Mikroorqanizmlərin mürəkkəb metabolik proseslərini başa düşmək üçün mikrob hüceyrəsinin kimyəvi tərkibini və onun malik olduğu fermentlərin arsenalını nəzərə almaq lazımdır.
Mikrob hüceyrələrinin kimyəvi tərkibi.
Mikrob hüceyrələrinin kimyəvi tərkibi ali bitkilərin kimyəvi tərkibi ilə eynidir. Onların tərkibində hüceyrənin ümumi kütləsinin 75-85%-i su və 15-25%-i quru maddə olur.
Su hüceyrənin zəruri tərkib hissəsidir - orada kimyəvi proseslər gedir, minerallar həll olunur və mürəkkəb üzvi maddələr - zülallar, karbohidratlar, yağlar parçalanır. Zülallar və nuklein turşuları hüceyrələrin çoxalmasında və böyüməsində ən vacibdir. Karbohidratlar maya və göbələk hüceyrələrində əhəmiyyətli miqdarda olur. Bunlar polisaxaridlərdir - glikogen, dekstrin, qlükoza. Bakterial hüceyrələrdə karbohidratlar azdır.
Piylər və piyəbənzər maddələr (lipidlər) əsasən sitoplazmanın səth qatında olur. Lipidlər hüceyrənin quru maddəsinin orta hesabla 3-7%-ni təşkil edir (vərəm çöplərində - 20-40%, Endomyces göbələklərində - 50-60%).
Mineral maddələr mikroorqanizmlərin hüceyrələrində kiçik miqdarda (cəmi 3-10%) olur, lakin onların rolu böyükdür - kimyəvi reaksiyaların sürətinə və istiqamətinə təsir göstərir. Onlardan ən mühümləri kalium, maqnezium, kalsium, dəmir və s.. Hüceyrələrdə zülalların, yağların, karbohidratların və mineralların tərkibi mikroorqanizmin növündən və onun mövcudluq şəraitindən asılıdır.
Mikrob hüceyrə fermentləri.
Fermentlər kimyəvi reaksiyaları kataliz edən mürəkkəb üzvi maddələrdir. Hüceyrələr fizioloji proseslərin həyata keçirilməsi üçün onları istehsal edir (istehsal edir). Bir hüceyrədə bir çox ferment ola bilər (Aspergillus göbələkində, məsələn, təxminən 50), buna görə eyni vaxtda müxtəlif kimyəvi reaksiyalar baş verə bilər. Mikroorqanizmlər tərəfindən istehsal olunan ən çox yayılmış fermentlər karbohidrazlar və proteazlardır.
Karbohidrazlar - suyun iştirakı ilə nişasta, lif və digər polisaxaridləri parçalayır. Bunlara amilazalar (nişastanı sadə karbohidratlara qədər parçalayır), maltaza (karbohidrat maltozasını parçalayır), lipaz (yağ turşularını əmələ gətirmək üçün yağları və yağları hidroliz edir) daxildir. Əksər mikroorqanizmlər bu fermentləri ehtiva edir.
Proteazlar zülalların və polipeptidlərin parçalanmasını katalizləyir. Bu fermentlər çürük bakteriyalar, qəliblər, aktinomisetlər tərəfindən istehsal olunur.
Hər bir fermentin özünəməxsus hərəkəti var, yəni yalnız müəyyən birləşmələri parçalaya bilir. Bundan əlavə, hər bir fermentin temperatur, pH və digər şərtlərlə bağlı fəaliyyəti üçün əsas nöqtələr var.
Metabolizm.
Hər bir canlı hüceyrənin daimi enerji axınına ehtiyacı var - o, bu enerjini maddələr mübadiləsi prosesində alır. Metabolizm (metabolizm) hüceyrənin həyatı boyu baş verən bütün kimyəvi reaksiyaların məcmusuna aiddir.
Metabolizm iki əsas istiqamətdə həyata keçirilir.
Onlardan biri də bina mübadiləsidir. Canlı hüceyrə üçün biosintetik fəaliyyət, yəni hüceyrənin qurulması, köhnəlmiş hissələrin dəyişdirilməsi, böyümə və çoxalma üçün lazımdır. Hüceyrə lazımi tikinti materialını xaricdən gələn qida şəklində alır. Qida maddələri mikrob hüceyrəsinə iki yolla daxil olur. Birincisi, onların konsentrasiyası hüceyrədəkindən daha yüksək olduğu xarici mühitdən qida maddələrinin osmozu (diffuziyası). Bu vəziyyətdə hərəkətverici qüvvə hüceyrə ilə xarici mühit arasındakı osmotik təzyiqlərdəki fərqdir. İkinci yol, qida maddələrinin xüsusi fermentlərdən istifadə edərək hüceyrəyə aktiv şəkildə ötürülməsidir. Hər iki halda qida maddələri hüceyrə membranından hüceyrənin sitoplazmasına nüfuz edir. Qidalanma prosesi mikrob hüceyrəsinin ən mühüm fizioloji funksiyasıdır. Qidalanma prosesinin mahiyyəti ondan ibarətdir ki, hüceyrə fermentlərinin təsiri altında yüksək molekulyar ağırlıqlı üzvi birləşmələr aşağı molekulyar çəkiyə bölünür: şəkərlər, amin turşuları, üzvi turşular və onlardan mikroorqanizm hüceyrəsinin özünün maddələri sintez olunur: sitoplazma, hüceyrə. divar, nuklein turşuları və s.
Biosintetik fəaliyyətin qurulması üçün qida maddələrinə əlavə olaraq, hüceyrə enerjiyə ehtiyac duyur. Buna görə mikroorqanizmlərin metabolizminin ikinci tərəfi enerji mübadiləsidir, yəni hüceyrəni enerji ilə təmin edir. Mikroorqanizmlər tənəffüs prosesində üzvi maddələri (karbohidratlar, yağlar və digər enerji materialları) oksidləşdirərək enerji əldə edirlər - çox vacib fizioloji funksiya. Müxtəlif orqanizmlərdə tənəffüs prosesi onların oksigenlə əlaqəsindən asılı olaraq müxtəlif yollarla gedir. Beləliklə, aeroblar qaz oksigenindən istifadə edir və üzvi maddələrin oksidləşməsi (tənəffüs) yolu ilə enerji əldə edirlər. Bu, aerobların hüceyrələrində müəyyən fermentlərin - sitoxromların olması səbəbindən mümkündür. Anaeroblarda bu fermentlər yoxdur və enerji əldə etmə prosesi oksigenin iştirakı olmadan baş verir. Oksigenə münasibətdə anaeroblar üç qrupa bölünür. Sərt anaeroblar (məsələn, butirik turşu bakteriyaları) ümumiyyətlə oksigenin mövcudluğunda yaşaya bilməzlər. Onlar birləşmiş oksidləşmə - substratın azaldılması (məsələn, fermentasiya prosesləri) ilə enerji alırlar. Fakultativ anaeroblar (ciddi deyil) oksigenin mövcudluğunda ondan oksidləşdirici proseslər üçün (tənəffüs üçün) istifadə edirlər, olmadıqda isə oksigenin (maya) iştirakı olmadan enerji alırlar.
Anaerobların oksidləşmə prosesləri oksidləşmiş birləşmədən hidrogenin çıxarılmasından ibarətdir (dehidrogenləşmə). Hidrogen digər maddələrlə (hidrogen qəbulediciləri) bağlanır. Bu oksigensiz nəfəs alma prosesi adlanır fermentasiya. Fermentasiya üçün enerjili material böyük enerji təchizatı olan maddələrdir.
Beləliklə, qida maddələri hüceyrə tərəfindən iki istiqamətdə istehlak olunur: bədən maddələrinin sintezi və bədəni enerji ilə təmin etmək üçün. Qidalanma və tənəffüs prosesləri bir-biri ilə sıx bağlıdır və eyni zamanda hüceyrə tərəfindən həyata keçirilir. Onlar hüceyrənin bütün həyati funksiyalarını təmin edirlər. Bu prosesdə əmələ gələn metabolik məhsullar hüceyrədən xarici mühitə buraxılır. Metabolizm aşağıdakı diaqram 1-də göstərilmişdir.
Sxem 1. Mikroorqanizmlərdə maddələr mübadiləsi.
Qidalanma növünə görə mikroblar iki qrupa bölünür: avtotroflar və heterotroflar.
Avtotroflar- öz orqanizminin maddələrini qeyri-üzvi elementlərdən sintez edən mikroorqanizmlər. Bu sintezin yolları fərqli ola bilər. Bəzi mikroorqanizmlər, məsələn, yaşıl bitkilər kimi bənövşəyi kükürd bakteriyaları fotosintezdən istifadə edir, lakin digər maddələr onlarda xlorofil rolunu oynayır. Bu sintetik proseslər üçün digər enerji redoks reaksiyaları vasitəsilə əldə edilir. Bu halda qeyri-üzvi maddələr elektron donor kimi xidmət edir, karbon qazı isə karbon mənbəyidir.
Heterotroflar- bunlar hazır üzvi birləşmələrə ehtiyac duyan, karbon mənbəyi kimi karbohidratlar, spirtlər və üzvi turşulardan, azot mənbəyi kimi isə zülallardan və onların parçalanma məhsullarından istifadə edən mikroorqanizmlərdir. Bakteriyaların, mayaların və kiflərin böyük əksəriyyəti heterotroflardır.
Metabolizm bakteriyaların (maddələr mübadiləsi) edir məcmu bir-birinə bağlı iki əks katabolizm və anabolizm prosesləri.
Katabolizm(dissimilyasiya) - maddələrin parçalanması fermentativ reaksiyalar prosesində və bu zaman ayrılan enerjinin ATP molekullarında toplanması.
Anabolizm(assimilyasiya) - maddələrin sintezi enerji istehlakı ilə.
Bakteriyalarda maddələr mübadiləsinin xüsusiyyətləri ondan ibarətdir:
Onun intensivliyi kifayət qədərdir yüksək səviyyə, bu, çoxhüceyrəli orqanizmlərə nisbətən səthin vahid kütləyə nisbətinin daha böyük olması ilə əlaqədardır;
Proseslər dissimilyasiya proseslərdən üstündür assimilyasiya;
substrat spektri bakteriyaların istehlak etdiyi maddələr çox genişdir - karbon qazı, azot, nitritlər, nitratlardan üzvi birləşmələrə, o cümlədən antropogen maddələrə - ətraf mühiti çirkləndiricilərə qədər (bununla onun özünütəmizləmə proseslərini təmin edir);
Bakteriyalar çox var müxtəlif fermentlərin geniş spektri- həm də metabolik proseslərin yüksək intensivliyinə və substrat spektrinin genişliyinə kömək edir.
Bakterial fermentlərlokalizasiyasına görə 2 qrupa bölünür:
ekzozimlər- xarici mühitə buraxılan və hüceyrədən kənar substratda fəaliyyət göstərən bakterial fermentlər (məsələn, proteazlar, polisaxaridlər, oliqosakkaridazlar);
endozimlər- hüceyrə daxilindəki substratlarda fəaliyyət göstərən bakterial fermentlər (məsələn, amin turşularını, monosaxaridləri, sintetazaları parçalayan fermentlər).
Ferment sintezi genetik olaraq təyin olunur, lakin tənzimləmə onların sintezi birbaşa və əks əlaqə vasitəsilə, yəni bəziləri üçün repressiya olunur, digərləri üçün isə substrat tərəfindən induksiya olunur. Sintezi uyğun substratın mövcudluğundan asılı olan fermentlər mühitdə (məsələn, beta-qalaktosidaza, beta-laktamaza) deyilir induksiya edilə bilən .
Başqa bir qrup ferment sintezi substratın mövcudluğundan asılı olmayan adlı mühitdə konstitutiv (məsələn, qlikoliz fermentləri). Onların sintezi həmişə baş verir və onlar həmişə müəyyən konsentrasiyalarda mikrob hüceyrələrində olurlar.
Istifadə edərək bakteriyaların metabolizmasını öyrənin fiziki-kimyəvi və biokimyəvi üsullar transformasiya üçün substrat kimi tərkibində bu və ya digər birləşmə olan xüsusi qida mühitində müəyyən şəraitdə bakteriyaların becərilməsi prosesində tədqiqat. Bu yanaşma mikroorqanizmlərdə müxtəlif növ metabolizm (zülallar, karbohidratlar) proseslərinin daha ətraflı öyrənilməsi ilə maddələr mübadiləsini mühakimə etməyə imkan verir.
Sual 5. Bakteriyalarda zülal və karbohidrat mübadiləsinin xüsusiyyətləri
Protein mübadiləsi
Protein mübadiləsi bakteriyalarda - bu, bir tərəfdən, - öz amin turşularının və zülallarının sintezi prosesi zəruri komponentləri xarici mühitdən mənimsəməklə, digər tərəfdən, - hüceyrədənkənar protein parçalanması müxtəlif fermentlərin təsiri altında. Protein parçalanması baş verərsə anaerob şəraitdə, sonra bu proses adlanır çürümə və getsə aerob şəraitdə - alovlanan.
Bakteriyalarda proteazlar olduqda, zülallar onlar tərəfindən aralıq parçalanma məhsullarına - peptona, bakteriyalarda peptidazalar olduqda isə peptonlar amin turşularına və onların parçalanma məhsullarına (ammiak, hidrogen sulfid, indol) parçalanır. Proteolitik(zülalları parçalamaq qabiliyyəti) və peptolitik(peptonları parçalamaq qabiliyyəti) xassələri bütün bakteriyalarda ifadə olunmur, buna görə də onların digər fermentativ xassələrlə birlikdə öyrənilməsi bakteriyaları müəyyən etməyə kömək edir.
Karbohidrat mübadiləsi
Karbohidrat mübadiləsi bakteriyalarda da ikiqat olur - belədir karbohidratların sintezi və parçalanması prosesi... Karbohidratların bakteriyalar tərəfindən parçalanması (saxarolitik xüsusiyyətlər) aerob şəraitdə karbon qazı və suyun əmələ gəlməsinə deyilir yanan , a bölün onlar tərəfindən anaerob şəraitdə karbohidratlar - fermentasiya.
Karbohidratların parçalanmasının son məhsullarının xarakterindən asılı olaraq anaerob şəraitdə fermentasiya fərqlənir:
Alkoqol,
Laktik turşu,
propion turşusu,
Qarışqa turşusu,
butir turşusu,
Sirkə turşusu.
Molekulyar oksigen fermentasiya proseslərində iştirak etmir. Ən çox fermentasiya edən bakteriyalardır məcburi anaeroblar... Bununla belə, onlardan bəziləri - fakultativ anaeroblar, fermentasiya prosesini oksigenin iştirakı ilə, lakin onun iştirakı olmadan həyata keçirə bilirlər. Üstəlik, bu oksigen fermentasiya prosesini maneə törədir. Və o, yanma ilə əvəz olunur (nəfəs alma - hidrogenin son qəbuledicisi - oksigen). Bu təsir adlandırıldı Paster effekti və biridir ətraf mühit şəraitindən asılı olaraq bakteriyalarda maddələr mübadiləsinin dəyişməsinin klassik nümunələri.
Metabolizm (yunan dilindən metabole - dəyişmə, çevrilmə) enerji əldə etməyə və daha sonra üzvi maddələrin sintezi üçün istifadə etməyə yönəlmiş bir mikrob hüceyrəsində baş verən maddələrin biokimyəvi reaksiyaları və çevrilmələri toplusu kimi başa düşülür.
