Шпаргалка по дисциплине"Микробиология"

Фикобилипротеиды – красные и синие пигменты, содержащиеся только у одной группы прокариот – цианобактерий. Различия в спектральных свойствах фикобилипротеидов определяются аминокислотной последовательностью альфа и бета-полипептидов, числом и типом присоединенных к ним хромофорных групп, а также степенью агрегирования.

К вспомогательным фотосинтетическим пигментам, которые содержат все фотосинтезирующие организмы, относятся каротиноиды. Большинство каротиноидов построено на основе конденсации 8 изопреноидных остатков. Выделяют также каротиноиды, не содержащие кислорода, и кислородсодержащие каротиноиды, общее название которых – ксантофиллы. Каротиноидные пигменты поглощают свет в синем и зеленом участках спектра, т. е. в области длин волн 400–550 нм. Эти пигменты, как и хлорофиллы, локализованы в мембранах и связаны с мембранными белками без участия ковалентных связей.  В качестве вспомогательных фотосинтетических пигментов каротиноиды поглощают кванты света в коротковолновой области спектра, которые затем передаются на хлорофилл.

Каротиноиды участвуют в осуществлении реакций фототаксиса.

 

53. Метаболизм бактерий. Хемосинтез. Происхождение кислородного  дыхания. Токсический эффект воздействия  кислорода.

Метаболизм  – совокупность разнообразных ферментативных реакций, происходящих в микробной клетке и направленных на получение энергии и превращение простых химических соединений в более сложные. Метаболизм обеспечивает воспроизводство всего клеточного материала, включая два единых и одновременно противоположных процесса – конструктивный и энергетический обмен.

Метаболизм протекает в три этапа:

1.катаболизм – распад органических  веществ на более простые фрагменты;

2.амфиболизм – реакции промежуточного  обмена, в результате которых  простые вещества превращаются  в ряд органических кислот, фосфорных эфиров и пр.;

3.анаболизм – этап синтеза  мономеров и полимеров в клетке.

Метаболические пути формировались в процессе эволюции.

Основным свойством бактериального метаболизма является пластичность и высокая интенсивность, обусловленная малыми размерами организмов.

К метаболическим путям у прокариот относятся брожение, фотосинтез и хемосинтез.

Хемосинтез – способ питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ служат процессы окисления различных неорганических и неорганических веществ. Хемосинтез часто сравнивают с дыханием, у микроорганизмов дыхание может быть аэробным и анаэробным.

Анаэробное дыхание – это энергодающий клеточный процесс, в котором конечным акцептором электронов служит окисленное органическое или неорганическое вещество, отличное от кислорода. Анаэробное дыхание сопряжено с функционированием электрон-транспортной цепи и является в эволюции энергетических процессов в клетках живых организмов переходным звеном от субстратного фосфорилирования к аэробному дыханию.

Происхождение кислородного дыхания

Общепринято представление о том, что молекулярный кислород атмосферы имеет биогенное происхождение, и его появление непосредственно связано с формированием нового типа фотосинтеза, при котором в качестве донора электронов используется вода. В условиях первобытной Земли до возникновения выделяющих кислород фотосинтезирующих эубактерий единственным источником свободного кислорода была реакция фотолиза паров воды в атмосфере, происходящая под действием коротковолнового ультрафиолета. Однако количество «фотолитического» кислорода было ничтожным по сравнению с его содержанием в современной земной атмосфере. Образующийся кислород использовался для окисления газов первобытной атмосферы и восстановленных минералов, входящих в состав земной коры.

Для переключения организма с брожения на дыхание достаточна концентрация кислорода 0,2%, т.е. 0,01% его уровня в современной атмосфере. Появление и накопление О2 в земной атмосфере было событием, значение которого для последующей эволюции жизни на Земле трудно переоценить. Образование О2 в возрастающих количествах сделало возможным протекание окислительных реакций в широких масштабах. Изменился характер атмосферы: из восстановительной она стала окислительной. В условиях бескислородной атмосферы доминирующим было решение проблемы акцептора электронов, а в условиях кислородной атмосферы основной становится проблема донора электронов, поскольку с появлением О2 в атмосфере Земли образовался источник превосходного акцептора электронов.

В период, предшествовавший появлению больших количеств свободного кислорода в атмосфере, прокариотное сообщество было разнообразнее, чем в последующее время. Разнообразие прокариотного сообщества значительно уменьшилось 1,5 млрд. лет назад.

По мере накопления О2 становится постоянным компонентом внешней среды. Это обусловило два возможных варианта последующего взаимодействия прокариот с молекулярным кислородом.

Одни из существовавших анаэробных форм перешли в места обитания, где О2 практически отсутствует. Другие были вынуждены приспособиться к аэробным условиям и формировать новые метаболические реакции, служащие для нейтрализации отрицательного действия молекулярного кислорода.

Токсические эффекты молекулярного кислорода и его производных

Как фактор внешней среды О2 воздействует на современные прокариотные организмы двояко: с одной стороны, он может быть абсолютно необходимым, с другой – с молекулярным кислородом и его производными связаны токсические эффекты для клеток.

Существует ряд гипотез, объясняющих чувствительность прокариот к О2:

1. Молекулярный кислород является токсическим соединением, агрессивное действие которого связано со способностью окислять клеточные метаболиты, необходимые для функционирования в восстановленном состоянии.
2. Токсичность молекулярного кислорода – следствие активного акцептирования им электронов с растворимых переносчиков, функционирующих в процессах брожения, что будет приводить к истощению восстановленных доноров электронов, необходимых для биосинтезов. Это приводит к подавлению роста и изменению выхода продуктов брожения, накоплению более окисленного продукта.
3. Для проявления токсического эффекта О2 вполне достаточно окисления им какого-либо одного ключевого метаболита или фермента, приводящего к их инактивации.

