Микроорганизмдердің энергия алмасуы

Бұл курстық жұмыс тұрады негізгі деректер туралы сындарлы және энергетикалық метаболизмі бактериялар. Жұмыс орындалды, 37 парақ. Құрамында 5 сурет, 1 кесте.
Кіріспе
Процестердің жиынтығы айналдыру материяның тірі организмде әкеліп соғатын тұрақты, оны жаңарта, деп аталады айырбас заттар немесе метаболизмом.
Маңызды қасиеттері тірі организмдердің болып табылады қабілеті, самовоспроизведению және теснейшая өзара байланысын және олардың қоршаған ортамен. Кез келген организм өмір сүре алады кезде ғана тұрақты ағынын қоректік заттарды сыртқы ортадан бөліп, оған тіршілік ету өнімдерін.
Қоректік заттар, поглощаемые торымен, нәтижесінде күрделі биохимиялық реакциялардың айналады спецификалық жасушалық компоненттер. Жиынтығы биохимиялық процестер сіңіру, игеру, қоректік заттар мен құру олардың есебінен құрылымдық элементтерінің жасушалар деп аталады конструктивтік айырбастауға немесе анаболизмом. Конструктивтік процестері иә, жұту энергиясы. Энергия үшін қажетті процестерді биосинтез басқа да жасушалық функцияларды, мысалы, қозғалыс, осморегуляция және т. д. клетка алады есебінен ағынының қышқылдану реакцияларының жиынтығы білдіреді энергетикалық алмасу немесе катаболизмін (сур. 1).
1. Жалпы ұғымдар туралы зат және энергия алмасуы
Барлық тірі организмдер пайдалана алады, тек қана химиялық байланысты энергиясы. Әрбір зат бар белгілі бір қоры бар әлеуетті энергиясы. Басты материалдық жеткізгіштер, оның химиялық байланыс үзу, немесе қайта құру, олардың әкеледі энергиясын босатуға.
Энергетикалық деңгей химиялық байланыстар неодинаков. Біреулер үшін ол шамасын шамамен 8-10 кДж. Мұндай байланыс деп атайды қалыпты. Басқа байланыстар мәміле айтарлықтай үлкен энергия — 25-40 кДж. Бұл деп аталатын макроэргические. Дерлік барлық белгілі қосылыстар бар мұндай байланыстар қамтиды атомдары фосфор және күкірт қатысатын білім беру, осы байланыстар.
Маңызды рөл тіршілік жасушалары атқарады аденозинтрифосфорная қышқылы (АТФ). Құрамына оның молекуласының құрамына аденин, рибоза және үш фосфор қышқылының қалдығы: (Қосымша 2-Сурет)
АТФ орталық орынды иеленеді энергетикалық алмасу жасушалар. Макроэргические байланыс молекуласындағы АТФ өте непрочны. Осы байланыстардың гидролизі әкеледі босатуға санының едәуір еркін энергиясы:
АТФ + Н20→АДФ + Н3Р04 — 30,56 кДж
Гидролизі өтеді қатысуымен спецификалық ферменттер қамтамасыз ете отырып, энергиямен биохимиялық процестер, шыққан с жұту энергиясы. Бұл жағдайда АТФ рөл атқарады өнім берушінің энергиясы. Бола тұра, шағын мөлшері, молекула АТФ және диффундирует түрлі учаскелері жасушалар. Қоры АТФ торларда үздіксіз жаңартылады есебінен реакциялар қосылу қалдығы фосфор қышқылы — молекуласындағы аденозиндифосфорной қышқылы (АДФ):
АДФ + Н3Р04 → АТФ + Н20
Синтезі АТФ және гидролизі жүріп жатыр қатысуымен ферменттер бірақ сүйемелденеді жұту энергиясын алу тәсілдері, оның микроорганизмдердің дегенмен әр түрлі, бірақ мүмкін жинақталатын екі түрі:
1) пайдалану энергия света;
2) энергиясын пайдалану химиялық реакциялар.
Бұл ретте ол және басқа да энергия түрлері трансформируются энергиясын химиялық байланыстар АТФ. Осылайша, АТФ орындайды жасушадағы рөлі трансформатор.
Анаболизм мен катаболизм тығыз байланысты құрай отырып, біртұтас, өйткені азық-түлік, энергетикалық алмасу (АТФ және кейбір низкомолекулярные қосылыстар) тікелей пайдаланылады сындарлы алмасу жасушалары (сур. 6.1).
Жасушаларында микроорганизмдердің арақатынасы арасындағы энергетикалық және сындарлы процестермен байланысты бірқатар нақты жағдайларын, атап айтқанда, сипатына қоректік заттар. Дегенмен көлемі бойынша катаболические реакциялар, әдетте, жоғары биосинтетические процестер. Өзара байланысты және сопряженность осы екі түрі метаболизм көрінеді ең алдымен, бұл жиынтық көлемі конструкциялық үдерістерді толығымен санына байланысты қол жетімді энергиясын барысында алынатын энергетикалық алмасу.
2. Сындарлы метаболизмі
Сындарлы метаболизмі бағытталған синтезі төрт негізгі типтерін биополимеров: белоктар, нуклеин қышқылдары, полисахаридтердің және липидтердің.
