9. Особенности метаболизма у микроорганизмов.

Питательное вещество, поступившее внутрь клетки микроорганизма, участвует во множестве разнообразных химических реакций. Все химические проявления жизнедеятельности микроорганизмов носят общее название метаболизма, или обмена веществ. Метаболизм включает две группы жизненно важных процессов — катаболизм (энергетический обмен) и анаболизм (биосинтез).

Катаболизм — это комплекс процессов расщепления пищевых веществ — углеводов, жиров и белков, которые происходят в основном за счет реакций окисления, в результате чего выделяется энергия. У микроорганизмов различают основные формы катаболизма — брожение и дыхание (аэробное или анаэробное). При брожении наблюдается неполный распад органических веществ с высвобождением незначительного количества энергии и накоплением богатых энергией конечных продуктов (этилового спирта, молочной, масляной и других кислот). При аэробном дыхании обычно осуществляется полное окисление органических веществ с выходом большого количества энергии и образованием бедных энергией конечных продуктов (С0₂ и Н₂0). Высвобождающаяся при катаболизме органических веществ свободная энергия аккумулируется в форме энергии фосфатных связей аденозинтри - фосфата (АТФ).

Биосинтез, или анаболизм, объединяет процессы синтеза макромолекул клетки (нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов и т. д.) из более простых соединений, присутствующих в окружающей среде. Реакции биосинтеза связаны с потреблением свободной энергии, которая вырабатывается в процессах дыхания, брожения (а также фотосинтеза) и сохраняется в форме АТФ. Катаболизм и биосинтез протекают одновременно, многие реакции и промежуточные продукты для них общие.

10.Особенности ферментативной системы у микроорганизмов.

В основе метаболических реакций, протекающих в клетке, лежит деятельность ферментов – самого крупного и высокоспециализированного класса белков. Микроорганизмы синтезируют самые разнообразные ферменты, которые относятся к шести известным классам: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лигазы, лиазы, изомеразы. Их значение в жизнедеятельности клетки:

• Гидролазы – гидролитический катализ белков, жиров и углеводов

• Оксидоредуктазы – участие в окислительно-восстановительных процессах

• Трансферазы – перенос определенных радикалов

• Лиазы – участие в соединении двух молекул

• Изомеразы – участие в изомеризации органических соединений

• Лигазы – участие в реакциях присоединения и отрыва групп

Ферментный состав любого микроорганизма определяется его геномом и является достаточно постоянным признаком. Многие ферменты связаны со структурными компонентами микробной клетки и определяют интенсивность процессов биосинтеза, идущего в них. Так, например, в ЦПМ находятся окислительно-восстановительные ферменты, участвующие в дыхании. В клеточной стенке идет синтез ферментов, связанных с делением клетки и ее аутолизом. Основная часть ферментов локализована в цитоплазме. Ферменты продуцируются самой микробной клеткой и по месту, выполняемой им функции разделяются на экзоферменты и эндоферменты.

Экзоферменты — ферменты бактерий, выделяемые во внешнюю среду и действующие на субстрат вне клетки (протеазы, поли­сахаридазы, олигосахаридазы). Экзоферменты играют большую роль в обеспечении бактериальной клетки доступными для проникновения внутрь ис­точниками углерода и энергии. Большинство гидролаз является экзоферментами, которые, выделяясь в окружающую среду, расщепля­ют крупные молекулы пептидов, полисаха­ридов, липидов до мономеров и димеров, способных проникнуть внутрь клетки. Ряд экзоферментов, например гиалуронидаза, коллагеназа и другие, являются ферментами агрессии. Некоторые ферменты локализо­ваны в периплазматическом пространстве бактериальной клетки. Они участвуют в про­цессах переноса веществ в бактериальную клетку. Ферментативный спектр является таксономическим признаком, характерным для семейства, рода и — в некоторых слу­чаях — для видов. Поэтому определением спектра ферментативной активности поль­зуются при установлении таксономического положения бактерий. Наличие экзофермен­тов можно определить при помощи диффе­ренциально-диагностических сред, поэтому для идентификации бактерий разработаны специальные тест-системы, состоящие из набора дифференциально-диагностических сред.

Эндоферменты — ферменты бактерий, действующие на субстра­ты внутри клетки (расщепляющие аминокислоты, моносахара и др.).

По назначению экзоферменты следует разделить на следующие группы:

• Ферменты, обеспечивающие выполнение своих физиологических процессов, связанных с ростом и размножением микробной культуры.

• Ферменты, обеспечивающие микробной клетке защитные свойства. Например, ферменты, инактивирующие антибиотики.

• Ферменты патогенности. Эта группа ферментов продуцируется, как правило, патогенными микроорганизмами. Выделяют ферменты, обеспечивающие микробной клетке защиту от неспецифических факторов защиты макроорганизма (ферменты инвазии - нейраминидаза, гиалуронидаза, коллагеназа), а также ферменты, активизирующие работу биологически активных соединений клеток макроорганизма и приводящие ее к гибели. Это ферменты агрессии (эксфолиатины способны модифицировать гормоны или протеазы, разрушающие структуры клеток инфицированного организма и т.д.).

Синтез ферментов генетически детерминирован, но регуляция их синтеза идет за счет прямой и обратной связи, т. е. для одних — репрессируется, а для других — индуцируется субстратом.

Ферменты разделяют на конститутивные(фермен­ты гликолиза) – это группа ферментов, синтез которых не зависит от нали­чия субстрата в среде, он имеет место всегда, и эти ферменты всегда со­держатся в микробных клетках в определенных концентрациях.

Ферменты, синтез которых зависит от наличия соответствую­щего субстрата в среде (бета-галактозидаза, бета-лактамаза), называются индуцибельными или адаптивными (ферменты, которые бактерии продуцируют в определенных условиях. В отсутствии субстрата они находятся в клетках в следовых концентрациях.

Одной из особенностей ферментов микроорганизмов является преобладание адаптивных ферментов над конститутивными, что связано как с малым объемом цитоплазмы, так и с их ролью главного механизма адаптации к меняющимся условиям внешней среды. Индуцибельные ферменты синтезируются микробной клеткой только в ответ на наличие в среде определенного субстрата.