Mikroorganismide keeruliste metaboolsete protsesside mõistmiseks on vaja arvestada mikroobiraku keemilist koostist ja selles sisalduvat ensüümide arsenali.
Keemiline koostis mikroobirakud.
Mikroobirakkude keemiline koostis on sama, mis rakkudel kõrgemad taimed. Need sisaldavad 75-85% vett ja 15-25% kuivainet kogu raku massist.
Vesi on hädavajalik lahutamatu osa rakud - selles toimuvad keemilised protsessid, mineraalained lahustuvad ja komplekssed orgaanilised ained - valgud, süsivesikud, rasvad - lagunevad. Valgud ja nukleiinhapped on rakkude paljunemisel ja kasvul kõige olulisemad. Süsivesikuid leidub märkimisväärses koguses pärmi- ja seente rakkudes. Need on polüsahhariidid - glükogeen, dekstriin, glükoos. Bakterirakkudes on vähe süsivesikuid.
Rasvu ja rasvataolisi aineid (lipiide) leidub peamiselt tsütoplasma pinnakihis. Lipiidid moodustavad keskmiselt 3-7% raku kuivainest (tubercle bacillus - 20-40%, Endomyces - 50-60%).
Mineraalaineid leidub mikroorganismide rakkudes väikestes kogustes (ainult 3-10%), kuid nende roll on suur - need mõjutavad kiirust ja suunda keemilised reaktsioonid. Neist olulisemad on kaalium, magneesium, kaltsium, raud jne. Valkude, rasvade, süsivesikute ja mineraalainete sisaldus rakkudes oleneb mikroorganismi tüübist ja selle olemasolu tingimustest.
mikroobirakkude ensüümid.
Ensüümid on keerulised orgaanilised ained, mis katalüüsivad keemilisi reaktsioone. Rakud toodavad (toodavad) neid füsioloogiliste protsesside läbiviimiseks. Rakk võib sisaldada palju ensüüme (näiteks seenel Aspergillus on neid umbes 50), nii et üheaegselt võivad toimuda mitmesugused keemilised reaktsioonid. Kõige tavalisemad mikroorganismide toodetud ensüümid on karbohüdraasid ja proteaasid.
Karbohüdraasid - lagundavad tärklist, kiudaineid ja muid polüsahhariide vee osalusel. See hõlmab amülaase (tärklise lagundamine lihtsad süsivesikud), maltaas (lagustab süsivesikute maltoosi), lipaas (hüdrolüüsib rasvu ja õlisid, moodustades rasvhappeid). Need ensüümid sisaldavad enamikku mikroorganisme.
Proteaasid katalüüsivad valkude ja polüpeptiidide lagunemist. Neid ensüüme toodavad putrefaktiivsed bakterid, hallitusseened, aktinomütseedid.
Igal ensüümil on spetsiifiline toime, see tähendab, et see suudab lõhustada ainult teatud ühendeid. Lisaks on iga ensüümi toime jaoks olulised punktid temperatuuri, pH ja muude tingimuste suhtes.
Ainevahetus.
Iga elav rakk vajab pidevat energia juurdevoolu – ta saab selle energia ainevahetuse käigus. Ainevahetus (ainevahetus) on kõigi rakus selle elu jooksul toimuvate keemiliste reaktsioonide kogum.
Ainevahetus toimub kahes põhisuunas.
Üks neist on hoonevahetus. See on vajalik elavale rakule biosünteetiliseks tegevuseks, st raku ehitamiseks, kulunud osade asendamiseks, kasvuks ja paljunemiseks. Vajaliku ehitusmaterjali saab rakk väljast tuleva toiduna. Toitained sisenevad mikroobirakku kahel viisil. Esimene on väliskeskkonnast pärit toitainete osmoos (difusioon), kus nende kontsentratsioon on suurem kui rakus. edasiviiv jõud see on raku ja väliskeskkonna osmootse rõhu erinevus. Teine viis on toitainete aktiivne ülekandmine rakku spetsiaalsete ensüümide abil. Mõlemal juhul tungivad toitained läbi rakumembraan raku tsütoplasmasse. Toitumisprotsess on mikroobiraku kõige olulisem füsioloogiline funktsioon. Toitumisprotsessi olemus seisneb selles, et rakuensüümide toimel lagunevad kõrgmolekulaarsed orgaanilised ühendid madalmolekulaarseteks: suhkrud, aminohapped, orgaanilised happed ja neist sünteesitakse mikroorganismi raku enda ained: tsütoplasma, rakusein, nukleiinhapped jne.
