1. Регуляция клеточного метаболизма у
прокариот
В прокариотной клетке почти все процессы
регулируются. Одна и та же реакция может одновременно подвергаться нескольким
видам регуляторного воздействия, неравноценным по направлению и силе действия.
Следствием этого является строгая координация активности отдельных метаболических
процессов, приводящая к тому, что любой организм в норме представляет собой
хорошо отлаженное устройство с системой развитых регуляторных связей.
Эффективность клет.регулят. механизмов очень высока. Они обеспечивают
максиамльноэкономическое использование питательных веществ среды, предупреждают
избыточный синтез промежуточных и конечных метаболитов, отвечают за быструю
адаптацию к изменившимся условиям. Регуляция метаболизма сводится к регуляции
интенсивности ферментативных реакций. Скорость последних регулируется: путем
изменения количества ферментов и/или изменения их активности.
Регуляция активности ферментов (Р.А.Ф.)
Факторы РАФ делятся на физические
(темпер., давление, свет, магнит. поле, электр. импульсы)оказывают меньшее
действие, чем химические. Одни хим. вещ-ва связываются сактивным ценром
фермента (субстраты, кофакторы, конкуретные ингебиторы), что приводит к
изменению ферментативной активности. Другие вещества взаимодействуют со
специальными участками на поверхности молекулы определенного типа фермента, не
имеющими непосредственного отношения к центрам каталитической активности, но
приводящими к ее изменению. Р.А.Ф. происходит путем химической модификации их
молекулы, в основе которой лежит ковалентное обратимое связывание с ферментом определенной
группировки, что приводит к изменению его активности. Наиболее быстрым и тонким
механизмом Р.А.Ф. является регуляция, которой подвергается определенный тип
ферментов, получивших название аллостерических. Наиболее простойслучай
аллостерической регуляции – регуляция первого фермента неразветвленного
биосинтетического пути его конечным продуктом. Некоторые аллостеричекие
ферменты существуют в виде нескольких молекулярных форм (изоферментов).
Регуляция синтеза ферментов.
Регулирование конечным продуктом
активности аллостерического фермента определенного биосинтетического пути
обеспечивает мгновенную реакцию, приводящую к изменению выхода этого продукта.
Если последний оказывается ненужным, отпадает надобность и в ферментах,
участвующих в его синтезе. Очевидна нужность синтеза только тех ферментов,
которые необходимы в конкретных условиях. У прокариот в одних условиях фермент
может содержаться в количестве не более 1-2 молекул, в других – составлять
несколько процентов от клеточной массы. Количество определенного фермента в
клетке может регулироваться на нескольких уровнях: на этапе транскрипции,
трансляции, в процессе сборки и разрушения ферментативного белка. Специфические
химические сигналы могут инициировать или блокировать транскрипцию определенного
участка ДНК в иРНК. Регуляция синтеза ферментов на этапе транскрипции основана
на том, что «считывание» бактериальных генов происходит избирательно и скорость
образования копий соответствующих иРНК находится под сложным контрольным
механизмом. Ферменты, синтез которых в растущей клетке происходит с постоянной
скоростью в результате постоянного транскрибирования соответствующих генов, они
присутствуют в клетке в более или менее постоянной концентрации, называются
конститутивными. К ним относят, например гликолитические ферменты.
Метаболические пути, функционирующие с участием конститутивных ферментов,
контролируются посредством других регуляторных воздействий, аллостерического
ингибипования.
