29. Энергетический метаболизм бактерий: способы получения. Определение понятий фототроф, хемотроф, органотроф, литотроф

Энергия в бактериальной клетке накапливается в виде АТФ.

В зависимости от способа получения энергии бактерий делят на:

Хемотро́фы — организмы, получающие энергию в результатехемосинтеза—окислительно-восстановительных реакций, в которых они окисляют химические соединения, богатые энергией (как неорганические — например, молекулярныйводород,серу, так и органические —углеводы,жиры,белки,парафиныи более простые органические соединения).

Автотро́фы (др.-греч.αὐτός —сам+ τροφή —пища) — организмы, синтезирующиеорганические веществаизнеорганических. Автотрофы составляют первый ярус впищевой пирамиде(первые звенья пищевых цепей). Именно они являются первичнымипродуцентамиорганического вещества вбиосфере, обеспечивая пищейгетеротрофов. Следует отметить, что иногда резкой границы между автотрофами и гетеротрофами провести не удаётся. Например, одноклеточная водоросльэвглена зелёнаяна свету является автотрофом, а в темноте — гетеротрофом

Органотрофы— организмы, обладающие способностью использовать в качестве доноров электронов органические вещества.

Литотрофы — организмы, для которых донорамиэлектронов, необходимых для многих клеточных процессов, являютсянеорганические вещества

Типы метаболизма зависят от способа получения энергии, выделяют: окислительный или дыхание, бродильный или ферментативный, смешанный.

Дыхание – процесс получения энергии в реакциях окисления-восстановления, сопряженных с окислительным фосфорилированием, при которых донорами электронов могут быть органические(органотрофы) и неорганические (Литотрофы) соединения, а акцептором – только неорганические соединения.

Брожение – процесс получения энергии, при котором отщепленный от субстрата водород переносится на органические соединения.

30. Типы дыхания. Дыхательная цепь. Окислительное фосфорилирование. Примеры

Дыхание (биологическое окисление) у бактерий тесно связано с питанием и дает энергию для осуществления функций клетки. При этом в ходе биохимических реакций образуется АТФ - универсальный аккумулятор и переносчик химической энергии у живых существ. Различают аэробный и анаэробный типы дыхания. Микробы, окисляющие органические соединения с использованием кислорода воздуха (в качестве акцептора ионов Н+), называют аэробами. В отличие от них, анаэробы получают энергию в ходе окислительно-восстановительных реакций, при которых акцептором Н+ является не кислород, а нитрат или сульфат (в бескислородных условиях). Многие микробы, имея полный набор дыхательных ферментов, могут существовать как в кислородной, так и бескислородной среде - это факультативные (необязательные) анаэробы с нитратным типом ды­хания. Облигагные (обязательные) анаэробы существуют лишь в строго анаэробных условиях, т.к. в аэробных условиях образуются токсичные перекиси (Н₂О₂ и др.), которые не разрушаются из-за отсутствия у облигатных анаэробов фермента каталазы, для них характерен сульфатный тип дыха­ния. Необходимыми условиями для культивирования микробов являются:

1. наличие подходящей по составу питательной среды;

2. оптимальной (по содержанию О₂ и др.) атмосферы над питательной средой;

• оптимальной температуры.

Микробы, относимые к облигатным паразитам, наиболее требовательны к условиям выращи­вания. Многие из них (из-за отсутствия или дефекта собственных метаболических систем) могут размножаться только в живых клетках (вирусы, риккетсии, хламидии). Для их культивирования заражают животных, куриные эмбрионы или растущие в искусственной среде клетки эукариотов (культуры ткани). Многие микробы растут на естественных (молоко, картофель и т.д.) или искус­ственных питательных средах.

Из Воробьева. Бактери,обладающие окилительным метболизмом.,энергию получают путем дыхания. У них акцептором электронов(или вородорода)является молекулярный кислород. В этом случае пируват полностью окисляется в цикле трикарбоновых кислот до С2.цикл трикарбоновых кислот выполняет функиции поставщика предшественников для биоснтесинтетический процессов,так и атомов водорода,который в форме восстановленного НАД переносятся на молекулярный кислород через серию переносчиков,обладающих сложной структорно оормленной мультиферментной системой-дыхательной цепью. Дыхательная цепь у бактерий локалзована в ЦПМ и во внутриклеточных структурах.

Переносчики,осуществляющие транспорт воородора(электронов) на молекулярная кислоро относятся к 4 классу дегидрогеназ,коферментам которых являются НАД, флавопротеныхиноны,цитохромы. Протоны(электроны)передвигаются от одного носителя к другому в направлении увеличивающегося окислительно-восстановительного потенцала.

ЦТК=НАД(Н2)=флавопротеид=хинон=цитохромы=в=с=в=О2.

Среди бактериальных цитохромов различают цитохромы в,с,а и а3.конечным этапом переноса электронов по дыхательной цепи является восстановление цитохромов+а3(цитохромоксидазы). Она является конечной оксидазой,передающей электроны на кислород. В процессе переноса электронов по цитохромам меняется валентность входящего в состав железопорфрированной группы железа. Завершающийся перенос электронов реакцией. Образующийся при окислении ФАД или хинонов протоны связывются ионными 02- с образованием воды.

Образование АТФ в дых.цепи связывают с хемоосмотическим процессом. Особая ориентация переносчиков ЦПМ приводит к тому.,что передача Водорода происходит с внутренней на внешнюю поверхность мембаны,в результате чего создается градиент атомов водорода,проявляющийся в наличии мембранного потенциала. Энергия мембранног потенциала используется для синтеза локализованной в мембране АТФазой АТФ.

В это время у эукаротов ферменты дыхателньой цепи имеют относиелньо постоянный состаы,у бактерий встречаются вариации в составе дыхтелньой цепи. Так, у многих бактерй вместо убхинонов имеются нафтохиноны,состав цитохромв может зависеть от условий роста бактерий. У некоторхых бактерий цтохромы отсутствуют,и при контакте с кислородом происходит непосредственный перенос водорода на кислород с помощью флавпротеидов,.конечным продуктом пр этом оказываетя перекись водорода.

Помимо угеводов прокариоты способны использовать другеи органические соединения,в частности белки в качестве источника энергии,окисляя з до углекислого газа и воды.

Аминокислоты и белки так же могут выступать в качестве энергетических ресурсов. Их использование связано в перувю очередь с определенными ферментативным преобразованиеями пдготовительного характера. Белки вначале вне клетки расщепляются протеолитическими фермантам на пептиды, которые поглощаютсяклеткой и расщепляются ккнутрилеточными пептидазами до аминокислот. Амикносиклоты могут использоваться в конструктыном метаболизме,а у аминоифицируюих бактерий служить основным материалом в энергетических процессах,при окислительном дезаминировании,в результате которого проиходит выделение аммиака и превращение амнокислоты в кетокислоту, которая через цикл трикарбоновых кислот вступает в конструктвный метаболизм:

2R-CHNH2-COOH+O2=2R-CO-COOH+2NH3

Процесс аммонификации известен как «гниение» при этом происходит накопление продуктов,обладающих непрятным специфических запахом,образующихся при этом первичных аминов.

Гнилостные бактерии осуществляют минирализация белка,разлагая его до углекисл.газа,аммиака,сероводорода. К гнилостным бактериям относят Proteus,Pseudomonas,baccilus cereus.