1. На основі яких ознак дріжджі належать до грибів?

2. Які мікроорганізми зараховують до дріжджів? Чому дріжджі роз­глядаються як окрема фізіологічна група мікроорганізмів?

3. Назвіть основні етапи дослідження дріжджів.

4. Які функції виконують структурні компоненти дріжджової клітини?

5. Які типи вегетативного розмноження характерні для дріжджів? Чим відрізняється псевдоміцелій від справжнього?

6. Охарактеризуйте органи безстатевого розмноження дріжджів.

7. Які особливості статевого розмноження притаманні аско- та базидіо- міцетним дріжджам?

8. Дайте характеристику відомих класифікацій дріжджів.

Тема Т20. Віруси 20.1 Загальна характеристика вірусів

Віруси були відкриті у 1892 р. російським ботаніком Д.Я. Іванівським. Він виявив, що екстракт заражених мозаїчною хворобою табаку бактерій зберігає свою інфекційність, навіть якщо його профільтрувати через фільтр, що затримує бактерії. У наступні роки було виявлено, що деякі розповсюджені хвороби рослин і тварин також викликані схожими інфекційними агентами, які було неможливо розгледіти у світловий мікроскоп. Основною властивістю, яка відрізняла ці форми від більш звичних хворобливих мікробів, була їх здатність проходити крізь фільтри, що затримували навіть дуже дрібні бактерії. Через це подібні агенти у сукупності отримали назву “віруси, що фільтруються”^ігш лат. - отрута). З часом дефініцією “вірус” почали називати групу ультрамікроскопічних інфекційних агентів. У подальшому було встановлено, що віруси є облігатними внутрішньоклітинними паразитами, які здатні розмножуватися лише у клітині - хазяїні, проте це властиве не лише вірусам.

М.Бейєрінк (M.W.Bejerink) встановив, що вірус табачної мозаїки осаджується спиртом, не втрачаючи своєї інфекційності, а також може дифундувати через агаровий гель. Всі відомі живі організми не виявляли подібних властивостей. Через це Бейєрінк не вважав віруси живими організмами і дійшов висновку, що вони є “рідкими носіями інфекційності”. У 1935 р. В.Стенлі ^.М^апіеу) відкрив, що інфекційні частки цього ж таки вірусу можна за кристалізувати і те, що кристали складаються в основному з білка. Пізніше встановили, що очищений вірус табачної мозаїки містить постійну, хоча і набагато меншу ніж білок, кількість РНК. Тобто інфекційна частка не є білковою молекулою, а є молекулярним комплексом , який побудований з макромолекул двох типів: білка, нуклеїнової кислоти(ДНК або РНК).

У 1915 р. Ф.Туорт (F.W.Twort) та Ф.д’Ерль ^.д’НегеІІе) незалежно один від одного відкрили віруси бактерій, які отримали назву бактеріофагів (фагів).

У життєвому циклі вірусів чергуються дві фази: позаклітинна і внутрішньоклітинна. Під час позаклітинної фази вірус існує у вигляді інертної інфекційної частини - віріону. Віріон складається з однієї або декількох молекул НК, яка вкрита білковою оболонкою - капсидом. В свою чергу нуклеокапсид деяких вірусів може бути вкритий особливою оболонкою (мембраною).

Під час внутрішньоклітинної фази вірус існує у вигляді молекули НК, яка реплікується. Окрім процесу реплікації, генетичний матеріал вірусу є генетичним детермінантом для синтезу специфічних вірусних білків. Ці білки містять і ті субодиниці (капсомери), з яких будується капсид зрілої вірусної частки.

2. Нуклеїнові кислоти зрілого віріону

Зрілий віріон містить нуклеїнову кислоту тільки одного типу, хоча цей тип у різних вірусів може бути відмінним. Більшість вірусів містить або дволанцюгову ДНК, або одноланцюгову РНК, проте у віріонах реовірусів і деяких вірусів рослин виявлена дволанцюгова РНК. Кожний віріон, за виключенням крупних РНК-містких вірусів, містить одну молекулу нуклеїнової кислоти. Її довжина у різних вірусів коливається від декількох тисяч до 250 000 нуклеотидів (або нуклеотидних пар), тобто найбільш дрібні віруси містять менше 10, а найбільш великі - декілька сотень генів.

Молекула ДНК деяких вірусів бактерій і тварин - кільцева. Віріони інших ДНК-вірусів і вібріони всіх РНК- вірусів містять лінійні молекули нуклеїнових кислот.

2. Будова нуклеокапсиду

За будовою нуклеокапсидів більшість вірусів можна поділити на два класи:

1. спіральні;

2. поліедричні.

Ці основні структури можуть бути у подальшому модіфікованими. У більшості бактеріофагів поліедрична голівка поєднана із спіральним хвостовим відростком, а у багатьох вірусфів тварин нуклеокапсид вкритий особливою оболонкою (мембраною). Ліпіди оболонки таких вірусів утворюються з мембран клітини хазяїв.

У віріонів із спіральною структурою (вірус табачної мозаїки) молекула одноланцюгової РНК розташована у жолобі, який утворений у спіральному капсиді. Повний віріон має паличкоподібну форму і містить близько 2000 ідентичних капсомерів. Будова вірусу табачної мозаїки типова для більшості вірусів рослин. У вірусів тварин також є спіральні нуклеокапсиди, проте вони завжди укладені під оболонкою хаотично.

У поліедричних віріонах молекула нуклеїнових кислот вкладена у поліедричну голівку. Капсиди багатьох поліедричних вірусів - це ікосаедри (правильний багатогранник с 12 вершинами, 20 трикутними гранями і 30 ребрами). Капсид такого віріону складається з капсомерів двох типів:

1. пентамерів, що розтошовані у вершинах;

2. гексамерів, які заповнюють трикутні грані.

Кожний капсомер - це мультимірний білок, де пентамер містить 5, а гексомер - 6 ідентичних субодиниць. Субодиниця може бути утворена одним поліпептидним ланцюгом ( проте було виявлено і 2 ).

Розмір ікосаедричного віруса визначається числом капсомерів, які в ньому містяться. Найбільш великий з відомих ікосаедричних віріонів містить 1472 капсомери.

Оболонка деяких вірусів тварин. Деякі віруси тварин формуються у клітині хазяїна шляхом «брунькування», при якому нуклеокапсид вкривається шаром клітинної мембрани. Проте оболонка вірусу містить не тільки нормальні клітинні компоненти, а також білки, які кодуються генами вірусу. Зформована оболонка є складною високорозвиненою структурою, яка містить декілька шарів.

2. Розмноження вірусів

Цей процес можна поділити на 5 стадій:

1. проникнення у клітину - хазяїна;

2. синтез ферментів, які необхідні для реплікації вірусної НК;

3. синтез складових частин вірусу;

4. збирання їх з утворенням зрілих віріонів;

5. вихід зрілих віріонів ізх клітини - хазяїна.

Процеси проникнення у клітину різні у вірусів бактерій, рослин і тварин. Віруси бактерій і рослин повинні пройти скрізь клітинну стінку, тоді як віруси тварин можуть адсорбуватися безпосередньо на мембрані клітини- хазяїна. Деякі, але не всі, віруси бактерій проходять скрізь клітинну стінку шляхом ін’єкції. У цьому випадку білкова оболонка віруса залишається адсорбованою назовні клітини, а НК вводиться через стінку в середину клітини. Віруси рослин не мають специфічного апарату проникнення, через це у природівіруси рослин передаються за допомогою посередників (наприклад, комах ).

Віруси тварин потрапляють у клітину шляхом фагоцитозу. Поглинений віріон одразу перебуває у харчовій вакуолі і вкритий мембраною. Пройти крізь мембрану, щоб потрапити до цитоплазми або ядра, вірусу вкритому оболонкою (а це рештки мембрани попередньої клітини-хазяїна) значно простіше за рахунок злиття оболонки вірусу з мембраною нової клітини- хазяїна. Механізм проникнення нуклеокапсида безоболонкових вірусів наразі невідомий.

Процес проникнення вірусу в клітину завершується в середині клітини вільної вірусної НК. Після цього запускаються два різних процеси: синтез вірус-специфічних білків і реплікація самої вірусної НК. Якщо це РНК, то матричною РНК слугує або вона сама, або утворена в процесі транскрипції матричної РНК протилежної полярності. Якщо це ДНК, то зпочатку на ній за допомогою ДНК-залежної РНК-полімерази синтезується матрична РНК. В обох випадках на матричній РНК відбувається процес трансляції і синтезуються як ферменти, які необхідні для реплікації вірусу, так і субодиниці капсиду.

