Обменом веществ, или метаболизмом. Клеточный метаболизм складывается из двух потоков реакций: энергетического



Скачать 177.5 Kb.
страница1/6
Дата29.04.2016
Размер177.5 Kb.
  1   2   3   4   5   6


1 ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАБОЛИЗМА ПРОКАРИОТ
Образ жизни прокариот состоит в постоянном воспроизводстве своей биомассы. Совокупность протекающих в клетке процессов, обеспечивающих воспроизводство биомассы, называется обменом веществ, или метаболизмом. Клеточный метаболизм складывается из двух потоков реакций: энергетического и конструктивного метаболизма.

Энергетический метаболизм – это поток реакций, сопровождающихся мобилизацией энергии и преобразованием ее в электрохимическую (H+) или химическую (АТФ) форму, которая затем может использоваться во всех энергозависимых процессах. Конструктивный метаболизм (биосинтезы) – поток реакций, в результате которых за счет поступающих извне веществ строится вещество клеток; это процесс, связанный с потреблением свободной энергии, запасенной в химической форме в молекулах АТФ или других богатых энергией соединений.

В микробиологической литературе для обозначения энергетических и конструктивных процессов пользуются также терминами «катаболизм» и «анаболизм», имеющими отношение к распаду или синтезу органических молекул, происходящему соответственно с выделением или потреблением свободной энергии.

Помимо затрат на биосинтетические процессы определенная часть клеточной энергии всегда тратится на процессы поддержания жизнедеятельности. К специфическим функциям поддержания жизнедеятельности относятся: обновление клеточного материала, осмотическая работа, обеспечивающая поддержание концентрационных градиентов между клеткой и внешней средой, подвижность клетки и др. Энергию, расходующуюся на осуществление перечисленных функций, обозначают как энергию поддержания жизнедеятельности,

Энергия поддержания жизнедеятельности обычно составляет 10–20% всей энергии, расходуемой в энергозависимых процессах.

Связь между конструктивными и энергетическими процессами осуществляется по нескольким каналам:


  • энергетический. Определенные реакции энергетического метаболизма поставляют энергию, необходимую для биосинтезов.

  • восстановительный. Источником восстановителя в виде водорода (электронов) служат реакции энергетического метаболизма.

  • метаболический. Промежуточные этапы или метаболиты обоих путей могут быть одинаковыми Промежуточные соединения такой природы предложено называть амфиболитами, а промежуточные реакции, одинаковые для обоих потоков, – амфиболическими.

1.1 ФЕРМЕНТЫ МИКРООРГАНИЗМОВ
Существование микробной клетки так же, как и любого живого объекта, обусловлено каталитическим действием специфического набора ферментов. В клетках микроорганизмов обнаружены ферменты всех шести известных классов.

I Класс. Оксидоредуктазы. В классе оксидоредуктаз наиболее хорошо изучены дегидрогеназы, цитохромы, оксидазы, пероксидаза и каталаза. Эта группа ферментов катализирует окислительно-восстановительные процессы.

Дегидрогеназы катализируют реакции отрыва водорода от молекулы субстрата (окисление) и перенос его на другое вещество (восстановление). В число таких ферментов входят дегидрогеназы, содержащие в качестве активных группировок пиридиновые (НАД, НАДФ) и флавиновые (ФАД, ФМН) производные. Содержащие никотинамидадениндинуклеотид (НАД) дегидрогеназы относят к анаэробным, так как они передают оторванный от субстрата водород не на кислород, а на другие ферменты или переносчики. Дегидрогеназы, содержащие в качестве активной группировки ФАД (флавинадениндинуклеотид), переносят водород от субстратов или пиридиновых дегидрогеназ к цитохромам или непосредственно на молекулярный кислород и тогда их называют аэробными.

Цитохромы содержат атомы железа и обеспечивают протекание окислительно-восстановительных реакций в результате перехода железа из двухвалентного состояния в трехвалентное, т. е. являются переносчиками электронов. Непосредственно от цитохрома к кислороду передает электроны цитохромоксидаза. Цитохромы широко распространены в микробных клетках. Они могут переносить электроны не только на молекулярный кислород, но и на другие акцепторы электронов. У анаэробных фотосинтезирующих бактерий цитохромы участвуют в процессах переноса электронов, возбужденных светом. У строго анаэробных молочнокислых и маслянокислых бактерий эти ферменты не обнаружены.

В случае, когда водород от окисляемого субстрата непосредственно передается на молекулярный кислород, в клетке образуется пероксид водорода. Нейтрализацию этого ядовитого соединения в клетках аэробных микроорганизмов осуществляют ферменты каталаза и пероксидаза. Первый фермент катализирует расщепление пероксида водорода до воды и молекулярного кислорода, второй — катализирует также и окисление пероксидом водорода органических соединений клетки. В обоих случаях происходит разрушение пероксида водорода.



II Класс. Трансферазы. В классе трансфераз объединены ферменты, катализирующие перенос различных группировок с одной молекулы на другую. К числу таких ферментов относятся транскетолазы и трансальдолазы, катализирующие взаимопревращение сахаров, имеющих в своем составе разное количество атомов углерода за счет переноса от одного сахара к другому углеродсодержащих остатков в виде кетонных и альдегидных группировок.

Важную группу ферментов-переносчиков составляют гексокиназы, переносящие фосфорные группировки, что обеспечивает фосфорилирование сахаров — пусковые реакции утилизации углеводов.



