45. Схема метаболических превращений клеток микроорганизмов

Метаболизм микробной клетки определяется суммой всех реакций распада поступающих веществ (катаболизм) и синтеза структурных компонентов клетки и метаболитов (анаболизм) катализируемых ферментами клетки. Метаболизм микроорганизмов имеет ряд особенностей: 1)Микроорганизмы используют большое количество разнообразных источников углерода и энергии; 2)Метаболизм микроорганизмов характеризуется высокой эффективностью; 3)Главные внутриклеточные функции у микробов контролируются ферментами; 4)Микроорганизмы способны выделять во внешнюю среду как клеточные, так и промежуточные продукты обмена; 5)Микробная клетка нуждается в источниках внешней энергии для поддержания процессов метаболизма; 6)В зависимости от используемых источников энергии и углерода, конечных продуктов у микроорганизмов выделяют 4 типа метаболизма – бродильный, дыхательный, метаногенный и фототрофный.

Общая схема процессов катаболизма включает три стадии:1)Расщепление макромолекул под действием гидролитических ферментов на простые субъединиц (аминокислоты, моносахара, жирные кислоты,глицерин); 2)Распад простых субъединиц до ПВК, сопровождающийся образованием насыщенных энергией (макроэргических) соединений; 3)Окисление или восстановление ПВК с образованием продуктов метаболизма, сопровождающееся накоплением большого количества энергии.

Анаболические процессы включают биосинтез микробной клеткой полисахаридов, белков, нуклеотидов и нуклеиновых кислот, липидов.

Для биосинтеза полимеров клетки необходимо получение субъединиц макромолекул в результате катаболических процессов; накопление макроэргических соединений и активирование субъединиц полимеров за счет энергии макроэргических связей; образование специфических макромолекул путем полимеризации активированных субъединиц.

Для построения макромолекул необходимы субъединицы с числом атомов углерода от 1 до 6.

Исходя из этого клеточный метаболизм может быть поделен на 3 стадии:

1) окислительные реакции, направленные на расщепление субстрата и ведущие к образованию промежуточных продуктов (ацетил-СоА, ПВК, α-кетогоутаровой кислоты), восстановленных кофакторов (НАДН2промежуточных продуктов (ацетил-СоА, ПВК, α-кетогоутаровой кислоты), восстановленных кофакторов (НАДН2, ФАДН2) и АТФ;

2) реакции регенерации (реокисления) кофакторов;

3) биосинтетические реакции образования макромолекул, протекающие счет энергии АТФ.

46. Каковы следствия возможных вариантов балансовых отношений анаболических и катаболических процессов в клетке?

Микробная популяция - совокупность генетически детерминированных клеток одного вида, локализованных во времени и пространстве, образующих сложную саморегулирующуюся и саморазвивающуюся систему. На каждой стадии роста реализуется своя генетическая программа, поэтому говорят об онтогенезе микробной популяции. При этом каждой генетической программе соответствует свой тип метаболизма. Генетическая программа направлена на поддержание гомеостаза микробной популяции. В ответ на стрессовые факторы реализуется программа антистрессовой защиты.

Клетка - каталитическая единица микробной популяции, характеризующаяся определенным балансом анаболизма и катаболизма. Варианты клеточного метаболизма:

1) клеточное деление, активный метаболизм (при условиях способствующих росту);

2) остановка деления (при стрессовых воздействиях);

3) пролиферативный покой; эндотрофный обмен, вторичные синтезы (клеточный ответ на стрессоры);

4) автолиз;

5) анабиоз, цитодифференцировка, образование покоящихся форм (при условиях, способствующих спорообразованию).

Состояния активного метаболизма, анабиоза и автолиза регулируются на клеточном и межклеточном уровнях.

!Знание механизмов этой регуляции используется для направленной интенсификации биотехнологических процессов!

Автолиз является следствием дисбаланса ферментных систем в сторону гидролитической активности, т. е. дисбаланса в сторону катаболизма.