"Metabolizm" termini iki bir-biri ilə əlaqəli, lakin əks prosesləri - anabolizm və katabolizmi birləşdirir. Onlar bütün canlılara xasdır və canlıların əsas xüsusiyyətləridir.
Anabolizm(qidalanma; assimilyasiya; konstruktiv və ya tikinti, maddələr mübadiləsi; maddələr mübadiləsi) assimilyasiyaya, yəni mikroorqanizmlər tərəfindən öz orqanizminin komponentlərinin (maddələrinin) biosintezi üçün xarici mühitdən qida maddələrinin istifadəsinə qədər azaldılır. Bu, axını üçün enerji tələb olunan endotermik reaksiyaları azaltmaqla daha tez-tez əldə edilir.
Katabolizm(tənəffüs, dissimilyasiya, bioloji oksidləşmə) mürəkkəb üzvi maddələrin onların tərkibindəki enerjinin sərbəst buraxılması ilə daha sadə məhsullara parçalanması (oksidləşməsi) ilə xarakterizə olunur ki, bu da mikroorqanizmlər tərəfindən müəyyən bir hüceyrənin maddələrini sintez etmək üçün istifadə olunur. Bu mübadilə həm də enerji mübadiləsi adlanır.
Əksər hallarda həm assimilyasiyada, həm də dissimilyasiyada eyni maddədən istifadə edilir. İstisna, parçalanan və konstruktiv maddələr mübadiləsində iştirak etməyən karbohidratlardır.
Mikroorqanizmlərdə maddələr mübadiləsi qida maddələrinin intensiv istehlakı ilə xarakterizə olunur. Belə ki, gün ərzində əlverişli şəraitdə bir bakteriya hüceyrəsi öz kütləsindən 30-40 dəfə çox maddələr mənimsəyir.
Maddələr mübadiləsində müxtəlif kimyəvi maddələr iştirak edir. Bundan asılı olaraq zülal, karbohidrat, lipid və su-duz mübadiləsi fərqlənir.
Protein mübadiləsi. Zülalın parçalanması əvvəlcə ekzoproteaz fermentlərinin təsiri altında peptonozla baş verir. Sonradan, endoproteazların təsiri altında olan peptonlar hüceyrəyə daxil olan amin turşularına qədər parçalanır. Burada amin turşuları deaminasiya və dekarboksilləşmədən keçə bilər.
Dezaminasiya nəticəsində ammonyak, ketoturşular və ya hidroksid turşuları, spirt və digər maddələr əmələ gəlir.
Amin turşularının dekarboksilləşməsi "kadavra zəhərlərinin" zəhərli məhsullarının əmələ gəlməsi ilə çürük bakteriyaların inkişafı zamanı baş verir. Histidini dekarboksilləşdirərkən histamin, ornitin - putresin, lizin - kadaverin, tirozin - tiramin əmələ gəlir. Bəzi mikroblar triptofanaz fermentini istehsal edir, onun təsiri altında triptofan amin turşusu parçalanaraq indol əmələ gətirir. İndol əmələ gəlməsinin olması mikroorqanizmlərin identifikasiyasında istifadə olunur.
Zülalın parçalanması reaksiyaları ilə yanaşı, onların sintezi prosesləri də baş verir. Bakteriyalar zülal yaratmaq üçün amin turşularından istifadə edirlər. Bakterial hüceyrələr amin turşularına olan ehtiyaclarını iki yolla ödəyirlər: bəzi mikroorqanizmlər zülalları parçalamaqla aminturşuları alır, digərləri isə onları sadə azot birləşmələrindən sintez edir. Mikrobların mühüm xüsusiyyəti əvəzolunmaz amin turşularını (metionin, triptofan, lizin) sintez etmək qabiliyyətidir. Zülal sintezi hüceyrənin ribosomlarında baş verir.
Protein mübadiləsi karbohidrat mübadiləsi ilə sıx bağlıdır. Zülal birləşmələrinin qurulması üçün piruvik turşusu istifadə olunur və dikarboksilik turşular amin turşularının biosintezində aktiv vasitəçilərdir.
Karbohidrat mübadiləsi. Karbohidratlar qlükoza və maltoza əmələ gətirmək üçün fermentlər tərəfindən parçalanır. Maltaza, saxaroza, laktaza fermentlərinin təsiri altında bakteriya hüceyrəsinə daxil olan disakaridlər hidroliz və monosaxaridlərə parçalanır, daha sonra karbohidrat molekullarının zəncirində bir fasilə və əhəmiyyətli miqdarda enerjinin sərbəst buraxılması ilə fermentasiya olunur.
Karbohidratların mikroblar tərəfindən parçalanması son məhsullara - CCb və H2O-ya qədər parçalana bilən üzvi turşuların əmələ gəlməsi ilə müşayiət olunur.
Mikroorqanizmlərdə karbohidratların sintezi foto və kimyosintetik şəkildə baş verir. Fotosintezdə xlorofil tipli piqmentləri olan yaşıl və bənövşəyi bakteriyalar havadakı karbon qazından qlükozanı sintez edirlər. Bu halda, qeyri-termal sintez reaksiyalarının axını işığın enerjisini tələb edir.
