Химический состав бактериальной клетки вода белки

Химический состав бактериальной клетки.

Физиология микроорганизмов.

Физиология микроорганизмов — раздел микробиологии, изучающий процессы питания, дыхания, роста, обмена веществ, размножения, взаимодействия микробов с внешней средой, т.е. их жизнедеятельность.

Химический состав бактериальной клетки.

Бактериальная клетка на 80—90 % состоит из воды, и только 10% приходится на долю сухого вещества.

Водав клетке находится в свободном или связанном состоянии.

Ø Она выполняет механическую роль в обеспечении тургора,

Ø участвует в гидролитических реакци­ях.

Удаление воды из клетки путем высуши­вания приводит к приостановке процессов

метаболизма, прекращению размножения. Высушивание микроорганизмов в вакууме из

замороженного состояния (лиофилизация) прекращает размножение микробов и спо собствует длительному их сохранению.

Состав сухого вещества распределен следу­ющим образом:

52 % составляют белки, 17 % — углеводы, 9 % — липиды, 16 % — РНК, 3 % — ДНК и 3 % — минеральные вещества.

Белкиявляются ферментами, а также со­ставной частью клетки, входят в состав цитоплазматической мембраны (ЦПМ) и ее производных, клеточной стенки, жгутиков, спор и некоторых капсул. Некоторые бактериальные белки являются антигенами и токсинами бак­терий. В состав белков бактерий входят от­сутствующие у человека Д-аминокислоты, а также диаминопимелиновая кислота.

Функции. Строительная, каталитическая, токсическая, энергетическая, запасающая, метаболическая.

Углеводы представлены в бактериальной клетке в виде моно-, ди-, олигосахаров и полисахаридов, а также входят в состав ком­плексных соединений с белками, липидами и другими соединениями. Полисахариды нахо­дятся в составе некоторых капсул, клеточной стенки; крахмал и гликоген являются запас­ными питательными веществами. Некоторые полисахариды принимают участие в форми­ровании антигенов.

Функции. Запасающая, строительная

Липидыили жиры входят в состав ЦПМ и ее производных, клеточной стенки грамотрицательных бактерий, а также служат запасными веществами, входят в состав эн­дотоксина грамотрицательных бактерий, в составе ЛПС формируют антигены. Микоплазмы — единственные представители царства Procaryotae, имеющие в составе ЦПМ стеролы. Остальные бактерии в составе ЦПМ и ее производных не имеют стеролов.

Функции. Запасающая, строительная

Нуклеиновые кислоты. В бактериальной клетке присутствуют все типы РНК: иРНК, тРНК, рРНК.Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды — это те строительные блоки, из которых синтезируются нуклеиновые кисло­ты. Кроме того, пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды входят в состав многих коферментов и служат для активации и переноса

амино­кислот, моносахаров, органических кислот.

Функции: транспортная ,строительная.

ДНКвыполняет в бактериальной клетке на­следственную функцию. Молекула ДНК постро­ена из двух полинуклеотидных цепочек. Процентное содержание количества гуанинцитозин (ГЦ)-пар в ДНК определяет степень родства между бактери­ями и используется при определении таксономи­ческого положения бактерий.

Функции. Хранение и передача наследственной информации, биосинтез белка.

Минеральные вещества обнаруживаются в золе, полученной после сжигания клеток. В большом количестве представлены мине­ральные вещества: N, S, Р, Са, К, Mg, Fe, Mn, а также микроэлементы: Zn, Си, Со, Ва.

Азот входит в состав белков, нуклеотидов, коферментов. Сера входит в виде сульфгид-рильных групп в структуру белков. Фосфор в виде фосфатов представлен в нуклеиновых кислотах, АТФ, коферментах. В качестве ак­тиваторов ферментов используются ионы Mg, Fe, Mn. Ионы К и Mg необходимы для акти­вации рибосом. Са является составной частью клеточной стенки грамположительных бакте­рий. У многих бактерий имеются сидерохро-мы, которые обеспечивают транспортировку ионов Fe внутрь клетки в виде растворимых комплексных соединений.