Lisaks biosünteetilise aktiivsuse ülesehitamiseks vajalikele toitainetele vajab rakk energiat. Seetõttu on mikroorganismide ainevahetuse teine pool energia metabolism ehk raku varustamine energiaga. Mikroorganismid saavad energiat orgaaniliste ainete (süsivesikute, rasvade ja muude energiamaterjalide) oksüdeerimisel hingamise käigus, mis on väga oluline füsioloogiline funktsioon. Erinevates organismides kulgeb hingamisprotsess erinevalt sõltuvalt nende suhetest hapnikuga. Seega kasutavad aeroobid gaasilist hapnikku ja saavad energiat orgaanilise aine oksüdeerimisel (hingamisel). See on võimalik teatud ensüümide - tsütokroomide - aeroobide esinemise tõttu rakkudes. Anaeroobides need ensüümid puuduvad ja energia saamise protsess toimub ilma hapniku osaluseta. Seoses hapnikuga jagunevad anaeroobid kolme rühma. Ranged anaeroobid (näiteks võihappebakterid) ei saa hapniku juuresolekul üldse elada. Nad saavad energiat konjugeeritud oksüdatsiooni teel – substraadi redutseerimisel (näiteks käärimisprotsessid). Fakultatiivsed anaeroobid (mitte ranged) kasutavad seda hapniku juuresolekul oksüdatiivseteks protsessideks (hingamiseks) ja selle puudumisel saavad nad energiat ilma hapniku (pärm) osaluseta.
Anaeroobide oksüdatiivsed protsessid seisnevad vesiniku eemaldamises oksüdeeritud ühendist (dehüdrogeenimine). Vesinik liitub teiste ainetega (vesiniku aktseptoritega). Seda hapnikuvaba hingamise protsessi nimetatakse kääritamine. Energeetiline fermentatsioonimaterjal on suure energiavaruga ained.
Seega tarbib rakk toitaineid kahes suunas: kehaainete sünteesiks ja organismi energiaga varustamiseks. Toitumise ja hingamise protsessid on omavahel tihedalt seotud ja rakud teostavad neid samaaegselt. Nad tagavad kõik raku elutähtsad funktsioonid. Saadud ainevahetusproduktid vabanevad rakust väliskeskkonda. Metabolism on näidatud alloleval skeemil 1.
Skeem 1. Ainevahetus mikroorganismides.
Toitumise tüübi järgi jagunevad mikroobid kahte rühma: autotroofid ja heterotroofid.
Autotroofid- mikroorganismid, mis sünteesivad oma keha aineid anorgaanilistest elementidest. Selle sünteesi teed võivad olla erinevad. Mõned mikroorganismid, näiteks lillad väävlibakterid, nagu rohelised taimed, kasutavad fotosünteesi, kuid teised ained mängivad neis klorofülli rolli. Muu energia nende sünteetiliste protsesside jaoks saadakse redoksreaktsioonide käigus. Sel juhul toimivad anorgaanilised ained elektronide doonoritena ja süsinikdioksiid süsinikuallikana.
Heterotroofid- need on mikroorganismid, mis vajavad valmis orgaanilisi ühendeid, kasutades süsinikuallikana süsivesikuid, alkohole ja orgaanilisi happeid ning lämmastikuallikana valke ja nende lagunemissaadusi. Valdav enamus bakteritest, pärm- ja hallitusseentest on heterotroofid.
Ainevahetus bakterite ainevahetus (metabolism). totaalsus kaks vastastikku ühendatud katabolismi ja anabolismi protsessid.
katabolism(dissimilatsioon) - ainete lagunemine ensümaatiliste reaktsioonide protsessis ja selle käigus vabaneva energia akumuleerumisel ATP molekulidesse.
Anabolism(assimilatsioon) - ainete süntees energiakuluga.
Bakterite ainevahetust iseloomustab:
Selle intensiivsus on piisav kõrge tase , mis on tõenäoliselt tingitud palju suuremast pinna ja massiühiku suhtest kui paljurakulistel organismidel;
Protsessid dissimilatsioon on protsesside suhtes ülimuslikud assimilatsioon;
substraadi spekter bakterite poolt tarbitavate ainete hulk on väga lai - süsinikdioksiidist, lämmastikust, nitrititest, nitraatidest kuni orgaaniliste ühenditeni, sh inimtekkelised ained - keskkonnasaasteained (tagades sellega selle isepuhastusprotsessid);
Bakterid on väga lai valik erinevaid ensüüme- see aitab kaasa ka ainevahetusprotsesside kõrgele intensiivsusele ja substraadi spektri laiusele.
bakteriaalsed ensüümidlokaliseerimise järgi jagunevad 2 rühma:
eksoensüümid- väliskeskkonda sattunud ja rakuvälisel substraadil toimivad bakteriaalsed ensüümid (näiteks proteaasid, polüsahhariidid, oligosahharidaasid);
endoensüümid- bakterite ensüümid, mis toimivad rakusisestel substraatidel (näiteks ensüümid, mis lagundavad aminohappeid, monosahhariide, süntetaase).