2. Роль микроорганизмов в круговороте
азота в природе. Азотное питание прокариот с различными типами жизни
Он складывается из трех основных
процессов: 1)фиксация азота атмосферы; 2)нитрификация-окисление азота; 3)
денитрификация(гниение) – восстановление азота. Азот атмосферы фиксируют только
свободноживущие азотофиксаторы (азотобактер) и микробы-симбионты – клубеньковые
бактерии.N2=H2N=H3N Они имеют ферменты, обладающие способностью связывать
свободный азот с другими химическими элементами. Эти микроорганизмы синтезируют
сложные органические соединения. Значение: обогащают почву связанным азотом и
способствуют ее плодородию. Аммонификация, или гниение, — процесс разложения
белков на менее сложные соединения: пептоны, пептиды, аминокислоты. Процессы
нитрификации, или окисления, аммиака в нитриты, а затем в нитраты осуществляют
почвенные бактерии, в результате растения получают питательные вещества.
Сначала бактерии (нитрозомонас) окисляют аммиак в азотистую кислоту, получая
при этом энергию, необходимую для своей жизни. (NH2+1,5O2=NO2+H2O+2H) На втором
этапе нитратные бактерии(нитробактер) окисляют азотистую кислоту в азотную.
(NO2+О2 = NO3). Процессы дентрофиксации иду при наличии в почве
денитрофиксирующих бактерий, которые восстанавливают нитраты до молекудярного
азота. NO3 = NO2 = NO= N2.Эти процессы протекают на глубине 10-15см в почве в
анаэробных условиях и ведут к понижению плодородия почвы, уменьшая в ней запасы
нитритов. Бактерии, осуществляющие круговорот азота в природе могут быть либо
симбионтами, либо свободноживущими.
3. Роль микроорганизмов в круговороте водорода.
Водородные бактерии, особенности их метаболизма, роль в природе и практическое
значение
К водородным бактериям относятся
эубактерии, способные получать энергию путем окисления молекулярного водорода с
участием О2, а все вещества клетки строить из углерода СО2. Водородные бактерии
– хемолитоавтотрофы, растущие при окислении Н2 в аэробных условиях. Н2
+1/5О2=Н2О. Помимо окисления для получения энергии молекулярный водород
используется в конструктивном метаболизме. На 5 молекул Н2, окисленного в процессе
дыхания приходится 1 молекула Н2, затраченная на образование биомассы. 6
Н2+2О2+СО2=СН2О +5Н2О. Молекулярный водород – наиболее распространенный
неорганический субстрат, используемый бактериями для получения энергии в
процессе окисления. К водородным бактериям относятся представители 20 родов,
объединяющие грамположительные и грамотрицательные формы разной морфологии,
подвижные и неподвижные, образующие спор и бесспоровые, размножающиеся делением
и почкованием.(род Hydrogenobacter). Из всех хемолитоавтотрофных эубактерий
только водородные бактерии с помощью определенной формы гидрогеназы могут
осуществлять непосредственное восстановление НАД+ окислением неорганического
субстрата. К образованию молекулярного водорода приводят разные процессы, в том
числе и биологические. Активными продуцентами Н2 являются эубактерии. Также
активно осуществляется и потребление Н2
Важная роль в этом принадлежит водородным
бактериям. В последнее время водородные бактерии привлекают к себе внимание
возможностью практического использования: для получения кормового белка, а
также ряда органических соединений (кислоты, аминокислоты, витамины, ферменты).
4. Роль микроорганизмов в круговороте
кислорода
Молекулярный кислород микроорганизмы
используют в процессе дыхания и окисления неорганических веществ. Выделяют
кислород в атмосферу некоторые фотосинтезирующие бактерии (цианобактерии и
прохролофиты). По мере накопления кислород становится постоянным компонентом
внешней среды, и только локально могут быть созданы такие условия, где он
отсутствует или содержится в малых количествах. Это обусловило два возможных
варианта взаимодействия прокариот с молекулярным кислородом. Одни из
существовавших анаэробных форм «ушли» в места обитания, где кислород
практически отсутствует, и тем самым сохранили «облик бескислородной эпохи».
Другие были вынуждены пойти по пути приспособления к «кислородным» условиям.
Это означает, что они формировали новые метаболические реакции, служащие в
первую очередь для нейтрализации отрицательного действия молекулярного
кислорода.
аудиоформат
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.