Функции. Строительная, регуляция осмотического давления, рН среды, окислительно-восстановительного потенциала, активируют ферменты.

Источник

Химический состав бактериальной клетки вода белки

По химическому составу бактериальная клетка в общих чертах сходна с клетками других живых организмов. В ней содержатся такие же биокомпоненты: вода, минеральные соединения, органические вещества — белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды (табл. 2).

Таблица 2. Химический состав бактериальной клетки

Содержание, % от сухой массы

Белки (в том числе нуклеопротеины)

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК)

Минеральные вещества (общее количество)

Вода составляет большую часть вегетативной клетки бактерии — 70—85 % от общей массы. Роль воды в жизни клетки огромна. Она служит растворителем органических и минеральных веществ, дисперсионной средой для коллоидов и средой для протекания метаболических реакций, источником водородных и гидроксильных ионов. Кроме того, вода выполняет механическую роль в обеспечении тургора (натяжения). В гипертоническом растворе происходит потеря клеткой воды и отслоение протопласта от клеточной стенки бактерии. Это явление носит название плазмолиза.

Потеря большого количества воды нарушает обмен веществ и приводит к гибели клетки. Вода в клетке находится как в свободном состоянии, так и связанном со структурными элементами клетки. В спорах бактерий количество воды уменьшается до 18—20 %, и она практически вся находится в связанном состоянии.

Белки составляют значительную часть сухой массы клетки, и содержание их зависит от природы и условий культивирования бактерий. Белки содержатся в различных клеточных структурах и выполняют разнообразные функции. Многие из белков являются ферментами — катализаторами биохимических реакций; некоторые белки являются структурными элементами клетки — входят в состав клеточной стенки, мембраны, жгутиков, капсулы и др. Белки-пермеазы выполняют транспортную функцию — обеспечивают перенос питательных веществ в клетку. Отдельные белки (токсины) обусловливают патогенность бактерий.

В состав бактериальных белков входит уникальная аминокислота, не встречающаяся в клетках высших организмов, — диаминопимелиновая:

Впервые диаминопимелиновая кислота была обнаружена в клетках дифтерийной палочки. Позже оказалось, что эта кислота имеется у большинства видов палочковидных бактерий и актиномицетов. Исключение составляют шаровидные формы бактерий, у которых она заменена лизином — аминокислотой, близкой по строению диаминопимелиновой.

Наряду с простыми белками в клетках бактерий обнаруживаются сложные белки: нуклеопротеины, гликопротеины, липопротеины.

Нуклеиновые кислоты бактерий выполняют функции, аналогичные нуклеиновым кислотам любой живой клетки. ДНК в виде бактериальной хромосомы ответственна за хранение и передачу наследственной информации. У некоторых бактерий молекулы ДНК небольшого размера обнаруживаются в цитоплазме, их называют плазмидами. Общее содержание ДНК составляет 3—4 % от сухой массы клетки. Рибонуклеиновые кислоты (информационная, транспортная и рибосомная) участвуют в биосинтезе белка. Их содержание составляет в среднем до 10 % сухой массы клетки.

Углеводы входят в состав клеточной стенки, капсулы, а также являются запасными питательными веществами бактериальной клетки. Среди углеводов в бактериальной клетке обнаруживаются моно-, ди- и полисахариды. Основную часть углеводов составляют полисахариды — крахмал, гликоген, гранулеза, которые относятся к резервным веществам и по мере необходимости используются клеткой в качестве источника углерода. В состав клеточной стенки входят аминосахара: N -ацетилглюкозамин, N -ацетилгалактозамин, а также мурамовая кислота — производное D -глюкозамина. Кроме внутриклеточных, многие микроорганизмы синтезируют внеклеточные полисахариды, которые входят в состав капсулы и слизистых слоев. В частности, Leuconostoc mesenteroides в среде, содержащей сахарозу, синтезирует полисахарид декстран. Некоторые спорообразующие бациллы синтезируют леван, являющийся полимером фруктозы. Уксуснокислые бактерии вида tobacter xylinum образуют целлюлозу.

Липиды в основном входят в состав мембран, а также клеточной стенки бактерий. Находящиеся в цитоплазме бактерий липиды выполняют роль запасных питательных веществ. Липиды бактерий представлены фосфолипидами, жирными кислотами и глицеридами. Общее содержание липидов в клетках различных бактерий сильно варьирует: от 5 % (у дифтерийной палочки) до 30—40 % (у палочки туберкулеза).

Минеральные вещества бактерий обнаруживают после сжигания клеток. Среди них доминирующее положение занимает фосфор. Он входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, ряда коферментов. В значительных количествах выявляются также калий, натрий, сера, железо, кальций, магний. Остальные минеральные вещества (медь, кобальт, барий, марганец и др.) обнаруживаются в виде микроэлементов.

Биологическая библиотека — материалы для студентов, учителей, учеников и их родителей.

Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.

Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.

Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.

© 2018-2021 Все права на дизайн сайта принадлежат С.Є.А.

Источник

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ

Основой изучения физиологии бактерий является ис­следование химического состава этих микроорганизмов. Анатомия и химический состав бактерий являются рамками, а следовательно, и материалом, за счет которого развиваются жизненные процессы.

Химический состав прокариотов почти такой же, как и других живых организмов: состоит из двух компонентов — воды и сухого остатка, представленного смесью органических и минеральных со­единений.

Основу микробной клетки составляет вода — 80—90 % общей массы. Вода находится в свободном и связанном состоянии.

Свободно содержащаяся в клетке вода необходима бакте­риям как растворитель органических и минеральных соедине­ний; дисперсионная среда для коллоидов; источник водородных и гидроксильных ионов; фактор осмотического давления (тургор клетки).

С водой, как главным химическим компонентом структуры, связаны основные процессы жизнедеятельности бактериальной клетки — питание, дыхание, рост и размножение. Подчеркивая особую роль воды в определении химического состава и жизне­деятельности бактериальной клетки, необходимо обратить вни­мание на главную особенность — она должна быть биологически доступна для бактерий. Биологическая зона воды находится в тем­пературном диапазоне от 2 °С (или ниже в растворах с высоким осмотическим давлением) до 100 °С.

Сухой остаток (10—20 % массы бактерий) представляет собой смесь органических и минеральных соединений, основу которых составляют четыре элемента (так называемые органогены) — азот, углерод, водород и кислород, присутствующие в различных соче­таниях в молекулах и свободном состоянии.

Минеральный состав бактерий характеризуют фосфор, сера, натрий, магний, калий, кальций и др.

Органические компоненты химического состава бактерий представляют белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды, витамины и др.

Более 50 % сухого остатка бактерий составляют белки, ответ­ственные за жизнеопределяющие функции всех организмов, в том числе и микроорганизмов.

Различают простые и сложные белки бактерий.

Простые белки (протеины) при гидролизе распадаются до ами­нокислот, которые бактериальная клетка использует как источ­ник углерода.

Сложные белки состоят из протеина (простого белка) и нук­леиновой кислоты. Сложные белки наиболее важны для жизнеде­ятельности бактерий. Они выполняют пластическую и строитель­ную функции; участвуют в процессе роста и размножения;

определяют видовые особенности бактерий; характеризуют анти­генные и иммуногенные свойства; ответственны за наследствен­ную передачу видовых признаков; обладают токсичностью и ви­рулентностью; в составе ферментов характеризуют биохимическую активность бактерий.

Нуклеиновые кислоты (10—30 % сухого остатка) представлены у бактерий двумя типами — ДНК и РНК. ДНК содержится в со­ставе бактериальной хромосомы, РНК — в рибосомах, зернистых включениях. Биологическая роль молекулы ДНК связана с опре­делением наследственных свойств бактерий. РНК (информаци­онная, транспортная, рибосомальная) выполняет соответствую-

щие функции в информационной потребности клетки, в синтезе белков.

Углеводы составляют 10—30 % сухого остатка, представлены в виде моносахаридов, дисахаридов и полисахаридов. Их функции:

агрессивность, токсичность, аллергенность;

питательная и запасная (гликоген, крахмал).

