Химический состав прокариотной клетки. Пищевые потребности прокариот. Источники углерода.

Химический состав клеток в принципе одинаков у всех организмов. Клетки прокариот содержат от 70 до 90% воды. Основную массу сухих веществ, на долю которых приходятся остальные 10–30%, составляют белки, нуклеиновые кислоты, липиды и полисахариды. Несколько процентов сухого вещества клеток приходится на низкомолекулярные органические вещества и соли. Макромолекулы, составляющие основную массу сухих веществ клетки, — полимеры, построенные из мономерных единиц. Исключением служат липиды, не являющиеся полимерами, так как молекулы в них не соединены между собой ковалентными связями. Углеводные полимеры построены на основе повторяющихся единиц одного, двух или более типов, например, запасной полисахарид гликоген, построенный из остатков глюкозы, или пептидогликан клеточной стенки, образованный чередованием N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты. В клетке углеводные полимеры представлены часто одним видом молекулы.
Прокариотная клетка в норме содержит примерно 2000—2500 различных белков, каждый из которых представлен 400—1000 молекулами. Количество молекул нуклеиновых кислот каждого вида определяется их функциональным назначением: ДНК — одного вида и представлена одной или несколькими копиями; количество разных молекул РНК в клетке колеблется на несколько порядков.

Пит. В-ва. Мономеры, необходимые для построения основных клеточных компонентов, могут быть синтезированы клеткой или поступать в готовом виде из среды. Чем больше готовых соединений должен получать организм извне, тем ниже уровень его биосинтетических способностей, так как химическая организация всех свободноживущих форм одинакова.
углеводы. Автотрофы – сами синтезируют всю органику из СО2. гетеротрофы – из органики или любых других в-в.
наибольшие гетеротрофы – облигатные внутриклеточные паразиты., потом идут факультативные, а птотм сапрофиты.
паразитам нужны все в-ва, тк у них многие метаболические пути редуцированы. Даже АЬФ берут у хозяина. А сапрофиты просто берут готовуую органику. АТФ сами делают, непосредственно от др не зависят.
Есть прокариоты, требующие для роста весьма ограниченное число готовых органических соединений в основном из числа витаминов и аминокислот, которые они не в состоянии синтезировать сами, и наконец, гетеротрофы, нуждающиеся только в одном органическом источнике углерода. Им может быть какой-либо сахар, спирт, кислота или другое углеродсодержащее соединение.

Олиготрофы – растут при малых конц в-ва – 10мкгл углерода. А есть копиотрофы – 10 г углерода на Л среды.

Азот. В расчете на сухие вещества его содержится приблизительно 10%. Природный азот бывает в окисленной, восстановленной и молекулярной формах. Подавляющее большинство прокариот усваивают азот в восстановленной форме. Это соли аммония, мочевины, органические соединения (аминокислоты или пептиды). Окисленные формы азота, главным образом нитраты, также могут потребляться многими прокариотами. Так как азот в конструктивном клеточном метаболизме используется в форме аммиака, нитраты перед включением в органические соединения должны быть восстановлены.

Сера и фосфор. Сера входит в состав аминокислот (цистеин, метионин), витаминов и кофакторов (биотин, липоевая кислота, кофермент А и др.), а фосфор — необходимый компонент нуклеиновых кислот, фосфолипидов, коферментов. В природе сера находится в форме неорганических солей, главным образом сульфатов, в виде молекулярной (элементной) серы или входит в состав органических соединений. Большинство прокариот для биосинтетических целей потребляют серу в форме сульфата, который при этом восстанавливается до уровня сульфида. Однако некоторые группы прокариот не способны к восстановлению сульфата и нуждаются в восстановленных соединениях серы. Основной формой фосфора в природе являются фосфаты, которые и удовлетворяют потребности прокариот в этом элементе.

Металлы. Всем прокариотным организмам необходимы металлы, которые могут использоваться в форме катионов неорганических солей. Некоторые из них (магний, кальций, калий, железо) нужны в достаточно высоких концентрациях, потребность в других (цинк, марганец, натрий, молибден, медь, ванадий, никель, кобальт) невелика. Роль перечисленных выше металлов определяется тем, что они входят в состав основных клеточных метаболитов и, таким образом, участвуют в осуществлении жизненно важных функций организма.

Факторы роста. Некоторые прокариоты обнаруживают потребность в одном каком-либо органическом соединении из группы витаминов, аминокислот или азотистых оснований, которое они по каким-то причинам не могут синтезировать из используемого источника углерода. Такие органические соединения, необходимые в очень небольших количествах, получили название факторов роста. Организмы, которым в дополнение к основному источнику углерода необходим один или больше факторов роста, называют ауксотрофами, в отличие от прототрофов, синтезирующих все необходимые органические соединения из основного источника углерода.

Ауксотрофы – рганизмы, которые не способны синтезировать определенноеорганическое соединение, необходимое для роста этого организма. Ауксотрофия — характеристика подобных организмов, этот термин противоположен прототрофии.

Растворение твердого полимерного органического вещества осуществляется под действием экзоферментов - гидролаз. Организмы, обладающие такой способностью, получили название гидролитиков. Растворимые полимеры разлагаются под действием гидролаз, чтобы превратиться в транспортируемые в клетки низкомолекулярные соединения, например, под действием амилазы для крахмала или протеаз для растворимых белков. Но это не составляет трудностей, и крахмал или пектин, обычно относят к легкоусвояемым веществам. Их разлагают, соответственно, ами-лолитические и пектолитические организмы. Труднее разлагаются капсульные слизи, которые по своему назначению должны быть устойчивыми. Нерастворимые полимеры, ВОВ, должны быть переведены в растворенное состояние. В биотехнологии процесс получил название твердофазной (гетерофазной) ферментации, скорость которой, очевидно, прямо зависит от заселенной поверхности, а не концентрации ВОВ. Гидролитики разделяются на три основные группы: сахаролитическую, пептолитическую, липолитическую, что соответствует трем классам субстратов - полисахаридам, белкам, липидам. При гидролизе ВОВ должен быть обеспечен плотный контакт между поверхностью твердой частицы и гидролазами. Это достигается при минимальном расстоянии между бактериальной клеткой и поверхностью, а также за счет создания слизистого чехла, не позволяющего гидролазам рассеиваться в окружающей среде.

Диссиптотрофы – доедают за гидролитиками то, что почему то они не съели – продукты гидролиза полимеров, тк сами этого не умеют. Представл микрофлору растений.

Газотрофы - группа бактерий, использующих в качестве источника энергии восстановленные газы. СН4 окисляют метанотрофы, Н2 – водородные бактерии, СО –карбоксидобактерии, NH3 – нитрификаторы, Н2S – серобактерии. При этом многие Г. способны окислятьвещества в очень низкой концентрации, являясь, таким образом, олиготрофами. Г. являются составнойчастью «бактериального окислительного фильтра», их сообщество располагается в водоемах на границераздела анаэробной и аэробной зон. Образование восстановленных газов происходит в анаэробной зоневодоемов при деградации органического вещества. Окисляя эти газы кислородом, Г. препятствуют их выходув атмосферу.