РЕФЕРАТ

на тему «Конструктивный и энергетический обмен веществ у микроорганизмов»

Выполнила:
Ларина Александра Александровна
студентка группы ЕДХ-119

Содержание

Введение……………………………………………………….....3

1. 
   Определение обмена веществ микроорганизмов....................................................................................4-5
   
2. 
   Общая характеристика энергетического метаболизма.........................6-9
   
3. 
   Источники энергии у микроорганизмов.................................................9-10
   
4. 
   Пути катаболизма глюкозы (гексоз) у микроорганизмов..................10-13
   

Заключение...........................................................................................14

ВВЕДЕНИЕ

Основу жизнедеятельности микроорганизмов, как и всех живых существ, составляет обмен веществ или так называемый метаболизм.

Метаболизм у микроорганизмов состоит из нескольких процессов: анаболизма (конструктивный обмен, питание) и катаболизма (энергетический обмен, дыхание).

Метаболизм у микроорганизмов характеризуется интенсивным потреблением питательных веществ. Например, при благоприятных условиях в течение суток одна клетки бактерий усваивает веществ в 30-40 раз больше величины своей массы, соответственно высока и скорость прироста биомассы микроорганизмов. Основная часть пищи расходуется микроорганизмами в энергетическом обмене, при котором в среду выделяется большое количество продуктов обмена: кислот, спиртов, диоксид углерода, водород и др. Эта особенность микроорганизмов широко используется в практике переработки растительного, животного пищевого и непищевого сырья и обуславливает порчу пищевого сырья.

1. Определение обмена веществ микроорганизмов.

Метаболизм – это совокупность биохимических процессов, протекающих в клетке и обеспечивающих ее жизнедеятельность. Клеточный метаболизм складывается из двух противоположно направленных процессов: энергетического метаболизма и конструктивного метаболизма. Промежуточные или конечные продукты, образующиеся в соответствующей последовательности ферментативных реакций, в результате которой разрушается или синтезируется ковалентно связанный скелет конкретной биомолекулы, называют метаболитами.

Энергетический метаболизм (катаболизм) – это совокупность реакций окисления различных восстановленных органических и неорганических соединений, сопровождающихся выделением энергии, аккумулируемой клеткой в форме фосфатных связей.

Конструктивный метаболизм (анаболизм) – это совокупность реакций биосинтеза, в результате которых за счет веществ, поступающих извне, и промежуточных продуктов (амфиболитов), образующихся при катаболизме, синтезируется вещество клеток. Этот процесс связан с потреблением свободной энергии, запасенной в молекулах АТФ или других богатых энергией соединениях.

Конструктивный и энергетический метаболизм состоит из ряда последовательных ферментативных реакций, протекание которых условно можно представить следующим образом.

На начальном этапе воздействию подвергаются молекулы химических веществ, которые служат исходными субстратами для метаболизма обоих типов. Иногда эту часть метаболического пути называют периферическим метаболизмом, а ферменты, катализирующие первые этапы превращения субстрата, – периферическими. Последующие превращения включают ряд ферментативных реакций и приводят к синтезу промежуточных продуктов (промежуточный метаболизм). Образующиеся на последних этапах конечные продукты конструктивных путей используются для построения вещества клеток, а энергетических путей – выделяются в окружающую среду.

Конструктивные и энергетические процессы протекают в клетке одновременно. У большинства прокариот они тесно связаны между собой. В процессе анаболизма синтезируются многочисленные ферменты, участвующие в энергетическом метаболизме. С другой стороны, в реакциях катаболизма образуется не только энергия для биосинтетических целей, но и многие промежуточные продукты, которые необходимы для синтеза веществ, входящих в состав клеточных структур.

Метаболизм прокариот, как энергетический, так и конструктивный, отличается чрезвычайным разнообразием. Это является результатом того, что бактерии в качестве источников энергии и углерода могут использовать самый широкий набор органических и неорганических соединений. Соответственно, можно выделить различные типы энергетического и конструктивного обмена микроорганизмов (табл. 1)

Такая способность обусловлена различиями в наборе клеточных экзоферментов, относящихся к классу гидролаз, которые выделяются наружу и разрушают макромолекулы исходных субстратов до веществ с низкой молекулярной массой. Образующиеся в результате действия таких ферментов вещества поступают в клетку бактерий и подвергаются действию эндоферментов. Многие из эндоферментов локализованы на мембранах или на рибосомах, в таком состоянии они называются связанными ферментами. Другие ферменты находятся в свободном, растворенном состоянии в цитоплазме.

Таблица 1 - Типы энергетического и конструктивного обмена микроорганизмов

Источник энергии	Доноры электронов	Источники углерода
		органические вещества	углекислота
свет	органические	фотооргано-гетеротрофия	фотооргано- автотрофия
свет	неорганичес-кие	фотолитогетеротрофия	фотолито-автотрофия
органичес-кие вещества	органические	хемооргано-гетеротрофия	хемооргано- автотрофия
неоргани-ческие вещества	неорганичес-кие	хемолитогетеротрофия	хемолито- автотрофия

---

Набор ферментов в клетке может изменяться в зависимости от условий, в которых обитают бактерии, соответственно все ферменты подразделяют на две группы: конститутивные и индуцибельные. Конститутивные ферменты синтезируются постоянно, независимо от наличия веществ-субстратов. В клетке они обнаруживаются в более или менее постоянных концентрациях. Примером конститутивного фермента является ДНК-полимераза. Индуцибельные ферменты синтезируются в ответ на появление в среде субстрата-индуктора. К ним относится большинство гидролаз. Способность к индукции синтеза таких ферментов обеспечивает быструю приспособляемость бактерий к конкретным условиям.

Назначение метаболизма состоит в следующем:

1) генерация энергии в молекулах АТФ или других богатых энергией соединениях;

2) образование субъединиц, из которых синтезируются макромолекулы основных биополимеров клетки;

3) активация образованных субъединиц за счет переноса фосфатной группы с АТФ, происходящая с затратой энергии. Этот процесс необходим, поскольку только активированные субъединицы способны вступать в реакции полимеризации;

4) синтез специфических макромолекул из активированных субъединиц, т. е. их полимеризация. Полимеризация активированных субъединиц может происходить: а) в реакциях матричного синтеза; б) за счет простой конденсации одинаковых активированных субъединиц.

2. Общая характеристика энергетического метаболизма.

По отношению к энергетическим источникам все микроорганизмы подразделяются на две группы: хемотрофные и фототрофные. Хемотрофные микроорганизмы используют для синтеза молекул АТФ энергию, освобождаемую в результате химических реакций, фототрофные – световую энергию в процессе протекания фотосинтеза.

АТФ – универсальный переносчик химической энергии между реакциями, доставляющими энергию, и реакциями, потребляющими ее (это вещество называют «энергетической валютой клетки»). В форме АТФ энергия, полученная в результате фотосинтеза, дыхания или брожения, становится доступной для клетки и может быть ею использована.

---

Основные функции АТФ:

• 
  Является непосредственным источником энергии для таких разнообразных процессов, как синтез структурных компонентов макромолекул, механическое движение и осморегуляция.
  
• 
  Служит для переноса высокоэнергических фосфатных групп и является связующим звеном между процессами, сопровождающимися выделением энергии, и процессами, протекающими с потреблением энергии. АДФ и АМФ, образующиеся в результате дефосфорилирования АТФ, вновь фосфорилируются до АТФ в процессе дыхания. Пара АТФ-АДФ служит в клетке главной системой переноса фосфата. Однако для переноса или распределения энергии фосфатной связи в реакциях биосинтеза используются также и другие нуклеозидфосфаты.
  
• 
  За счет АТФ промежуточные продукты клеточного метаболизма активируются для дальнейших реакций, к которым относятся реакции конденсации, восстановления и расщепления. Например, глутамин может синтезироваться из глутамата и аммиака, только если образуется фосфорилированный промежуточный продукт:
  

Глутамат + NH ₃ + АТФ = Глутамин + АДФ + Р.

К соединениям, обладающими макроэргическими связями, кроме АТФ, относятся также другие нуклеозидфосфаты (УТФ (урацилтрифосфат), ЦТФ (цитозин), ГТФ, ТТФ), фосфоенолпируват и некоторые другие соединения. Они также могут служить переносчиками высокоэнергетических фосфатных групп, которые они поставляют для специфических реакций биосинтеза при участии фермента нуклеозидфосфокиназы. Однако образование этих макроэргических соединений в большинстве случаев зависит от энергии, поставляемой АТФ.

Выделены два класса фосфорилированных соединений, которые имеют большую отрицательную величину стандартной свободной энергии гидролиза, чем у АТФ:

1) Соединения, образующиеся в процессе ферментативного расщепления молекул биологического «топлива». Из наиболее важных представителей можно назвать два: 1,3-дифосфоглицерат и фосфоенолпируват. Оба они образуются при анаэробном сбраживании глюкозы.