По содержанию азота бактериальные полисахариды подраз­деляются на азотсодержащие полисахариды, например, гексозамины (глюкоза + глюкозамин); безазотистые полисахариды (по­лимеры альдобионовой кислоты).

При полном гидролизе бактериальные полисахариды образу­ют глюкозу и глюкуроновую кислоту.

Липиды у большинства бактерий составляют 5—10 %, у дрож-жеподобных грибов и микобактерий достигают до 40 % сухого остатка.

В составе микроорганизмов липиды встречаются в виде про­стых жиров (глицерин и высшие кислоты) и сложных липидов (фосфолипиды).

Значительная часть липидов находится в комплексной связи с белками и углеводами. Они являются необходимыми компонен­тами цитоплазматической мембраны и клеточной стенки и вы­полняют роль запасных питательных веществ; энергетического ма­териала; фактора устойчивости микроорганизмов к действию внешней среды (спора, клеточная стенка микобактерий).

Минеральный состав микроорганизмов представлен большей частью элементов таблицы Менделеева. Минеральные вещества входят в состав различных клеточных структур бактерий. Общее их содержание в расчете на зольный остаток после сжигания бак­терий составляет 2—30 % и зависит от вида и той питательной среды, в которой выращивались бактерии.

В составе золы бактерий преимущественно определяются окиси металлов — Р₂0₅, (9-50 %), Nа₂0 (11-33 %), К₂О (7-25 %), Мg0 (0,1-9 %), СаО (7-12 %), в виде неорганических примесей — также Si, Сl, Аl, Сu, Мn и др.

Основное назначение минералов

1. Регуляторы осмотического давления, рН, окислительно-восстановительного потенциала.

2. Катализаторы активности бактериальных ферментов.

3. Обязательная составная часть главных органоидов бактери­альной клетки, ответственных за ее жизнедеятельность и жизне­способность, так:

P — составная часть нуклеиновых кислот;

Fе — компонент цитохромоксидазы, каталазы, пероксидазы;

Сu — составляющая дыхательных ферментов;

S — неорганический компонент белков и аминокислот.

Ростовые вещества — факторы роста, биоактиваторы — важ­нейшие регуляторы обменных процессов, роста и размножения микроорганизмов. В зависимости от фактора роста микрооргани­змы подразделяются на:

прототрофы — способные синтезировать все необходимые для Сроста и размножения органические соединения;

ауксотрофы — их рост и размножение невозможны при от-cутствии вещества, которое бактериальная клетка не способна или утратила способность синтезировать.

Непременным условием роста и размножения ауксотрофов является обязательное присутствие в среде обитания необходимого вещества. К факторам роста относятся, прежде всего, витамины (В₁ — тиамин, В₂ — рибофлавин, В₆ — пиридоксин, Н — биотин, В₁₂— цианкобаламин, РР — никотиновая кислота, витамин К₁ — филлохинон). Ауксотрофы нуждаются также в поступлении извне определенных аминокислот. Для каждого представителя ауксо-трофов такая аминокислота строго определенная и незаменимая. Потребность микроорганизмов в факторах роста не является постоянной и может изменяться в зависимости от:

условий культивирования. Так, плесневый гриб Мuсоr rouuuxii нуждается в витаминах В₁, В₆ лишь при росте в анаэробных усло-виях, а в аэробных условиях эти витамины он синтезирует самос­тоятельно;

химического состава окружающей среды. Большинство вита-минов входит в состав коферментов, поэтому микроорганизмы могут обойтись без необходимых витаминов, если продукты соот-ветствующей ферментативной реакции содержатся в самой среде.

Таким образом, потребность в витаминах выражает иногда потребность в недостающем ферменте или продуктах его актив-кности.

Пример. Возбудитель дифтерии нуждается в пантотеновой кислоте. Одновременно известно, что пантотеновая кислота синтезируется из пантоевой кислоты и β-аланина. Поэтому потребность дифтерийной палочки в пантотеновой кислоте можно удов-летворить, внеся в питательную среду β-аланин.

Источник