Метаболізм бактерій

Зміст

  • Загальна картина
  • Енергетичний метаболізм (дихання)
  • Конструктивний анаболізм (збірка органіки)
  • Синтез амінокислот
  • Синтез нуклеотидів і ліпідів

Незважаючи на те що органічне життя в цілому дуже складне і багатогранне явище, окремі механізми, що підтримують її існування, можуть бути розібрані до абсолютно простих складових, які доступні для розуміння навіть неофітам, вперше заинтересовавшимся питаннями мікробіології. До таких умовно складним, але насправді дуже простим механізмів відноситься і метаболізм бактерій.

Метаболізм бактеріальної клітини

Загальна картина
У мікробіології загальна картина метаболізму в будь-якому організмі являє собою цикл реакцій, одні з яких забезпечують організм енергією, а інші постійно поповнюють організм матерією (поставляють будівельний матеріал).

Метаболізм бактеріальної клітини в цьому плані нічим не відрізняється від загальних біологічних начал. Більше того, бактерії були основоположниками функціонуючого і нині механізму забезпечення життєдіяльності живої клітини.
Залежно від продуктів метаболізму виділяється два його види:

Енергетичний катаболізм або реакція руйнування. Фактично цей вид метаболізму забезпечується за рахунок окисного дихання. У процесі дихання організовується приплив в організм елементів-окислювачів, що окислюють вже присутні в цьому організмі певні хімічні сполуки з виділенням енергії АТФ. Ця енергія присутня в клітці у вигляді фосфатних зв’язків.
Конструктивний анаболізм або реакції творення. Це процес біосинтезу органічних молекул, які необхідні для підтримки життя в клітці. Протікає у вигляді хімічних реакцій, в які вступають надходять у клітку речовини і власні внутрішньоклітинні продукти катаболізму (амфіболіти). Ці реакції забезпечуються енергією за рахунок споживання накопиченого в АТФ енергетичного запасу.
метаболізм прокаріотів

Наявність суворої градації не має на увазі того, що десь в організмі бактеріальної клітини окремо синтезується енергія, а окремо будується органічна матерія зі споживанням вже напрацьованою енергії. Ні.

Переважна більшість метаболічних процесів протікають в прокариотической клітці одночасно і являють собою замкнутий цикл. Так, в процесі катаболізму утворюються продукти, які відразу ж підхоплюються клітинними структурами, і запускається реакція біосинтезу певних ферментів, які, у свою чергу, регулюють процеси енергетичного синтезу.

По відношенню до субстрату метаболізм у бактерій ділиться на кілька етапів:

Периферичний – обробка субстрату ферментами, виробленими бактерією.
Проміжний – синтез в клітці проміжних продуктів.
Заключний – виділення кінцевих продуктів в навколишнє середовище.
бактерії

Ці етапи важливі для ідентифікації мікробіологами прокариотов по тим ферментам, які вони виробляють на різних стадіях метаболізму.

Особливості метаболізму бактерій полягають у тому, що прокариотические клітини в якості окислювачів (джерел енергії та вуглецю) можуть використовувати не тільки кисень, а й інші органічні і неорганічні сполуки. З присутньої на планеті Земля органіки тільки бактерії мають такий широкий доступ до вихідних ресурсів для підтримки своєї життєдіяльності.

Такі особливості метаболізму у бактерій обумовлені наявністю двох видів ферментів (білкових молекул, що прискорюють реакції в живих клітинах):

екзоферменти – білкові молекули, які клітина продукує назовні і які руйнують зовнішній субстрат до вихідних молекул (саме ці молекули вже можуть надходити через клітинну стінку в цитоплазму);
ендоферменти – білкові молекули, що діють всередині клітини і вступають у реакцію з молекулами субстрату, що надійшли ззовні.
Деякі ферменти виробляються клітинним організмом постійно (конститутивні), а є й такі, які виробляються як реакція на появу того чи іншого субстрату (індуцібельная).

Енергетичний метаболізм (дихання)
дихання бактерій

Енергетичний метаболізм у представників царства бактерій може здійснюватися двома різними біологічними шляхами:

хемотрофних (одержання енергії в результаті протікання хімічних реакцій);
Фототрофние (енергія фотосинтезу).
Хемотрофних дихання (перенесення електрона з субстрату на внутрішньоклітинні речовини) у бактерій відбувається трьома способами:

кисневе окислення (аеробне дихання);
бескислородное (анаеробне дихання);
бродіння.
Бродіння

До особливостей метаболізму у бактерій відноситься притаманне лише світу прокариотов багатство вибору приймальників вільного електрона, який вивільняється в процесі окислення субстрату.
Так, в залежності від того, яка речовина є кінцевим акцептором електронів, розрізняються такі види анаеробного дихання:

сульфатне (електрон переходить на сульфатну групу SO4);
нітратне (електрон переходить на групи NO3 або NO2);
карбонатное або метаногенна (СО2);
фумаратное (фумарова кислота) – це єдина реакція, коли в якості приймальника електрона виступає органічна сполука. Найчастіше такий тип дихання є додатковим в бактеріальних клітинах і може існувати поряд з іншими типами енергетичного метаболізму у бактерій.
Конструктивний анаболізм (збірка органіки)
Різноманітність микрорганизмов

Використання енергії АТФ для побудови клітинного матеріалу є не чим іншим, як реакціями біосинтезу по створенню:

амінокислот;
нуклеотидів;
ліпідів;
вуглеводів.
Реакції протікають у кілька етапів. У результаті початкових стадій з продуктів розкладання глюкози (пентозофосфатов, пірувату, ацетилу КоА і т.д.) утворюються білкові молекули-мономери, які на наступних етапах збираються в макромолекули.

Синтез амінокислот
Амінокислоти – основний будівельний матеріал для білка. До складу білка входять 20 амінокислот, і всі вони синтезуються самої бактерією. Цей синтез відбувається в результаті 7 основних біосинтетичних реакцій:

перетворення піровиноградної кислоти;
карбоксилирование щавелевоуксусной кислоти;
перетворення α-кетоглутаровую кислоти;
гліколіз 3-фосфогліцеріновую кислоти;
перетворення фосфоєнолпіровіноградная кислоти + еритроза-4-фосфат;
перетворення 5-фосфорібозіл – 1 пірофосфат _ АТФ.
синтез

Аминная група амінокислот отримує свій азот з нітратів, нітритів, молекулярного азоту та аміаку (залежно від виду бактерій). Саме в ці органічні сполуки перетворюється неорганічний азот, перед тим як стати частиною полімерних макромолекул тієї чи іншої амінокислоти.

Синтез нуклеотидів і ліпідів
Нуклеотиди – будівельний матеріал для ДНК і РНК, а також для коферментів (небілкових молекул, що є активаційними центрами білка).

Якщо у бактерії є доступ до залишків нуклеїнових кислот або нуклеотиди присутні в субстраті, бактеріальна клітина буде споживати готові нуклеотиди, і лише за відсутності готового продукту бактерія здійснює складний синтез нуклеинового полімеру.
Ліпіди – органічні речовини, що складаються з жирів і жироподібних речовин, синтезуються бактеріями з проміжного метаболіту ацетил-КоА. У результаті складних реакцій з використанням ферментів синтезуються жирні кислоти, з яких бактерія будує клітинні стінки і формує ланцюга електронного транспорту.

Посилання на основну публікацію