Характеристика бактериальных ферментов

Способы проникновения питательных веществ через ЦПМ в бактериальную клетку

Процесс	Природа транспорта	Примеры	Описание (характеристика)	Характерные особенности
Пассивный	Затрат энергия не требуется. Вещества поступают по градиенту концентрации и движутся из области с повышенной концентрацией в область с пониженной концентрацией по градиенту.	Диффузия	Фундаментальное свойство атомов и молекул, которые находятся в бепрерывном беспорядочном движении	Неспецифическое броуновское движение
Осмос	Диффузия молекул воды через мембрану позволяет свободно перемещаться воде, но не другим молекулам	Направление зависит от осмомолярности клетки
Облегченная диффузия	Молекулы связываются с мембранными рецепторами и транспортируются на другую сторону	Специфические молекулы, транспорт в обе стороны
Активный	Требуются затраты энергии. Молекулы транспортируются вне зависимости от градиента. Скорость транспорта увеличивается. Транспорт может осуществляться против градиента концентрации.	Активный транспорт	Атомы и молекулы поступают в клетку и из нее через специализированные рецепторы. Требует затрат АТФ.	Транспорт простых сахаров, аминокислот, неорганических ионов (Na+, K+)
Транслокация групп	Молекулы движутся через мембрану и одновременно модифицируются	Альтернативная система для транспорта питательных веществ (сахаров, аминокислот)
Основной транспорт	Транспорт больших частиц, клеток и жидкостей путем поглощения и образования везикул	Включает эндоцитоз, экзоцитоз, пиноцитоз

Таким образом, поступление большинства питательных веществ в клетку происходит при участии мембранных ферментов — специализированных транспортных белков-транслоказ (пермеаз). Пермеазы образуют прочный комплекс с питательными веществами на внешней стороне мембраны, подвергаются конформационным изменениям и перемещают субстрат с одной стороны ЦПМ на другую, после преодоления мембраны комплекс диссоциирует. Имеется три класса пермеаз:

– унипортеры — переносят один тип субстратов через мембрану;

– симпортеры — переносят два типа субстратов в одном направлении;

– антипортеры — переносят два субстрата в противоположных направлениях (напр., Na⁺ и H⁺).

1. Ферменты имеют большое значение в жизни бактериальной клетки. Они являются биологи­ческими белковыми катализаторами, характеризуются высокой субстратной специфичностью действия, участвуют во всех метаболи­ческих процессах.

У бактерий обнаружены ферменты 6 классов:

– оксидоредуктазы — окислительно-восстановительные ферменты (дегидрогеназы, цитохромы, пероксидазы, каталазы) — катализируют окислительно-восстановительные реакции;

– трансферазы — осуществляют реакции переноса групп атомов с одной молекулы на другую (напр., трансаминазы переносят аминогруппы от аминокислот к кетокислотам, обеспечивая синтез аминокислот);

– гидролазы — осуществляют гидролитическое расщепление различных соединений (пептидогидролазы разрушают белки, эстеразы разрушают сложноэфирные связи, амилаза разрушает крахмал);

– лиазы — катализируют реакции отщепления от субстрата химической группы негидролитическим путем (без участия воды) с образованием двойных связей (например, декарбоксилазы отщепляют карбоксильные группы);

– изомеразы — катализируют реакции изомеризации и определяют пространственное расположение групп элементов;

– лигазы (синтетазы) — катализируют реакции связывания, сопровождающиеся расщеплением пирофосфатной связи в молекуле АТФ или аналогичного трифосфата.

2. По месту функционирования микробные ферменты делятся на:

– эндоферменты — локализуются в периплазматическом пространстве, ЦПМ и ЦП; катализируют внутриклеточные реакции (синтетические процессы, дыхание);

– экзоферменты — выделяются во внешнюю среду. Осуществляют процессы расщепления высокомолекулярных субстратов до низкомолекулярных соединений, способных проникать внутрь клетки.

Соотношение у микроорганизмов сдвинуто в сторону экзоферментов, так как объем клетки маленький и экзоферменты играют исключительно важную роль в приспособлении микроорганизмов к неблагоприятным условиям. Способность к образованию экзоферментов во многом определяет инвазивность бактерий — способность проникать через слизистые, соединительнотканные и другие тканевые барьеры. Напр., гиалуронидаза расщепляет гиалуроновую кислоту, входящую в состав межклеточного вещества, что повышает проницаемость тканей (клостридии, стрептококки, стафилококки); нейраминидаза облегчает преодоление слоя слизи, проникновение внутрь клеток и распространение в межклеточном пространстве (холерный вибрион, дифтерийная палочка). К эктоферментам относятся энзимы, разлагающие антибиотики.

3. В соответствии с механизмами генетического контроля у бактерий выделяют различают ферменты:

– конститутивные — синтезируются постоянно, в том числе и при отсутствии субстрата в окружающей среде и работают всегда. К конститутивным ферментам относятся ферменты гликолиза.

– индуцибельные (адаптивные) — их синтез индуцируется наличием субстрата для данного фермента. Работают по мере необходимости: если внести во внешнюю среду субстрат, то через 2–3 секунды повышается активность ферментов, его утилизирующих. Также быстро и прекращается биосинтез индуцибельных ферментов при исчезновении субстрата. К индуцибельным ферментам относятся ферменты транспорта и катаболизма (напр., лактозопермеаза, b–галактозидаза, b–лактамазы).

Соотношение у микроорганизмов сдвинуто в сторону индуцибельных ферментов, обеспечивающих легкую приспособляемость и выживаемость бактерий благодаря способности переключать метаболизм с одного субстрата на другой.

4. Неспецифические клинические симптомы при бактериальных инфекциях (головная боль, головокружение, слабость, утомляемость) связаны с протеолитической активностью бактерий. Некоторые патогенные бактерии продуцируют особые фермен­ты-токсины (гиалуронидазу, коллагеназу, нейраминидазу, лецитиназу, плазмокоагулазу, фибринолизин, ДНК–азу, РНК–азу, гемолизины), субстратом действия которых являются клетки и ткани макроорганизма. Эти ферменты рассматриваются как факторы патогенности.

5. Ферментативная способность бактерий широко используется в генной инженерии (рестриктазы, лигазы), в промышленности для приготовления органических кислот (уксусной, молочной, щавелевой, лимонной), молочных продуктов (кефир, кумыс, простокваша, ацидофилин, сыр), в виноделии, пивоварении, силосовании кормов.

6. Каждый вид микроорганизмов продуцирует определенный для него набор ферментов. Ферментный состав бактериальной клетки определяется геномом и является достаточно постоянным признаком. Однако активность ферментов зависит от температуры культивирования бактерий, pH среды, концентрации солей. В микроорганизмиологической практике используется рабочая классификация ферментов по спектру биохимической активности, согласно которой выделяют ферменты:

– сахаролитические;

– протеолитические;

– липолитические;

– окислительно-восстановительные;

– ферменты-токсины.

Для дифференциации бактерий по биохимическим свойствам основное значение имеют конечные продукты действия ферментов (кислота, углекислый газ, индол, сероводород). Знание биохимических свойств бактерий позволяет идентифицировать их по набору ферментов. Определение ферментов-токсинов имеет значение для выявления роли микроорганизмов в патологии.

Дата добавления: 2015-04-25