Функционирането на дихателната верига при прокариоти
Дихателната верига е набор от редокс носители, способни да прехвърлят протони и електрони от субстрат към молекулярен кислород или други акцептори. Елементите на дихателната верига са локализирани върху вътрешната мембрана на митохондриите на еукариотите и в прокариотите в дебелината на CPM и мезозомата.
Местоположението на носителите не е случайно, а в реда на промяна в редокс потенциала от "-" (малък афинитет с електрони) до "+" (голям афинитет с електрони). Тяхното пространствено разположение също влияе върху функционалните способности. Движението на електрони и протони се случва в посока на намаляване на редукцията и увеличаване на окислителния потенциал. На определен етап електроните и протоните са пространствено разделени.
Носителите са разделени на 4 групи ензими (NAD и NADP дехидрогенази, FMN и FAD дехидрогенази, хинони, цитохроми), които се комбинират в 4 групи.
1) NAD и NADP дехидрогеназите избират електрони (водород) от редуцирани съединения (NAD или NADP), които играят втора роля, като събират електрони от субстрати в една форма. Дехидрогеназите са зависими от флавин и се наричат флавопротеини; съдържат не-хем желязо, комбинирано със сяра (FeS центрове). На този етап се синтезира една молекула АТФ. След това електронът се прехвърля в коензим Q (убихинон)
2) Сукцинат-Q-редуктазата прехвърля протони и електрони също към убихинон
3) Цитохромен комплекс б и c1. Това са хемопротеини с желязо под формата на железен порфирин (под формата на хем). На този етап се синтезира и АТФ.
4) Комплекс от крайни цитохроми а и a3, които прехвърлят електрони и протони към молекулярния кислород с образуването на вода и синтеза на АТФ.
Ако окислително-редукционният потенциал на субстрата е по-нисък от NAD +, тогава въвеждането на редукционни еквиваленти се извършва в средната или крайната част на дихателната верига.
АЕРОБНО И АНАЕРОБНО ДИХАНЕ (сборник)
54 Път на Варбург-Дикенс-Хорекер (пентоза фосфат, хексоза монофосфат)
Алтернативен (по отношение на гликолизата) начин на усвояване на глюкозата. Първата реакция е подобна на гликолизата: глюкозата се превръща в глу-6-фосфат от хексокиназа. Освен това, дехидрогенирането се осъществява с участието на NADP + до 6-фосфоглюконо-5-лактон, който се хидролизира от лактоназа. Образуваната 6-фосфоглуконова киселина претърпява окислително декарбоксилиране. Полученият рибулоза-5-фосфат под действието на два ензима се превръща обратимо в рибоза-5-F или ксилулоза-5-F. Рибоза-5-F е компонент на нуклеинови киселини и някои ензими и т.н. Пентозен фосфатен път може да се използва за получаване на компоненти на конструктивния обмен.
Ако производството на пентоза е целта на пътя на пентозата фосфат, тогава тук свършва. При други организми пътят продължава, за да се получи енергия и в тях се образува ксилулоза-5-F. Под действието на транскетолаза ксилулоза-5-F се разцепва до глицералдехид-3-F и гликоалдехидна група (С2-съединение), която се прехвърля в рибоза-5-F с образуването на захар C7 - седохептулоза-7-F . Трансалдолазата използва получените продукти за образуване на еритрозо-4-F и Fru-6-F. Fru-6-F се превръща ензимно в глюкоза. Резултатът от цикличния процес е образуването на 5 молекули глюкоза и 12NADPH2 от 6 молекули глюкоза.
55 Определен е пътят на Ембден-Майерхоф-Парнас (гликолиза). последователност от ензимни реакции от въглехидрати до пировиноградна киселина. Ако глюкозата служи като първоначален енергиен субстрат, първата трансформация, на която тя се подлага, е фосфорилиране. Ако е лактоза, първата стъпка към метаболизма е ензимното разграждане на лактозата от 3-галактозидаза до D-галактоза и D-глюкоза. След това D-галактозата се фосфорилира, за да образува D-галактоза-1-фосфат. Последният претърпява серия от ензимни трансформации с участието на UTP като коензим, в резултат на което се превръща в глюкозо-1-фосфат. Някои бактерии от рода Lactobacillus имат ензима малтоза фосфорилаза, който катализира реакцията: малтоза + H3PO4 => глюкоза-1-фосфат + глюкоза. Ако първоначалният енергиен субстрат, участващ в процеса на гликолиза, е полизахарид като гликоген или нишесте, неговото използване започва с фосфоролитичното разцепване на глюкозния остатък, протичайки по схемата: (глюкоза) n + HPO42 => (глюкоза) n - 1 + глюкоза-1-фосфат.
Ензими: един-glu-6-R, 2-фосфоглюкоизомераза, 3-фосфофруктокиназа,4-1,6-бисфосфофрукталдолаза, пет-фосфотриоза изомераза, 6-дехидрогеназа, 7-фосфоглицерат киназа, 8-фосфоглицеролова мутаза, девет-енолаза,десет-пируват киназа.
56 параметри на растеж
Растежът е необратимо увеличаване на количеството жива материя, свързано с увеличаването и деленето на клетките. Растежът на микроорганизмите се описва с два процеса: растеж на отделни клетки и увеличаване на техния брой в популацията. Кривата на растеж има S-образен характер за партидна култура, развива се в затворено пространство без добавяне на хранителни вещества и отделяне на метаболитни продукти. Бактериалният растеж включва определени фази:
1. Лаг-фаза - започва от момента на засяване на микроорганизмите в хранителната среда. Това е период на адаптация, ензимите се синтезират в клетките, репликация на ДНК, РНК, настъпва клетъчен растеж.
2. Фаза на ускорен растеж (експоненциална фаза, log-фаза) - характеризира се с постоянна максимална скорост на делене, биомасата се увеличава в биологичната прогресия.
3. Фаза на линеен растеж - белязана от по-малка активност на клетките, времето за генериране постепенно се удължава, което се дължи на усвояването на хранителните вещества и натрупването на метаболитни продукти.
4. Стационарен - характеризира се с баланс между броя на клетките в покой, мъртвите клетки и клетките, които се образуват. Клетките се характеризират с небалансиран растеж, намаляване на интензивността на метаболитните процеси, но по-висока устойчивост на физични и химични влияния. Броят на жизнеспособните клетки в популацията в тази фаза се определя като максимална концентрация.
5. Фаза на изсъхване. Основните характеристики са намаляване на броя на живите клетки и увеличаване на хетерогенността на популацията.
6. Фаза на оцеляване - характеризира се с наличие на отделни клетки, оцелели за определено време, жизнеспособни при условия на смърт на повечето от клетките в популацията.
Развитието на култури от микроорганизми се характеризира с количествени показатели (параметри на растеж):
1) размерът на микробната популация - броят на клетките (или масата) в определен обем културална течност,
2) брутен темп на растеж - увеличение на количеството биомаса за единица време - V = dx/dt, mg/h,
3) специфичен темп на растеж - съотношението на брутния темп на растеж към първоначалната биомаса-μ = dx/dt * X, h -1,
4) количеството биомаса във всеки период на растеж - X = X0 • e μ (t-t0) Количеството биомаса, което се натрупва в неподвижната фаза, се нарича добив,
5) време на генериране - времето на удвояване на броя на клетките;
6) скорост на възпроизвеждане - броят на деленията за единица време - v = n/(t-t0), h -1,
7) икономически коефициент - съотношението на растежа на биомасата към количеството консумиран субстрат (добив на биомаса на единица субстрат) - Y = X/S,
ЦТК.
е открит за първи път от английския биохимик Г. Кребс. Той е първият, който постулира значението на този цикъл за пълното изгаряне на пируват, чийто основен източник е гликолитичното превръщане на въглехидратите. По-късно беше показано, че цикълът на трикарбоксилната киселина е центърът, където почти всички метаболитни пътища се сближават. По този начин цикълът на Кребс е общ краен път за окисляване на ацетиловите групи (под формата на ацетил-КоА), в който по време на катаболизма се превръщат повечето органични молекули, които играят ролята на „клетъчно гориво“: въглехидрати, мазнини киселини и аминокиселини.
Ацетил-КоА, образуван в резултат на окислително декарбоксилиране на пируват в митохондриите, влиза в цикъла на Кребс. Този цикъл се появява в митохондриалната матрица и се състои от осем последователни реакции.Цикълът започва с добавяне на ацетил-КоА към оксалоацетат и образуването на лимонена киселина (цитрат). Тогава лимонената киселина (шествъглеродно съединение) чрез поредица от дехидрогениране (отстраняване на водород) и две декарбоксилирания (елиминиране на CO2) губи два въглеродни атома и отново в цикъла на Кребс се превръща в оксалоацетат (четиривъглеродно съединение), т.е. в резултат на пълен оборот на цикъла, една молекула ацетил-КоА изгаря до CO2 и H2O и молекулата окса-лоацетат се регенерира. Помислете за всичките осем последователни реакции (етапи) от цикъла на Кребс.