Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Агропромышленность arrow Биоконверсия вторичных продуктов агропромышленного комплекса

Механизмы транспорта питательных веществ микроорганизмов

В процессе жизнедеятельности клетка микроорганизма должна обмениваться с окружающей средой метаболитами, энергией и генетической информацией.

Поступление питательных веществ из окружающей среды в клетку и выделение продуктов обмена определяют взаимодействие клетки со средой. Транспорт веществ в клетку осуществляется через капсулу, клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану. Капсула свободно пропускает питательные вещества, клеточная стенка бактерий служит барьером только для высокомолекулярных веществ. Ограничивает поступление веществ из среды в клетку только цитоплазматическая мембрана (рис. 10).

Она обладает полупроницаемостью, т.е. пропускает лишь некоторые вещества, не допуская их выноса из клетки. Липидные бислои мембраны в значительной степени непроницаемы для подавляющего большинства веществ, и поэтому перенос их требует значительных энергетических затрат.

Транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану

Рис. 10. Транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану

Различают активный и пассивный транспорт. Пассивный транспорт - это перенос молекул по концентрационному или электрохимическому градиенту. Он определяется только разностью концентрации или направлением электрического поля переносимого вещества на противоположных сторонах мембраны. Процесс осуществляется без затраты энергии АТФ. Пассивный транспорт по механизму диффузии подразделяется на простую и облегченную.

Простая диффузия происходит без участия мембранного белка. Скорость простой диффузии подчиняется законам свободной диффузии для веществ, растворимых в липидном бислое. Молекулы поступают в клетку по градиенту концентрации за счет собственной кинетической энергии молекул и ионов. Скорость их поступления определяется разностью концентраций молекул внутри и вне клетки. Свободно проходят через мембрану молекулы воды, для которых имеются водяные поры (вода обеспечивает осмотическое состояние клетки). Перенос через липидный бислой этанола возможен через временные поры в мембране. Газы (кислород, водород, азот) проникают в клетку аналогично воде, исключение составляет диоксид углерода, он превращается в Н, С03, а кислота не может свободно проникать в клетку. При свободной диффузии не происходит накопления веществ в клетке, метаболическая энергия не затрачивается.

Облегченная диффузия - это диффузионный процесс, сопряженный с химической реакцией взаимодействия транспортируемого вещества с белком-переносчиком (или транслоказы, пермеазы). Пер- меазы похожи на ферменты, они ускоряют только транспорт веществ. Процесс специфичен и протекает с более высокой скоростью, чем простая диффузия. Облегченная диффузия обычно характерна для водорастворимых веществ: углеводов, аминокислот, метаболически важных органических кислот, стероидных гормонов, жирорастворимых витаминов и других молекул этого класса, некоторых ионов. Перенос этих веществ облегчен благодаря участию в этом процессе специфических мембранных белков: каналообразующих белков, или портов, образующих поры, и транспортных белков. Порины проницаемы для ионов Na Ка Са2+, С1* и молекул с молекулярной массой до 600 Да. У высших организмов порины найдены в мембранах митохондрий и хлоропластах.

Трансмембранные белки представляют важнейшее приспособление клетки для взаимодействия с окружающей средой. Они осуществляют нс только перенос молекул через мембрану по градиенту концентраций, но и активный транспорт, который осуществляется с затратой энергии АТФ.

К настоящему времени выделено и исследовано большое число белков (переносчиков), обладающих транспортными функциями, а также полные АТФ-азные и трансферазные системы, однако молекулярная природа переноса веществ с их помощью еще недостаточно ясна. Созданы разные модели мембранного транспорта. В литературе известны более двух десятков таких моделей. Общей чертой всех этих моделей является последовательность стадий: узнавания субстрата, его связывания с переносчиком, переноса через мембрану и освобождения субстрата от переносчика.

Активный метаболический транспорт позволяет избирательно концентрировать внутри клетки необходимые ей вещества против градиента концентрации. Вещества транспортируются через мембрану в неизменном виде. Модификацией активного транспорта является транслокация групп, или перенос радикалов, сопровождающаяся химическими изменениями переносимого вещества. Например, сахаров. Механизм транспорта сахара заключается в фосфорилировании его на наружной поверхности трансмембранного белка и переносе внутрь фосфорилированного соединения, например, глюкозо-6-фосфата. Фосфотрансферазная система сахаров - это сложный мультиферментный комплекс, содержащий два основных компонента: один ответствен за перенос фосфатной группы от фосфоенолпирувата - источника энергии, другой - за фосфорилирование сахара. Эта система используется также при переносе пуринов и некоторых жирных кислот, фосфорилирован- ные соединения которых быстро включаются в энергетический обмен клетки.

Транспорт веществ через мембрану без химической модификации, с образованием трансмембранных электрохимических потенциалов (ТЭП), включает три основных механизма:

У. Унипорт - наиболее простой вид переноса какого-либо растворенного вещества с одной стороны мембраны на другую. Обычно один катион транспортируется белком-переносчиком, другие ионы при этом не переносятся.

  • 2. Симпорт - транспортный белок обеспечивает перенос через мембрану молекулы субстрата одновременно с переносом в том же направлении протона или иного иона. Например, глюкоза, аминокислоты могут транспортироваться Na'-зависимой системой симпорта. При этом ион Na* транспортируется по градиенту концентрации, а молекула глюкозы, присоединенная к тому же переносчику,- против градиента концентрации.
  • 3. Антипорт - перенос субстрата одновременно с противоположно направленным переносом протона или другого иона. Молекула транспортируемого субстрата может быть как заряженной, так и незаряженной.

Транспортные системы - транспортные белки, переносящие совместно два различных вещества по типу симпорта или антипорта, т.е. переносчик имеет центры связывания для обоих веществ.

Особенности транспорта вещества имеют едва ли не большее значение, чем метаболические пути внутри клетки. Большое значение имеют процессы выделения продуктов из клетки. Прежде всего процессы секреции, т.е. выделение из клетки белков (ферментов) - экзоферментов. Выделение из клетки низкомолекулярных веществ называется экскрецией. Она может выполнять три основные функции: удаление ингибитора (токсичного для клетки вещества); удаление эффектора, избыток которого нарушает нормальные физиологические процессы в клетке; удаление конечного продукта метаболизма («сброс» аминокислот, сахаров, органических кислот).

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы