МЕТАБОЛИЗМ МИКРОБНОЙ КЛЕТКИ

Метаболизмом называется вся сумма целенаправленных реакций, протекающих под действием ферментных систем клетки, которые регулируются различными внешними и внутренними факторами. Метаболизм обеспечивает все жизненные процессы в клетке в зависимости от среды обитания. В результате метаболизма происходит увеличение размеров клетки, ее деление или почкование, возрастает количество особей и общей их массы в питательной среде, из которой потребляется часть ее компонентов и которая пополняется метаболитами клетки.

Несмотря на огромные физиологические и морфологические различия между отдельными классами, родами и видами микроорганизмов, обмен веществ в клетке идет тремя центральными метаболическими путями:

  • 1) из внешней среды в клетку поступает энергия либо в виде химической энергии органических веществ, либо в виде энергии солнечного света;
  • 2) из веществ среды, перенесенных в клетку, собираются «строительные блоки», которые формируют биополимеры клетки и синтезируют макромолекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров и других клеточных компонентов;
  • 3) в клетке происходят постоянные синтез и разрушение биомолекул, выполняющих различные специфические функции.

Обмен веществ у микроорганизмов можно рассматривать как сумму двух явлений (рис. 1.4): катаболизма, представляющего собой ферментативное расщепление крупных органических молекул с выделением свободной энергии, которая запасается в виде макроэрги-ческих связей в АТФ, и анаболизма, связанного с построением новых биополимеров клетки из простых соединений и протекающего с поглощением энергии макроэргических связей АТФ. В результате этих двух параллельно текущих процессов строится «тело» клетки, накапливаются необходимые клеткам запасные вещества, биологические катализаторы и промежуточные продукты обмена веществ, которые частично остаются в клетке, а частично удаляются из нее как неиспользуемый отход метаболизма.

Таким образом, обмен веществ слагается в клетке из конструктивного и энергетического обмена.

Катаболизм и анаболизм — это два самостоятельных пути в обмене веществ, но отдельные их участки могут быть общими. Такие участки, свойственные катаболизму и анаболизму, называются ам-фиболическими.

О.

н

о

X

о

X

ю

о

« ж

СО

Рис. 1.4. Схема катаболизми и анаболизма микробной клетки

ж

ю

о

«

ж

о <и

ж ж н о и

о.

X

о

В катаболических и анаболических превращениях одна реакция следует за другой в строжайшей последовательности, так как продукты реакции предыдущей стадии процесса, как правило, являются субстратом для последующей. Такая четкая преемственность возможна благодаря высокой специфичности ферментов, участвующих в обмене веществ.

Скорость течения реакций, участвующих в обмене веществ клетки, зависит от состава питательной среды, условий культивирования и возраста микроорганизмов и, главное, от потребности клетки в каждый данный момент в энергии и строительных блоках. Рост клеток может протекать аэробным и анаэробным путем, в условиях катаболитной репрессии и в нерепрессированном состоянии. Каждый из этих вариантов характеризуется различными уровнями функционирования пути Эмбдена — Мейергофа — Парнаса (ЭМП), пентозофосфатного пути, циклов трикарбоновых кислот (ТКК), глиоксилатного и др. Выяснение механизмов, контролирующих активность этих метаболических путей при различных условиях роста, чрезвычайно затруднено, поскольку регуляция метаболизма в клетке — очень сложный процесс, но познание путей регуляции определенных продуктов обмена веществ в клетке открывает неограниченные возможности для определения оптимальных условий промышленного биосинтеза микроорганизмом требуемого целевого соединения.

Интенсивный обмен веществ между клеткой и средой обеспечивается большой поверхностью тела микроорганизма, через которую происходит поступление питательных веществ и выделение в окружающую среду продуктов его жизнедеятельности. На метаболизм клетки оказывают влияние изменяющиеся значения pH среды, концентрация субстрата, уровень метаболитов в среде и многие другие факторы. Эта область биотехнологии является предметом глубоких исследований ученых [33].

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >