Ферментативный аппарат и его значение
Бактерии обладают мощным набором ферментов, которые классифицируются на 6 стандартных классов (оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лигазы, лиазы, изомеразы). Их расположение в клетке строго определяет выполняемую функцию:
- Эндоферменты работают внутри клетки, обеспечивая внутриклеточные метаболические реакции.
- Экзоферменты выделяются во внешнюю среду. Их главная задача — гидролиз крупных макромолекул (полисахаридов, белков, липидов) до димеров и мономеров, способных пройти через клеточную стенку. В медицине многие экзоферменты (гиалуронидаза, коллагеназа) известны как факторы патогенности — «ферменты агрессии», разрушающие ткани макроорганизма.
- Ферменты периплазмы находятся в периплазматическом пространстве и участвуют в транспорте веществ внутрь клетки.
Набор ферментов (ферментативный спектр) жестко детерминирован для каждого семейства, рода и вида. Выявляя этот спектр с помощью посева на дифференциально-диагностические среды, микробиологи проводят идентификацию бактерий.
Катаболизм углеводов: от глюкозы до пирувата
Начальные этапы окисления гексоз универсальны как для окислительного, так и для бродильного типов метаболизма. Стартовая реакция — это фосфорилирование глюкозы до глюкозо-6-фосфата. Далее бактерии используют один из трех путей для превращения субстрата в пируват:
- Гликолитический путь (Эмбдена—Мейергофа—Парнаса): классический вариант расщепления через фруктозо-1,6-дифосфат.
- Пентозофосфатный путь: необходим для подготовки метаболитов к биосинтезу (аминокислот, нуклеиновых кислот) и синтеза восстановленного НАДФ. Редко является единственным путем, но встречается у бактерий без ферментов гликолиза (например, Lactobacillus brevis).
- Путь Энтнера—Дудорова: идет через образование 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконовой кислоты. Характерен только для бактерий, у которых нет фермента фосфофруктокиназы (например, микроорганизмы рода Pseudomonas).
Цикл трикарбоновых кислот и дыхание
Образовавшийся пируват превращается в ацетилкоэнзим А, который вступает в цикл трикарбоновых кислот (ЦТК). Этот цикл амфиболичен (выполняет двойную функцию):
- Катаболическая: полное окисление веществ до углекислого газа с отщеплением водорода на переносчики (НАД).
- Анаболическая: промежуточные продукты (оксалоацетат, альфа-кетоглутарат) идут на синтез аминокислот, жиров и пиримидиновых нуклеотидов.
У бактерий с окислительным метаболизмом электроны отправляются в дыхательную цепь на цитоплазматической мембране. В цепи участвуют 4 класса переносчиков: НАД, флавопротеины, хиноны (вместо убихинонов могут быть нафтохиноны) и цитохромы.
Перенос протонов наружу создает электрохимический градиент, энергия которого тратится на синтез АТФ (хемиосмотическое сопряжение). Финальный акцептор — молекулярный кислород, на который электроны передает цитохромоксидаза (комплекс цитохромов $a + a_3$) за счет изменения валентности железа. Если цитохромов нет, перенос осуществляют флавопротеиды, и вместо воды образуется перекись водорода.
Белки как источник энергии
Бактерии способны использовать белки для получения энергии. Процесс идет в несколько этапов:
- Внеклеточные протеолитические экзоферменты режут белки до пептидов.
- Пептиды транспортируются в клетку.
- Внутриклеточные пептидазы расщепляют их до аминокислот.
Основной энергетический процесс для аммонифицирующих бактерий — окислительное дезаминирование. Аминокислота разлагается с выделением аммиака и образованием кетокислоты, которая уходит в ЦТК. Глубокий распад органики (минерализация белка) называется гниением. Он сопровождается образованием дурно пахнущих первичных аминов, сероводорода и углекислого газа. К представителям гнилостной микрофлоры относят виды родов Proteus, Pseudomonas, Bacillus cereus.
Вопросы с занятий и экзамена
Где локализована дыхательная цепь у бактерий?
Процесс идет на цитоплазматической мембране и внутриклеточных мембранных структурах (ее производных), так как у бактерий отсутствуют митохондрии.
В чем отличие окислительного метаболизма от бродильного?
При окислительном метаболизме (дыхании) субстрат полностью окисляется в ЦТК до углекислого газа и воды с высоким выходом АТФ. При бродильном окисление неполное, выход энергии меньше, а конечными продуктами становятся кислоты, спирты и газы.
Зачем бактериям экзоферменты?
Они гидролизуют крупные макромолекулы в окружающей среде до мономеров и димеров, которые могут пройти через клеточную стенку. У патогенов они также работают как факторы агрессии, разрушая ткани хозяина.
Что ещё разобрать по теме
- Особенности пути Энтнера—Дудорова у неферментирующих бактерий
- Связь промежуточных продуктов ЦТК с синтезом пиримидиновых нуклеотидов
- Химизм работы цитохромоксидазы и перенос электронов на кислород
- Альтернативные пути дыхания без участия цитохромов
Разберите тему целиком в курсе «Микробиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Метаболизм бактерий» и ещё 4 383 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 141 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Физиология микробов»
Бесплатные видеоуроки: микробиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.