Трансаминазы катализируют реакции переноса аминогрупп от аминокислот к кетокислотам, обеспечивая синтез необходимых клетке аминокислот.

Исключительно важную роль в процессах переноса играет кофермент А. Назван он так потому, что впервые был идентифицирован как переносчик ацильного (уксусного) радикала СН3СО . Известно, что большая часть углеродных атомов углеводов, жирных кислот и аминокислот подвергается превращениям с помощью КоА. Активной группой кофермента А является конечная тиоловая группа — SH тиоэтаноламина. Поэтому обычно этот кофермент обозначается KoASH. Благодаря наличию конечных тиоловых групп кофермент А может вступать в реакцию с конечными карбоксильными группами органических кислот:

СН3СООН + КоАSH  СН3СОS–КоА.

III Класс. Гидролазы. Ферменты этого класса обеспечивают расщепление сложных соединений с одновременным присоединением воды. В зависимости от того, какие связи при этом разрываются, гидролазы делятся на несколько подклассов.

Важную роль в процессах обмена играют пептидгидролазы, воздействующие на пептидные связи. Эти многочисленные протеолитические ферменты или протеазы, обеспечивают разложение микроорганизмами белков различного происхождения — мяса, растительного белка, молока, желатина и др. Нуклеиновые кислоты гидролизуются рибо- и дезоксирибонуклеазами.

Гидролазы, разрушающие сложноэфирные связи, составляют группу эстераз. Сюда входят липазы, катализирующие гидролиз жиров до глицерина и жирных кислот, пектинэстеразы, катализирующие расщепление пектиновых субстратов.

Гидролиз полисахаридов осуществляют в основном амилазы и целлюлазы. Благодаря их активности расщепляются такие соединения, как крахмал и целлюлоза.



IV Класс. Лиазы. Если отщепление определенных группировок от субстрата проходит без участия воды и приводит к образованию соединений с двойной связью или группировки присоединяются по месту двойной связи, то в этих реакциях участвуют ферменты лиазы.

У микроорганизмов активны декарбоксилазы, отщепляющие карбоксильную группировку от аминокислот. В углеводном обмене важную роль играет альдолаза, обеспечивающая центральную реакцию превращения углеводов — расщепление гексозы на две триозы.



V Класс. Изомеразы. В класс изомераз сведены ферменты, играющие роль катализаторов в процессе превращения органических соединений в их изомеры. Триозофосфатизомераза обеспечивает взаимопревращение триоз, образующихся при расщеплении гексоз. Есть изомеразы взаимопревращения D- и L-кето- и аминокислот. Галактозофосфатизомераза катализирует превращение галактозы в глюкозу.

VI Класс. Лигазы. Класс лигаз (синтетаз) включает ферменты, обеспечивающие реакции синтеза, сопровождаемые отщеплением остатков фосфорной кислоты от трифосфатов, например, АТФ. Благодаря этим ферментам синтезируются аминокислоты, ацетилКоА, происходит карбоксилирование органических кислот.

В микробной клетке ферменты могут функционировать независимо друг от друга или же могут структурно объединяться в полиферментные комплексы.

Микроорганизмы обладают определенным набором ферментов. Это наследственно закрепленный генетический признак, по которому каждый микроорганизм может синтезировать только те ферменты, для которых имеются соответствующие гены. Скорость синтеза различных ферментов может меняться в зависимости от состава питательных веществ в среде выращивания микроорганизмов. Одна группа ферментов с постоянной скоростью синтезируется в клетке вне зависимое и от наличия в среде субстрата, на который распространяется их действие. Эти ферменты называются конститутивными, им принадлежит основная роль в клеточном обмене. Синтез другой группы ферментов, называемых индуцибельными, резко меняется в зависимости от состава питательной среды. Такие ферменты активно синтезируются только в том случае, если имеется субстрат, превращение которого они катализируют.

Большинство ферментов являются эндоферментами, которые осуществляют каталитические реакции внутри клетки. Но есть ферменты, в основном это гидролазы, которые выделяются клеткой в наружную среду. Такие ферменты обеспечивают внеклеточное переваривание и называются экзоферментами.

Выделение ферментов во внешнюю среду довольно широко распространено у микроорганизмов. Внеклеточные ферменты прежде всего обеспечивают клетку доступными источниками питания, т. е. превращают экзогенные субстраты в усвояемую форму. Кроме того, экзоферменты могут быть средством, с помощью которого микроб-паразит внедряется в тело хозяина, или могут иметь защитное значение, инактивируя в среде вредные для клетки вещества.


Каталог: files
files -> Вопросы сертификационного экзамена для врачей по специальности «лфк и спортивная медицина»
files -> Рабочая программа составлена в соответствии с Требованиями к содержанию дополнительных профессиональных образовательных программ
files -> Рабочая программа дисциплины Лечебная физическая культура и массаж Направление подготовки 050100 Педагогическое образование
files -> Лечебная физкультура
files -> К рабочей программе дисциплины «Лечебная физкультура и спортивная медицина»
files -> Рабочая программа учебной дисциплины «медицинская реабилитация» цикла Медицинская реабилитация для специальности 310501 «Лечебное дело» по специализации 310501 «Лечебное дело»
files -> Лекции (час) Семинары (час) Самост работа Всего баллов Модуль 1
files -> Влияние мобильного телефона на здоровье человека


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница