми використовують його також для синтезу ліпідів, які у вигляді включень є резервними поживними речовинами (поживним матеріалом).

Основні процеси ліпідного обміну здійснюються за допомогою ліпази та інших ліполітичних ферментів, міцно пов'язаних з клітинної цитоплазмой.

Водно-сольовий обмін включає надходження і виділення води і мінеральних солей, а також перетворення, що відбуваються з ними.

Тільки невелика кількість елементів Періодичної системи Д.І. Менделєєва потрібно мікроорганізмам у відносно високих концентраціях - це десять головних біологічних елементів (макроелементи): С, О, Н, N, S, Р, К, Mg, Са, Fe. Основними компонентами органічних сполук є перші чотири елементи - органогени.

Сірка потрібна для синтезу амінокислот цистеїну і метіоніну і деяких ферментів. Фосфор входить до складу нуклеїнових кислот, фосфоліпідів, тейхоевих кислот, багатьох нуклеотидів. Решта чотири елементи - це іони металів, що використовуються в якості кофакторів ферментів, а також компонентів металлокомплексов.

Крім перерахованих головних елементів мікроорганізмам потрібні ще десять мікроелементів: Zn, Mn, Na, CI, Mo, Se, З, Сі, W, Ni, які беруть участь в синтезі ферментів, активізують їх.

З різних елементів і їх з'єднань мікроорганізми синтезують білки, нуклеопротеїни, глюцідоліпіднопротеідние комплекси, нуклеїнові кислоти, ферменти, вітаміни та ін.

Хімічний склад МИКРООРГАНИЗМОВ

Для визначення потреби мікроорганізмів в поживних речовинах необхідно знати їх хімічний склад, оскільки він певною мірою залежить і від поживних речовин, необхідних для росту і розмноження мікробів.

Клітка мікробів складається з води і сухих речовин. Вода міститься в основному в цитоплазмі клітин. Кількість її для більшості видів бактерій коливається від 75 до 85%. У суперечках бацил і клостридій концентрація води становить 40-50%. У молодих клітинах кількість води трохи менше, ніж в старих.

Вода в клітці знаходиться у вільному стані або пов'язана іншими складовими частинами. Вільна вода служить дисперсійним середовищем для колоїдів і розчинником для кристалічних речовин, джерелом водневих і гідроксильних іонів, а також бере участь в біохімічних реакціях.

Пов'язана вода є структурним елементом цитоплазми і не може бути розчинником. Сухі речовини бактерій (15-20%) складаються з органічної частини і мінеральних елементів. Органічна частина сухого залишку складається з білків, вуглеводів, жирів і інших з'єднань.

Білок знаходиться в основному в цитоплазмі, нуклеоиде і цитоплазматичної мембрані, становить 50-80% сухої речовини бактеріальної клітини. Розрізняють прості (протеїни) і складні (протеїди) білки. Протеїни розщеплюються при гідролізі на окремі амінокислоти. Протеїди складаються з простих білків, з'єднаних з небілковими (простетическими) групами: з нуклеїнової кислотою (нуклеопротеїни, або ядерні білки), з полісахаридами (глюкопротеіди), з жирами і жироподібними речовинами (ліпопротеїди).

Білки мікробної клітини, що беруть участь в утворенні клітинних структур, називають структурними білками. Розрізняють також резервні білки, які є запасними речовинами клітини. Наприклад, ліпопротеїди можуть перебувати всередині клітини у вигляді включень полужидкой консистенції, а на поверхні цитоплазми вони утворюють цитоплазматическую мембрану, регулюючу надходження речовин всередину бактеріальної клітини. Білки входять також до складу ферментів (ензимів).

Вуглеводи складають 15-20% сухої речовини і містяться в мікробних клітинах в основному у вигляді полісахаридів. До них відносять також поліспирти. Вуглеводи входять до складу капсул, клітинних мембран і цитоплазми, а також є запасними речовинами у вигляді включень глікогену і крахмалоподобного речовини - гранулези.

Жири та жироподібні речовини (ліпіди і липоиди) складають 3-10% сухого залишку, входять до складу клітинних оболонок і надійно захищають клітину від впливу зовнішнього середовища. У клітинній стінці збудника туберкульозу кількість липоидов може досягати 20-40%, що обумовлює найвищу стійкість (серед неспорообразующих бактерій) збудника до високих температур. Тому режими пастеризації молока вважаються ефективними, якщо вони забезпечують знищення збудника туберкульозу.

Жир може міститися в цитоплазмі також у вигляді включень. Бактеріальні ліпіди складаються з вільних жирних кислот (26-28%), нейтральних жирів (2,5-12,5%), до складу яких входять ефіри жирних кислот і вуглеводів, а також воску і фосфоліпідів.

Мінеральні елементи (зола) складають 2-14% сухої бактеріальної маси. Серед них в найбільшій кількості міститься фосфор (50%), калій (25%), також магній, сірка, кальцій.

Хімічний склад мікробних клітин в аналогічних умовах є постійним, проте, він залежить від речовин, які містяться в живильному середовищі, характеру обміну та інших умов зовнішнього середовища.

Додати коментар

Вашу адресу електронної пошти не буде опублікований. Обов'язкові поля позначені *