Молекула вірусної нуклеїнової кислоти є матрицею для власної реплікації, синтез компліментарного ланцюгу здійснюється специфічними полімеразами.

Синтезовані молекули вірусної нуклеїнової кислоти і субодиниці капсиду спонтанно з’єднуються одна з одною, утворюючи повні нуклеокапсиди. Після цього відбувається вихід зрілих віріонів з клітини- хазяїну. У тваринних клітинах вони виходять крізь мембрану, а у бактерій зазвичай відбувається лізис клітини під дією ферменту, синтез якого індукується вірусом.

2. Відмінності між вірусами і клітинними організмами

Під час позаклітинної фази, у вигляді вібріону, вірус складається з нуклеїнової кислоти (ДНР або РНК), яка зв’язана з білковим капсидом. Віріон може містити один або декілька ферментів, які беруть участь на початкових стадія інфекції, проте цей набір ферментів недостатній для його розмноження. Клітина ж завжди місить і ДНК, і РНК, і складний набір ферментів, які здатні проводити всі її реакції, які необхідні для відтворення.

Вірусні нащадки утворюються в результаті збірки синтезованих, клітиною - хазяїном, не залежно одна від одної копій вірусної нуклеїнової кислоти і субодиниць капсиду . Ріст клітини, проте, складається з того, що впорядкованим чином збільшується кількість кожної з її складових, і на протязі цього процесу постійно підтримується її (клітини) цілісність. Таким чином віріон ніколи не виникає безпосередньо із попереднього вібріону, тоді як клітина завжди утворюється з клітини. Ріст клітин завжди завершується поділом, тобто збільшенням їх кількості.

За своєю природою розмноження вірусів і ріст й поділ клітин докорінно відмінні.

Контрольні питання до теми Т20:

1. Навведіть історію відкриття вірусів.

2. Розгляньте фази життєвого циклу вірусів.

3. Надайте характеристику нуклеїнових кислот зрілого вібріону.

4. Розгляньте будову нуклеокапсиду.

5. Перерахуйте стадії розмноження вірусів.

6. Чим віруси відрізняються від клітинних організмів?

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 4 Тема Т24. Біосинтетичні процеси у мікроорганізмів

У процесі росту мікроорганізмів на глюкозі в аеробних умовах близько 50 % глюкози окиснюється до С0₂ для одержання енергії. Решта 50 % глюкози перетворюється на клітинний матеріал. Саме на ці перетворення і витрачається більша частина АТФ, утвореного під час окиснення субстрату.

Розглянемо біосинтез низькомолекулярних сполук (мономерів) — амінокислот, нуклеотидів, вуглеводів і жирних кислот, які є будівельними блоками для синтезу полімерів (білків, полісахаридів, нуклеїнових кислот, ліпідів), а також основні реакції, що відбуваються з витратами АТФ.

2. Потреби АТФ для утворення бактеріальних клітин з глюкози

Понад 95 % клітинного матеріалу мікроорганізмів складається з макромолекул. На чистку білків припадає приблизно 52 %, нуклеїнових кислот — 19 % маси сухої речовини. Близько 3 % становлять низькомолекулярні органічні сполуки та солі.

Вміст макромолекул у бактеріальних клітинах Макромолекули Кількість,

г/100 г сухих клітин

Білки

Полісахариди

Ліпіди

РНК

4. 16,6

4. 15,7 3,2 97,3

ДНК

Разом

З наведених нижче даних про витрати енергії на утворення бактеріальних клітин з глюкози (потреба в АТФ для синтезу макромолекул, з яких складається клітина) видно, що основна кількість АТФ, одержаного в дихальному ланцюгу, витрачається на полімеризацію амінокислот. Значна кількість енергії потрібна для утворення нуклеозидмонофосфатів, а також на забезпечення транспортних процесів.

3. Біосинтез амінокислот

Більшість мікроорганізмів здатні синтезувати de novo всі 20 амінокислот, з яких складаються білки. Вуглецеві скелети амінокислот будуються з проміжних продуктів обміну, аміногрупи вводяться прямим амінуванням або трансамінуеанням. Переведення неорганічного азоту в органічні сполуки завжди відбувається через аміак. Нітрати, нітрити, молекулярний азот (джерела азоту в поживних середовищах) попередньо відновлюються до аміаку (асиміляційна нітратредукція) і тільки після цього включаються до складу органічних сполук (рис. 24.1, а, б, в).