Три ферментные системы прокариот, особо чувствительные к молекулярному кислороду: нитрогеназа, гидрогеназа и рибулозодифосфаткарбоксилаза (фермент, катализирующий фиксацию СО2 у подавляющего большинства автотрофных прокариот).

Для нейтрализации токсических форм О2 существующие прокариоты выработали различные защитные механизмы, которые могут быть разделены на несколько типов:

*В клетке активизируются специальные  ферменты, для которых разложение  токсических форм О2 является  основной и в ряде случаев  единственной функцией.

*Для разрушения токсических  форм О2 используются определенные  клеточные метаболиты. Как правило, в этом случае участие в  защите клетки от токсических  эффектов производных О2   является  не единственной функцией этих  метаболитов.

*Ряд приспособлений, выработанных прокариотами на разных уровнях: популяционном, физиологическом, структурном, сформированных для других целей, но оказавшихся полезными и для детоксикации О2.

 

54. Метаболизм бактерий. Хемосинтез. Дыхательный аппарат  клетки. Метаболизм бактерий. Хемосинтез.  Энергетический обмен микроорганизмов.

Метаболизм  – совокупность разнообразных ферментативных реакций, происходящих в микробной клетке и направленных на получение энергии и превращение простых химических соединений в более сложные. Метаболизм обеспечивает воспроизводство всего клеточного материала, включая два единых и одновременно противоположных процесса – конструктивный и энергетический обмен.

Метаболизм протекает в три этапа:

1.катаболизм – распад органических  веществ на более простые фрагменты;

2.амфиболизм – реакции промежуточного  обмена, в результате которых  простые вещества превращаются  в ряд органических кислот, фосфорных  эфиров и пр.;

3.анаболизм – этап синтеза  мономеров и полимеров в клетке.

Метаболические пути формировались в процессе эволюции.

Основным свойством бактериального метаболизма является пластичность и высокая интенсивность, обусловленная малыми размерами организмов.

К метаболическим путям у прокариот относятся брожение, фотосинтез и хемосинтез.

Хемосинтез – способ питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ служат процессы окисления различных неорганических и неорганических веществ. Хемосинтез часто сравнивают с дыханием, у микроорганизмов дыхание может быть аэробным и анаэробным.

Энергетический обмен  микробов значительно более разнообразен, чем у высших организмов. Очень распространены у микроорганизмов анаэробные превращения веществ по гликолитическому пути, гексозомонофосфатному и пути  Энтнера-Дудорова.

 

55. Метаболизм бактерий. Хемосинтез.  Аэробные и анаэробные бактерии. Полное и неполное окисление. Анаэробное дыхание.

Метаболизм  – совокупность разнообразных ферментативных реакций, происходящих в микробной клетке и направленных на получение энергии и превращение простых химических соединений в более сложные. Метаболизм обеспечивает воспроизводство всего клеточного материала, включая два единых и одновременно противоположных процесса – конструктивный и энергетический обмен.

Метаболизм протекает в три этапа:

1.катаболизм – распад органических веществ на более простые фрагменты;

2.амфиболизм – реакции промежуточного  обмена, в результате которых  простые вещества превращаются  в ряд органических кислот, фосфорных  эфиров и пр.;

3.анаболизм – этап синтеза  мономеров и полимеров в клетке.

Метаболические пути формировались в процессе эволюции.

Основным свойством бактериального метаболизма является пластичность и высокая интенсивность, обусловленная малыми размерами организмов.

К метаболическим путям у прокариот относятся брожение, фотосинтез и хемосинтез.

Хемосинтез – способ питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ служат процессы окисления различных неорганических и неорганических веществ. Хемосинтез часто сравнивают с дыханием, у микроорганизмов дыхание может быть аэробным и анаэробным.

Анаэробное дыхание – это энергодающий клеточный процесс, в котором конечным акцептором электронов служит окисленное органическое или неорганическое вещество, отличное от кислорода.

Анаэробное дыхание сопряжено с функционированием электрон-транспортной цепи и является в эволюции энергетических процессов в клетках живых организмов переходным звеном от субстратного фосфорилирования к аэробному дыханию.

Акцептор электронов	Восстановленный продукт	Процесс	Микроорганизмы, которые осуществляют данный процесс
NO3-	NO2-	«Нитратное дыхание» - диссимиляционная нитратредукция	Бактерии семейства Enterobacteriaceae, рода Bifidobacteriaceae
NO3-	NO2- àN2OàN2	«Нитратное дыхание» - денитрификация	Pseudomonas, Bacillus
CO2	CH4	«Карбонатное дыхание» – метаногенез	Метаногенные археи
CO2	Ацетат	«Карбонатное дыхание» – ацетогенез	Гомоацетогенные бактерии (Clostridium, Sporomusa, Acetobacterium, Peptostreptococcus, Eubacterium)
Fe3+	Fe2+	«Железное дыхание»	Geobacter
2[H+] + фумарат	Сукцинат	«Фумаратное дыхание»	Энтеробактерии, вибрионы и пропионовые бактерии

 

Большинство аэробных организмов окисляет питательные вещества в процессе дыхания до углекислого газа и воды.

Поскольку в молекуле СО2 достигается наивысшая степень окисления углерода, процесс называется полным окислением.

При неполном окислении в качестве продуктов обмена выделяются частично окисленные органические соединения, такие как уксусная, фумаровая, лимонная, яблочная, молочная кислоты. Субстратом в данном случае становятся углеводы и органические спирты.

Полное окисление может происходить при использовании цикла трикарбоновых кислот с участием дегидрогеназ никотинамиддинуклеотида, флавинамиддинуклеотида и коэнзима ацетилирования