Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

8: Мікробний метаболізм

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    3933

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Протягом усієї земної історії мікробний метаболізм був рушійною силою розвитку та підтримки біосфери планети. Еукаріотичні організми, такі як рослини та тварини, зазвичай залежать від органічних молекул для енергії, росту та розмноження. Прокаріоти, з іншого боку, можуть метаболізувати широкий спектр органічних, а також неорганічних речовин, від складних органічних молекул, таких як целюлоза, до неорганічних молекул та іонів, таких як атмосферний азот (N 2), молекулярний водень (H 2), сульфід (S 2 -), іони марганцю (II) (Mn 2+), чорне залізо (Fe 2+) та залізо (Fe 3+), щоб назвати декілька. Метаболізуючи такі речовини, мікроби хімічно перетворюють їх в інші форми. У деяких випадках мікробний метаболізм виробляє хімічні речовини, які можуть бути шкідливими для інших організмів; в інших він виробляє речовини, необхідні для обміну речовин і виживання інших форм життя (рис.\(\PageIndex{1}\)).

    Помаранчевий і коричневий водний шлях. Крупним планом коріння з невеликими вузликами на них.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Прокаріоти мають велику метаболічну різноманітність з важливими наслідками для інших форм життя. Кислотний дренаж шахти (зліва) є серйозною екологічною проблемою, що виникає внаслідок надходження води та кисню до сульфідно-окислювальних бактерій під час гірничих процесів. Ці бактерії виробляють велику кількість сірчаної кислоти як побічний продукт їх метаболізму, в результаті чого середовище з низьким рН, яке може вбити багато водних рослин і тварин. З іншого боку, деякі прокаріоти мають важливе значення для інших форм життя. Кореневі бульби багатьох рослин (праворуч) містять азотфіксуючі бактерії, які перетворюють атмосферний азот в аміак, забезпечуючи корисне джерело азоту для цих рослин. (кредит ліворуч: модифікація роботи Д. Хардесті, USGS Колумбійський дослідницький центр навколишнього середовища; кредит право: модифікація роботи Celmow SR, Clairmont L, Madsen LH, і Guinel FC)

    • 8.1: Енергія, матерія та ферменти
      Клітинні процеси, такі як побудова або руйнування складних молекул, відбуваються через низку ступеневих, взаємопов'язаних хімічних реакцій, які називаються метаболічними шляхами. Термін анаболізм відноситься до тих ендергонічних метаболічних шляхів, що беруть участь у біосинтезі, перетворюючи прості молекулярні будівельні блоки в більш складні молекули, і підживлюється використанням клітинної енергії.
    • 8.2: катаболізм вуглеводів
      Гліколіз є першим етапом розпаду глюкози, в результаті чого утворюється АТФ, який виробляється фосфорилювання на рівні субстрату; NADH; і дві молекули пірувату. Гліколіз не використовує кисень і не залежить від кисню. Після гліколізу тривуглецевий піруват декарбоксилюють з утворенням двовуглецевої ацетильної групи, поєднаної з утворенням НАДГ. Ацетильна група приєднується до великої сполуки-носія під назвою коензим А.
    • 8.3: Клітинне дихання
      Клітинне дихання починається, коли електрони передаються від NADH і FADH₂ - через ряд хімічних реакцій до кінцевого неорганічного акцептора електронів (або кисень в аеробному диханні, або некисневі неорганічні молекули в анаеробному диханні). Ці перенесення електронів відбуваються на внутрішній частині клітинної мембрани прокаріотичних клітин або в спеціалізованих білкових комплексах у внутрішній мембрані мітохондрій еукаріотичних клітин.
    • 8.4: Бродіння
      Ферментація використовує органічну молекулу як кінцевий акцептор електронів для регенерації NADз NADH, щоб гліколіз міг продовжуватися. Ферментація не передбачає транспортної системи електронів, і жоден АТФ не проводиться безпосередньо процесом бродіння. Ферментери роблять дуже мало АТФ - лише дві молекули АТФ на молекулу глюкози під час гліколізу. Процеси мікробної ферментації були використані для виробництва харчових продуктів і фармацевтичних препаратів, а також для ідентифікації мікробів.
    • 8.5: Катаболізм ліпідів і білків
      У сукупності мікроби мають здатність руйнувати найрізноманітніші джерела вуглецю, крім вуглеводів, включаючи ліпіди та білки. Катаболічні шляхи для всіх цих молекул врешті-решт з'єднуються з гліколізом і циклом Кребса. Кілька видів ліпідів можуть бути мікробно деградовані. Тригліцериди розкладаються позаклітинними ліпазами, виділяючи жирні кислоти з гліцеринового хребта. Фосфоліпіди деградують фосфоліпазами, виділяючи жирні кислоти і фосфорильовані головні групи.
    • 8.6: Фотосинтез та важливість світла
      Гетеротрофні організми, починаючи від кишкової палички до людини, покладаються на хімічну енергію, що міститься в основному в молекулах вуглеводів. Багато з цих вуглеводів виробляються фотосинтезом, біохімічним процесом, за допомогою якого фототрофні організми перетворюють сонячну енергію (сонячне світло) в хімічну енергію. Хоча фотосинтез найчастіше асоціюється з рослинами, мікробний фотосинтез також є значним постачальником хімічної енергії, підживлюючи багато різноманітних екосистем.
    • 8.7: Біогеохімічні цикли
      Енергія тече спрямовано через екосистеми, потрапляючи як сонячне світло для фототрофів або як неорганічні молекули для хемоавтотрофів. Шість найпоширеніших елементів, пов'язаних з органічними молекулами - вуглець, водень, азот, кисень, фосфор та сірка - приймають різноманітні хімічні форми і можуть існувати протягом тривалого часу в атмосфері, на суші, у воді або під земною поверхнею.
    • 8.E: Мікробний метаболізм (вправи)

    Мініатюра: Цикл Кребса, також відомий як цикл лимонної кислоти, узагальнено тут. Зверніть увагу, що вхідний двовуглецевий ацетил призводить до основних виходів на поворот двох CO 2, трьох NADH, однієї FADH 2 та однієї молекул АТФ (або GTP), виготовлених фосфорилювання на рівні субстрату. Два повороти циклу Кребса потрібні для переробки всього вуглецю з однієї молекули глюкози. (CC BY 4.0; OpenStax)