Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Тема 14 «Общая характеристика метаболизма бактерий,
особенности их биоэнергетики»
1. Понятие о метаболизме у бактерий
2. Общая характеристика энергетического метаболизма
3. Источники энергии у микроорганизмов
4. Пути катаболизма глюкозы у микроорганизмов
1. Понятие о метаболизме у бактерий
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).
Энергетический метаболизм (катаболизм) – это совокупность реакций окисления различных восстановленных органических и неорганических соединений, сопровождающихся выделением энергии, аккумулируемой клеткой в форме фосфатных связей.
Конструктивный метаболизм (анаболизм) – это совокупность реакций биосинтеза, в результате которых за счет веществ, поступающих извне, и промежуточных продуктов (амфиболитов), образующихся при катаболизме, синтезируется вещество клеток. Этот процесс связан с потреблением свободной энергии, запасенной в молекулах АТФ или других богатых энергией соединениях.
Таблица 1 - Типы энергетического и конструктивного обмена микроорганизмов
|
Источник энергии |
Доноры электронов |
Источники углерода |
|
|
Органические вещества |
Углекислота |
||
|
Свет |
Органические |
Фотоорганогетеротрофия |
Фотоорганоавтотрофия |
|
Свет |
Неорганические |
Фотолитогетеротрофия |
Фотолитоавтотрофия |
|
Органические вещества |
Органические |
Хемоорганогетеротрофия |
Хемоорганоавтотрофия |
|
Неорганические вещества |
Неорганические |
Хемолитогетеротрофия |
Хемолитоавтотрофия |
2. Общая характеристика энергетического метаболизма
1. Является непосредственным источником энергии для таких разнообразных процессов, как синтез структурных компонентов макромолекул, механическое движение и осморегуляция.
2. Служит для переноса высокоэнергических фосфатных групп и является связующим звеном между процессами, сопровождающимися выделением энергии, и процессами, протекающими с потреблением энергии. АДФ и АМФ, образующиеся в результате дефосфорилирования АТФ, вновь фосфорилируются до АТФ в процессе дыхания. Пара АТФ-АДФ служит в клетке главной системой переноса фосфата. Однако для переноса или распределения энергии фосфатной связи в реакциях биосинтеза используются также и другие нуклеозидфосфаты.
3. За счет АТФ промежуточные продукты клеточного метаболизма активируются для дальнейших реакций, к которым относятся реакции конденсации, восстановления и расщепления. Например, глутамин может синтезироваться из глутамата и аммиака, только если образуется фосфорилированный промежуточный продукт:
Глутамат + NH 3 + АТФ = Глутамин + АДФ + Р.
1) промежуточное положение АТФ на термодинамической шкале, объединяющей различные фосфорилированные соединения;
2) специфичность фосфатпереносящих ферментов, способных использовать только АДФ или АТФ в качестве соответственно акцептора или донора фосфата;
3) эта система служит непременным общим посредником при переносе фосфорильных групп (-РО32-) от высокоэнергетических фосфорилированных соединений, образующихся в процессе катаболизма, к низкоэнергетическим акцепторам фосфата, которые благодаря этому активируются. АТФ, используемый в биосинтетических реакциях, может отдавать либо ортофосфатную, либо пирофосфатную группу, в результате чего образуется соответственно АДФ или АМФ. АМФ рефосфорилируется до АДФ.
1) Фотосинтетического фосфорилирования Синтез АТФ в данном случае происходит при участии фермента АТФ-синтазы:
АДФ + Фн → АТФ;
2) Окислительного фосфорилирования (фосфорилирование в дыхательной цепи). Синтез АТФ в данном случае происходит при участии фермента АТФ-синтазы:
АДФ + Фн → АТФ;
3) Субстратного фосфорилирования. При этом фосфатная группа переносится на АДФ от вещества (субстрата), более богатого энергией, чем АТФ:
S ~ Ф + АДФ → S + АТФ.
Таблица 2 - Некоторые вещества с высокой энергией гидролиза
|
Вещества |
G°', кДж/моль; |
|
25°С, рН 7,0 |
|
|
Фосфоенолпируват |
54,05 |
|
Ацетилфосфат |
43,90 |
|
Креатинфосфат |
42,70 |
|
АТФ —> AMФ + Ф~Ф |
36,00 |
|
Ацетил-СоА |
34,30 |
|
Ф~Ф —> Ф + Ф |
33,40 |
|
ATФ —> AДФ + Ф |
32,23 |
|
Аргининфосфат |
29,30 |
4. Пути катаболизма глюкозы (гексоз) у микроорганизмов
1) гликолиз, или фруктозодифосфатный путь, или путь Эмбдена – Мейергофа – Парнаса (по имени исследователей, внесших большой вклад в изучение этого процесса);
2) окислительный пентозофосфатный путь, или гексозомонофосфатный путь, или путь Варбурга – Диккенса – Хореккера;
3) 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатный путь (КДФГ-путь), или путь Энтнера – Дудорова.
С6Н12О6 + 2АДФ + 2Фн + 2НАД → 2С3Н4О3 + 2АТФ + 2НАД · Н2
Рис. 1. - Гликолитический путь расщепления глюкозы
Рис. 2. - Схема путей катаболизма глюкозы в клетках прокариот: А – гликолиз (у многих микроорганизмов); Б – путь Энтнера-Дудорова (характерен в основном для псевдомонад и уксуснокислых бактерий); В – пентозофосфатный путь (характерен для некоторых представителей семейства Enterobacteriaceae, а также для гетероферментативных молочнокислых бактерий и некоторых маслянокислых бактерий)