КОНСТРУКТИВНЫЙ ОБМЕН
Конструктивный обмен веществ заключается в биосинтезе основных клеточных компонентов из поступивших в клетку веществ питательной среды. Конструктивный обмен направлен на синтез четырех основных типов биополимеров: белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и липидов (рис. 28). Условно конструктивный обмен бактериальной клетки можно представить в виде следующих этапов: I — образование из простейших неорганических веществ органических предшественников; II — из органических предшественников синтезируются строительные блоки: аминокислоты, простые сахара, органические кислоты, мононуклеотиды, глицерин, высшие спирты (мономеры); III — строительные блоки, связываясь друг с другом ковалентными связями, образуют биополимеры клетки: белки, полисахариды, липиды, нуклеиновые кислоты.
Рис. 28. Обобщенная условная схема биосинтеза сложных органических соединений микроорганизмами
Представленная схема биосинтетических процессов не отражает всей сложности превращения низкомолекулярных предшественников в строительные блоки с большой молекулярной массой. На самом деле синтез протекает как серия последовательных реакций с образованием разнообразных промежуточных продуктов метаболизма. Кроме того, уровни развития биосинтетических способностей микроорганизмов очень различны. У одних микроорганизмов конструктивный обмен включает все показанные на схеме этапы, у других ограничен вторым и третьим или только третьим. Именно поэтому микроорганизмы резко отличаются друг от друга по своим потребностям в питательных веществах. Мономеры могут быть синтезированы клеткой из более простых соединений или должны поступать в готовом виде из питательной среды. Чем больше готовых соединений должен получать микроорганизм из питательной среды, тем ниже уровень его биосинтетических способностей. Потребности микроорганизмов в питательных веществах определяются в основном элементарным составом их клеток.
Химический состав клеток микроорганизмов
В клетках микроорганизмов содержится 75—85% воды, остальные 15—25% составляет сухое вещество. Вода в клетке находится в свободном и связанном состоянии. Связанная вода входит в состав коллоидов клетки (белки, полисахариды и др.) и с трудом высвобождается из них. Свободная вода участвует в химических реакциях, служит растворителем для различных соединений, образующихся в клетке в процессе обмена.
Сухое вещество клетки состоит из органических и минеральных веществ. На долю минеральных веществ приходится 2—14% массы сухого вещества клетки, остальная часть сухого вещества представлена органическими соединениями, основную массу которых составляют белки (до 52%), полисахариды (до 17%), нуклеиновые кислоты (РНК — до 16%, ДНК — до 3%) и липиды (до 9%). Эти соединения входят в состав различных клеточных структур микроорганизмов и выполняют важные физиологические функции.
Наибольшее значение имеют нуклеопротеины — белки, связанные с нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК). Это обязательные компоненты ядра и рибосом. Нуклеопротеины играют важную роль в процессах роста и размножения микроорганизмов, участвуют в передаче наследственных признаков. Ферменты также являются белками.
Полисахариды в клетках микроорганизмов представлены гра- нулезой, гликогеном, которые являются запасными питательными веществами, а также декстраном и леваном (неклеточные полисахариды), составляющими капсулы бактерий. Некоторые полисахариды (целлюлозы и др.) входят в состав клеточной стенки.
Липиды входят главным образом в состав клеточной стенки и цитоплазматической мембраны. Они откладываются в клетках в качестве запасных веществ.
В клетках микроорганизмов находятся и другие вещества — органические кислоты, их соли; пигменты, витамины и др.
Важнейшими химическими элементами, входящими в состав клеток микроорганизмов, являются углерод (С), кислород (О), водород (Н), азот (N), сера (S), фосфор (Р), калий (К), магний (Mg), кальций (Са) и железо (Fe). Эти элементы играют различную физиологическую роль. Углерод, кислород, водород и азот входят в состав всех без исключения живых организмов и их называют органогенами. Они составляют основу органических веществ. Важную физиологическую функцию выполняют также фосфор и сера. Фосфор входит в состав ряда важных органических соединений клетки — нуклеиновых кислот, фосфолипидов, АТФ и др. Сера входит в состав серосодержащих аминокислот, без которых невозможен синтез белков. Эти шесть элементов составляют до 90— 98% сухого вещества клеток, при этом на долю углерода приходится 50%. На долю остальных элементов приходится 2—10%. Все они входят в состав небелковой части различных ферментов, а некоторые выполняют и другие функции. Большое значение имеют калий, магний, кальций, железо.
Химический состав клеток микроорганизмов определяет их потребности в питательных веществах и дает представление о значении отдельных химических элементов и соединений для их жизнедеятельности.
