Слайд 2
Энергия в бактериальной клетке накапливается в форме молекул АТФ. У
хемоорганотрофных бактерий реакции, связанные с получением энергии в форме АТФ,
— это реакции окисления-восстановления, сопряженные с реакциями фосфорилирования.
Слайд 3При использовании в качестве источника углерода и энергии глюкозы или
других гексоз начальные этапы окисления глюкозы являются общими, как при
оксидативном, так и при бродильном метаболизмах. К ним относятся пути превращения глюкозы в пируват (при использовании в качестве источника энергии отличных от глюкозы гексоз, или дисахаридов, они в результате химических превращений вступают в цепь реакций, превращающих глюкозу в пируват).
Слайд 4Пути расщепления глюкозы.
Расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты, одному из
важнейших промежуточных продуктов обмена веществ, у бактерий происходит 3 путями
Слайд 5Пути расщепления глюкозы
1) через образование фруктозо-1,6-дифосфата (ФДФ-путем, или гликолитическим распадом,
или, по имени изучавших его исследователей, путем Эмбдена—Мейергофа— Парнаса);
2) через
пентозофосфатный путь (ПФ-путь);
3) через путь Энтнера—Дудорова, или КДФГ-путь (путь 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконовая кислоты).
Слайд 6Глюкоза в бактериальной клетке сначала фосфорилируется при участии АТФ и
фермента гексокиназы до метаболически активной формы глюкозо-6-фосфата (Г-6-Ф), которая служит
исходным соединением для любого из трех указанных выше путей.
Слайд 7ФДФ-путь.
Г-6-Ф изомеризуется до фруктозо-6-фосфата, который под действием фосфофруктокиназы превращается
во фруктозо-1,6-дифосфат, который в дальнейшем через образование З-фосфоглицеринового альдегида окисляется
до пировиноградной кислоты.
Баланс окисления глюкозы по ФДФ-пути слагается из образования 2 молекул пирувата, 2 молекул АТФ и 2 молекул восстановленного НАД.
Слайд 8ПФ-путь.
В этом случае глюкозо-6-фосфат через реакции дегидрирования и декарбоксилирования
превращается в рибулезо-5-фосфат (Ри-5-Ф), который находится в равновесии с рибозо-5-фосфатом
и ксилулозо-5-фосфатом. Ри-5-Ф расщепляется до З-фосфоглицеринового альдегида, промежуточного продукта превращения глюкозы в пируват.
Слайд 9Образовавшиеся пентозофосфаты превращаются в результате транскетолазных и трансальдолазных реакций во
фруктозо-6-фосфат, замыкая реакции в цикл, и в 3-фосфоглицериновый альдегид, промежуточный
продукт превращения глюкозы в пируват по ФДФ-пути.
При одном обороте цикла образуется 1 молекула З-фосфоглицеринового альдегида, 3 молекулы С02 и 2 молекулы восстановленного НАДФ.
Слайд 10КДФГ-путь (путь Этнера—Дудорова)
Этот путь расщепления глюкозы специфичен только для
бактерий. Встречается у бактерий, потерявших фермент
фосфофруктокиназу, например у бактерий рода Pseudomonas.
Слайд 11Процесс начинается с дегидрирования глюкозо-6-фосфата до 6-фосфоглюконовой кислоты. От нее
под действием дегидрогеназы отщепляется вода и образуется 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконовая кислота (КДФГ),
которая расщепляется альдолазой на пируват и 3-фосфоглицериновый альдегид. Последний окисляется до пировиноградной кислоты так же, как и по ФДФ-пути.
Слайд 12На каждую молекулу глюкозы образуется 1 молекула АТФ, 1 молекула
восстановленного НАД и 1 молекула восстановленного НАДФ, которая эквивалента 1
молекуле АТФ и 1 молекуле восстановленного НАД.
Слайд 13Окислительный метаболизм у бактерий (дыхание)
Слайд 14Окислительный метаболизм
Бактерии, обладающие окислительным метаболизмом, энергию получают путем дыхания.
Дыхание— процесс
получения энергии в реакциях окисления-восстановления, сопряженных с реакциями окислительного фосфорилирования,
при котором донорами электронов могут быть органические (у органотрофов) и неорганические (у литотрофов) соединения, а акцептором — только неорганические соединения.
Слайд 15В зависимости от акцепторов протонов и электронов среди бактерий различают
аэробы, факультативные анаэробы и облигатные анаэробы. Для аэробов акцептором является
кислород. Факультативные анаэробы в кислородных условиях используют процесс дыхания, в бескислородных – брожение. Для облигатных анаэробов характерно только брожение, в кислородных условиях наступает гибель микроорганизмов из-за образования перекисей, идет отравление клетки.
Слайд 16Облигатные аэробы (бруцеллы, легионеллы, псевдомонады, микобактерии, возбудитель сибирской язвы) растут
и размножаются только в присутствии кислорода. Используют кислород для получения
энергии путем кислородного дыхания. Они подразделяются на:
1) строгие аэробы (менингококки, бордетеллы), которые растут при парциальном давлении атмосферы воздуха;
2) микроаэрофилы (листерии) растут при пониженном парциальном давлении атмосферного возхдуха.
Слайд 17Облигатные анаэробы (бифидобактерии, лактобактерии, клостридии) не используют кислород для получения
энергии. Тип метаболизма у них бродильный. Они подразделяются на:
1)
строгие анаэробы – микроорганизмы для которых молекулярный кислород токсичен; он либо убивает микроорганизмы, либо ограничивает их рост. Энергию строгие анаэробы получают маслянокислым брожением;
2) аэротолерантные микроорганизмы (молочнокислые бактерии) используют кислород для получения энергии, но могут существовать в его атмосфере. Энергию получают гетероферментативным молочнокислым брожением
Слайд 18Факультативные анаэробы (пневмококки, энтерококки, энтеробактерии, коринебактерии, франциселлы) способны расти и
размножаться как в присутствии кислорода, так и в отсутствии его.
Они обладают смешанным типом метаболизма. Процесс получения энергии у них может происходить кислородным дыханием в присутствии кислорода, а в его отсутствии переключаться на брожение. Различное физиологическое отношение микроорганизмов к кислороду связано с наличием у них ферментных систем, позволяющих существовать в атмосфере кислорода.
Слайд 19В окислительных процессах, протекающих в атмосфере кислорода образуются токсические продукты:
перекись водорода Н2О2 и закисный радикал кислорода О2-. Для нейтрализации
токсичных форм кислорода, микроорганизмы, способные существовать в его атмосфере, имеют защитные механизмы.
Слайд 20У бактерий, обладающих окислительным метаболизмом, акцептором электронов (или водорода (Н+))
является молекулярный кислород. В этом случае пируват полностью окисляется в
цикле трикарбоновых кислот до С2.
Слайд 21Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса)
Слайд 22Цикл трикарбоновых кислот выполняет функции как поставщика предшественников для биосинтетических
процессов, так и атомов водорода, который в форме восстановленного НАД
переносится на молекулярный кислород через серию переносчиков, обладающих сложной структурно оформленной мультиферментной системой — дыхательной цепью.
Дыхательная цепь у бактерий локализована в ЦПМ и во внутриклеточных мембранных структурах.
Слайд 23Типичная цепь выглядит следующим образом:
ЦТК → НАД(Н2)→флавопротеид→хинон → →цитохромы: в→с→а→О2
Слайд 24Среди бактериальных цитохромов различают цитохромы в, с, а и а3.
Конечным этапом переноса электронов (протонов) по дыхательной цепи является восстановление
цитохромов а - а3 (цитохромоксидазы). Цитохромоксидаза является конечной оксидазой, передающей электроны на кислород.
Образующиеся при окислении ФАД или хинонов протоны связываются ионами О2- с образованием воды.
Слайд 25Образование АТФ вдыхательной цепи связывают с хемоосмотическим процессом. Особая ориентация
переносчиков в ЦПМ приводит к тому, что передача водорода происходит
с внутренней на внешнюю поверхность мембраны, в результате чего создается градиент атомов водорода, проявляющийся в наличии мембранного потенциала. Энергия мембранного потенциала используется для синтеза локалиизованной в мембране АТФазой АТФ.
Слайд 26У некоторых бактерий цитохромы отсутствуют, и при контакте с кислородом
происходит непосредственный перенос водорода на кислород с помощью флавопротеидов, конечным
продуктом при этом оказывается перекись водорода — Н2О2.
Слайд 27Помимо углеводов прокариоты способны использовать другие органические соединения, в частности
белки, в качестве источника энергии, окисляя их полностью до СО2
и Н2О.
Слайд 28Аминокислоты могут использоваться в конструктивном метаболизме, а могут у аммонифицирующих
бактерий служить основным материалом в энергетических процессах при окислительном дезаминировании,
в результате которого происходит выделение аммиака и превращение аминокислоты в кетокислоту, которая через цикл трикарбоновых кислот вступает в конструктивный метаболизм:
2R–CHNH2 –СООН + О2 →2R– СО –COOH + +2NH3