Төменде көрсетілген жалпыланған шартты схемасы биосинтез және күрделі органикалық қосылыстардың, онда бөлінген келесі негізгі кезеңдері: білім қарапайым бейорганикалық заттарды органикалық предшественников (I), оның ішінде келесі кезеңде синтезделінеді «құрылыс блоктары» (II). Одан әрі құрылыс блоктары, связываясь бір-бірімен ковалентными байланыстар құрайды биополимерлер (III): Қосымшаның (сур. № 3)
Ұсынылған схемасы биосинтетических процестерді көрсетеді емес, бүкіл күрделілігі төмен айналдыру предшественников құрылыс блоктары үлкен молекулалық массасы. Шын мәнінде, синтез ағады ретінде сериясы қатарынан реакциялардың білімі бар әр түрлі аралық өнімдер метаболизм. Сонымен қатар, даму деңгейі биосинтетических қабілеттерін микроорганизмдер өте әр түрлі болып табылады. Менің бір микробтардың сындарлы метаболизмі қамтиды барлық көрсетілген схемада кезеңдері, басқа шектелген екінші және үшінші немесе үшінші кезеңі. Сондықтан микроорганизмдер күрт ерекшеленеді бір-бірінен өзінің тағамдық қажеттіліктерін. Алайда, элементтік құрамы, тамақ үшін бірдей барлық тірі организмдердің қамтуы тиіс барлық компоненттер кіретін торлық заттар: көміртегі, азот, сутегі, оттегі және т. б.
Қарай пайдаланылатын сындарлы алмасу көздері көміртегі микроорганизмдер екі топқа бөлінеді: автотрофы және гетеротрофы.
Автотрофы (грекше «autos компаниясының автокөліктерін» — өзі, «trophe» — тағам ретінде жалғыз көзі көміртек пайдаланылады көміртегі диоксиді, және бұл қарапайым органикалық емес қосылыстар-ішінара сақталған уақыт синтезируют барлық қажетті биополимерлер. Қабілеті биосинтезу у автотрофов ең жоғары.
Гетеротрофы (грек тіл. «heteros» — басқа) мұқтаж органикалық көміртегі көздері. Олардың тағамдық қажеттілігін өте әр түрлі болып табылады. Олардың бірі тамақтанады өнімдерімен тыныс-тіршілігінің басқа да организмдерді немесе пайдаланады жойылып, өсімдік және жануарлар мата. Мұндай микроорганизмдер деп аталады сапрофитами (грек тіл. «sapros» — шірік және «phyton» — өсімдік). Саны органикалық қосылыстар, олар пайдаланатын көзі ретінде көміртегі, өте велико — бұл көмірсулар, спирттер, органикалық қышқылдар, амин қышқылдары және т. б. Іс жүзінде кез келген табиғи қосылыс болып табылады пайдаланылуы мүмкін сол немесе өзге түрімен микроорганизмдердің қорек көзі ретінде немесе энергия.
Екінші топқа гетеротрофных организмдер құрайды паразиттер, дамушы тірі жасушаларында. Паразиттер бұза отырып, тепе-теңдік, биохимиялық процесстердің организмдегі тудырады, оның ауру. Кейбір микроорганизмдер шарттарына байланысты болуы мүмкін немесе паразиттер, немесе сапрофиты. Оларды атайды шартты немесе факультативтік паразитами. Олардың қатарына мыналар жатады қоздырғыштары көптеген ішек. Басқа да дами алады тек тірі жасушаларда — бұл қатаң, немесе облигатные, паразиттер. Қабілеті биосинтезу оларда ең төмен.
Синтездеу үшін жасушалық ақуыздардың микроорганизмам қажет азот. Қатысты көздеріне азоттық қоректің арасында микроорганизмдерді бөліп көрсетуге болады автоаминотрофов және гетероаминотрофов. Алғашқы қабілетті пайдалануға азот неорганический (аммонийлік, нитратный, молекулярлық) немесе қарапайым пішінді органикалық (несепнәр) және осы қосылыстар құруға әр түрлі белоктар өзінің дене. Бұл ретте барлық нысандары азот алдымен ауыстырылады аммонийную нысаны. Бұл анағұрлым қалпына келтірілген нысан азот оңай өзгертілетін аминогруппу. Гетероаминотрофы мұқтаж органикалық нысандарда азот ақуыз және аминокислотах. Кейбіреулері талап етіледі толық жинағы амин қышқылдары, басқа да жасайды қажетті белоктық қосылыстар бір — екі амин қышқылдары арқылы оларды түрлендіру.
Көптеген гетеротрофные қатысты углероду микроорганизмдер болып табылады автоаминотрофами. Оларға мен бактериялар қатысатын сарқынды суларды тазарту.
Қажеттілік әдемілейді және водороде үшін сындарлы алмасу микроорганизмдер қанағаттандырады есебінен су мен органикалық қоректік заттар. Көздері күл элементтердің (P, S, K, Mg, Fe) қызмет етеді, тиісті минералды тұздар. Қажеттілік осы элементтерінде үлкен емес, бірақ болуы ортада міндетті. Бұдан басқа, қалыпты өмір сүру үшін микробтардың қажет микроэлементтер – Zn, Co, Cu, Ni және т. б. Бөлігі олардың құрамына табиғи тамақтану микробтардың бір бөлігі сіңіріледі, олар бірі-минералды тұздар.

