Механизм поступления питательных веществ в клетку прокариот

Азот

Углеродное питание

Источники биогенных элементов.

ПИЩЕВЫЕ ПОТРЕБНОСТИ ПРОКАРИОТ

Прокариоты, как и любые другие организмы, нуждаются в питательных веществах. Пища, поступающая в клетку, служит ис­точником энергии для поддержания жизни и строительным мате­риалом для синтеза клеточных структур. Чем больше готовых сое­динений для поддержания жизни должен получить микроорганизм из внешней среды, тем соответственно ниже уровень его собст­венных биосинтетических способностей.

Среди всех вышеуказанных элементов наибольшее значение имеет углерод, так как он входит в состав любого органического соединения прокариотной клетки. По источнику углерода для конструктивного обмена все прока­риоты делятся на две группы: автотрофы, потребляющие в каче­стве главного источника углерода углекислый газ, и гетеротрофы, усваивающие углерод из органических соединений. Для боль­шинства гетеротрофов оптимальным и наиболее доступным источ­ником углерода служат углеводы. Рассмотрим хемосинтез на примере азотофиксирующих бактерий. Они обитают в почве и окисляют NH3 до HNO3, а затем до HNO2.

Гетеротрофы делятся на сапрофитов и паразитов. Сапрофиты используют С мертвых органических остатков. Паразиты – питаются орг. Соед. Живых организмов. Паразиты бывают облигатные (обязательные – вирусы, риккетсии) и факультативные (все виды болезнетворных бактерирй).

Помимо углеводов, хорошим источником углерода для многих бактерий являются многоатомные спирты и аминокислоты. Неко­торые виды прокариот способны усваивать углерод из органиче­ских кислот.

Для синтеза аминокислот, пуриновых и лйримидииовых нуклеотидов бактериям необходим азот. В природе азот встречается в форме окисленных и восстановленных соединений, а также в виде молекулярного азота атмосферы.

Большинство прокариот потребляют азот в восстановленной форме в виде солей аммония (NH4+) и аммиака (NH3). Многие бактерии используют органические азотсодержащие вещества — белки, аминокислоты, мочевину, разрушая их с выделением ам­миака. Окисленные формы азота — нитриты, нитраты — также усваиваются различными группами бактерий. Среди прокариот из­вестно большое число организмов — бактерий, актиномицетов, сине-зеленых водорослей, способных фиксировать молекулярный азот атмосферы для построения всех необходимых компонентов клетки.

Фосфор в клетках прокариот входит в состав важнейших ор­ганических соединений — нуклеиновых кислот, фосфолипидов, ко-ферментов. Такие соединения фосфора, как АДФ и АТФ, являются аккумуляторами энергии клетки и играют важную роль в метабо­лизме. Источником фосфора для бактерий в основном служат фос­фаты калия или натрия, а из органических соединений нуклеино­вые кислоты.

Сера в клетке прокариот в основном встречается в восста­новленной форме и входит в состав аминокислот, витаминов и кофакторов (биотин, кофермент А и др.). Наиболее важным ком­понентом, содержащим серу, является цистеин. Атомы серы в большинстве других содержащих серу соединений клетки (метио-нин, биотин, тиамин) происходят из SH-группы цистеина. Ис­точником серы для большинства микроорганизмов служат сульфа­ты, которые в клетке восстанавливаются в сульфиды. Некоторые бактерии нуждаются в соединениях, содержащих серу в восста­новленной форме, таких, как сероводород, тиосульфат, цистеин и метионин.

Для нормального роста и развития прокариот необходимы ионы металлов, представленные макроэлементами, такими, как калий, кальций, магний, железо, и микроэлементами. К послед­ним относятся марганец, молибден, цинк, медь, кобальт, никель и др. Ионы металлов входят в состав жизненно важных метаболи­тов бактериальной клетки. Так, кобальт является активатором ферментов транспорта электронов в окислительно-восстановитель­ных реакциях цикла Кребса. Железо и молибден необходимы бак­териям для синтеза ферментов, участвующих в процессе азот-фиксации.

Особого внимания заслуживает магний, так как, помимо активации ферментов, таких, как гексокиназа, он определяет аг­регацию мономеров рибосомы.

Факторы роста, факторами роста называются органические соединения, которые не синтезируются многими прокариотными организмами, но без которых жизнь клетки оказывается невоз­можна. К таким соединениям относятся аминокислоты, пурины, пиримидины, витамины и др. Эти соединения прокариоты должны получать из среды.

Бактерии, нуждающиеся в каком-либо факторе роста, назы­ваются ауксотрофными по отношению к этому соединению, в отли­чие от прототрофных, способных синтезировать данное вещество в клетке.

Прокариоты существенно различаются по потребностям в фак­торах роста. Например, молочнокислые бактерии ауксотрофны ко многим аминокислотам, пуринам, пиримидинам и 5—б витаминам, в то время как различные штаммы Escherichia coll проявляют ауксотрофность к какому-либо одному, но разному фактору роста.

Избирательное поступление веществ питательного субстрата в клетку прокариот регулируется цитоплазматической мембраной.^ь Клеточная стенка служит вторым барьером на пути проникновения веществ в клетку. Она задерживает некоторые крупномолекуляр­ные соединения питательного субстрата, например такие, как декстраны. У некоторых бактерий клеточная стенка обладает из­бирательной проницаемостью для низкомолекулярных соединений, основанной на взаимном притяжении разнозаряженных частиц.

Цитоплазматическая мембрана клетки несет ответственность за поступление воды и веществ питательного субстрата в клетку и определяет выход продуктов обмена наружу. В настоящее вре­мя изучено несколько механизмов переноса веществ субстрата через цитоплазматическую мембрану в клетку прокариот.

Пассивная диффузия — процесс поступления воды и некото­рых растворенных веществ через цитоплазматическую мембрану в цитоплазму клетки по градиенту концентрации, от большей концентрации к меньшей для неэлектролитов или по градиенту электрических потенциалов для ионов. Скорость пассивной диф­фузии невелика, и проходит она без затраты энергии.L

Облегченная диффузия отличается от пассивной тем, что пе­ренос веществ субтрата через цитоплазматическую мембрану осу­ществляется белками-переносчиками, получившими название пермеаз (транслоказ). Пермеаза катализирует присоединение вещества субстрата к активному центру на своей поверхности и проводит это вещество с наружной поверхности цитоплазматической мембраны на внутреннюю. Там пермеаза освобождается от этого вещества, передавая его в цитоплазму, а сама вновь вступает во взаимодей­ствие с новой порцией субстрата.

Пермеазные белки синтезируются и локализуются на цито­плазматической мембране.

Активный транспорт заключается в переносе веществ субстра­та пермеазньми белками через цитоплазматическую мембрану в цитоплазму против градиента концентрации. Процесс активного транспорта веществ всегда осуществляется с затратой энергии. Учитывая, что на перенос одной молекулы субстрата через цито­плазматическую мембрану клетка расходует одну молекулу АТФ, можно предполагать, что растущий и быстро размножающийся микроорганизм затрачивает значительную часть вырабатываемой энергии на транспорт веществ.

Необходимым условием поступления веществ субстрата в клетку бактерий является их растворимость в воде.

Вещества питательного субстрата, поступающие в клетку, являются источником энергетического метаболизма и одновремен­но строительным материалом для синтеза клеточных структур. Выход продуктов обмена из клетки осуществляется чаще все­го путем облегченной диффузии при участии белков-переносчиков.

Дата добавления: 2015-06-26