Лекция №8 2. Способы получения микроорганизмами энергии Метаболизм микроорганизмов

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