Поступление питательных веществ в клетку

Микроорганизмы могут использовать питательные вещества лишь в том случае, если они проникают внутрь клетки. Микроорганизмы могут потреблять питательные вещества только в растворенном виде (в воде или липидах). Низкомолекулярные вещества легко проникают в клетку. Органические высокомолекулярные вещества могут поступать в клетку после предварительного расщепления их на более простые под действием экзоферментов (в основном гидролаз). Поступление питательных веществ в микробную клетку регулирует двойной барьер – клеточная стенка и ЦПМ. Поступление макромолекул ограничивает величина пор клеточной стенки. Капсулы и слизистый слой представляют собой очень рыхлые структуры и не оказывают существенного сдерживающего влияния на проникновение веществ. ЦПМ является основным осмотическим барьером. Через протеиновую часть ЦПМ проходят вещества, растворимые в воде, через липидную – растворимые в липидах.

Пассивная (простая) диффузия– поступление веществ в клетку происходит в результате процесса диффузии. Так поступают в клетку очень немногие соединения, в основном молекулы воды, газов и некоторые ионы. Процесс идет до выравнивания концентраций веществ в наружной среде и в клетке, или до выравнивания электролитических потенциалов, если поступают ионы. Такой механизм не мог бы обеспечить клетку нужным набором питательных веществ (особенно, если их мало в окружающей среде). Кроме того, в клетку могли бы поступать вредные вещества при наличии их в окружающей среде в концентрации, превышающей внутреннюю.

Облегченная диффузия – поступление питательных веществ в микробную клетку осуществляется с помощью специальной системы, включающей белки-переносчики – пермеазы(англ. permeable – проницаемый). Перенос носит специфический характер, каждое соединение переносится своим переносчиком. Поэтому процесс идет быстрее, чем при простой диффузии. Энергия на перенос не затрачивается. Энергия затрачивается только на синтез пермеаз, на обеспечение определенной концентрации и активной формы пермеаз. Процесс идет до выравнивания концентраций вещества по обе стороны ЦПМ. Чаще всего такой механизм обеспечивает выход растворенных веществ из клетки. Скорость выхода веществ увеличивается с увеличением количества этих веществ внутри клетки.

Активный транспорт (перенос) – более совершенная форма переноса. При этом переносе микробная клетка способна накапливать необходимые вещества независимо от их концентраций в окружающей среде. Процесс может идти против градиента концентраций (от меньшей концентрации к большей).

Процесс строго специфичен, идет с большой затратой энергии, с участием пермеаз. Синтез пермеаз находится под контролем генетического аппарата клетки. Пермеазам свойственна субстратная специфичность.

Существуют конститутивный и индуцибельный механизмы. Конститутивный механизм широко распространен у пермеаз аминокислот, индуцибельный – у пермеаз углеводов.

Локализованные на ЦПМ пермеазы соединяются с молекулами вещества на наружной стороне мембраны и переносят это вещество на внутреннюю сторону. Можно выделить следующие этапы:

1) рецепция, т.е.образование комплекса с активным центром переносчика;

2) собственно перенос, или транслокация;

3) диссоциация комплекса с освобождением субстрата;

4) регенерация транспортной системы.

Большинство питательных веществ поступает в клетки микроорганизмов путем активного переноса. На процесс оказывают влияние температура, рН, некоторые химические вещества, аэрация.

Вопросы для самопроверки

1. В чем особенность метаболизма микроорганизмов?

2. Какие ферменты класса оксидоредуктаз свойственны только аэробным микроорганизмам?.

3. Какие реакции обеспечивают гидролазы микроорганизмов?

4. В чем различие конститутивных и индуцибельных ферментов микроорганизмов?

5. В чем различие экзо- и эндоферментов микроорганизмов?

6. Какие существуют виды ингибирования ферментов микроорганизмов?

7. Какие химические связи называются нормальными, а какие макроэргическими?

8. Какие существуют виды фосфорилирования с образованием АТФ?

9. Какие способы получения энергии свойственны только микроорганизмам?

10. Чем отличается бактериальный фотосинтез от фотосинтеза растений?

11. Какими путями происходит расщепление гексоз микроорганизмами в анаэробных условиях?

12. В чем отличие брожения от неполного аэробного окисления органических веществ?

13. Как осуществляется микроорганизмами окислительное фосфорилирование?

14. Как происходит анаэробное дыхание микроорганизмов?

15. Как микроорганизмы используют энергию неорганических субстратов?

16. Как различаются микроорганизмы по пищевым потребностям?

17. Какое значение имеет вода для жизнедеятельности микробной клетки?

18. На какие группы разделяются микроорганизмы в зависимости от источника источника углерода и энергии?

19. Что такое сапрофиты?

20. Какие субстраты используют аминоавтотрофные микроорганизмы?

21. Какие субстраты используют аминогетеротрофные микроорганизмы?

22. Что такое ауксотрофность микроорганизмов?

23. В чем различие пассивной и облегченной диффузии?

24. Как осуществляется активный перенос веществ?

25. Какие этапы можно выделить в процессе переноса веществ с помощью пермеаз?

Литература: [2, 4, 7, 9, 11, 13].