Алу тәсілдері, тамақ, т. е. тәсілдері тамақ микроорганизмдер, әртүрлілігімен ерекшеленеді. Оның үш негізгі тәсілі тамақтану: голофитное, сапрозойное, голозойное.
Голофитное тамақтану (грек тіл. «голо» — толығымен, «атф» — өсімдік) бойынша жасалады түрі фотосинтез өсімдіктер. Мұндай тамақтану тән ғана автотрофам. Арасында микроорганизмдердің бұл тәсіл свойствен водорослям боялып, нысандар жгутиковых және кейбір бактериям.
Гетеротрофные микроорганизмдер қоректенеді немесе қатты қоректік бөлшектермен, не жұтып ерітілген органикалық заттар.
Голозойное тамақтану анықтайды дамыту микроорганизмдердің арнайы органоидов үшін жануарлар, ал кейбір — және оны басып алу. Мысалы, боялмаған жгутиковые және ресничные инфузории бар ротовое тесік, оған тамақ подгоняется тиісінше жгутиками немесе ресничками. Ең высокоорганизованные инфузории құрайды околоротовыми ресничками ток су түрінде воронка бағытталған тар соңы аузына. Азық-түлік бөлшектер осаждаются түбінде воронка мен заглатываются инфузорией. Мұндай инфузории деп атайды седиментаторами. Амебы тамақтанады арқылы фагоцитоза.
Микроорганизмдерге голозойным тәсілімен қоректендіру үшін конструктивті метаболизм пайдаланады негізінен цитоплазму басқа организмдер — бактериялар, балдырлар және т. б. бар арнайы органоиды үшін ас қорыту. Пищеварительный процесс бар қарапайым жүзеге асырылады ас қорыту вакуолях.
Қорытылуы болып табылады гидролитическом расщеплении күрделі органикалық заттар-ден астам қарапайым қосылыстар. Бұл ретте, көмірсулар гидролизуются дейін қарапайым қанттар, белоктар — амин қышқылдарына дейін, ал липидтердің гидролиз түзілетін глицерин және жоғары май қышқылдары. Азық-түлік ас қорыту сіңіріледі » цитоплазму ұшырайды одан әрі айналдыру.
Бактериялар, микроскопиялық саңырауқұлақтар, ашытқылар бар арнайы органоидов түсіру үшін ас, және ол келіп түседі тор арқылы бүкіл бетін. Мұндай тамақтану тәсілі деп аталады сапрозойным.
Ішке кіру үшін тор, қоректік заттар орналасқан ерітілген күйде болуы тиісті өлшем молекулалардың. Көптеген жоғары молекулалық қосылыстар цитоплазматическая мембранасы непроницаема, ал олардың кейбіреулері мүмкін еніп, тіпті арқылы клеточную қабығы. Алайда, бұл жоғары молекулалы қосылыстар пайдаланылады микроорганизмдермен ретінде қоректік заттар. Микроорганизмдер синтезируют внеклеточные пищеварительные ферменттер, гидролизующие күрделі қосылыстар. Осылайша, процесс ас қорыту ағатын болса қарапайым » вакуолях, бактериялардың тыс жүзеге асырылады жасушалары (Қосымшаның сур. 4).
Өлшемі молекулалардың — жалғыз ғана фактор емес, обусловливающий енуі, қоректік заттарды тор.
Цитоплазматическая мембранасы қабілетті секіру бір қосылыстар және ұстауға.
Белгілі бірнеше тетіктерін ауыстыру арқылы заттардың мембрана жасушалары: қарапайым диффузия, жеңіл диффузия және Белсенді тасымалдау (Қосымша сурет. 5).
Қарапайым диффузия — молекулалардың ену заттар тор көмегінсіз қандай да бір тасымалдаушы.
Қр толтыру жасушалары қоректік заттармен қарапайым диффузия үлкен маңызы жоқ. Алайда, дәл осындай жолмен жасушаға түседі молекулалары су. Маңызды рөл бұл процесте маңызды роль осмос — диффузия молекулалардың еріткіш арқылы полупроницаемую перепонку бағытында астам қойылтылған ерітінді.
Рөлі полупроницаемой перфорациясы торда орындайды цитоплазматическая мембранасы. «Жасушалық соке растворено көптеген молекулалардың әр түрлі заттар, сондықтан жасушалар микроорганизмдер ие, өте жоғары осмотическим қысыммен. Шамасы, оның көптеген микробтардың жетеді 0,5—0,8 МПа. Қоршаған ортадағы осмостық қысым, әдетте, төмен. Бұл туғызады су ағыны жасуша ішіне жасайды, онда белгілі бір кернеу деп аталатын тургором.
Кезінде жеңілдетілген диффузия ерітілген заттар түседі тор қатысуымен арнайы ферменттерді тасымалдаушы сипаттағы атауы пермеаз. Олар тамаша молекулалар ерітілген заттар мен көтереді олардың ішкі бетінің мембраналар.
Қарапайым және жеңіл диффузия білдіреді нұсқалары пассивті көлік заттар. Қозғаушы күші көшіру заттардың торлы бұл жағдайда қызмет етеді концентрация градиенті бойынша екі тарап мембраналар. Алайда, көптеген заттар түседі тор қарсы концентрациясының градиенті. Бұл жағдайда, мұндай ауыстыру жұмсалады, энергия және ауыстыру деп аталады белсенді. Белсенді көшіру ағады қатысатын ерекше белоктар, ұштасатын, энергетикалық алмасуға жасушалары және жинауға мүмкіндік береді торда пительные заттар концентрациясы көп есе артық шоғырлануы, олардың сыртқы ортада. Белсенді тасымалдау — негізгі тетігі келіп түскен қоректік заттардың жасушалар сапрозойным тамақпен қамтамасыз ету.

