Особливості метаболізму прокаріот

1. Загальна характеристика метаболізму. Вегетативні клітини і морфологічно змінені форми прокаріот потребують постійного притоку енергії, необхідної не лише для створення високої організації клітини, а й для її підтримання. Енергію будь-який організм отримує у процесі обміну речовин, або метаболізму, при якому відбувається регульований розпад одних речовин і утворення інших.

Обмін речовин включає три складові:

1. Розщеплення полімерних поживних речовин на невеликі фрагменти – розпад, або катаболізм. Енергетичний метаболізм – це потік реакцій, що супроводжуються мобілізацією енергії та перетворенням її в електрохімічну або хімічну (АТФ) форму, яка потім може використовуватися у всіх енергозалежних процесах.

2. Перетворення фрагментів у ряд органічних кислот і фосфорних ефірів – проміжний обмін, або амфіболізм.

3. Біосинтез „будівельних блоків” і полімерів – синтез, або анаболізм. Конструктивний метаболізм – потік реакцій, у результаті яких за рахунок речовин, що надходять ззовні, будується речовина клітин; це процес, пов’язаний зі споживанням вільної енергії (АТФ або інших багатих енергією сполук).

Анаболізм і катаболізм протікають у клітині одночасно і тісно пов’язані між собою. Зв’язок забезпечується кількома каналами:

- через постачання енергії для реакцій біосинтезу та інших енергозалежних функцій;

- надходженням ззовні відновника;

- використанням загальних проміжних продуктів

Основні метаболічні шляхи – ідентичні для всіх живих істот і підтверджують принцип „біохімічної єдності”. Існує лише кілька груп бактерій, в яких основні схеми метаболізму модифіковані, тобто переважають певні шляхи, решта – вкорочені або змінені.

Енергетичний обмін за масштабністю перевищує біосинтетичні процеси. Серед усіх джерел енергії доступні для мікроорганізмів електромагнітна та хімічна. Запасання енергії відбувається в макроергічних сполуках, серед яких:

- сполуки з високоенергетичним фосфатним зв'язком: ацилфосфати, фосфорні ефіри енолів (фосфоенолпіруват), нуклеотидди- і трифосфати, аденозинфосфосульфат;

- сполуки з високоенергетичним тіоефірним зв'язком — ацилтіоефіри.

Центральне місце серед них належить АТФ, що утворюється в реакціях субстратного та мембранозалежного фосфорилювання та характеризується наступними критеріями:

- Термодинамічно молекула АТФ нестабільна.

- Хімічно молекула АТФ високостабільна.

- Малі розміри молекули АТФ дозволяють їй легко дифундувати в різні ділянки клітини.

- АТФ на шкалі сполук займає проміжне положення, що дає їй можливість виконувати енергетичні функції: переносити енергію від високоенергетичних до низькоенергетичних сполук.

- Бере участь у реакціях, що протікають у цитоплазмі (у водному середовищі) – більшість біосинтетичних реакцій, підтримання процесів життєдіяльності, осмотична робота, рух клітини, ряд мембранозалежних процесів.

Відкриття другої універсальної форми енергії (у формі трансмембранного електрохімічного градієнта іонів водню) належить Пітеру Мітчелу. Використання цієї форми пов’язане з:

- Синтезом АТФ;

- Синтезом пірофосфату, що каталізується пов’язаним з мембраною ферментним комплексом;

- Зворотним перенесенням електронів, що приводить до відновлення НАД(Ф)+;

- Поглинанням ДНК у процесі генетичної трансформації;

- Перенесенням білків через мембрану;

- Рухом багатьох прокаріот;

- Активним транспортом молекул і іонів через ЦПМ.