Лекция №8
Метаболизм микроорганизмов
План лекции:
1. Обмен веществ как совокупность реакций катаболизма и анаболизма.
2. Способы получения микроорганизмами энергии
1. Энергию для размножения клеток и для поддержания их жизни организм получает в процессе обмена веществ, или метаболизма, т. е. путем регулируемых превращений, которым различные вещества подвергаются внутри клеток. Источниками энергии служат питательные вещества, поступающие извне. В клетках эти вещества претерпевают ряд изменений в результате последовательных ферментативных реакции. Превращение веществ в клетке можно подразделить на три основные группы:
1. катаболизм (распад) – распад питательного вещества на небольшие фрагменты
2. амфиболизм (промежуточный обмен) – дальнейшее превращение этих веществ в ряд органических кислот и фосфорных эфиров.
Конечные продукты – метаболиты – аминокислоты, органические кислоты, и т. д. Они соединяются в длинные полимерные цепи, которые являются строительным материалом клеток.
Этап синтеза строительных блоков и полимеров – анаболизм.
Рассмотрим пример, обмен веществ у аэробно дышащих клеток, расщепляющих гексозы.
2. Энергия запасается в организме в форме АТФ. Энергия, полученная в результате фотосинтеза, дыхания или брожения доступна для клетки и может быть ею использована. АТФ - универсальный переносчик химической энергии между реакциями, доставляющими энергию, и реакциями, потребляющими ее.
АТФ служит непосредственным источником энергии для таких разнообразных процессов, как синтез структурных компонентов макромолекул, механическое движение.
Синтез АТФ осуществляется в основном с помощью трех процессов: фотосинтетического фосфорилирования, окислительного фосфорилирования в дыхательной цепи и фосфорилирования на уровни субстрата.
Пример преобразования энергии при превращении глюкозы:
Превращение глюкозы приводит к окислению сахара до углекислого газа и воды. При этом освобождается столько же энергии, сколько при сжигании сахара; но благодаря тому, что окисление глюкозы разбито на ряд отдельных ферментативных реакций, теоретически полностью обратимых, выделяющаяся
Аэробное дыхание. Анаэробное дыхание. Брожение.
В анаэробных условиях, Хемотрофные организмы могут получать биохимическую энергию (в форме АТФ) двумя способами - путем брожения и путем фосфорилирования, сопряженного с переносом электронов. В распоряжении организмов, осуществляющих брожение, имеется мало реакций, служащих для синтеза АТФ. Это реакции фосфорилирования на уровне субстрата. Акцепторами электронов могут быть ионы нитрата, сульфата, карбоната и фуромата, серы. Соответствующие виды бактерий объединяют в физиологические группы нитратвосстанавливающие, метаногенных и ацетогенных бактерий.
Брожение - это такой метаболический процесс, при котором регенерируется АТФ, а продукты расщепления органического субстрата могут служить одновременно и донорами, и акцепторами водорода. Реакции, приводящие к фосфорилированию ADP, являются реакциями окисления. От окисленного углерода клетка освобождается, выделяя углекислый газ. Отдельные этапы окисления представляют собой дегидрирование, при котором водород переносится на NAD. Акцепторами водорода, находящегося в составе NADH2, служат промежуточные продукты расщепления субстрата. При регенерации NAD последние восстанавливаются, а продукты восстановления выводятся из клетки.
При сбраживании углеводов и ряда других веществ образуются такие продукты, как этанол, лактат и т. д. В зависимости, какие продукты образуются, различают спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, уксуснокислое и т. д. брожение.
При окислении энергия может переводится в биохимически доступную форму без значительного повышения температуры.
Большая часть энергии, выделяющейся в результате окисления питательных веществ, переводится в доступную для клетки форму в процессе окислительного фосфорилирования в электрон-транспортной (дыхательной цепи).