3. Қажеттілік прокариот қоректік заттар
Мономерлер үшін қажетті құрудың негізгі жасушалық компоненттерін мүмкін синтезированы торымен немесе түсуге дайын түрде ортасы. Көп дайын қосылыстар алуға тиіс организмге сырттан төмен деңгейі оның биосинтетических қабілеттерін, өйткені химиялық ұйымдастыру свободноживущих нысандарын бірдей.

3.1 Көздері көміртегі

Ең үлкен дәрежесі гетеротрофности тән прокариотам жататын облигатным внутриклеточным паразитам, яғни, жәндіктер, олар өмір сүру мүмкін ғана ішінде басқа да тірі жасушалар. Паразиттік тіршілік етуі әкелді редукции кейбір метаболиттік жолдарын осы прокариот және негіздеді олардың толық тәуелділігі метаболизм жасушалары иесі.
Басқа паразиттік прокариотные организмдер мүмкін болмаса өсіруге арналған жасанды орталарда, бірақ құрамы осындай орталардың ерекше қиын. Оларда, әдетте, белоктар немесе азық-түлік оларды неглубокого гидролиз (пептидтер), толық жинағы витаминдер, фрагменттері, нуклеин қышқылдары және т. б. дайындауға Арналған қоректік орталар осындай құрамының пайдаланады ет гидролизаты, таза қанды немесе сарысуды. Нысандары қабілетті өсе құру кезінде ыңғайлы жағдайларды тыс жасушалар иесі деп атайды факультативтік паразитами.
Келесі ірі топқа прокариот құрайды деп аталатын сапрофиты — гетеротрофные организмдер, олар тікелей басқа организмдер байланысты емес, бірақ мұқтаж дайын органикалық қосылыстардағы. Олар азық-түлік тыныс-тіршілігінің басқа да организмдерді немесе разлагающиеся өсімдік және жануарлар мата. — Сапрофитам басым бөлігі бактериялар. Дәрежесі талап субстрату у сапрофиттердің өте алуан түрлі. Бұл топқа кіретін организмдер, олар өсе тек жеткілікті күрделі субстратах (сүт, жануарлардың өлекселері, гниющие өсімдік қалдықтары), т. е. қажет ретінде міндетті қоректендіру элементтерін көмірсулар, органикалық нысандары азот жиынтығы түріндегі амин қышқылдары, пептидтер, белоктар, барлық немесе бір бөлігі витаминдер, нуклеотидтер немесе дайын компоненттер үшін қажетті синтез соңғы (азотты негіздер, пятиуглеродные қант). Қанағаттандыру үшін қажеттілік осы гетеротрофов тыңайту элементтеріне, олардың әдетте насихаттайды арналған орталарда ұстайтын ет гидролизаты, ашытқы автолизаты, өсімдік сығындылары, сүт сарысуын.
Бар прокариоты талап ететін өсуі үшін өте шектеулі саны, дайын органикалық қосылыстар, негізінен, ішінен витаминдер және амин қышқылдары, олар емес, жай-күйі синтездеу өздері, және, ақырында, гетеротрофы мұқтаж тек бір шектелген көзі көміртегі. Мүмкін қандай да бір қант, спирт, қышқыл немесе басқа углеродсодержащее біріктіру. Сипатталған бактериялар руынан Pseudomonas қабілетті ретінде пайдалануға жалғыз көміртегі көзі және энергия кез-келген 200-ге жуық түрлі органикалық қосындылар, бактериялар, олар үшін көміртегі көзі және энергия болуы мүмкін тар шеңбері өте экзотикалық органикалық заттар. Мысалы, Bacillus fastidiosus ғана пайдалана алады мочевую қышқылы азық-түлік, оның азып-тозуына, ал кейбір өкілдері түрлі Clostridium өсуде ғана ортаға қамтитын пурины. Пайдалану басқа да органикалық субстраты өсуі үшін олар мүмкін емес. Биосинтетические қабілетін, осы организмдердің дамыған дәрежеде, олар өздері синтездеу барлық қажетті көміртекті қосылыстар.
Ерекше топты гетеротрофных прокариот, су тоғандарын мекендейтін құрайды олиготрофные бактериялар қабілетті өсе төмен концентрацияларында ортада органикалық заттар. Организмдер, предпочитающие жоғары концентрациясы қоректік заттарды жатқызады копиотрофам. Егер әдеттегі копиотрофов өсуі үшін оңтайлы жағдайларға құрылады мазмұны ортада қоректік заттардың саны шамамен 10 г/л болса, онда олиготрофных организмдердің шегінде 1—15мг көміртегі/л орталарда жоғары мазмұнымен органикалық заттардың мұндай бактериялар, әдетте, өсе алмайды және өледі.

3.2 Азот
Азот бірі болып табылады төрт негізгі элементтерінің қатысатын құру жасушалар. Есептегенде құрғақ заттар, оның бар шамамен 10%. Табиғи азот бывает в тотыққан, қалпына келтірілген және молекулалық нысандары. Басым көпшілігі прокариот меңгереді азот қалдырады. Бұл аммоний тұздары, мочевина, органикалық қосылыстар (амин қышқылдары немесе пептидтер). Қышқылданған азот нысанын, негізінен нитраттар, сондай-ақ, мүмкін потребляться көптеген прокариотами. Өйткені азот сындарлы жасушалық метаболизм түрінде қолданылады аммиак, нитраттар қосар алдында органикалық қосылыстар қалпына келтірілуі тиіс.
Азотқа дейін аммиак арқылы жүзеге асырылады дәйекті әрекет екі ферменттер—, нитрат — және нитритредуктазы.
Бұрыннан табылған қабілеті жекелеген өкілдерінің прокариотного әлем пайдалануға молекулалық азот атмосфера. Соңғы уақытта көрсетілгендей, бұл қасиетке ие көптеген прокариоты тиесілі әр түрлі топтарына: эқ — архебактерии, аэробы және аэробтар, фототрофы және хемотрофы, свободноживущие және симбиотические. Бақылау молекулярлық азот, сондай-ақ әкеледі қалпына келтіру, оның ден аммиак.

3.3 Қажеттілігін көздері күкірт және фосфор
Күкірт құрамына амин қышқылдары (цистеин, метионин), витаминдер және кофакторов (биотин, липой қышқылы кофермент А және т. б.), ал фосфор — қажетті компоненті нуклеин қышқылдарының, фосфолипидтердің, коферментов. Табиғатта күкірт орналасқан нысан бейорганикалық тұздар, негізінен сульфаттар түрінде молекулалық күкірт немесе құрамына кіретін органикалық қосылыстар. Көптеген прокариот үшін биосинтетических мақсаттары тұтынады күкірт нысанында сульфаты, бұл ретте қалпына келтіріледі деңгейіне дейін сульфидінің. Алайда, кейбір топтар прокариот қабілетті емес қалпына келтіру сульфаты және мұқтаж қалпына келтірілген қосылыстарында күкірт. Негізгі нысаны фосфор табиғатта болып табылады, фосфаттар, және қажеттілігін қанағаттандыратын прокариот осы элементінде.

3.4 Қажеттілігі иондардың металдар
Барлық прокариотным ағзаларға қажет металдар пайдаланылуы мүмкін нысан катионов бейорганикалық тұздар. Олардың кейбіреулері (магний, кальций, калий, темір), ақшаны жеткілікті жоғары концентрацияда қажеттілігі басқа (мырыш, марганец, натрий, молибден, мыс, ванадий, никель, кобальт), онша көп емес. Рөлі жоғарыда аталған металдар анықталады, яғни олар құрамына кіреді негізгі жасушалық метаболиттер және, осылайша, жүзеге асыруға қатысады өмірлік маңызды ағза функцияларын.

3.5 Қажеттілік өсу факторлары
Кейбір прокариоты табу қажеттілігі бір қандай да бір шектелген біріктіру тобындағы витаминдер, амин қышқылдары немесе азотты негіздер, олар қандай да бір себептермен мүмкін емес синтездеу бірі пайдаланылатын көміртегі көзі. Мұндай органикалық қосылыстар, қажетті өте аз мөлшерде алды атауы факторлардың өсу. Организмдер, олар қосымша негізгі көзі көміртек қажет бір немесе одан көп факторлардың өсу деп атайды ауксотрофами айырмашылығы прототрофов, синтезирующих барлық қажетті органикалық қосылыстар негізгі көзі көміртек.
4. Микроорганизмдердегі метаболизм типтері
Толық сипаттау үшін микроорганизмдер пайдаланады ұғымы түрі метаболизм. Үлгілерінде метаболизмнің белгілі бір топ микроорганизмдерге негізделген ерекшеліктерімен конструктивті ерекшелігіне және энергетикалық алмасу. Қарай пайдаланылатын энергия көзін алу үшін АТФ микроорганизмдер бөледі фототрофов (пайдаланады энергия света) және хемотрофов (пайдаланады энергиясын химиялық реакциялар).
Білім беру процесі АТФ аталады фосфорилированием; ол жүзеге асырылады митохондриях (эукариоттардың) және ферменттік жүйелер оқшауланған арналған цитоплазмаческой мембране (прокариоттардың). Түзілу механизмі, АТФ әртүрлі топтағы микроорганизмдердің неодинаков. Ажыратады субстратное, тотығып және фотофосфорилирование. Кез келген түрі фосфорилирования міндетті түрде ұштасатын, көшіруге электрондардың барысында тотығу-тотықсыздану реакциялардың энергитического алмасу. Бұл ретте бір микроорганизмдер донор ретінде электрондарды (сутегі) пайдаланылады органикалық емес, басқа да органикалық қосылыстар. Тиісінше, бірінші деп аталады литотрофами, екінші — органотрофами.
Осылайша, назарға ала отырып, түрі (авто — немесе гетеротрофное), табиғатты донор электрондардың энергия көзі (жарық немесе химиялық реакция), ықтимал нұсқаларын үйлесімі конструктивті және энергетикалық алмасу түрінде көруге болады мынадай схемасын.
Әрбір ұсынылған нұсқаларын сипаттайды белгілі бір түрі метаболизм. Табл. 1 келтірілген өкілдері микроорганизмдердің әр типті метаболизм
Микроорганизмдердің көпшілігі мекендейтін табиғи источных суларда және маңызды рөл атқаратын формировавании судың сапасы және оны тазарту жатады, сегізінші және бірінші түрлері метаболизм. Осыған байланысты бұдан былай баяндаған материалдың дәл мәселесіне назар.

1-сызба. Нұсқалары конструктивті және энергетикалық алмасу.

5. Энергетикалық метаболизмі фототрофов
Барлық көрсетілген кесте. 1 фотосинтезирующие микроорганизмдер бейімделген пайдалануға көрінетін жарық (толқын ұзындығы 400-700 нм) және алады, жақын инфрақызыл бөлігінде спектрін (700-1100 нм). Бұл қабілеті дами энергиясы есебінен жарық негізделген қатысуымен жасушаларында органоидов тарапынан ерекше светочувствительными пигменттер. Әрбір түрі микроорганизмдердің свойствен тән және тұрақты жиынтығы пигменттер.