Лише небагато амінокислот утворюються в результаті прямого амінування вільними іонами амонію. У первинній асиміляції аміаку беруть участь L-глутаматдегідрогеназа та L -аланіндегідрогеназа, які здійснюють відновлювальне амінування 2-оксокислот (пірувату та 2- оксоглутарату) (рис. 24.1, д, є). АТФ у цьому процесі участі не бере.

Утворення глутаміну з глутамату каталізується глутамінсинтетазою і потребує витрат АТФ (рис. 24.1, г). За допо­могою глутаматсинтази аміногрупа глутаміну може бути перенесена на 2-оксоглутарат з утворенням глутамату (рис. 24.1, ж).

іони амонію, що містяться у поживному середовищі, безпосередньо поглинаються клітинами (а). Іони нітрату під час асиміляційної нітрат-редукції (б), а молекулярний азот під час фіксації азоту (в) відновлюються до іонів амонію. В органічні сполуки амонійний азот перетворюється або за участю АТФ утворенням глутаміну, або без витрат АТФ прямим відновлювальним амінуванням 2 оксоглутарату чи пірувату

Рисунок 24.1 - Найважливіші шляхи асиміляції азоту

Решта амінокислот отримує свою аміногрупу від первинних амінокислот у результаті трансамінування. З вільних амінокислот у цитоплазмі кількісно переважає глутамінова кислота (більше половини всього "пулу" амінокислот).

Всі необхідні для синтезу білків 20 амінокислот утворюються з певних метаболічних попередників (рис. 24.2).

Як видно з наведених даних, субстратами для синтезу амінокислот є декілька сполук — піруват, оксалоацетат, 2-оксоглутарат, 3- фосфогліцерат, фосфоенолпіруват, еритрозо-4-фосфат і 5- фосфорибозил-пірофосфат.

Оксалоацетат являє собою відправну точку для синтезу шести амінокислот, 2-оксоглутарат є попередником синтезу чотирьох, а піруват — трьох амінокислот. На рис. 24.2 показано два можливі шляхи синтезу лізину: А — діамінопімеліновий і Б — аміноадипіновий. Мікроводорості, гриби, дріжджі здійснюють синтез лізину через аміноадипінову, бактерії — через діамінопімелінову кислоту.

родини амінокислот: 1 - ароматичних амінокислот і гістидину; 2 - піруватна: 3 - аспартатна; 4 - глутаматна.

Шляхи біосинтезу лізину: А - діаміно-пімеліновий; Б - аміноадипіновий Рисунок 24.2 - Шляхи біосинтезу амінокислот:

Аланін та аспартат синтезуються з пірувату та оксалоацетату трансамінуванням з використанням глутамату як донора аміногрупи. Аспарагін утворюється в реакції, аналогічній реакції, що каталізується глутамінсинтетазою. Відновлення аспартату дає напів-альдегід аспарагінової кислоти — попередник лізину, треоніну та метіоніну. Дезамінування треоніну приводить до утворення 2-оксобутирату, який в результаті послідовної дії чотирьох ферментів перетворюється на ізолейцин. Під дією чоти рьох ферментів піруват перетворюється на валін; проміжний продукт синтезу валіну служить попередником в утворенні лейцину. Серин, гліцин і цистеїн синтезуються з 3- фосфогліцерату, а пролін та аргінін — з глутамату.

Складнішим є синтез ароматичних амінокислот (рис. 24.3). Еритрозо-4-фосфат і фосфоенолпіруват конденсуються з утворенням С.- сполуки, яка піддається циклізації. Загальним проміжним продуктом синтезу ароматичних амінокислот є хоризмат. У цій точці біосинтетичний шлях розгалужується на два: 1) утворення триптофану через антрннілат; 2) утворення тирозину та фенілаланіну через префенат).

Рисунок 24.3 - Біосинтез ароматичних амінокислот

3. Біосинтез нуклеотидів

Попередниками піримідинових нуклеотидів є карбамоїлфосфат та аспартат (рис. 24.4). Конденсація цих сполук дає карбамоїласпартат, який піддається циклізації і перетворюється на 4,5-дигідрооротат. Дегідрування цієї сполуки приводить до утворення оротату — першого проміжного продукту, який містить піримідинове кільце. Рибозо-5- фосфат, утворений у пентозофосфатному циклі, активується перетворенням на 5-фосфорибозил-1-пірофосфат. Реакція 5- фосфорибозил-1-пірофосфату з оротатом дає оротидинмонофосфат, який далі декарбоксилюється в уридинмонофосфат.

Синтез пуринових нуклеотидів проходить складнішим шляхом (рис. 24.5). У результаті метаболічного шляху, який починається з 5- фосфорибозил-1-пірофосфату утворюється імідазольний нуклеотид. Три атоми піримідинового кільця, необхідні для утворення пуринового кільця з імідазольного нуклеотиду, надходять із бікарбонату, аспартату та формілтетрагідрофолієвої кислоти. Замикання кільця дає інозинмонофосфат (пуриновий нуклеотид, ІМФ). Декілька додаткових реакцій приводять від ІМФ до АМФ або до ГМФ, і нарешті утворюються АТФ та ГТФ

Рисунок 24.4 - Схема біосинтезу піримідинових нуклеотидів

Відновлення рибонуклеотидів до дєзоксирибонуклеотидів відбувається на рівні дифосфатів. Відновлювальним агентом у цій реакції є флавопротеїдтіоредоксин; його відновлена форма регенерується за рахунок НАДФН.

Рисунок 24.5 - Схема біосинтезу пуриноиих нуклеотидів

24. 4 Біосинтез жирних кислот

Більшість жирних кислот, які входять до складу бактеріальних ліпідів, містять 16 або 18 атомів вуглецю. Ці кислоти є або насиченими, або мають один чи більше подвійних зв'язків Попередником жирних кислот є ацетил-КоА. Проте подовження ланцюга у даному разі не відбувається за рахунок конденсації двох молекул ацетил-КоА з наступною подальшою конденсацією утвореної С₄-сполуки з ацетил- КоА. У біосинтезі жирних кислот є дві принципові відмінності:

1. КоА-похідні не є субстратами ферментів, що беруть участь у синтезі жирних кислот. Замість них використовується ацилпереносний білок (АПБ), який містить як простетичну групу 4-фосфо-пантетеїн, тобто є схожим на кофермент А. Перша реакція у синтезі жирних кислот — це утворення ацетил-АПБ:

Ацетил-КоА + АПБ ^ Ацетил-АПБ + КоА.

2. Ацетил-АПБ функціонує у синтезі жирних кислот як затравка, а С₂-фрагменти приєднуються до цієї затравки у формі малоніл-КоА. Малоніл-КоА синтезується з ацетил-КоА у два етапи.

24.5 Утворення вуглеводів - компонентів клітинної стінки

Якщо субстратом служить глюкоза, то продуктами її катаболізму є глюкозо-6-фосфат, фруктозо-6-фосфат, фруктозо-1,6-дифосфат, у пентозофосфатному циклі утворюються рибулозо-5-фосфат, ксилулозо- 5-фосфат, рибозо-5-фосфат. У разі невуглеводних субстратів такі вуглеводи, як глюкозо-6-фосфат, фруктозо-6-фосфат, фруктозо-1,6- дифосфат, синтезуються в реакціях глюконеогенезу. Взаємоперетворення моносахаридів відбувається через нуклеозид- дифосфатсахариди (наприклад, через УДФ-похідні).

Контрольні питання до теми Т24:

1. Які біосинтетичні процеси у мікроорганізмів потребують найбільших витрат енергії(АТФ)?

2. Як у мікроорганізмів відбувається асиміляційна нітратредукція?

3. Які амінокислоти утворюються в результаті прямого амінування?

4. Які амінокислоти утворюються в результаті трансамінування?

5. Назвіть попередників синтезу амінокислот.

6. Які є шляхи біосинтезу лізину у мікроорганізмів?

7. Як відбувається синтез ароматичних амінокислот?

8. Назвіть основні етапи синтезу піримідинових та пуринових нуклеотидів.

9. Які особливості притаманні біосинтезу жирних кислот?

10. Як відбувається синтез фосфатидних кислот і фосфоліпідів?

11. Як синтезуються попередники пептидоглікану Nацетилмурамова кислота та Nацетилглюкозамін) ?

12. Як відбувається утворення вуглеводних попередників ліпополісах

Тема Т25. Механізми поглинання субстратів

Для того щоб екзогенний субстрат міг бути використаний клітиною, він повинен потрапити у клітину, тобто пройти через її пограничні шари. Клітинна стінка, як правило, не є суттєвою перешкодою для невеликих молекул та іонів, але вона затримує макромолекули, молекулярна маса яких перевищує 600 Да. Пограничним шаром, відповідальним за транспорт поживних речовин, є плазматична мембрана.

Перенесення поживних речовин через плазматичну мембрану є специфічним: можуть поглинатися тільки ті речовини, для яких є відповідна транспортна система. За невеликими винятками, транспорт залежить від наявності специфічних пермеаз чи транслоказ. Це мембранні білки, сама назва яких вказує на те, що їм притаманні властивості ферментів, тобто вони можуть індукуватися субстратом, є специфічними щодо субстрату і утворюються в таких умовах, в яких є можливим синтез білків.

Існує ряд механізмів транспорту поживних речовин у клітину. Деякі з них здатні забезпечити тільки транспорт, але не накопичення речовини в клітині. їм можна протиставити процеси активного транспорту, які приводять до акумуляції речовин всередині клітини.

При порівнянні способів, за допомогою яких речовини з навколишнього середовища проходять через плазматичну мембрану у цитоплазму, можна виділити чотири різних механізми: пасивну дифузію, полегшену дифузію, активний транспорт і перенесення груп.

1. Пасивна дифузія

Речовина, яка переноситься, не взаємодіє специфічно з ком­понентами клітинної мембрани. Вона проходить через мембрану, поки не встановиться рівновага між концентрацією всередині та зовні. Оскільки в природі концентрація більшості метаболітів у клітині є вищою, ніж назовні, то очевидно, що транспорт шляхом пасивної дифузії не є дуже поширеним і обмежений невеликою групою речовин, а саме газами (кисень), водою та деякими іонами. Шляхом простої дифузії у клітину проникають інгібітори, отруйні та інші невластиві клітині сторонні речовини. У Е. соїі іони натрію надходять у клітину шляхом пасивної дифузії, у той час, як іони калію та магнію транспортуються активно. Проте інші бактерії використовують системи активного транспорту натрію.

2. Полегшена дифузія

Полегшена дифузія — це процес, схожий з пасивною дифузією у тому, що жоден з цих процесів не потребує метаболічної енергії, обидва вони є легко оборотними, так що концентрація речовини у клітині та середовищі є однаковою.

На відміну від пасивної, полегшена дифузія містить у собі транспорт відповідної речовини за допомогою специфічного мемб­ранного переносника. Речовина, яка транспортується, зв'язується з переносником назовні мембрани та вивільнюється всередині клітини. Отже, транспорт є специфічним щодо субстрату.

Еритроцити та дріжджові клітини шляхом полегшеної дифузії поглинають цукри. У аеробних бактерій такий механізм транспорту не є суттєвим, але у анаеробів він, очевидно, бере участь у поглинанні деяких речовин і виділенні продуктів бродіння.

3. Активний транспорт

Більш висока ефективність активного транспорту у порівнянні з процесами дифузії показана на рис. 25.2. Активний транспорт приводить до насичення клітини субстратом за значно нижчої концентрації цього субстрату в середовищі, ніж у дифузійних процесах.

Рисунок 25.2 - Криві насичення при транспорті субстрату активному та шляхом дифузії

Спостерігалось концентрування речовини в кілька сотень разів. Отже, активний транспорт дає клітинам можливість рости на середовищах з низькою концентрацією субстратів — ситуація, звичайна в природі.

Особливості активного транспорту такі: специфічність щодо субстрату;

зовні мембрани утворюється комплекс переносник—субстрат; потреба в метаболічній енергії; транспорт субстрату проти градієнта концентрації; вивільнення в цитоплазму немодифікованого субстрату (на відміну від перенесення груп).

Джерелом енергії для процесів активного транспорту здебільшого є енергія протонрушійної сили, яка генерується при перенесенні електронів через мембрану.

Іншим джерелом енергії для забезпечення активного транспорту є енергія гідролізу АТФ (енергія, яка виділяється при гідролізі АТФ). Власне кажучи, гідроліз АТФ, який здійснюється АТФ-синтазним ферментним комплексом, супроводжується перенесенням протонів із внутрішнього боку мембрани назовні, завдяки чому також генерується протонрушійна сила. При синтезі та гідролізі АТФ відбувається взаємне перетворення двох форм енергії: енергія протонрушійної сили перетворюється на енергію АТФ (синтез АТФ) і енергія АТФ перетворюється на енергію протонрушійної сили (гідроліз АТФ). Тому буде правильним сказати, що джерелом енергії для процесів активного транспорту є протонрушійна сила, яка може виникати за рахунок перенесення електронів і гідролізу АТФ.