Ensüümide süntees geneetiliselt määratud, kuid määrus nende süntees on vahetu ja tagasiside kaudu, st mõne jaoks on see represseeritud, teiste jaoks aga indutseeritud substraadi poolt. Ensüümid, mille süntees sõltub sobiva substraadi olemasolust söötmes (näiteks beeta-galaktosidaas, beeta-laktamaas) nimetatakse indutseeritav .
Teine ensüümide rühm mille süntees ei sõltu substraadi olemasolust keskkonnas nimega konstitutiivne (nt glükolüüsi ensüümid). Nende süntees toimub alati ja need sisalduvad alati teatud kontsentratsioonides mikroobirakkudes.
Bakterite ainevahetuse uurimine füüsikalis-keemilised ja biokeemilised meetodid bakterite kultiveerimisprotsessi uurimine teatud tingimustel spetsiaalsel toitekeskkonnal, mis sisaldab transformatsiooni substraadina üht või teist ühendit. Selline lähenemine võimaldab hinnata ainevahetust protsesside üksikasjalikuma uurimise kaudu mitmesugused ainevahetus (valgud, süsivesikud) mikroorganismides.
Küsimus 5. Valkude ja süsivesikute ainevahetuse tunnused bakterites
Valkude ainevahetusühelt poolt bakterites, oma aminohapete ja valkude sünteesi protsess assimilatsiooni kaudu vajalikud komponendid väliskeskkonnast ja teisest küljest rakuvälise valgu lagunemine erinevate ensüümide mõjul. Kui toimub valkude lagunemine anaeroobsetes tingimustes, siis seda protsessi nimetatakse lagunemine ja kui ta läheb aeroobsetes tingimustes hõõguv.
Kui bakteritel on proteaase, lõhustuvad nad valgud vahepealsteks lagunemissaadusteks - peptoonideks, ja kui bakteritel on peptidaasid, siis peptoonid lõhustuvad aminohapeteks ja nende lagunemissaadusteks (ammoniaak, vesiniksulfiid, indool). Proteolüütiline(võime lagundada valke) ja peptolüütiline(peptoonide lagundamise võime) omadused ei avaldu kõigis bakterites, seega aitab nende uurimine koos teiste ensümaatiliste omadustega baktereid tuvastada.
süsivesikute ainevahetus
süsivesikute ainevahetus Bakteritel on ka kahetine iseloom – see on süsivesikute sünteesi ja lagunemise protsess. Süsivesikute lagunemine bakterite poolt (sahharolüütilised omadused) aeroobsetes tingimustes süsihappegaasi ja vee moodustumisega nimetatakse põletamine , a poolitatud neid süsivesikud anaeroobsetes tingimustes - kääritamine.
Sõltuvalt süsivesikute lagunemise lõpp-produktide iseloomust anaeroobsetes tingimustes eristatakse kääritamist:
alkohol,
piimhape,
propioonhape,
sipelghape,
võihape,
Äädikhape.
Molekulaarne hapnik ei osale fermentatsiooniprotsessides. Enamik käärivaid baktereid on kohustuslikud anaeroobid. Mõned neist siiski on fakultatiivsed anaeroobid, suudavad käärimisprotsessi läbi viia hapniku juuresolekul, kuid ilma selle osaluseta. Pealegi pärsib see hapnik käärimisprotsessi. Ja see asendatakse põlemisega (hingamine - vesiniku lõplik aktseptor - hapnik). Seda efekti kutsuti Pasteuri efekt ja on üks klassikalisi näiteid muutused ainevahetuses bakterites sõltuvalt keskkonnatingimustest.
Ainevahetust (kreeka keelest ainevahetus - muutus, transformatsioon) mõistetakse kui mikroobirakus toimuvate biokeemiliste reaktsioonide ja ainete muundumiste kogumit, mille eesmärk on energia hankimine ja selle edasine kasutamine orgaaniliste ainete sünteesiks.
