Microorganismele, ca toate celelalte ființe vii, au nevoie de alimente care intră în celulele lor din mediul înconjurător. De obicei, produsele alimentare se referă la substanțe care, atunci când intră într-un organ viu, servesc fie ca sursă de energie pentru procesele de viață, fie ca un material pentru construirea părților constitutive ale celulei.
Metode de nutriție și intrarea în celulă a diferitelor substanțe
Microorganismele pot satisface nevoia de nutrienți direct prin asimilarea acestora sau prin preconfigurarea acestora într-o formă accesibilă. Există două moduri de a hrăni creaturi vii - holozoice și holophytice.
Cu o dietă holozoală, organismul viu capturează sau înghite particule de alimente dense, care sunt apoi digerate în tractul digestiv. Această metodă de hrănire este caracteristică animalelor (de la cea mai simplă la cea mai înaltă). În modul de hrănire holophytic, lucrurile vii care nu au organe speciale pentru ingestie și digestie utilizează substanțe nutritive, suge-le sub formă de molecule relativ mici din soluția apoasă. Această metodă de nutriție este caracteristică plantelor și microorganismelor.
Compușii polimeri organici (polizaharide, proteine etc.) nu pot fi absorbite și utilizate direct în metabolismul celulelor. Astfel de substanțe trebuie mai întâi divizate în compuși simpli pentru care membrana celulară este permeabilă. Moleculele mari sunt scindate de exo-enzimele excretate de celulele microorganismelor în mediu. Acest lucru este extern. sau extracelulare. digestia este caracteristică numai microorganismelor.
Fluxul de apă și substanțe nutritive dizolvate ve stanțe din mediul in interiorul celulei bacteriene, precum si ai cascadori produse metabolice se produce lungul peretelui celular, capsula și straturile mucoase. Capsule și straturi ale mucoasei sunt formarea destul de neconsolidate, și, eventual, nu au o influență considerabilă asupra substanțelor Tel'nykh de transport, în timp ce peretele celular servește drept un obstacol semnificativ pentru co-Incoming compuși de nutrienți în celulă.
Membrana citoplasmatică joacă un rol activ în furnizarea de nutrienți celulei. Pentru a asigura activitatea normală a-ing microorganisme, acestea din urmă trebuie să fie permeabile la substante nutritive si oxigen care curge în celulă, și pentru a face schimb de produse care ies. Postup-Leniye apă și substanțe dizolvate prin membrana citoplasmatică - proces activ: viu microbiană celulă audio atunci când nu este în echilibru cu mediul înconjurător, substanțele care trec prin membrana sale.
Transportul nutrienților. Există mai multe tipuri de sisteme de transport, cu care substanța din jur se extind prin membrana citoplasmatică cu punct de fierbere mediu: difuzie-ing pasiv, facilitat difuzie, transport activ și grupe ne-renos (radicalii). Doi dintre ei (și pasiv facilitat difuziune evaluate) furnizează numai de transport, dar nu acumularea de substanțe în celula microbiană, în timp ce transportul activ favorizează acumularea de substanțe în interiorul celulei.
Cu difuzie pasivă, transportul unei substanțe are loc prin membrana citoplasmică sub efectul unei diferențe de concentrație (pentru neelectroliți) sau a unei diferențe în potențialele electrice (pentru ioni) de pe ambele părți ale membranei. Experimentele au arătat că, cu excepția apei, doar oxigenul și niște ioni trec prin membrana citoplasmică ca urmare a difuziei pasive. Rata unui astfel de transfer de substanțe este foarte mică. Difuzia pasivă dobândește o valoare definită în perturbarea activității vitale a celulei bacteriene.
Transportul majorității substanțelor dizolvate se efectuează prin membrană sub acțiunea unor mecanisme de transport speciale, adică a moleculelor purtătoare care circulă între straturile de graniță exterioare și interioare ale membranei citoplasmatice. Se crede că acești purtători leagă moleculele de substanțe dizolvate pe partea lor exterioară, le transportă spre interior, unde eliberează, iar moleculele de nutrienți pătrund în citoplasmă fără a se schimba. Astfel de vectori asociați cu membrana citoplasmică, care sunt proteine de legare specifice substratului, se numesc permeaze. sau translocazelor.
Transportul substanțelor dizolvate, efectuat de transportatori, poate avea forma difuzării facilității și a transportului activ. Forța motrice a difuziei de lumină este diferența în concentrația unei substanțe pe ambele părți ale membranei. Moleculă de substanță se combină cu molecula purtătoare la suprafața exterioară a membranei, iar complexul rezultat difuzează prin membrană la partea sa interioară. Acolo disociază și substanța eliberată se află în interiorul celulei. Apoi purtătorul difuzează pe suprafața exterioară și poate atașa o moleculă nouă de materie.