Кейбір тобының өкілдері цианобактериялардың қатар фотолитоавтотрофией көрсетілді қабілеті фотолито немесе хемоорганогетеротрофии. Бірқатар хемолитоавтотрофных түрлерін Thiobacillus тәсілдері өмір сүре пайдалану есебінен көздері ретінде энергия мен көміртегін органикалық қосылыстар, т. е. хемоорганогетеротрофно.
Кейбір прокариоты болуы мүмкін тек негізінде бір қандай да бір тәсілі. Мысалы, одноклеточная цианобактерия Synechococcus elongatus пайдалануы мүмкін энергия көзі ретінде тек қана жарық, ал негізгі көзі ретінде көміртегі сындарлы метаболизмі — углекислоту. Сипаттай отырып, тәсілі өмір сүру (өмір салты, түрі метаболизм) — бұл организм, біз, ол облигатный фотолитоавтотроф. Көптеген бактериялар жататын түрі Thiobacillus, — облигатные хемолитоавтотрофы, т. е. энергия көзі олар үшін қызмет етеді процестер тотығу түрлі қосылыстар күкірт, көміртегі көзі құру үшін заттар дененің, — көміртек қышқылы. Басым көпшілігі — бактериялар облигатные хемоорганогетеротрофы пайдаланатын көзі ретінде көміртегі және энергия органикалық қосылыстар.
Жарық қуаты улавливается жүйесімен сіңіргіш пигменттер және беріледі реакциялық орталығы қозғайды молекулалар хлорофилла. Қараңғыда молекуласы хлорофилла орналасқан тұрақты невозбужденном жай-күйі, жарық қашан құлайды осы молекула бар, ол қозғалады және электрондардың жоғары энергитический деңгейі. Молекулалар хлорофилла тығыз жүйесімен байланысты көлік электрондар. Әрбір квант поглощенного жарық қамтамасыз етеді отрыв от молекулалар хлорофилла бір электрона, ол өте отырып тізбегі бойынша ауыстыру электрондар береді, өз энергиясын жүйесі АДФ-АТФ, нәтижесінде жарық энергиясы трансформацияланады энергиясын макроэргической байланыс молекуласының АТФ. Мұндай тәсіл білім беру АТФ аталады фотосинтетическим фосфорилированием.
Алайда, жүзеге асыру үшін биосинтетических процестердің өнімді алмасу микроорганизмам басқа энергия қажет қалпына келтіру донор сутегі (электрондар). Үшін балдырлар және цианобактериялардың осындай экзогенным сутегі донор қызметін атқарады су. Қалпына келтіру көміртегі диоксиді фотосинтез процесінде айналуы және оның құрылымдық компоненттері жасуша-бұл микроорганизм түрлерінің ағады ұқсас фотосинтезу жоғары өсімдіктер:
СО2+Н2О→(СН2О)+О2
Формуласы СН2О бейнелейді білімі органикалық қосылыстар, онда деңгейі окисленности көміртегі шамамен сәйкес келеді окисленности көміртегі органикалық заттар жасушалар.
У фотосинтезирующих бактериялардың донор сутегі реакция синтез болуы мүмкін органикалық емес, органикалық заттар. Көпшілігі пурпурных және жасыл серобактерий тобына жататын фотолитоавтоавтотрофов түзейді СО2 пайдалана отырып, Н2Ѕ донор ретінде сутегі:
СО2+2Н2Ѕ→(CH2O)+H2O+2S
Мұндай түрі фотосинтез атауын алды фоторедукцищ Негізгі айырмашылығы бактериялық фоторедукции жылғы фотосинтез және жасыл өсімдіктер мен балдырлар мынада: сутегі донор қызметін атқарады емес, су, және басқа да қосылыстар және фоторедукция емес бөлінуімен оттегі.
Айырмашылығы бейорганикалық қалпына келтірушілер, олар рөлін атқарады тек донор сутегі, экзогенді органикалық тотықсыздандырғыштар бір мезгілде қызмет ету және көздері көміртек (фотоорганогетеротрофия).
Пайдалану қабілеті органикалық қосылыстар бір немесе өзге дәрежеде тән барлық фотосинтезирующим бактериям. Үшін фотолитогетеротрофов олар тек көздері көміртегі тамақтану үшін, фотоорганоавтотрофов — тек донор сутегі. Мысалы, несерные қызыл бактериялар түрі Rhodopseudomonas sp. асыра фотосинтез пайдалана отырып, донор ретінде сутегі изопропанол, және тітіркенген кезде көміртек диоксиді мен продуцируя ацетон:
энергия АТФ
СО2 +2СН3СНОНСН3→(СН2О)+ 2СН3СОСН3 +Н2О

6. Энергетикалық метаболизмі хемотрофов пайдаланатын ашу процестері
Үш жолдарын білім АТФ субстратное фосфорилиронание ең қарапайым. Мұндай типі энергетикалық метаболизм тән көптеген бактериялар мен ашытқы жүзеге асыратын әр түрлі түрлерін ашыту.
Ашу жүргізілуде анаэробты жағдайларда анықталуы мүмкін процесс ретінде биологиялық тотығу күрделі органикалық субстраттарды энергия алу үшін, онда соңғы сутегі акцептор (сондай-ақ органикалық зат) пайда ыдырауы кезінде бастапқы субстрат. Бұл ретте, кейбір органикалық заттар қызмет етеді донор сутегі және окисляются, басқа — акцепторами сутегі және нәтижесінде қалпына келтіріледі. Ауыстыру сутегі донорлардан — акцепторам көмегімен жүзеге асырылады тотығу — тотықсыздану ферменттері.
Басқа көмірсулар көптеген бактериялар қабілетті сбраживать әр түрлі қосындылары: органикалық қышқылдар, амин қышқылдары, пурины және т. б. Шарт айқындаушы қабілеті заттар — сбраживанию, — болуы, оның құрылымы толық емес тотыққан (қалпына келтірілген) атомынан. Тек осы жағдайда ғана мүмкін болады ішкі және межмолекулярная қайта құру субстрат есебінен жанасу қышқылдандыру және қалпына келтіру реакциялардың қатысуынсыз оттегі.
Нәтижесінде ашыту ортасында жиналады заттар, тотығу дәрежесі, көміртек болуы мүмкін жоғары және төмен бастапқы субстрате. Алайда, қатаң тепе-теңдік қышқылдандыру және қалпына келтіру процестерін кезінде брожении әкеледі орта тотығу дәрежесі, көміртек қалады, дәл және субстрат.
Бірнеше типтері брожений, атауы олар бойынша беріледі соңғы өнімі: спирт (жүзеге асырады ашытқылар мен бактериялардың кейбір түрлері), пропионовокислое (пропионовые бактериялар), метановое (метанобразующие бактериялар), маслянокислое (май қышқылы бактериялар) және т. б.
Көптеген микроорганизмдер жүзеге асыратын ашу процестері,- облигатные аэробтар, қабілетті емес, дами оттегі қатысуымен, тіпті одан да көп әлсіз тотықтырғыш. Басқа — факультативті аэробтар — өсуі мүмкін ретінде оттегі ортада, сондай-ақ алудың жаңа өнеркәсібіне арналған. Бұл айырмашылық қасиеті факультативтік анаэробтар түсіндіріледі, олар жолын өзгерту білім беру АТФ ауыса отырып, ол тотығу фосфорлану бар болған жағдайда ортада оттегі субстратное оның жоқтығы. Өзіне тән ерекшелігі процестер биологиялық тотығу — олардың многостадийность. қамтамасыз ететін біртіндеп бөлу еркін энергиясын жасалған күрделі органикалық субстратах.
Многостадийность энергетикалық метаболизм мүлдем қажет үшін кез келген ағзаның тіршілік. Егер клеткадағы тотығу күрделі заттардың протекало бір сатысына, онда бір мезгілде босату бірнеше жүздеген килоджоулей әкелді еді бөлу үлкен жылу мөлшерін күрт арттыру температура мен өліміне жасушалары, себебі, энергияны пайдалану тиімділігі шектелген мүмкіндіктерімен жүйесін АДФ—АТФ.

СН3СОСООН + НАД*Н2 — СН3СНОНСООН + ҮСТІНЕН
Едәуір күрделі механизмі пропионовокислого ашыту, қызметшінің энергия көзі тобында пропионовых бактериялар факультативті анаэробтар, қозғалмайтын жоқ спорообразующих бактериялар Propionibacterium тектес. Бұл бактериялар синтезируют соңғы акцептор, присоединяя — молекуласындағы СКҚ СО2. Тегі-кіші жүз алшын атауымен гететеротрофной ассимиляции СО2. Нәтижесінде құрылады щавелевоуксусная қышқылы — акцептор сутегі үшін НАД*Н2. Одан әрі ферментативтік реакциялар құруға әкеледі пропион қышқылы.
Маслянокислое ашу жүзеге асырады бактериялар түрі Clostridium. Осылайша, энергетикалық шығуы ашыту процесінің мардымсыз, өйткені органикалық заттар окисляются толық және энергия бастапқы субстрат сақталады жеткілікті күрделі өнімдер ашыту. Көптеген жағдайларда кезде сбраживании глюкоза клетка запасает екі молекула АТФ 1 моль глюкозаның.
Энергия алу үшін қажетті синтездеу үшін клечного заттар және басқа да өмірлік функцияларын, микроорганизмам жүзеге асыратын ашу процестері, келеді қайта өңдеуге үлкен саны органикалық заттар.
Дәл осы себепті тазарту станцияларында су бұру жүйелерін анаэробты процестер ашыту үшін пайдаланылады өңдеу қойылтылған субстраттар – жауын-шашынның сарқынды суларының.
Энергетикалық метаболизмі хемоорганотрофов пайдаланатын процесс тыныс алу.
Көпшілігі гетеротрофных организмдердің алады энергиясын процесінде тыныс — биологиялық тотығу күрделі органикалық субстраттарды донор болып табылатын сутегі. Сутегі жылғы окисляемого заттар түседі, тыныс алу тізбегі ферменттерінің. Тыныс алу деп атайды аэробным, егер рөлі соңғы акцептора сутегі орындайды, еркін оттегі. Микроорганизмдер қабілетті болды ғана оттегі қатысуымен, деп аталады облигатными аэробами.
Ретінде энергия көзі — сутегі донор -хемоорганогетеротрофы процесінде тыныс алу пайдалануы мүмкін әр түрлі окисляемые органикалық қосылыстарға: көмірсулар, майлар, белоктар, спирттер, органикалық қышқылдар және т. б. Жиынтығы процесі тыныс алу тотықтыру кезінде көмірсулардың өрнектеледі келесі уравнением:
С6Н12О6 + 6О→ 6СО2 + 6Н2О + 2820 кДж
Бастапқы сатысы айналдыру көмірсулар дейін білім беру СКҚ толық болғандықтан ферментативным реакциялар тотығу көмірсулар ашыту процесінде.
Жасушаларында аэробов СКҚ мүмкін окислена толығымен нәтижесінде бірқатар тізбекті реакциялар. Жиынтығы бұл айналу құрайды циклі деп аталатын, Кребс циклі немесе цикл ди — және үшкарбон (ЦТК).
Сутегі, отнятый дегидрогеназами циклында беріледі тыныс алу тізбегі ферменттерінің, аэробов басқа ҮСТІНЕН қамтиды ФАД жүйесін цитохромов және соңғы акцептор сутегі — оттегі. Беру бойынша сутегі осы тізбектің жүреді білімі бар АТФ.
Бірінші кезең фосфорилирования байланысты бере отырып, сутегінің бастапқы дегидрогеназы арналған ФАД. Екінші фосфорлану жүреді ауысқан кезде электрона бастап цитохром b цитохром , үшінші — беру кезінде электрона оттек. Осылайша, әрбір екі сутегі атомы (электрона) түскен тыныс алу тізбегі, синтезируется үш молекуласының АТФ. Білім АТФ процесімен бірге көшіру протон және электрона бойынша тыныс алу тізбегінің ферменттер деп аталады окислительным фосфорилированием. Кейбір жағдайларда электрон қосылады тыныс алу тізбегі деңгейінде ФАД немесе тіпті цитохромов. Бұл ретте тиісінше азайтылады саны синтезируемых молекуласы АТФ.
Жиынтық энергетикалық қорытындысы тотығу процессінің 1 моля глюкоза құрайды 38 молекуласы АТФ, олардың 24 — тотықтыру кезінде СКҚ Кребс циклінде бере отырып, сутегі тыныс алу тізбегі ферменттерінің. Осылайша, негізгі энергия запасается дәл осы сатысында. Тамаша, онда Кребс әмбебап, т. е. тән қарапайым, бактериялар жасушалары үшін жоғары жануарлар мен өсімдіктер.
Аралық қосылыстар цикл ішінара пайдаланылады синтезі үшін жасушалық заттар.
Тотығу қоректік заттарды үнемі жүріп жатыр-ден аяғына дейін. Кейбір аэробы окисляют органикалық қосылыстар ішінара, бұл ретте ортаға жиналады аралық тотығу өнімдері.
Кейбір микроорганизмдер процесінде тыныс алу ретінде соңғы акцептора сутегі пайдаланады емес, оттегі, ал қышқылданған азот қышқылы (нитриттер, нитраттар), хлор (- дардың хлорат-тары және перхлораты), күкірт (сульфаттар, кристалды тиосульфаты), көміртегі (СО2), хром (хроматы және бихроматы). Мұндай түрі тыныс алу анаэробты деп аталады.
Микроорганизмдер процесін жүзеге асыратын, тыныс алу есебінен тотыққан азот қосылыстары, хлор жатады факультативтік анаэробам. Олар екі ферментативтік жүйесін мүмкіндік беретін ауыса отырып, аэробты дыхния арналған анаэробтық және керісінше байланысты қатысудан ортаға және сол немесе өзге де түпкі акцептора.
