Микроорганизмдер метаболизмі

Лектор: Сарсекеева Фариза Кудайбергеновна

ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

БИОЛОГИЯ ЖӘНЕ БИОТЕХНОЛОГИЯ КАФЕДРАСЫ

• Метаболизм (грекше metabole – өзгеріс) – микроорганизмдер клеткасының энергетикалық және биосинтетикалық қажеттіліктерін қамтамасыз ететін және сол клеткада өтетін биохимиялық (ферментативтік) процесстердің жиынтығы.
• Конструктивті метаболизм (анаболизм, биосинтез) – сырттан түсетін заттардың әсерінен микроорганизмдер клеткасының заттары құрылатын реакциялар ағымы және сонымен бірге жасушалар сақтайтын энергия қолданылады.
• Энергетикалық метаболизм (катаболизм) – организмде тіршілік әрекеті процесінде пайдаланылған энергияны босата отырып, қажетсіз заттарды денеден сыртқа шығарып тастау реакциялар ағымы.

​

​

Микроорганизмдер анаболизмі

Конструктивті метаболизмде (анаболизм) жетекші рольді көміртегі мен азот қосындылары атқарады, себебі осы қосындылардан микроб клеткаларының барлық компоненттері жасалынады.

Бактериялар тұтынатын Көміртегі көзіне байланысты екі топка бөлінеді:

автотрофтар және гетеротрофтар.

Автотрофтар (грекше autos – өзі, trophe - қоректену) – көміртегі бар заттарды

көмірқышқыл газынан және минералды тұздардан (карбонаттар) синтездейді

органикалық қосылыстарды қажет етпейді

​

Гетеротрофтар (грекше heteros -баска) – биосинтезге көміртегі көзі ретінде көміртекті органикалық заттар ды қолданады.

Гетеротрофтарға адам мен жануарлардың инфекциялық ауру қоздырғыштары жатады.

​

​

Тұтынатын азот көзіне де байланысты бактериялар екі топқа бөлінеді группы: аминоаутотрофтар және аминогетеротрофтар.

Аминоаутотрофтар – азоты бар заттарының синтезі үшін атмосфералық азотты тұтынады (азотфиксациялаушы

бактериялар) немесе азоты бар минералды тұздардан

(нитрифицирлеуші бактериялар), олар органикалық қосылыстарды қажет етпейді.

Аминогетеротрофтар – өзінің биосинтезі үшін азот көзі ретінде азоты бар органикалық заттарды қолданады.

Аминогетеротрофтарға адам және жануарлардың ауру қоздырғыштары жатады.

​

​

Гетеротрофияның көріну дәрежесі (соның ішінде амино-

гетеротрофия) бактерияларда алуан түрлі. Ең жоғары гетеротрофиясы бар, өмір сүруге қабілетті- прокариоттық организмдер, олар тек тірі жасушалардың ішінде тіршілік ете алады (риккетсия, хламидиоз). Олардың метаболизмі толығымен қожайын организіміне байланысты. Бұндай микрорганизмдерді облигатты (қатаң) паразиттер (от греч. parasitos - нахлебник) деп атайды.

Кейбір бактериялар қожайын клеткалардан тыс та өмір сүре алады, бірақ ол үшін арнайы жағдайлар жасау қажет (мысалы арнайы қоректік орталар), ондай микроорганизмдерді факультативті (ситуативными) паразиттар деп атайды.

Жер шарын мекендейтін бактерялардың көбісі (99 %), сапрофиттарға ( от греч. sapros – гнилой и phyton - растение) жатады. Олар өлі органикалық қалдықтармен қоректенеді.

​

​

​

​

Микроорганизмдердің органикалық қосылыстардың биосинтезі

Бактериальді клетка компоненттердің негізгі органикалық қосылыстардың синтезі клеткаға сырттан немесе клетка өзі синтездеген төменгі молекулалық қосылыстардың – мономерлердің Полимеризация реакциясы (полимераза ферментінің көмегімен қосылыстарды реттеп қосу) нәтижесінде жүреді.

Полипептидтер (белоктар) - аминқышқылдардын синтезделеді;

Полисахаридтер - глюкозо-1,6-фосфоттан,

ацетил-коэнзимаА, пирожүзім қышқылынан және т.б. синтезделеді;

Липидтер – қаныққан және қанықпаған май қышқылдарынан, фосфор қышқылдарының қалдығынан, спирт (глицерин) және т.б. синтезделеді;

Нуклеин қышқылдары (ДНК, РНК) – пунинді (аденин, гуанин) және пиримидинді (тимин, цитозин, урацил) қатардағы нуклеотидтерден синтезделеді.

Микроорганизмдер катаболизмі

Клетка компоненттері синтезі және баска тіршілік ету процесстері үшін, қоректік заттардан баска энергия қажет, бұл энергия энергетикалық метаболизм процессі кезінде аденозинүшфосфат – АТФ түрінде жинақталады.

Энергия көзіне байланысты барлық микроорганизмдер екі топқа бөлінеді: фототрофтар және хемотрофтар.

Фототрофтар – жарықты, яғни электромагниттік сәулені энергия көзі ретінде қолданады (цианобактерия, микробалдырлар);

Хемотрофтар – энергия көзі ретінде минералды заттарды (литотрофтар) немесе органикалық косылыстарды (органотрофтар) қолданады

Адам және жануарлардың ауру қоздырғыштары хемотрофтар болып келеді.

​

О2- тұтынуы бойынша бактериялар топтары

• Облигатты (қатан) аэробтар атмосферада 20% оттегі бар кезінде дамиды (туберкулез, оба, холера қоздырғыштары).
• Облигатты (қатан) анаэробтар — молекулярлық оттегі бар жерде тіршілік ете алмайтын бактериялар (сіреспе, ботулизм қоздырғыштары).
• Факультативті анаэробтар - оттегі бар және жоқ орталарда да тіршілік ете алады (патогенді және сапрофитті микроорганизмдердің көбісі: стафилококктар, ішек инфекциялардың қоздырғыштары - дизентерия, сальмонеллез, эшерихиоз и др.);
• Микроаэрофилдер аз оттегіні қажет етеді, жоғары концентрациядағы оттегі бұл микроорганизмдерді өлтірмейді бірақ көбеюін бәсеңдетеді; кейбір микробтар көмірқышқыл газының көптеген концентрациясын қажет етеді ( возбудители менингококковой инфекции, бруцеллеза и др.).
• Аэротолерантты бактериялар оттекті ортада өсе алады бірақ оны тұтынбауы мүмкін. Олар энергияны ашыту процесстері арқылы алады (гемолитические стрептококки – возбудители гнойно-воспалительных поражений, скарлатины, ревматизма, гломерулонефрита и др.).

МИКРООРГАНИЗМДЕР – жасушадан тыс ас қорытуды жүзеге асырады, яғни. Макромолекулярлық қосылыстар алдымен жасушалардан бөлінетін ферменттердің әсерінен ыдырайды, содан кейін жасуша оны қабылдайды. Мұндай ферменттер экзофермент деп аталады.

Микроорганизмдер Ферменттері

Ферменттер - белгілі бір ақуыздар, олар микроорганизмдердің метаболизмінің барлық реакцияларына қатысады және айтарлықтай оларды катализдейді (тездету).

Бактерияларда ферменттердің барлық белгілі 6 функционалдық класы бар:

Оксидоредуктаздар – тотығу-тотықсыздану реакцияларын катализдейді, тыныс алу процесіне қатысады;

Гидролазалар – субстраттарды гидролиздейді (судың көмегімен ыдыратады);

Трансферазалары – функционалдық топтарды (мысалы: амин топтарын) бір субстраттың молекуласынан екінші субстраттың молекулаларына ауыстыру арқылы субстраттың химиялық модификациясын жүргізу;

Изомеразалар – бір субстрат молекулаларының ішінде функционалдық топтарды (мысалы: фосфат топтарын) тасымалдау арқылы субстраттың химиялық модификациясын жүргізу;

Лиазалар – химиялық топтарды гидролитикалық емес жолмен (судың қатысуынсыз) жою реакцияларын катализдеу;

Лигазалар – екі молекуланы қосу арқылы АТФ энергиясын пайдаланып жаңа заттардың синтезіне қатысады.

Қатты қоректік заттармен (органикалық тағам)

Еріген қоректік заттардығасымалдау арқылы (пассивті (осмос) немесе  активті)

МИКРООРГАНИЗМДЕР – жасушадан тыс ас қорытуды жүзеге асырады, яғни қоректік заттарды тек үлкен емес молекула түрінде ғана сіңіріледі.

Ақуыз, полисахарид және басқада макромолекулярлық қосылыстар алдымен жасушалардан бөлінетін ферменттердің әсерінен ыдырайды, содан кейін жасуша оны қабылдайды. Мұндай ферменттер экзофермент деп аталады.

Бактериялардың өсу факторларына витаминдер, аминқышқылдары, пурин және пиримидин негіздері жатады, олардың болуы өсуді тездетеді.

Бактериялар:

1) прототрофтар (қажетті заттарды өздігінен синтездеуге қабілетті);

2) ауксотрофы (өсу факторлары қажет).