Difuzia de lumină nu necesită utilizarea energiei dacă concentrația externă a substanței este superioară celei interne, deoarece se mișcă "în jos" de-a lungul gradientului chimic. Viteza procesului depinde de concentrația substanței în soluția externă. Se presupune că eliberarea de produse metabolice din celula microbiană apare și ca un tip de difuzie facilitatată cu participarea purtătorilor.
Transportul activ este asociat cu activitatea proteinelor specifice de transport (permează, translocază etc.), care se găsesc și în membrana citoplasmatică. În acest caz, substanțele dizolvate sunt transferate în celulele microorganismelor "sus" de-a lungul gradientului chimic (sau împotriva gradientului de concentrație). Se crede că majoritatea substanțelor penetrează în celula microorganismului ca urmare a transportului activ. Sursele de energie pentru procesele de transport sunt ATP, potențialul protonic și fosfoenolpiruvatul. Există sisteme de transport activ "primar" și "secundar".
În sistemele de transport activ "primar" se utilizează energia chimică. Necesitatea de a utiliza energia pentru transportul activ explică modificările suferite de transportator atunci când se confruntă cu exterior suprafața membranei, are o afinitate ridicată la substrat, iar când interior - afinitatea scăzută la substrat. Posibilitatea de a transporta substanțe împotriva gradienți de concentrație adesea utilizate pentru celulele bacteriene din mediul înconjurător acele substanțe în care concentrația lor este scăzută, de obicei, la condițiile naturale. În absența surselor de energie nu se acumulează substanțe în interior.
Se estimează că transferul unei molecule de tiogalactozid prin membrana citoplasmică a E. coli necesită costul unei molecule ATP. Presupunând că transferul activ al altor compuși este asociat cu o cheltuială similară de ATP, se poate înțelege ce cantitate semnificativă de energie pentru transportul de substanțe din celulă este consumată de un microorganism în creștere și înmulțire. În unele cazuri, aproape toată energia produsă în celula microbiană poate fi folosită pentru transportul activ.
În sistemele de transport activ „secundar“ pentru a transfera împotriva gradientul concentrației prin membrana multor substanțe, inclusiv ioni anorganici și organici, zaharuri ispol'uet potențiale proton zuetsya-energie. În procesul de respirație, protonii sunt extrași în lanțul respirator localizat în membrană. Ca rezultat, se creează mișcarea de protoni prin membrană datorită respirației gradient de energie electrochimică potențială (de asemenea, numit potențial proton sau forță motrice proton) între laturile exterioare și interioare ale membranei. Potențialul protonic provoacă fosforilarea, adică sintetaza de ATP, sau este utilizată direct de sistemele de transport. potențial de proton (# 916; p) este definit în potențialele de membrană (# 916, # 968;) având o valoare negativă în interiorul celulei și de gradient de protoni (# 916; pH), având o componentă alcalină în interiorul celulei, în conformitate cu ecuația
# 916; p = # 916; # 968; - z • # 916, pH (mV),
unde z = 59 mV la 25 ° C
Pentru a menține potențialul protonic, microorganismul pompează continuu protonii și alți ioni (Na +) dincolo de celulă. În acest scop, se folosesc proteine specifice de transport disponibile în membrană. Fiecare proteină de transport are o funcție specifică. Capacitatea unei proteine de a cataliza transportul simultan și unidirecțional al unui singur proton și al unei singure molecule a unui substrat, de exemplu, zahăr (lactoză, glucoză, etc.) se numește simpore. Uniport se observă atunci când o proteină poartă doar un substrat (fără proton), un antiport - atunci când transportă transferul a două substraturi diferite, de obicei ioni, în direcții opuse.
Multe zaharuri microorganisme (fructoza, glucoza și alte substanțe înrudite) sunt transportate în celulă prin intermediul grupurilor fosfotransferaza sistemului de transport (radicali). Acest proces este diferit de transportul activ al substratului intră în celulele bacteriene într-o formă modificată chimic - de obicei, sub forma unui ester fosfat. Forța motrice a procesului constă în faptul că, în interiorul membranei citoplasmatice zahărul legat de reacția unei enzime fosforilat (sistem fosfotransferază, o sursă de energie pentru această reacție este fosfoenolpiruvat) formată în esterul fosforic final este eliberat și pătrunde în citoplasmă. Natura chimică a substanței transportate suferă anumite modificări în timpul transferului.
Astfel, satisfacerea nevoilor alimentare ale microorganismelor depinde nu numai de complexul intern de enzime necesare pentru eliminarea anumitor compuși, ci și de efectul mecanismelor specifice de transport.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: