Вопрос 2. Круговорот азота в биосфере

Центральное место в круговороте азота занимает аммоний. Он является продуктом разложения белков и а/к, попадающих вместе с остатками животного и растительного происхождения в почву. В хорошо аэрируемых почвах аммоний подвер­гается нитрификации; бактерии родов Nitrosomonas и Nitrobacter окисляют его до нитрита и нитрата. В качестве источника азота растения могут использовать аммоний и нитрат. В от­сутствие кислорода из нитрата образуется молекулярный азот (денитри­фикация). Бактерии, участвующие в этом процессе, используют при этом нитрат в качестве окислителя (акцептора водорода), т.е. «дышат» с помощью NO₃^- вместо 0₂; в этом случае говорят о «нитратном дыха­нии». Денитрификация ведет к потере азота почвой. Наряду с этим бак­терии способны и к фиксации молекулярного азота. Связывающие азот бактерии живут или свободно в почве, или в симбиозе с высшими растениями (симбиотические азотфиксаторы). Основную роль в круговороте азота наряду с животными и растениями играют бактерии. Фосфор и азот как факторы, лимитирующие продукцию биомассы. Элементами, которые ограничивают рост растений и тем самым про­дукцию биомассы, являются фосфор и азот. Они играют такую роль и на суше, и в океанах. На этот счет имеются точные данные для мор­ской воды. Отсюда следует, что про­дукцию биомассы в конечном счете лимитируют фосфаты. Таким обра­зом, в морской воде даже азотфиксирующие организмы цианобакте­рий не имеют селективного преимущества перед другими.

Вопрос 3. Определение некультивируемых форм.

Некультивируемыми (НФ) называют такие формы микроорганизмов, которые в ответ на

действие неблагоприятных факторов прекращают рост на питательных средах, но сохраняют жизнеспособность, а при улучшений условий культивирования возобновляют пролиферацию.

Некультивируемое состояние (НС) обнаружено у многих патогенных видов. В связи с тем, что ру-

тинные бактериологические методы не эффективны для обнаружения НФ, истинные размеры распространения феномена в объектах окружающей среды остаются мало изученными. С

целью решения вопроса о значении феномена в

эпидемиологии интенсивно изучаются индукторы НС и реверсии. Ежегодно публикуется большое количество работ на эту тему. Анализу литературы посвящен данный обзор.В настоящее время известно около 45 видов микроорганизмов, относящихся к 30 родам, у которых обнаружено НС. 30 видов патогенны

для человека.

Для выявления НФ в организме или клиническом материале наиболее широко используются молекулярно-генетическиеметоды: полимеразная цепная реакция (ПЦР) и ее различные модификации, лигазная цепная реакция (ЛЦР), техника гибридизации тотальной клеточной РНК, ПЦР с обратной транскриптазой. Преимущество указанных методов является их высокая чувствительность и специфичность. Белки-шапероны, которые связываются с ДНК в

процессе перехода в НС, могут препятствовать выявлению НФ в ПЦР. В водных объектах окружающей среды НФ можно обнаружить с помощью флуоресцирующих моноклональных антител (МКА), что позволяет определить видовую принадлежность бактерий, но неинформативно в отношении жизнеспособности клеток. Применение магнитных сорбентов повышает чувствительность метода, а использование набора специфических монокло нальных антител к стабильным и лабильным эпитопам липополисахарида дает возможность судить о потенциальной жизнеспособности НФ. Перечисленные методы позволили выявить

присутствие НФ патогенных бактерий в организме человека и животных, в продуктах питания в объектах окружающей среды: в воде,в почве. Экспериментальные и гипотетические сведения об обнаружении НФ в окружающей среде дополняют работы об индукторах НС и реверсии.