​

Ауксотрофтар-бұл организмнің өсуіне қажетті белгілі бір органикалық қосылысты синтездей алмайтын организмдер

​

Прототрофтар - прототрофты микроорганизмдер, олардың дамуы үшін дайын дәрумендерді, аминқышқылдарын немесе басқа өсу факторларын қажет етпейді (ауксотрофтардан айырмашылығы), бірақ оларды минералды немесе органикалық қосылыстардан синтездейді. Бір микроорганизм бір өсу факторы бойынша прототрофты, ал екіншісінде ауксотрофты болуы мүмкін.

• Пассивті диффузия - бактерия жасушасының ішіндегі қоректік заттардың концентрациясы олардың сыртқы концентрациясына өздігінен қарапайым ағын – осмос арқылы теңестіріледі. Бұл процесс энергияны қажет етпейтіндіктен пассивті түрде жүреді.
• Жеңілдетілген диффузия қоректік заттарды сырттан байланыстыратын, оларды жасушаға тасымалдайтын, содан кейін оларды босатып жіберетін арнайы белоктар - пермеазалар (цитоплазмалық мембранадағы) есебінен жүзеге асырылады..

Бұл процесс заттардың концентрациясында айырмашылық болған кезде де жүреді және микроорганизмдердің энергия шығынын қажет етпейді..

​

• Активті транспорт.

Көптеген қоректік заттар,

метаболиттер жасушаға активті транспорт арқылы енеді.

Бұл транспортты да пермеаза белоктары іске асырады, бірақ олар жоғары мамандырылған болып келеді және белгілі бір субстраттарды ғана тасымалдай алады.

​

Бұл процесс микроорганизм клеткасы шығаратын энергия көмегімен жүреді, сондықтан активті транспорт концентрация градиентіне қарсы да жүре алады.

​

МИКРООРГАНИЗМДЕРДІҢ ҚОРЕКТЕНУІ�микроорганизм клеткасының элементті құрылымы

16

МИКРООРГАНИЗМ элементтерінің негізгі функциясы

17

МИКРООРГАНИЗМ элементтерінің негізгі функциясы

18

ӨСУ ФАКТОРЫ

19

- Конструктивті метаболизм

Жасушаның барлық компоненттері (АК, нуклеотидтер, майлар, көмірсулар) АК, фосфаттар, қант, пурин, пиримидин негіздері, органикалық қышқылдардан полимерлеу реакцияларында синтезделеді. Бұл құрылыс блоктарын жеткізушілер энергия алмасуының негізгі жолдарының аралық өнімдері болып табылады

Энергетикалық метаболизм

Құрылыс процесстеріне нергия қажет. Энергия в бактериальной клетке накапливается в виде АТФ

​

У хемоорганотрофных бактерий реакции, связанные с получением Е – это реакции окисления-восстановления, сопряженные с реакциями фосфорилирования. Окисленный в этих реакциях С выделяется в виде СО₂.

​

Для удаления отщепившегося в этих реакциях водорода (в форме восстановленного НАД) различные бактерии используют различные возможности в зависимости от конечного акцептора водорода (или электронов)

Тыныс алу – биологиялық тотығу актісі

Тыныс алу (немесе биологиялық тотығу) — тотығу фосфорлану реакцияларымен байланысқан тотығу-тотықсыздану реакцияларында Е алу процесі, при котором донорами электронов м.б. органические (у органотрофов) и неорганические (у литотрофов) соединения, а акцептором – только неорганические соединения

�����Тотығу метаболизмі бар бактерияларда сутегі акцепторы Н2 тасымалданатын молекулалық оттегі болып табылады, мультиферменттік жүйе (тыныс алу тізбегі) арқылы осы жүйенің компоненттеріне ЦП мембранасында локализацияланған ферменттер жатады

����������-

Микроорганизмдердің тыныс алуы

​

Тыныс алу арқылы микроорганизмдер энергия алады.

Тыныс алу-АТФ түзу үшін донорлардан акцепторларға тыныс алу тізбегі арқылы электрондарды тасымалдаудың биологиялық процесі.

Электрондардың соңғы акцепторы не екеніне байланысты аэробты және анаэробты тыныс алу бөлінеді.

​

​

​

• �������Анаэробты тыныс алу – электрондардың терминалды акцепторлары құрамында "байланысқан оттегі" бар қосылыстар (нитраттар, нитриттер, сульфаттар, карбонаттар және т. б.)��Облигатты анаэробтар O-ны энергия алу үшін пайдаланбайды, молекулалық O улы: ICO өсуін өлтіреді немесе күрт шектейді�

Clostridium tetani

��������Факультативті анаэробтар оттегінің қатысуымен немесе онсыз өседі және көбейеді. Олар тотығу және субстрат фосфорлану кезінде АТФ түзеді, тотығудан ашытуға ауыса алады (энтеробактериялар) �

B. аntracis

�Аэробты тыныс алу энергетикалық тұрғыдан тиімдірек (АТФ көп мөлшерде синтезделеді)��

Назарларыңызға рахмет