Bakteriyalarda (prokaryotlarda) fotosintez prosesi yaşıl bitkilərdəki (eukariotlar) fotosintezdən fərqlidir. Bitkilərdə fotoliz zamanı su hidrogen donoru kimi xidmət edir, bunun nəticəsində molekulyar oksigen sərbəst buraxılır.
Prokaryotlarda, mavi-yaşıl yosunlar istisna olmaqla, hidrogen donorları H2S, H2 və digər mineral və üzvi birləşmələrdir, buna görə də fotosintez reaksiyası nəticəsində oksigen əmələ gəlmir. Bakteriyalarda fotosintezin əsas piqmenti bakterioxlorofil, yaşıl bitkilərdə - xloroplastlarda olan, hər biri prokaryotik hüceyrəyə ekvivalent olan xlorofildir. Bakteriyalarda xloroplast yoxdur.
Kemosintez, ilkin olaraq saxarolitik reaksiyalar, yəni mürəkkəb şəkərlərin parçalanması nəticəsində əmələ gələn qlükozadan karbohidratlar sintez edən mikroorqanizmlər tərəfindən həyata keçirilir. Kemosintez üçün adenozin trifosfor turşusunun (ATP) parçalanması zamanı ayrılan kimyəvi enerji, yəni kimyəvi reaksiyaların enerjisi istifadə olunur.
Lipid mübadiləsinə lipidlərin hidrolizi, yağ turşularının və monoqliseridlərin udulması, spesifik lipidlərin biosintezi, onların parçalanması və son parçalanma məhsullarının sərbəst buraxılması prosesləri daxildir.
Əksər bakteriyalar növləri lipidləri enerji mənbəyi kimi xidmət edən qliserin şəklində metabolizə edir. Mikroorqanizmlər onu əlavələr şəklində ehtiyat qida maddələri (qidalı material) olan lipidlərin sintezi üçün də istifadə edirlər.
Lipid mübadiləsinin əsas prosesləri hüceyrə sitoplazması ilə möhkəm bağlı olan lipaz və digər lipolitik fermentlərin köməyi ilə həyata keçirilir.
Su-duz mübadiləsinə su və mineral duzların qəbulu və buraxılması, həmçinin onlarla birlikdə baş verən transformasiyalar daxildir.
D.I.-nin yalnız az sayda elementi. Mendeleyev mikroorqanizmlər tərəfindən nisbətən yüksək konsentrasiyalarda tələb olunur - bunlar on əsas bioloji elementdir (makroelementlər): C, O, H, N, S, P, K, Mg, Ca, Fe. Üzvi birləşmələrin əsas komponentləri ilk dörd element - orqanogenlərdir.
Kükürd amin turşuları sistein və metionin və bəzi fermentlərin sintezi üçün lazımdır. Fosfor nuklein turşularının, fosfolipidlərin, teixoik turşuların və bir çox nukleotidlərin bir hissəsidir. Digər dörd element fermentlərin kofaktorları kimi istifadə olunan metal ionları, həmçinin metal komplekslərinin komponentləridir.
Sadalanan əsas elementlərdən əlavə, mikroorqanizmlər daha on mikroelement tələb edir: fermentlərin sintezində iştirak edən və onları aktivləşdirən Zn, Mn, Na, CI, Mo, Se, Co, Cu, W, Ni.
Mikroorqanizmlər müxtəlif elementlərdən və onların birləşmələrindən zülallar, nukleoproteinlər, qlüksidolipid-zülal kompleksləri, nuklein turşuları, fermentlər, vitaminlər və s.
annotasiya
Giriş
1. Maddələr mübadiləsi və enerji haqqında ümumi anlayışlar
2. Konstruktiv maddələr mübadiləsi
3. Qida maddələrində prokariotlara ehtiyac
3.1 Karbon mənbələri
3.3 Kükürd və fosfor mənbələrinə dair tələblər
3.4 Metal ionlarının zəruriliyi
3.5 Artım faktorlarına ehtiyac
4. Mikroorqanizmlərin maddələr mübadiləsinin növləri
5. Fototrofların enerji mübadiləsi
6. Fermentasiya proseslərindən istifadə edərək kemotrofların enerji mübadiləsi
7. Tənəffüs prosesindən istifadə edərək kimyəvi orqanotrofların enerji mübadiləsi
8. Xemolitoautotrofların enerji mübadiləsi
Nəticə
Bu kurs işi bakteriyaların konstruktiv və enerjili metabolizmi haqqında əsas məlumatları ehtiva edir. İş 37 vərəqdə aparılır. 5 rəqəm və 1 cədvəldən ibarətdir.
Canlı orqanizmdə maddənin daimi yenilənməsi ilə müşayiət olunan çevrilmə proseslərinin məcmusuna maddələr mübadiləsi və ya maddələr mübadiləsi deyilir.
Canlı orqanizmlərin ən mühüm xüsusiyyətləri özünü çoxalma qabiliyyəti və ətraf mühitlə sıx əlaqəsidir. Hər hansı bir orqanizm yalnız xarici mühitdən qida maddələrinin daimi axını və ona tullantı məhsulların buraxılması şərti ilə mövcud ola bilər.
Hüceyrə tərəfindən sorulan qida maddələri mürəkkəb biokimyəvi reaksiyalar nəticəsində spesifik hüceyrə komponentlərinə çevrilir. Qida maddələrinin sorulması, mənimsənilməsi və onların hesabına hüceyrənin struktur elementlərinin yaradılmasının biokimyəvi proseslərinin məcmusu konstruktiv maddələr mübadiləsi və ya anabolizm adlanır. Konstruktiv proseslər enerjinin udulması ilə gedir. Hərəkət, osmorequlyasiya və s. kimi digər hüceyrə funksiyalarının biosintezi prosesləri üçün tələb olunan enerji oksidləşdirici reaksiyaların axını ilə hüceyrə tərəfindən əldə edilir, onların məcmusu enerji mübadiləsi və ya katabolizmdir (şək. 1).
Bütün canlı orqanizmlər yalnız kimyəvi cəhətdən bağlanmış enerjidən istifadə edə bilər. Hər bir maddə müəyyən miqdarda potensial enerjiyə malikdir. Əsas material daşıyıcıları kimyəvi bağlardır, onların qopması və ya çevrilməsi enerjinin ayrılmasına səbəb olur.
Kimyəvi bağların enerji səviyyəsi eyni deyil. Bəziləri üçün 8-10 kJ-lik bir dəyərə malikdir. Belə əlaqələr normal adlanır. Digər bağlarda daha yüksək enerji var - 25-40 kJ. Bunlar sözdə makroergik əlaqələrdir. Belə bağlarla demək olar ki, bütün məlum birləşmələrə bu bağların əmələ gəlməsində iştirak edən fosfor və kükürd atomları daxildir.
Hüceyrənin həyatında ən mühüm rolu adenozin trifosfor turşusu (ATP) oynayır. Onun molekuluna adenin, riboza və üç fosfor turşusu qalığı daxildir: (Əlavə Şəkil 2)
ATP hüceyrənin enerji mübadiləsinin mərkəzidir. ATP molekulunda makroergik bağlar çox kövrəkdir. Bu bağların hidrolizi əhəmiyyətli miqdarda sərbəst enerjinin ayrılmasına səbəb olur:
ATP + H20 → ADP + H3P04- 30,56 kJ
Hidroliz enerjinin udulması ilə baş verən biokimyəvi prosesləri enerji ilə təmin edən xüsusi fermentlərin iştirakı ilə davam edir. Bu halda ATP enerji təchizatçısı rolunu oynayır. Kiçik ölçüyə malik olan ATP molekulu hüceyrənin müxtəlif hissələrinə yayılır. Hüceyrələrdə ATP ehtiyatı adenozin difosfor turşusu (ADP) molekuluna fosfor turşusu qalığının əlavə edilməsi reaksiyaları səbəbindən davamlı olaraq yenilənir:
ADP + H3P04 → ATP + H20
ATP sintezi, hidroliz kimi, fermentlərin iştirakı ilə davam edir, lakin enerjinin udulması ilə müşayiət olunur, mikroorqanizmlərdə əldə etmə üsulları müxtəlif olsa da, iki növə endirilə bilər:
1) işıq enerjisindən istifadə;
2) kimyəvi reaksiyaların enerjisindən istifadə.
Bu zaman hər iki növ enerji ATP-nin kimyəvi bağlarının enerjisinə çevrilir. Beləliklə, ATP hüceyrədə transformator rolunu oynayır.
Enerji mübadiləsinin məhsulları (ATP və bəzi aşağı molekulyar birləşmələr) konstruktiv hüceyrə mübadiləsində birbaşa istifadə edildiyi üçün anabolizm və katabolizm ayrılmaz şəkildə bağlıdır, vahid bir bütöv təşkil edir (Şəkil 6.1).
Mikroorqanizmlərin hüceyrələrində enerji ilə konstruktiv proseslər arasındakı əlaqə bir sıra spesifik şərtlərdən, xüsusən də qida maddələrinin təbiətindən asılıdır. Buna baxmayaraq, həcm baxımından katabolik reaksiyalar adətən biosintetik proseslərdən üstündür. Bu iki növ maddələr mübadiləsinin qarşılıqlı əlaqəsi və konyuqasiyası ilk növbədə konstruktiv proseslərin ümumi həcminin enerji mübadiləsi zamanı alınan mövcud enerjinin miqdarından tamamilə asılı olmasında özünü göstərir.
Konstruktiv maddələr mübadiləsi dörd əsas növ biopolimerin sintezinə yönəldilmişdir: zülallar, nuklein turşuları, polisaxaridlər və lipidlər.
Aşağıda mürəkkəb üzvi birləşmələrin biosintezinin ümumiləşdirilmiş sxematik diaqramı verilmişdir, burada aşağıdakı əsas mərhələlər vurğulanır: ən sadə qeyri-üzvi maddələrdən (I) üzvi prekursorların əmələ gəlməsi, onlardan növbəti mərhələdə "tikinti blokları" (II) sintez olunur. mərhələ. Sonradan, bir-birinə kovalent bağlarla bağlanan tikinti blokları biopolimerləri əmələ gətirir (III): Tətbiqlər (şək. 3)
Təqdim olunan biosintetik proseslərin sxemi aşağı molekulyar ağırlıqlı prekursorların böyük molekulyar çəkiyə malik tikinti bloklarına çevrilməsinin bütün mürəkkəbliyini əks etdirmir. Əslində, sintez müxtəlif aralıq metabolik məhsulların meydana gəlməsi ilə bir sıra ardıcıl reaksiyalar kimi davam edir. Bundan əlavə, mikroorqanizmlərin biosintetik qabiliyyətlərinin inkişaf səviyyələri çox fərqlidir. Bəzi mikroblarda konstruktiv maddələr mübadiləsi diaqramda göstərilən bütün mərhələləri əhatə edir, digərlərində isə ikinci və üçüncü və ya yalnız üçüncü mərhələ ilə məhdudlaşır. Məhz buna görə də mikroorqanizmlər qida ehtiyaclarına görə bir-birindən kəskin şəkildə fərqlənirlər. Bununla belə, qidanın elementar tərkibi bütün canlı orqanizmlər üçün eynidir və hüceyrə maddəsini təşkil edən bütün komponentləri ehtiva etməlidir: karbon, azot, hidrogen, oksigen və s.
Konstruktiv mübadilədə istifadə olunan karbon mənbələrindən asılı olaraq mikroorqanizmlər iki qrupa bölünür: avtotroflar və heterotroflar.
Avtotroflar (yunan dilindən "autos" - özü, "trofe" - qida) karbonun yeganə mənbəyi kimi karbon qazından istifadə edirlər və bu sadə qeyri-üzvi prekursor birləşmədən bütün lazımi biopolimerləri sintez edirlər. Avtotroflar ən yüksək biosintetik qabiliyyətə malikdirlər.
Heterotroflar (yunan dilindən "heteros" - digər) üzvi karbon mənbələrinə ehtiyac duyurlar. Onların qida ehtiyacları son dərəcə müxtəlifdir. Onların bəziləri digər orqanizmlərin tullantı məhsulları ilə qidalanır və ya ölü bitki və heyvan toxumalarından istifadə edirlər. Belə mikroorqanizmlərə saprofitlər (yunan dilindən "sapros" - çürük və "fiton" - bitki) deyilir. Onların karbon mənbəyi kimi istifadə etdikləri üzvi birləşmələrin sayı son dərəcə böyükdür - bunlar karbohidratlar, spirtlər, üzvi turşular, amin turşuları və s.. Demək olar ki, istənilən təbii birləşmə bu və ya digər növ mikroorqanizmlər tərəfindən qida və ya enerji mənbəyi kimi istifadə edilə bilər.
Hüceyrə zülallarının sintezi üçün mikroorqanizmlərə azot lazımdır. Mikroorqanizmlər arasında azotla qidalanma mənbələrinə münasibətdə otoamintroflar və heteroaminotrofları ayırd etmək olar. Birincilər qeyri-üzvi azotdan (ammonium, nitrat, molekulyar) və ya ən sadə üzvi formalardan (karbamid) istifadə edə bilirlər və bu birləşmələrdən bədənlərində müxtəlif zülallar əmələ gətirirlər. Bu zaman azotun bütün formaları əvvəlcə ammonium formasına çevrilir. Azotun bu ən azaldılmış forması asanlıqla amin qrupuna çevrilir. Heteroaminotroflar azotun üzvi formalarına - zülallara və amin turşularına ehtiyac duyurlar. Onların bəziləri amin turşularının tam dəstini tələb edir, digərləri isə onları çevirərək bir və ya iki amin turşusundan zəruri protein birləşmələrini yaradır.
Karbon baxımından heterotrof olan bir çox mikroorqanizmlər otoamintroflardır. Bunlara tullantı sularının təmizlənməsində iştirak edən bakteriyalar daxildir.
Konstruktiv maddələr mübadiləsi üçün oksigen və hidrogen ehtiyacı mikroorqanizmlər tərəfindən su və üzvi qidalar hesabına ödənilir. Kül elementlərinin mənbələri (P, S, K, Mg, Fe) müvafiq mineral duzlardır. Bu elementlərə ehtiyac azdır, lakin ətraf mühitdə mövcudluğu məcburidir. Bundan əlavə, mikroelementlər - Zn, Co, Cu, Ni və s. mikrobların normal fəaliyyəti üçün zəruridir.Onların bir hissəsi mikrobların təbii qidalanmasının bir hissəsidir, bir hissəsi mineral duzlardan onlar tərəfindən mənimsənilir.
Qida əldə etmək üsulları, yəni mikroorqanizmləri qidalandırmaq üsulları çox müxtəlifdir. Qidalanmanın üç əsas yolu var: holofitik, saprozoy və holozoyik.
Holofitik qidalanma (yunan dilindən "holo" - bütövlükdə "uyğun" - bitki) bitkilərin fotosintez növünə görə baş verir. Belə qidalanma yalnız avtotroflara xasdır. Mikroorqanizmlər arasında bu üsul yosunlar, flagellatların rəngli formaları və bəzi bakteriyalar üçün xarakterikdir.
İnsan bədəninin həyatı çox mürəkkəb və unikal bir hadisədir, lakin onun mövcudluğunu dəstəkləyən mexanizmlər var və eyni zamanda hər kəs üçün əlçatan olan ən sadə komponentlərə qədər sökülə bilər. Burada, ilk növbədə, yalnız şərti olaraq mürəkkəb olan bakteriyaların metabolizmi haqqında danışmaq lazımdır, əslində bakteriyaların metabolizmi kimi bir proses olduqca sadədir. Mikroorqanizmlərin metabolik prosesi ilə ətraflı tanış olmaq üçün mikrobiologiya elmi kömək edir. Tədqiq olunan proseslər müxtəlif xəstəliklər üçün yeni müalicə formalarının formalaşmasına kömək edir.