Билет №18

Вопрос 1. Строение дыхательной цепи Аэ­робы обладают дыхательной (электрон-транс­портной) цепью и ферментом ATР-синтазой; обе системы у прокариот находятся в плазматической мембране, а у эукариот во внутренней мембране митохондрий. Ведущие свое происхождение от субстратов вос­становительные эквиваленты (Н или электроны) в этих мембранах по­ступают в дыхательную цепь, и электроны переносятся на 0₂ (или дру­гие терминальные акцепторы электронов). В дыхательной цепи происхо­дят реакции, представляющие собой биохимический аналог сгорания водорода. От химического горения молекулярного водорода они отли­чаются тем, что значительная часть свободной энергии переводится в АТР, и лишь небольшая доля рассеивается в виде тепла. Механизм окислительного фосфорилирования. Протоны и электроныот субстрата переносятся на плазматическую мембрану или на внутреннюю мембрану митохондрий. Через мембрану они транспортируются таким образом, что между вну­тренней и внешней сторонами мембраны создается электрохимический градиент с положительным потенциалом(Н⁺) снаружи и отрицательным(ОН^-) внутри. Некоторые из этих компонентов переносят электроны, другие пере­носят водород. Взаиморасположение переносчиков в мембране таково, что при транспорте электронов от субстрата к кислороду протоны (Н ⁺) связываются на внутренней стороне мембраны, а освобождаются на внешней. Можно представить себе, что электроны в мембране проходят зигзагообразный путь и при этом переносят протоны изнутри наружу. Это электрон-транспортная цепь(насос). Неравновесное распределение зарядов, т.е. электрохимический гра­диент, служит движущей силой для фосфорилирования АТР. Мембрана содержит АТР-синтазу, синтезирующий АТР из ADP и Р. Компоненты дыхательной цепи-ферментные белки с относительно прочно связанными низкомо­лекулярными простетическими группами. Компоненты дыхательной цепи погружены в двойной липидный слой.Важнейшие компоненты- флавопротеины,FeS-белки, хиноны и цитохромы.Флавопротеины-ферменты, содержащие в каче­стве простетических групп ФМНили ФАД. Эти ферменты переносят водород. Активной группой в них является изоаллоксазиновая система ,которая действует как обратимая окислительно-восстановительная система. Ре­агирующими центрами служат два атома азота, каждый из которых мо­жет связаться с одним [Н]. Связывание может происходить в два этапа через состояние семихинона. Благодаря способности переносить то по два атома водорода, то по одному флавопротеины могут быть посред­никами между двумя типами процессов переноса водорода. FeS-белки-это О-В системы, переносящие электроны. Они содержат атомы железа, связанные, с одной стороны, с серой Cys, а с другой - с неорга­нической сульфидной серой. Последняя очень легко отще­пляется в виде H₂S при подкислении.

Хиноны(убихинон,нафтохинон,пластохинон).Хиноны липофильны и поэтому локализуются в липидной фазе мембраны. Они способны переносить водород или электроны. Перенос может осуществляться в два этапа, при этом в качестве промежуточной формы выступает семихинон. Они служат «сборщиками» водорода, поставляемого различными коферментами и простетическими группами в дыхательной цепи, и передают его цитохромам.

Цитохромы – О-В системы, переносящие только электроны; водород они не транспортируют. К цитохромам электроны поступают от хинонов. При переносе электронов экви­валентное им число протонов переходит в раствор. В качестве простетической группы цитохромы содержат гем. Центральный атом железа геминового кольца участвует в переносе электронов, изменяя свою валентность. Цитохромы окрашены,отличаются друг от дру­га спектрами поглощения и О-В потен­циалами. Различают цитохромы а, а_ъ, b, c и ряд других. Цитохромы участвуют также в переносе электронов на кислород. Цитохромоксидаза (цитохром аа_ъ)-терминальная оксидаза, реагирую­щая с кислородом и передающая ему четыре электрона:

0₂ + 4Ре²⁺ -> 20^2- + 4Ре^{3 +}

Расположение и функции компонентов в дыхательной цепи. По окислительно-восстановительному потенциалу компоненты дыхательной цепи можно расположить в ряд:

NAD/NADP—FAD/FMN—Хинон—c₁—c—a₁—a—b—b₁—FeS-белки—O₂