Егер ортада бір мезгілде отырса, нитраттар және молекулалық оттегі болса, онда, ең алдымен, пайдаланылатын болады акцептор алуға мүмкіндік беретін көп энергия. Аэробты тыныс алып жүреді үш фосфорилированиями, анаэробтық — екі. Дегенмен, егер оттегі ортасында үлкен емес, ал концентрациясы нитраттар әлдеқайда асып кетсе, оны микроорганизмдер пайдаланады нитраттар. Шешуші шарты болып табылады бұл жағдайда болып табылады еркін энергиясы реакция қалпына келтіру акцептора байланысты оның концентрациясы. Анаэробтық тыныс алу есебінен нитраттар деп аталады денитрификацией
Қышқылданған күкірт қосындылары, хром, көміртегі рөл атқарады соңғы акцепторов үшін әр түрлі микроорганизмдер жататын облигатным анаэробам.
У сульфатредуцирующих микроорганизмдер табылды тізбегі көшіру электрондардың қамтитын бірнеше ферменттер бірақ дәйектілігі олардың қолданылу белгісіз.
Пайдалану кезінде сульфат ретінде соңғы акцептора сутегі микроорганизмдер қалпына келтіреді, оларды сульфидтер:
(органикалық зат — сутегі донор) + SO4→Н2Ѕ+4Н2О
Анаэробтық тыныс пайдалана отырып, көміртек диоксидін жүреді білімі бар метан.
Энергетикалық метаболизмі хемолитоавтотрофов
Тотығу қалпына келтірілген минералдық қосылыстар азот, күкірт, темір ретінде қызмет етеді энергия көзі үшін хемолитотрофных микроорганизмдер. Бөлу хемолитотрофных микроорганизмдердің топтары негізделген ерекшелігін бойынша әрбір топқа қатысты окисляемому байланысына. Ажыратады нитрифицирующие бактериялар, железобактерии, бактериялар, тотығатын күкірт қосылыстары.
Нитрифицирующие бактериялар окисляют аммонийлік азот дейін нитраттар. Процесс деп аталады нитрификацией және екі фаза, әрбір оның ішінде жауапты өз қоздырғыштары:
NH4+2O2→NO2+2H2O+557кДж/моль (1)
2NO2+O2→2NO3+146 кДж/моль (2)
Тотығу аммиак дейін нитриттер бере отырып, электрондардың тыныс алу тізбегі қызмет етеді энергетикалық процесін тобы үшін нитрозобактерий. Тотығу аммонийного азот — многостадийный кезінде ретінде аралық өнімдер түзілетін гидроксиламин (NН2ОН) және гипонитрит (NОН). Энергетикалық субстрат, окисляемым тыныс алу тізбегінің, қызмет етеді гидроксиламин.
Железобактерии (хемолитоавтотрофы) білдіреді бірыңғай таксономической бірлік. Бұл термин біріктіреді микроорганизмдер, тотықтырғыш қалпына келтірілген темір қосылыстары энергия алу үшін:
4FеСО3 + O2 + 6Н2О→4Fе(ОН)3 + 4СО2+ 167 кДж/моль (6.9)
Көлік электрондар жылғы валентті — оттек қатысады хинондар және цитохромы. Ауыстыру электрондар ұштасатын, фосфорилированием.
Энергияны пайдалану тиімділігі, осы бактериялардың соншалықты аз, бұл синтездеу үшін 1 г жасушалық заттар, оларға тиесілі окислять 500 г көмірқышқыл темір.
Бактериялар, тотығатын күкірт қосылыстары және қабілетті автотрофной ассимиляции СО2 тобына жатады тионовых бактериялар. Энергияны конструктивті метаболизм тионовых бактериялардың алады, нәтижесінде тотығу сульфидтер, молекулалық күкірт, тиосульфатов және сульфиттердің дейін сульфаттар:
S2-+2O2→SO4+794 кДж/моль (6.10)
S0+H2O+1,5O2→H2SO4+ 585 кДж/моль (6.11)
S2O3+H2O+2O2→2SO4+2H+936 кДж/моль (6.12)
SO3 + 0,5O2→SO4 +251 кДж/моль (6.13)
Тыныс алу тізбегі тионовых бактериялардың құрамында флавопротеиды, убихиноны, цитохромы.
Механизмі ассимиляции СО2 конструктивті мақсатында барлық хемолитоавтотрофов сходен отырып, осындай у фотосинтезитезирующих автотрофов пайдаланатын донор ретінде сутегі су. Негізгі айырмашылығы мынада процесінде хемосинтеза оттегі бөлінбейді.
Қорытынды
Осылайша конструктивті және энергетикалық процестер ағады торда бір мезгілде. Көптеген прокариот олар тығыз байланысты бір-бірімен. Метаболизмі прокариот, энергетикалық және конструктивті ерекшеленеді төтенше түрлілігімен, ол нәтижесі болып табылады қабілетін, осы нысандарын өмір ретінде пайдалануға көздерін және бастапқы субстраттар құру үшін заттар дененің ең кең жинағы органикалық және бейорганикалық қосылыстар.
Энергетикалық метаболизмі жалпы ұштасатын, биосинтетическими және басқа да энергозависимыми процестерді болып жатқан клеткадағы үшін ағу ол жеткізеді энергияны қалпына келтіру және қажетті аралық метаболиттер. Сопряженность екі түрі жасушалық метаболизм жоққа шығармайды біраз өзгерістер олардың салыстырмалы ауқымын нақты жағдайларға байланысты.
Энергетикалық процестер прокариот өзінің көлемі (ауқымдылығы) едәуір өнімдірек процестер биосинтетические және ағуы оларды әкеледі елеулі өзгерістерге қоршаған ортаға. Алуан түрлі және ерекше бұл жағынан мүмкіндіктер прокариот тәсілдері, олардың энергетикалық тіршілік. Осылардың бәрі сосредоточило назар зерттеушілер бірінші кезекте зерделеу энергетикалық метаболизм прокариот.

Добавить комментарий

Your email address will not be published.