Mõiste "ainevahetus" ühendab kaks omavahel seotud, kuid vastandlikku protsessi - anabolismi ja katabolismi. Need on omased kõigile elusolenditele ja on elavate põhiomadused.
Anabolism(toitumine; assimilatsioon; konstruktiivne ehk ülesehitav, ainevahetus; ainevahetus) taandub assimilatsioonile, s.o. mikroorganismide poolt väliskeskkonnast pärit toitainete kasutamisele oma keha komponentide (ainete) biosünteesiks. See saavutatakse sagedamini endotermiliste reaktsioonide vähendamisega, mis nõuavad energiat.
katabolism(hingamine, dissimilatsioon, bioloogiline oksüdatsioon) iseloomustab keeruliste orgaaniliste ainete lagunemine (oksüdatsioon) lihtsamateks saadusteks koos neis sisalduva energia vabanemisega, mida mikroorganismid kasutavad antud raku ainete sünteesimiseks. Seda vahetust nimetatakse ka energiaks.
Enamasti kasutatakse sama ainet nii assimilatsioonil kui ka dissimilatsioonil. Erandiks on süsivesikud, mis lõhustuvad ja ei osale konstruktiivses ainevahetuses.
Ainevahetust mikroorganismides iseloomustab intensiivne toitainete tarbimine. Jah, kl soodsad tingimused päeva jooksul omastab üks bakterirakk oma massist 30-40 korda suuremaid aineid.
Ainevahetuses osalevad mitmesugused kemikaalid. Sõltuvalt sellest eristatakse valkude, süsivesikute, lipiidide ja vee-soolade ainevahetust.
Valguvahetus. Valkude lagunemine toimub esmalt peptonoosiks eksoproteaasi ensüümide toimel. Tulevikus lõhustatakse endoproteaaside mõju all olevad peptoonid aminohapeteks, mis sisenevad rakku. Siin võivad aminohapped deamineerida ja dekarboksüülida.
Deamineerimise tulemusena tekivad ammoniaak, ketohapped ehk hüdroksühapped, alkohol ja muud ained.
Aminohapete dekarboksüülimine toimub putrefaktiivsete bakterite arenemise ajal, kui moodustuvad "laibamürkide" toksilised produktid. Histidiin dekarboksüleeritakse histamiiniks, ornitiin putrestsiiniks, lüsiin kadaveriiniks ja türosiin türamiiniks. Mõned mikroobid toodavad ensüümi trüptofanaasi, mille toimel laguneb aminohape trüptofaan, moodustades indooli. Indooli moodustumise olemasolu kasutatakse mikroorganismide tuvastamisel.
Koos valkude lõhustamise reaktsioonidega toimuvad ka nende sünteesi protsessid. Bakterid kasutavad valkude ehitamiseks aminohappeid. Bakterirakud rahuldavad oma aminohapete vajaduse kahel viisil: mõned mikroorganismid saavad aminohappeid valkude lagundamisel, teised aga sünteesivad neid lihtsatest lämmastikuühenditest. Mikroobide oluline omadus on võime sünteesida asendamatuid aminohappeid (metioniin, trüptofaan, lüsiin). Valkude süntees toimub raku ribosoomides.
Valgu metabolism on sees tihe ühendus koos süsivesikute ainevahetusega. Püruviinhapet kasutatakse valguühendite ehitamiseks ja dikarboksüülhapped on aktiivsed vahendajad aminohapete biosünteesis.
süsivesikute ainevahetus. Süsivesikud lagundatakse ensüümide toimel, moodustades glükoosi ja maltoosi. Ensüümide maltaas, sahharaas, laktaas, bakterirakku sattunud disahhariidid hüdrolüüsitakse ja lagunevad monosahhariidideks, mis seejärel kääritatakse süsivesikute molekulide ahela katkestamiseks ja olulisel määral energia vabanemiseks.
Süsivesikute lagunemisega mikroobide poolt kaasneb orgaaniliste hapete moodustumine, mis võivad laguneda lõppproduktideks – CCL-ks ja H2O-ks.
Süsivesikute süntees mikroorganismides toimub foto- ja kemosünteetiliselt. Fotosünteesi käigus sünteesivad rohelised ja lillad bakterid, mis sisaldavad pigmente nagu klorofüll, õhus leiduvast süsihappegaasist glükoosi. Samal ajal on valgusenergia vajalik sünteesi ndotermiliste reaktsioonide kulgemiseks.