2) Соединения, играющие роль «аккумуляторов» энергии, т.е. сохраняющие ее в форме энергии фосфатных связей. Часто такие соединения называют 

---

фосфагенами (к ним относятся, например, креатинфосфат, аргининфосфат и полиметафосфат).

Важно подчеркнуть, что связь между высоко- и низкоэнергетическими фосфорилированными соединениями осуществляется системой АТФ – АДФ. Фосфатные группы переносятся при участии специфичных фосфотрансфераз от высокоэнергетических соединений к АДФ. АТФ, образующийся в такой реакции, выступает затем как специфичный донор фосфата в другой ферментативной реакции, продуктом которой является низкоэнергетическое фосфорилированное соединение.

Синтез АТФ осуществляется в основном с помощью трех процессов:

1) фотосинтетического фосфорилирования;

2) окислительного фосфорилирования (фосфорилирование в дыхательной цепи);

3) субстратного фосфорилирования.

Два первых процесса сходны между собой в том, что АТФ образуется в них при участии АТФ-синтазы.

Окислительное фосфорилирование (фосфорилирование при переносе электронов) представляет механизм, в котором поток электронов от доноров с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом к акцепторам с более положительным потенциалом сопряжен с синтезом АТФ из АДФ и Р. Системами, в которых происходит фосфорилирование при переносе электронов, являются дыхательные цепи и фотосинтетический аппарат. Этот процесс у прокариот связан с мембранами или их производными, поэтому его называют мембранным фосфорилированием. Синтез АТФ в данном случае происходит при участии фермента АТФ-синтазы:

АДФ + Ф_н → АТФ;

Субстратное фосфорилирование может происходить при различных реакциях промежуточного метаболизма. При этом фосфатная группа переносится на АДФ от вещества (субстрата), более богатого энергией, чем АТФ:

S Ф + АДФ → S + АТФ.

В клетке реакции субстратного фосфорилирования не связаны с мембранными структурами и катализируются растворимыми ферментами промежуточного метаболизма. Донором активированной фосфорильной группы, необходимой для регенерации АТФ, являются интермедианты процессов гликолиза и цикла трикарбоновых кислот. Во всех этих случаях окислительные процессы приводят к образованию высокоэнергетических соединений: 1,3-дифосфоглицерата (гликолиз), сукцинил-КоА (цикл трикарбоновых кислот), которые при участии соответствующих ферментов способны фосфорилировать АДФ и образовывать АТФ.

---

У хемотрофных бактерий генерация энергии в молекулах АТФ сводится к двум типам биохимических реакций: окисления и восстановления. Окисляться микроорганизмами могут самые разнообразные органические и неорганические вещества, являющиеся донорами электронов.

Поскольку электроны не могут самостоятельно существовать, они обязательно должны быть перенесены на молекулы, способные их воспринимать. Такие молекулы называются акцепторами электронов. Донором электронов не может быть предельно окисленное вещество, а их акцептором – предельно восстановленное. Т.о., должен существовать внешний энергетический ресурс – исходный субстрат. С помощью ферментных систем организм извлекает энергию из этого субстрата в реакциях его ступенчатого окисления, приводящего к освобождению энергии небольшими порциями. При биологическом окислении чаще всего происходит одновременный перенос двух электронов; при этом от субстрата отщепляются также два протона (Н ⁺). Такое окисление субстрата, происходящее с отщеплением двух протонов и двух электронов, называется дегидрированием. Поэтому нередко термины «донор водорода» и «донор электронов» употребляются как синонимы, равнозначны и такие термины, как акцептор водорода и акцептор электронов; окисление и дегидрирование; восстановление и гидрирование.

Все окислительно-восстановительные реакции энергетического метаболизма у хемотрофных микроорганизмов можно разделить на три типа:

1) аэробное дыхание, или аэробное окисление;

2) анаэробное дыхание;

3) брожение.

Аэробное дыхание – это основной процесс энергетического метаболизма многих прокариот, при котором донором водорода или электронов являются органические (реже неорганические) вещества, а конечным акцептором – молекулярный кислород. Основное количество энергии при аэробном дыхании образуется в электронтранспортной цепи, т. е. в результате окислительного ( мембранного) фосфорилирования. 

---

Смотрите также файлы

• Понятия ток, напряжение, мощность, цепь, коммутация Электрический ток.docx

• 4 Формы сделок с объектами недвижимости.docx

• #историярусскогохоккея Мы помним, как собирались полные стадионы.docx

• Характерные особенности сми как рекламоносителей на примере ооо телекомпания пятница.rtf

• мирэа российский технологический университет.docx