4. Перенесення (транслокація) груп

Цей процес відрізняється від активного транспорту тим, що субстрат з'являється всередині клітини у хімічно модифікованій формі - зазвичай у вигляді фосфатного ефіру. У багатьох мікроорганізмів саме так транспортуються цукри. Джерелом енергії у цьому разі є фосфоенолпіруват (енергія, яка виділяється при переведенні ФЕП у піруват, використовується для транспортних процесів).

Процеси транспорту, спряжені з перетворенням субстрату (наприклад, глюкози) на похідні субстрату (глюкозо-6-фосфат), називаються процесами транслокації. У Е. соїі так транспортується глюкоза, фруктоза, маноза та маніт, а у Staphylococcus aureus — лактоза та інші дисахариди. Але фосфотрансферазна система транспорту цукрів властива не всім бактеріям. Багато з них (в основному аероби) використовують для поглинання глюкози систему активного транспорту. Фосфотрансферазна система функціонує здебільшого у факультативних і строгих анаеробів. Для анаеробів ця система має велике значення, бо дає змогу зберегти АТФ.

Є докази того, що пуринові та піримідинові основи також транспортуються шляхом транслокації.

5. Транспорт заліза

Для транспорту цього макроелемента мікробна клітина має

спеціальний механізм. В анаеробних умовах залізо представлене

2+

двовалентним іоном ^є ), його концентрації можуть досягати моль/л, так що не лімітують ріст мікроорганізмів. Але в аеробних умовах за рН 7,0 залізо має вигляд гідроксидного комплексу Fe³+, який є майже нерозчинним. Концентрація іонів тривалентного заліза становить лише 10 ¹⁸ моль/л. Тому не дивно, що мікроорганізми здатні синтезувати речовини, які переводять залізо у розчинну форму. Це так звані сідерофори. Вони зв'язують іони Fe³+ в комплекс і в такому вигляді транспортують його в клітину. Сідерофори — це низькомолекулярні (молекулярна маса не вище 1500) водорозчинні речовини, за хімічною природою є фенолятами або гідроксаматами.

Контрольні питання до теми Т24:

1. Як утворюється енергія протонрушійної сили? Для реалізації яких клітинних процесів необхідна енергія протонрушійної сили?

2. В яких формах може існувати енергія в клітині? Назвіть механізми синтезу двох форм енергії.

3. Чим відрізняється активний транспорт від пасивної та полегшеної дифузії?

4. Чим відрізняється активний транспорт субстрату в клітину від транслокації груп? Чому транспорт субстрату перенесенням груп є характерним переважно для анаеробів і факультативних аеробів?

5. Який механізм використовується для транспорту заліза у мікроорганізмів?

Тема Т26. Типи бродіння

Із трьох принципово можливих способів регенерації АТФ (дихання, бродіння та фотосинтез) бродіння найпростіший.

Бродіння — це такий метаболічний процес, у якому регенерується АТФ, а продукти розщеплення органічного субстрату можуть служити одночасно і донорами, і акцепторами водню. Загальна схема бродіння показана на рис. 26.1. Органічний субстрат є джерелом енергії та вуглецю. Реакції синтезу АТФ є реакціями окиснення. Від окисненого вуглецю клітина позбавляється, виділяючи С0₂. Окремі етапи окиснення являють собою дегідрування, за якого водень переноситься на НАД. Акцепторами водню, який міститься у вигляді НАДН, є проміжні продукти розщеплення субстрату. За рахунок НАДН ці проміжні продукти відновлюються, а продукти відновлення виводяться з клітини.

У процесі зброджування вуглеводів та інших субстратів утворюються (окремо чи в суміші) такі продукти, як етанол, лактат (молочна кислота), пропіонат, форміат, бутират, сукцинат, ацетат, н- бутанол, 2,3-бутандіол, ацетон, 2-пропанол, С0₂ та Н₂. Залежно від того, які продукти переважно утворюються, розрізняють спиртове, молочнокисле, маслянокисле, пропіоновокисле, мурашинокисле та оцтовокисле бродіння. Молекулярний кисень у процесах бродіння участі не бере. Більшість мікроорганізмів, які здійснюють бродіння, є облігатними анеробами або факультативними аеробами, здатними рости як у присутності кисню, так і без нього. При цьому кисень пригнічує бродіння, і воно змінюється диханням.