10. Охарактеризуйте фенотипическое (структурное и функциональное) разнообразие прокариотов, а также укажите их положение на эволюционном древе.

1. «гигантские» прокариоты. Микроскопический размер прокариотов напрямую связан с осмотрофным способом питания. Если диаметр бактерий или архей составляет 1-3 мкм, «диффузионная» проблема обычно решается на морфогенетическом уровне – клетка имеет вытянутую форму или содержит отростки, так что поверхносто-объемный коэффициент оказывается более высоким, чем у равной по массе сферической клетки.Конкуренция - главная движующая сила эволюции.Среди прокариотов встречаются особо крупнее представители(диаметр > 50 мкм). Они решают диффузионную пробоему одним из трех нетривиальных способов: 1.увеличение площади поверхности без изменения размера и формы клетки: образование «ворсинок» СM.2. уменьшение объема цитоплазмы без изменения размера и формы клетки: образование включений.3.образование вакуолей.

2. «карликовые» прокариоты: наряду с «Гигантами» в мире прокариот встречаются «карлики», клетки которыех имеют диаметр меньше o.5 мкм.При уменьшении радиуса клетки поверхностно-объемный коэффициент(s/v=3/r) возрастает, что является универсальным способом решения диффузионной проблемы. Обладают повешенной проникающей способностью, что позволяет им колонизировать субстраты, недоступные для бактерий обычного размера.Возникает проблема с упаковкой минимально необходимого наборов белков и полнощенного генома. Решение: в одном случае они ведут автономное существование(геном имеет нормальный резмер порядка 2 тысячи пар нуклеотидов) , в другом слувчае они являются облигатными внутриклеточными симбионтами. (метаболическая зависимость от хозяина).

11. Какими способами прокариотная клетка ассимилирует энергию, и на что она ее расходует?

Ассимиляция энергии-это активное преобразование свободной энергии из внешних поливариантных энергоносителей в свободную энергию внутреннего унифицированного энергоносителя. Ассимилированная энергия расходуется на биосинтезы и совершение осмотической/механической/иной полезной работы.(пример «наростание» жгутика)

Живые организмы ассимилируют только энергию квантов эл.-маг. поля (световую) и энергию электронов в атомах или молекулах химических субстратов (химическую).

Два способа ассимиляции энергии: в форме трансмембранного электрохимического потенциала при помощи мембранных электрогенераторов и в форме макроэргических соединений при помощи цитозольных редокс-ферментов и киназ. Ассимилированная энергия расходуется в конструктивном метаболизме, мембранном транспорте и двигательных актах, а также в регуляторных процессах.Хемотрофия, фототрофия, азотная автотрофия, углеродная автотрофия

Хемиосмотическая теория энергетического сопряжения, объясняющую превращение(трансформацию) энергии, освобождающейся при электронном транспорте, в энергию фосфатной связи АТФ.Придложена Питером Митчеллом.Митчелл постулировал, что при переносе электронов по окислительно-восстановительной цепи, локализованной в мембранах определенного типа, называемых энергопреобразующими, или сопрягающими, происходит неравномерное распределение Н+ в пространстве по обе стороны мембраны.

Предложена была модеь, предусматривающая определенное расположение переносчиков электронов в сопрягающей мембране(например CM), которые могут быть погружены в глубь мембраны или локализованы у наружной и внутренней её поверхностей так, что образуются «петли» в цепи переноса электрона. В каждой «петле» два атома водорода движутся от внутренней стороны CM к наружной с помощью переносчиков водорода, а затем два ЭЛЕКТРОНА возвращаются к внутренней стороне мембраны с помощью соответствующего электронного переносчика, а два протона освобождаются во внешнюю среду.Таким образом, в каждой окислтельно-восстановительной «петле» два H+ переносятся из цитоплазмы кдлетки во внешнюю среду. Расположение переносчиков электронов в цитоплазматической мембране прокариот таково, что при работе любой электронтранспортной цепи(фотосинтетической или дыхательной) во внешней среде происходит накопление ионов водорода(протонов), приводящее к подкислению среды, а в клеточной цитоплазме – их уменьшение, сопровождающееся её подщелочением. То есть на мембране возникает ориентированный поперек(трансмембранный) градиент ионов водорода.

Поскольку протон водорода – химическая частица, несущая положительный заряд, неравномерное их накопление по обе стороны мембраны приводит к возникновению не только химического(концентрационного) градиента этих частиц, но и ориентированного поперек мембраны электрического поля. Таким образом, при переносе электронов на цитоплазматическую мембрану возникает трансмембранный электрохимический градиент ионов водорода, обозначаемый символом дельта мю Н+ и измеряемый в вольтах, который состоит из электрохимического(дельта пси-разность электрических потенциалов) и химического (концентрационного)компонента(градиент концентраций протонов водорода = дельта рН)

PMF\SMF!

Разность электрохимических потенциалов протонов водорода складывается из разности химического потенциала этого катиона по две стороны мембраны и разности электрохимического потенциала на противоположных поверхностях мембраны.Протоны, неравновесно распрделенные по двум сторонам мембраны, испытывают на себе сочетанное воздействие этих разностей потенциалов, т.е. протондвижущей силы(pmf). Направлена внутрь клетки.Протоны выполняют функцию главного «сопрягающего катиона». Только некоторые прокариотные организмы могут использовать в качестве сопрягающего иона катионы Натрия. Тогда образуется направленная внуть клетки натрийдвижущая сила(smf).

12. Ассимиляция энергии квантов электромагнитного поля (= фототрофия) - принцип,