Metabolik bakterial prosesin ümumi mənzərəsi haqqında danışırıqsa, onda müəyyən bir reaksiya dövründən danışırıq və bəzi reaksiyalarda vəzifə insan orqanizmini enerji ilə təmin etməkdir, digərlərinə gəldikdə isə, bunlar bədəni doldurmaq yollarıdır. maddə ilə, yəni əslində onlar bir növ tikinti materialıdır ... Əgər bakteriya hüceyrələrinin metabolizmindən danışırıqsa, onda ümumi tipin bioloji prinsiplərindən fərqlər tapmaq mümkün deyil. Canlı hüceyrələrin həyat prosesinin müvəqqəti mexanizminin əsasını təşkil edən bakteriyalardır.
Metabolik məhsullardan asılı olan belə bir prosesin 2 növü var:
Metabolik tipli proseslərin əksəriyyəti prokaryotik tip hüceyrədə baş verir və bu proses birdəfəlik xarakter daşıyır, bütün bunlar qapalı tipli sikl formasına malikdir. Metabolik proses baş verdikdə, hüceyrə tipli strukturlarla müşayiət olunan məhsullar əmələ gəlməyə başlayır, sonra müəyyən fermentlərin iştirak etdiyi biosintetik reaksiya başlayır, onlar enerjili təbiət sintez prosesini həyata keçirirlər. Mikroorqanizmlərin maddələr mübadiləsinin bu növləri tək deyil, başqaları da var.
Mikroorqanizmlərin metabolizmi substrata aiddir, burada bir neçə mərhələdən danışırıq:
Bu prosesin bütün xüsusiyyətləri iki növ fermentin olması ilə əlaqədardır (hüceyrə quruluşunda reaksiyaları sürətləndirə bilən zülal tipli molekullardan danışırıq:
Qeyd etmək lazımdır ki, hüceyrə quruluşu tərəfindən davamlı olaraq (konstitutiv təbiət) istehsal olunan bir sıra fermentlər var və müəyyən bir substrat meydana gəldikdə reaksiya şəklində istehsal edənlər var.
Bakteriyalarda belə bir proses bioloji tipin müəyyən üsulları ilə həyata keçirilir:
Bakteriyaların kemotrofik şəkildə nəfəs alması haqqında danışsaq, 3 yol ola bilər:
Qeyd etmək lazımdır ki, böyümə fərdin ölçülərinin artdığı bir prosesdir və çoxalma prosesinin özünə gəldikdə, bu, populyasiyanın artmağa başladığı zamandır.
Diqqətəlayiqdir ki, bakteriyalar ikili bölünmə sadəcə həyata keçirildiyi şəkildə çoxalmağa qadirdir, lakin bu üsul yeganə deyil, qönçələnmə də var. Bakteriyaların qram-müsbət forması varsa, o zaman hüceyrə tipli divardan bir septumun və içəriyə doğru inkişaf edə bilən sitoplazmatik tipli membranın meydana gəlməsi var. Bakteriyalar qram-mənfidirsə, onda bir daralma meydana gəlməyə başlayır, bundan sonra hüceyrə bir cüt fərdə bölünür.
Çoxalma prosesinin sürəti diqqətəlayiqdir, fərqli ola bilər. Bakteriyaların böyük əksəriyyəti haqqında danışırıqsa, onda onlar hər yarım saatdan bir bölünürlər. Bölünmə prosesi daha yavaş olan vərəmli mikobakteriyalar var ki, bir bölünmənin ən azı 18 saat çəkə biləcəyini söyləmək kifayətdir. Spiroketlər də tez, təxminən 10 saat bölünmür, beləliklə, mikroorqanizmlərin metabolizminin necə fərqləndiyini görə bilərsiniz.
Əgər siz maye qida mühitinə bakteriyalar səpsəniz, müəyyən həcm götürsəniz və sonra hər saatdan bir nümunə götürsəniz, onda bakteriya böyüməsi əyri xətt şəklinə malikdir.
Belə maddələr bir neçə mərhələdə böyüyür:
Sonda qeyd etmək lazımdır ki, bütün bakteriya və mikrobların maddələr mübadiləsində müəyyən fərqlər ola bilər, müxtəlif amillər ola bilər. İnsan bədəninin fərdi xüsusiyyətləri böyük əhəmiyyət kəsb edir. Maddələr mübadiləsinin tənzimlənməsi kimi bir prosesə gəldikdə, onu hətta prokaryotlarda, xüsusən də prokaryotlarda öyrənməyə başladılar (bunlar bağırsaq çubuğunun operonlarıdır).
Bu günə qədər müxtəlif tədqiqat üsulları mövcuddur. Kükürd bakteriyaları öyrənilirsə, o zaman tədqiqatın öz xüsusiyyətləri var və bakterial dəyişiklikləri öyrənmək üçün başqa üsullardan istifadə edilə bilər. Qara dəmiri oksidləşdirən unikal xüsusiyyətə malik olan dəmir bakteriyaları xüsusi diqqətə layiqdir.