Fotosünteesi protsess bakterites (prokarüootides) erineb fotosünteesist rohelistes taimedes (eukarüootides). Taimedes toimib fotolüüsi ajal vesi vesiniku doonorina, mille tulemusena vabaneb molekulaarne hapnik.
Prokarüootides, välja arvatud sinivetikad, on vesiniku doonorid H2S, H2 ja muud mineraalsed ja orgaanilised ühendid, mistõttu hapnik fotosünteesireaktsiooni tulemusena ei moodustu. Bakterite fotosünteesi peamine pigment on bakterioklorofüll, rohelistes taimedes - klorofüll, mis asub kloroplastides, millest igaüks on samaväärne prokarüootse rakuga. Bakteritel ei ole kloroplaste.
Kemosünteesi viivad läbi mikroorganismid, mis sünteesivad süsivesikuid glükoosist, mis on varem moodustunud sahharolüütiliste reaktsioonide, st komplekssuhkrute lagunemise tulemusena. Kemosünteesiks kasutatakse keemilist energiat, mis vabaneb adenosiintrifosforhappe (ATP) lagunemisel, st keemiliste reaktsioonide energiat.
Lipiidide metabolism hõlmab lipiidide hüdrolüüsi protsesse, rasvhapete ja monoglütseriidide imendumist, spetsiifiliste lipiidide biosünteesi, nende lagunemist ja lagunemise lõpp-produktide vabanemist.
Enamik bakteriliike metaboliseerib lipiide glütseroolina, mis toimib energiaallikana. Mikroorganismid kasutavad seda ka lipiidide sünteesiks, mis lisandite kujul on varutoitained (toitematerjal).
Lipiidide metabolismi peamised protsessid viiakse läbi lipaasi ja teiste lipolüütiliste ensüümide abil, mis on kindlalt seotud raku tsütoplasmaga.
Vee-soola ainevahetus hõlmab vee ja mineraalsoolade omastamist ja vabanemist, samuti nendega toimuvaid muundumisi.
Ainult väike arv elemente D.I. perioodilises tabelis. Mendelejevit vajavad mikroorganismid suhteliselt suurtes kontsentratsioonides – need on kümme peamist bioloogilist elementi (makroelementi): C, O, H, N, S, P, K, Mg, Ca, Fe. Orgaaniliste ühendite põhikomponendid on neli esimest elementi – organogeenid.
Väävel on vajalik aminohapete tsüsteiini ja metioniini ning mõnede ensüümide sünteesiks. Fosfor on nukleiinhapete, fosfolipiidide, teikhoehapete ja paljude nukleotiidide koostisosa. Ülejäänud neli elementi on metalliioonid, mida kasutatakse ensüümide kofaktoritena, aga ka metallikomplekside komponendid.
Lisaks loetletud põhielementidele vajavad mikroorganismid veel kümmet mikroelementi: Zn, Mn, Na, CI, Mo, Se, Co, Cu, W, Ni, mis osalevad ensüümide sünteesis ja aktiveerivad neid.
Alates erinevaid elemente ja nende ühendid, mikroorganismid sünteesivad valke, nukleoproteiine, glütsidolipiid-valgu komplekse, nukleiinhappeid, ensüüme, vitamiine jne.
annotatsioon
Sissejuhatus
1. Üldmõisted ainevahetuse ja energia kohta
2. Konstruktiivne ainevahetus
3. Prokarüootide toitainevajadus
3.1 Süsinikuallikad
3.3 Nõuded väävli- ja fosforiallikatele
3.4 Vajadus metalliioonide järele
3.5 Kasvutegurite vajadus
4. Mikroorganismide ainevahetuse tüübid
5. Fototroofide energiavahetus
6. Kemotroofide energia metabolism fermentatsiooniprotsesse kasutades
7. Kemoorganotroofide energiavahetus hingamisprotsessi abil
8. Kemoliitoautotroofide energia metabolism
Järeldus
See kursusetöö sisaldab põhiteavet bakterite konstruktiivse ja energiavahetuse kohta. Tööd tehakse 37 lehel. Sisaldab 5 joonist ja 1 tabelit.
Aine muundumisprotsesside kogumit elusorganismis, millega kaasneb selle pidev uuenemine, nimetatakse ainevahetuseks või ainevahetuseks.
Elusorganismide olulisemateks omadusteks on enesepaljunemise võime ja nende lähim seos nendega keskkond. Iga organism saab eksisteerida ainult toitainete pideva sissevoolu väliskeskkonnast ja jääkainete eraldumise tingimustes.
