Costurile energetice ale celulei

Costurile energetice ale celulei

Într-o cultură bacteriană în creștere, consumul de energie este asociat în primul rând cu procesele de biosinteză a substanțelor care alcătuiesc celula. Cantitatea de energie necesară înainte de scopuri biosintetice depinde într-o mare măsură de compoziția mediului de cultură. Teoretic calculat că în timpul creșterii bacteriilor în mediu de cultură cu săruri minerale și glucoză ca sursă unică de carbon consumat 1 ATP mol pentru sinteza materialului celular 27 g. Dacă CO2 este singura sursă de carbon, utilizarea aceleiași cantități de ATP va duce la sinteza a numai 5 g de material celular.







Pentru E. coli, majoritatea reacțiilor biosintetice sunt cunoscute în prezent. Acest lucru ne-a permis să determinăm cantitatea de ATP utilizată pentru a forma macromoleculele celulare de bază. În cultura de E. coli, în creștere în mediu cu glucoză ca sursă unică de carbon pentru sinteza materialului celular 1 g se consumă circa 37 mM ATP. Mai mult de jumătate din această cantitate (aproximativ 20 mmoli) este utilizată în reacțiile care conduc la sinteza moleculelor de proteine.

În continuare în costurile energiei procesele biosintetice sunt căile enzimatice ARN și sinteza ADN-ului (aproximativ 7 mM ATP), și reacția de polimerizare a monozaharide (circa 2 mM ATP).

În plus față de costurile energiei pentru procesele biosintetice asociate cu creșterea, o anumită parte a energiei celulare este întotdeauna cheltuită pentru procesele care nu sunt direct legate de creștere. Acestea din urmă erau numite procesele de susținere a vieții. Funcții specifice de susținere a vieții includ :. Actualizat munca osmotice material celular, asigurând menținerea gradienților de concentrație între celulă și mediul extern, motilitatea celulară, etc. Costurile energetice ale acestor funcții de punere în aplicare este definită ca energia pentru a sustine viata.







Atunci când bacteriile se află în mediul în care acestea au, indiferent de motiv, nu există nici o creștere și, în consecință, nu este nevoie de energie pentru biosinteza, în acest caz, ei nu se opresc anumite procese metabolice. Un exemplu de manifestare extremă a stării de repaus sunt endosporii bacterieni, activitatea metabolică a acestora fiind la un nivel care nu este întotdeauna înregistrat de instrumentele moderne. Cu toate acestea, în acest caz, nu este, de asemenea, zero.

Aici este necesar să ne ocupăm de un punct fundamental important. Starea de odihnă a organismelor vii este întotdeauna dinamică, spre deosebire de starea statică a sistemelor neînsuflețite. Aceasta înseamnă că în organismele de repaus, concentrațiile majorității moleculelor nu sunt menținute static, dar dinamic, adică procesele de descompunere a compușilor organici și a proceselor biosintetice care le compensează continuă într-o stare de repaus aparent.

Reînnoirea substanțială a substanțelor celulare este reprezentată de molecule de proteine ​​enzimatice, mRNA, material de pereți celulari și membrane. Starea dinamică este caracteristică aproape tuturor metabolitilor și structurilor celulare, diferența fiind observată numai în ceea ce privește vitezele proceselor de reînnoire a diferitelor componente celulare. Singura excepție este molecula ADN și unele proteine ​​bacteriene. În ceea ce privește ADN-ul, este clar că starea dinamică a materialului genetic crește riscul erorilor atunci când îl actualizează și consecințele fatale asociate organismului.

În condițiile unei creșteri active, energia utilizată în procesele de reînnoire este doar o mică parte a cheltuielilor totale de energie ale celulei. In repaos, celulele globale de consum de energie redus în mod semnificativ, iar pe acest fond, proporția cheltuită pentru actualizarea în mod considerabil substanțe de energie celulară crește. O parte semnificativă a energiei de susținere a vieții este cheltuită pentru realizarea unei lucrări osmotice. Astfel, costurile de energie ale E. coli pentru procesele de transport activ sunt aproximativ 5 mmoli de ATP.

Cantitatea de energie care susține viața depinde în mare măsură de condițiile de creștere. Deci, pentru Azotobacter vinelandii. azot de fixare la joasă (0,02 atm) și mare (0,2 atm), nivelul de oxigen dizolvat, aceasta variază 22-220 mmol ATP per 1 g de biomasă, adică este direct proporțională cu concentrația de O2 dizolvat. Celula cheltuiește multă energie suplimentară pentru a proteja împotriva oxigenului excesiv care inhibă sistemul enzimatic responsabil de fixarea azotului molecular. Durata de întreținere a energiei este de obicei 10-20% din toată energia consumată în procesele volatile. Totuși, sunt descrise condițiile în care bacteriile consumă până la 90% din energia generată pentru menținerea activității vitale.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: