Особенности физиологии и биохимии микроорганизмов

Самостоятельная работа по микробиологии  № 5 на тему «Особенности физиологии и биохимии микроорганизмов. 

1. Ферменты  и их роль в метаболизме  микробной клетки.

Метаболи́зм или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Метаболизм обычно делят на две стадии — в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых, в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты. 

ФЕРМЕНТЫ- это органические вещества белковой природы, которые синтезируются в клетках и во много раз ускоряют протекающие в них реакции, не подвергаясь при этом химическим превращениям 

Ферменты  играют очень важную роль в метаболизме  микробной клетки. Благодаря каталитическому действию ферментов становится возможным протекание таких реакций, которые без катализатора шли бы в сотни и тысячи раз медленнее. Ферменты играют ключевую роль в процессе роста, дыхания, деления  и питания клетки, обеспечивают клетку энергией, т. е. ферменты играют важную роль во всех процессах обмена веществ, происходящих в микробной клетке. Некоторые ферменты инактивируют антибиотики, выполняя защитную функцию. 

2. Классификация ферментов

По типу катализируемых реакций ферменты подразделяются на 6 классов: 

I класс - оксидоредуктазы 

К данному классу относятся ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции. При окислении может происходить  либо отнятие водорода от окисляемого  вещества, либо присоединение кислорода  к окисляемому веществу. В зависимости  от способа окисления различают  следующие подклассы оксидоредуктаз: 

дегидрогеназы. Катализируют реакции, при которых происходит отнятие водорода от окисляемого вещества; 

оксигеназы. Ферменты этого подкласса катализируют включение кислорода в окисляемое вещество:

монооксигеназы - включают один атом кислорода в окисляемое вещество;

диоксигеназы - включают 2 атома кислорода в окисляемое вещество. Часто это сопровождается разрывом циклической структуры. По месту разрыва связи присоединяются атомы кислорода. 

II класс - трансферазы

Катализируют реакции  переноса химических групп с молекулы одного вещества на молекулу другого  вещества. 

III класс - гидролазы

Катализируют реакции  разрушения химических связей с участием воды. 

IV класс – лиазы

Катализируют реакции  разрушения химических связей без участия  воды.

V класс - изомеразы

Катализируют реакции  изомерных превращений. 

VI класс - лигазы (сингазы,  синтетазы)

Катализируют реакции  синтеза. 

Ферменты бактерий классифицируются на экзоферменты и эндоферменты. Экзоферменты выделяются бактериальной клеткой в окружающую среду для внеклеточного переваривания. Этот процесс осуществляется с помощью гидролаз, которые расщепляют макромолекулы питательных веществ до простых соединений — глюкозы, аминокислот, жирных кислот. Такие соединения могут свободно проходить через оболочку клетки и с помощью пермеаз передаваться в цитоплазму клетки для участия в метаболизме, являясь источниками углерода и энергии. Некоторые экзоферменты выполняют защитную функцию, например, пенициллиназа, выделяемая многими бактериями, делает клетку недосягаемой для антибиотика — пенициллина. Эндоферменты катализируют метаболические реакции, происходящие внутри клетки. 

В зависимости от условий образования ферментов  их разделяют на конститутивные и  индуцибельные . Конститутивными называют ферменты, синтезируемые клеткой  вне зависимости от субстрата, на котором развиваются бактерии. Например, ферменты гликолиза. Индуцибельные  ферменты синтезируются только в  ответ на присутствие в среде  необходимого для клетки субстрата-индуктора. Он взаимодействует с репрессором, инактивирует его, в результате чего включается генетический аппарат клетки и начинается синтез соответствующего фермента. Индуцированный синтез ферментов  идет, пока в среде присутствует индуктор. При этом ферменты синтезируются  заново во всех клетках одновременно. Индукторами биосинтеза являются многие питательные вещества. К индуцибельным  относится большинство гидролитических  ферментов. 
 
 

3. Примеры основных групп ферментов, продуцируемых микробной  клеткой

У  бактерий по характеру вызываемых ими превращений обнаруживаются следующие основные группы ферментов:

 г и д р о л а з ы, вызывающие расщепление протеинов, углеводов, липидов путем присоединения молекул воды; оксидоредуктазы, катализирующие окислительно-восстановительные реакции; трансферазы, осуществляющие перенос отдельных атомов, от молекулы к молекуле; л и а з ы, отщепляющие химические группы негидролитическим путем; изомеразы, участвующие в углеводном обмене; л и г а з ы, способствующие биосинтетическим реакциям клетки. 

4. Перечислите основные биохимические  компоненты клетки прокариот.

Основными биохимическими компонентами клетки прокариот являются белки, углеводы, липиды, ферменты, пептидогликан, который является важнейшим компонентом клеточной стенки эубактерий,  

5. Назовите  отличия в биохимическом  составе у Гр(+) и Гр(+) бактерий.

У грамотрицательных  бактерий в состав клеточной стенки входит липополисахарид, зато у них  в составе клеточной стенки полностью  отсутствуют тейховые кислоты, которые  у грамположительных бактерий являются очень важным компонентом.

В деталях строения пептидогликана между грамотрицательными и грамположительными микроорганизмами существуют различия. У грамотрицательных  микроорганизмов пептидогликан  является достаточно тонкой однослойной  структурой, а у грамположительных - многослойной. 

Основным отличием в строении оболочек грамположительных  и грамотрицательных бактерий является наличие у последних кроме  цитоплазматической еще одной, так  называемой внешней мембраны Данная структура, расположенная над тонким, одно-трехслойным пептидогликановым  мешком (8 нм), является типичной двуслойной мембраной, в которой выявлено довольно много достаточно уникальных компонентов: липополисахаридов, липопротеинов, а  также белков - поринов, из которых  образованы поры во внешней мембране, позволяющие проникать в оболочку (и из нее в среду) сравнительно низкомолекулярным соединениям (в  частности, комплексу кристалл-фиолетового  с иодом - определяющему окрашивание  по Граму). 

6. Какой биохимический компонент  микробной клетки придаёт особую устойчивость спорам микроорганизмов.

Устойчивость спор обеспечивается наличием большого количества липидов 

7. В состав, какого компонента микробной клетки входят правовращающие аминокислоты.

Правовращающие  аминокислоты в микробной клетке входят в состав белков .