Rakku imendunud toitained muudetakse keerukate biokeemiliste reaktsioonide tulemusena spetsiifilisteks rakukomponentideks. Toitainete imendumise, assimilatsiooni ja nende tõttu raku struktuurielementide loomise biokeemiliste protsesside kogumit nimetatakse konstruktiivseks ainevahetuseks või anabolismiks. Konstruktiivsed protsessid käivad koos energia neeldumisega. Raku muude funktsioonide biosünteesi protsessideks, nagu liikumine, osmoregulatsioon jne, vajalikku energiat saab rakk tänu oksüdatiivsete reaktsioonide kulgemisele, mille kogusumma on energia metabolism ehk katabolism (joonis 1).
Kõik elusorganismid saavad kasutada ainult keemiliselt seotud energiat. Igal ainel on teatud kogus potentsiaalset energiat. Selle peamised materjalikandjad on keemilised sidemed, mille purunemine või muundumine toob kaasa energia vabanemise.
Keemiliste sidemete energiatase ei ole sama. Mõne jaoks on selle väärtus suurusjärgus 8-10 kJ. Selliseid ühendusi nimetatakse normaalseteks. Teised sidemed sisaldavad palju rohkem energiat - 25-40 kJ. Need on nn makroergilised võlakirjad. Peaaegu kõik teadaolevad selliste sidemetega ühendid sisaldavad nende sidemete moodustamises osalevaid fosfori- ja väävliaatomeid.
Adenosiintrifosfaat (ATP) mängib rakkude elus olulist rolli. Selle molekul koosneb adeniinist, riboosist ja kolmest fosforhappejäägist: (lisad joonis 2)
ATP-l on raku energiavahetuses keskne koht. Makroergilised sidemed ATP molekulis on väga haprad. Nende sidemete hüdrolüüs toob kaasa märkimisväärse koguse vaba energia vabanemise:
ATP + H20 → ADP + H3P04 - 30,56 kJ
Hüdrolüüs toimub spetsiifiliste ensüümide osalusel, andes energiat biokeemilistele protsessidele, mis toimuvad energia neeldumisega. Sel juhul täidab ATP energiatarnija rolli. Väikese suurusega ATP molekul hajub raku erinevatesse osadesse. ATP-ga varustatus rakkudes uueneb pidevalt tänu fosforhappejäägi lisamise reaktsioonidele adenosiindifosforhappe (ADP) molekulile:
ADP + H3P04 → ATP + H20
ATP süntees, nagu ka hüdrolüüs, toimub ensüümide osalusel, kuid sellega kaasneb energia neeldumine, mille saamise meetodid mikroorganismides, ehkki need on mitmekesised, võib taandada kahte tüüpi:
1) valgusenergia kasutamine;
2) keemiliste reaktsioonide energia kasutamine.
Sel juhul muundatakse mõlemat tüüpi energia ATP keemiliste sidemete energiaks. Seega toimib ATP rakus transformaatorina.
Anabolism ja katabolism on omavahel lahutamatult seotud, moodustades ühtse terviku, kuna energia metabolismi saadusi (ATP ja mõned madala molekulmassiga ühendid) kasutatakse vahetult raku konstruktiivses ainevahetuses (joonis 6.1).
Mikroorganismide rakkudes sõltub energia ja konstruktiivsete protsesside suhe paljudest spetsiifilistest tingimustest, eelkõige toitainete olemusest. Sellele vaatamata ületab kataboolsete reaktsioonide maht tavaliselt biosünteetilisi protsesse. Nende kahe ainevahetusliigi omavaheline seos ja konjugatsioon avaldub eelkõige selles, et konstruktiivsete protsesside kogumaht sõltub täielikult energiavahetuse käigus saadavast saadaolevast energiast.
Konstruktiivne ainevahetus on suunatud nelja peamise biopolümeeritüübi sünteesile: valgud, nukleiinhapped, polüsahhariidid ja lipiidid.
Allpool on toodud komplekssete orgaaniliste ühendite biosünteesi üldistatud tingimuslik skeem, kus eristatakse järgmisi põhietappe: orgaaniliste lähteainete moodustumine kõige lihtsamatest anorgaanilistest ainetest (I), millest järgmises sünteesitakse “ehitusplokid” (II). etapp. Tulevikus moodustavad ehitusplokid, mis seovad omavahel kovalentsete sidemetega biopolümeere (III): Kasutusalad (joonis nr 3)
Esitatud biosünteesiprotsesside skeem ei kajasta madala molekulmassiga prekursorite suure molekulmassiga ehitusplokkideks muutmise keerukust. Tegelikult toimub süntees järjestikuste reaktsioonide jadana erinevate metaboolsete vaheühendite moodustumisega. Lisaks on mikroorganismide biosünteesivõimete arengutasemed väga erinevad. Mõne mikroobi puhul hõlmab konstruktiivne ainevahetus kõiki diagrammil näidatud etappe, teistes piirdub see teise ja kolmanda või ainult kolmanda etapiga. Seetõttu erinevad mikroorganismid üksteisest järsult oma toitumisvajaduste poolest. Toidu elementaarne koostis on aga kõigil elusorganismidel ühesugune ja peab sisaldama kõiki rakulise aine moodustavaid komponente: süsinik, lämmastik, vesinik, hapnik jne.
Sõltuvalt konstruktiivses ainevahetuses kasutatavatest süsinikuallikatest jagatakse mikroorganismid kahte rühma: autotroofid ja heterotroofid.
Autotroofid (kreeka keelest "autos" - ise, "trofe" - toit) kasutavad süsinikdioksiidi ainsa süsinikuallikana ja sünteesivad kõik vajalikud biopolümeerid sellest lihtsast anorgaanilisest lähteühendist. Autotroofidel on suurim biosünteesivõime.
Heterotroofid (kreeka keelest "heteros" - teine) vajavad orgaanilisi süsinikuallikaid. Nende toitumisvajadused on väga erinevad. Mõned neist toituvad teiste organismide jääkproduktidest või kasutavad surnud taime- ja loomakudesid. Selliseid mikroorganisme nimetatakse saprofüütideks (kreeka keelest "sapros" - mäda ja "phyton" - taim). Nende poolt süsinikuallikana kasutatavate orgaaniliste ühendite hulk on äärmiselt suur – need on süsivesikud, alkoholid, orgaanilised happed, aminohapped jne. Peaaegu iga looduslikku ühendit võivad üht või teist tüüpi mikroorganismid kasutada toitumis- või energiaallikana. .
Lämmastik on vajalik rakuliste valkude sünteesiks. Seoses mikroorganismide lämmastikuga toitumise allikatega saab eristada autoaminotroofe ja heteroaminotroofe. Esimesed oskavad kasutada anorgaanilist lämmastikku (ammoonium, nitraat, molekulaarne) või orgaanilise (uurea) lihtsamaid vorme ja ehitada nendest ühenditest üles oma keha erinevaid valke. Sel juhul muudetakse kõik lämmastiku vormid esmalt ammooniumivormiks. See lämmastiku kõige redutseeritud vorm muundub kergesti aminorühmaks. Heteroaminotroofid vajavad lämmastiku orgaanilisi vorme – valke ja aminohappeid. Mõned neist nõuavad täielikku aminohapete komplekti, teised loovad vajalikke valguühendeid ühest või kahest aminohappest neid muundades.
Paljud mikroorganismid, mis on süsiniku suhtes heterotroofsed, on autoaminotroofid. Nende hulka kuuluvad reoveepuhastusega seotud bakterid.
Mikroorganismid rahuldavad hapniku ja vesiniku vajaduse konstruktiivseks ainevahetuseks vee ja orgaaniliste toitainete arvelt. Tuhaelementide (P, S, K, Mg, Fe) allikateks on vastavad mineraalsoolad. Vajadus nende elementide järele on väike, kuid keskkonnas olemasolu on kohustuslik. Lisaks on mikroobide normaalseks funktsioneerimiseks vajalikud mikroelemendid - Zn, Co, Cu, Ni jne. Osa neist on osa mikroobide loomulikust toitumisest ja osa omastatakse mineraalsooladest.
Toidu hankimise meetodid, st mikroorganismide toitumismeetodid, on väga mitmekesised. Toitumist on kolm peamist tüüpi: holofüütne, saprosoone, holosoikum.
Holofüütide toitumine (kreeka keelest "holo" - terve, "sobib" - taim) viiakse läbi vastavalt taime fotosünteesi tüübile. Selline toitumine on omane ainult autotroofidele. Mikroorganismide hulgas on see meetod omane vetikatele, lipulaevade värvilistele vormidele ja mõnele bakterile.
Inimkeha elu on väga keeruline ja ainulaadne nähtus, kuid sellel on sellised mehhanismid, mis toetavad selle olemasolu ja samal ajal saab neid lahti võtta kõige lihtsamateks komponentideks, mis on kõigile kättesaadavad. Siin on kõigepealt vaja öelda bakterite ainevahetuse kohta, mis on ainult tinglikult keeruline, tegelikult on selline protsess nagu bakterite metabolism üsna lihtne. Mikrobioloogiateadus aitab üksikasjalikult tutvuda mikroorganismide ainevahetuse protsessiga. Uuritavad protsessid aitavad kujundada uusi ravivorme mitmesuguste haiguste jaoks.
Kui me räägime metaboolse bakteriaalse protsessi üldpildist, siis me räägime teatud reaktsioonitsüklist ja mõned reaktsioonid vastutavad inimkeha energiaga varustamise eest ja nagu teised, on need viisid keha täiendamiseks ainega. , see tähendab, et tegelikult on nad omamoodi ehitusmaterjal. Kui me räägime bakterirakkude ainevahetusest, siis on võimatu leida erinevusi üldist tüüpi bioloogilistest põhimõtetest. Bakterid on elusrakkude eluprotsessi tugimehhanismi aluseks.
Sellist protsessi, mis sõltuvad ainevahetusproduktidest, on kahte tüüpi:
Enamik metaboolset tüüpi protsesse toimub prokarüootset tüüpi rakus ja selline protsess on ühekordne, see kõik on suletud tüüpi tsükli vormis. Kui ainevahetusprotsess toimub, hakkavad moodustuma produktid, millega kaasnevad raku tüüpi struktuurid, seejärel algab biosünteetiline reaktsioon, milles osalevad teatud ensüümid, nad viivad läbi energiasünteesi protsessi. Seda tüüpi mikroobide ainevahetus ei ole ainsad, on ka teisi.
Mikroorganismide metabolism viitab substraadile, siin räägime mitmest etapist:
Kõik selle protsessi omadused tulenevad asjaolust, et ensüüme on kahte tüüpi (me räägime valgu tüüpi molekulidest, mis võivad kiirendada rakustruktuuri reaktsioone:
Tuleb märkida, et on mitmeid ensüüme, mida raku struktuur võib pidevalt toota (konstitutiivse iseloomuga), ja on ka neid, mis tekivad reaktsioonina teatud substraadi ilmumisele.
Selline protsess bakterites viiakse läbi teatud bioloogilist tüüpi viisidel:
Kui me räägime sellest, kuidas bakterid hingavad kemotroofselt, siis võib olla 3 võimalust:
Tuleb märkida, et kasv on protsess, kui isendi suurus suureneb, ja mis puudutab paljunemisprotsessi ennast, siis see on siis, kui populatsioon hakkab suurenema.
Tähelepanuväärne on see, et bakterid on võimelised paljunema nii, et binaarne lõhustumine toimub lihtsalt, kuid see meetod pole kaugeltki ainus, seal on ka pungumist. Kui bakteritel on grampositiivne vorm, moodustub rakutüüpi seinast vahesein ja tsütoplasmatüüpi membraan, mis on võimeline kasvama sissepoole. Kui bakterid on gramnegatiivsed, hakkab tekkima ahenemine, mille järel rakk jaguneb paariks isendiks.
Tähelepanuväärne on aretusprotsessi kiirus, see võib olla erinev. Kui me räägime valdavast enamusest bakteritest, siis nad jagunevad iga poole tunni tagant. Ja on tuberkuloosi mükobaktereid, mille jagunemisprotsess on aeglasem, piisab, kui öelda, et ühe jagunemise jaoks võib kuluda vähemalt 18 tundi. Ka spiroheedid ei jagune kiiresti, umbes 10 tundi, seega on näha, kuidas mikroorganismide ainevahetus erineb.
Kui külvate bakterid vedelasse toitainekeskkonda, võttes teatud mahu ja seejärel võtate proovi iga tunni tagant, on bakterite kasvul kõverjooneline joon.
Sellised ained kasvavad mitmes faasis:
Kokkuvõtteks tuleb märkida, et kõigi bakterite ja mikroobide ainevahetuses võib olla teatud erinevusi, siin võivad toimuda mitmesugused tegurid. Suure tähtsusega on individuaalsed omadused Inimkeha. Ja mis puudutab sellist protsessi nagu ainevahetuse reguleerimine, siis seda hakati uurima isegi prokarüootides ja eriti prokarüootides (need on soole coli operonid).
Praeguseks on olemas mitmesuguseid uurimismeetodeid. Kui uurida väävlibaktereid, siis on uuringul oma eripärad ning bakterite muutuste uurimiseks saab kasutada muid meetodeid. Ja erilist tähelepanu väärivad rauabakterid, millel on ainulaadne omadus oksüdeerida rauda.
