Особенности обмена веществ микроорганизмов

Многообразное проявление деятельности микроорганизмов в природе определяется особенностями их метаболизма. Метаболизм, или обмен веществ, — совокупность процессов распада и синтеза, обеспечивающих поддержание, рост и размножение организма. Обмен веществ имеет две стороны: он слагается из энергодающих процессов, которые объединяются понятием катаболизма, и из энергонезависимых процессов синтеза макромолекул, или анаболизма. При катаболизме происходит выделение энергии, а при анаболизме ее поглощение.

Существует принцип биохимического единства жизни на нашей планете, который заключается в универсальности определенных процессов и явлений. Так, универсальны «строительные блоки» (например, белки состоят из аминокислот), кванты биологической энергии (АТФ), генетический код, пути расщепления сахаров, дыхательная цепь. На фоне этого единства у микроорганизмов прослеживается много специфического в процессах катаболизма и анаболизма, что выражается различиями источников энергии, источников углерода и восстановителя (водорода пли электронов). Источниками последнего либо служат реакции катаболизма, либо он поступает извне.

По получаемой энергии микроорганизмы делятся на фототрофные (световая энергия) и хемотрофные (химическая). По субстратам анаболизма (источникам углерода) они дифференцируются на две главные группы автотрофов, которые фиксируют СО2 для конструктивного метаболизма, и гетеротрофов, которые нуждаются в готовых органических веществах разной степени сложности.

По донору электрона различают литотрофы (неорганический источник) и органотрофы (органические вещества как источник водорода). Метаболизм микроорганизмов имеет ряд особенностей:

• · Микроорганизмы используют большое количество разнообразных источников углерода и энергии;
• · Метаболизм микроорганизмов характеризуется высокой эффективностью, что объясняется большим значением отношения поверхности к объему;
• · Главные внутриклеточные функции у микробов контролируются ферментами;
• · Микроорганизмы способны выделять во внешнюю среду как клеточные, так и промежуточные продукты обмена;
• · Микробная клетка нуждается в источниках внешней энергии для поддержания процессов метаболизма, такими источниками являются богатые энергией органические и неорганические соединения или свет;
• · В зависимости от используемых источников энергии и углерода, конечных продуктов у микроорганизмов выделяют 4 типа метаболизма — бродильный, дыхательный, метаногенный и фототрофный.

Общая схема процессов катаболизма включает три стадии:

• 1). Расщепление макромолекул под действием гидролитических ферментов на простые субъединиц (аминокислоты, моносахара, жирные кислоты, глицерин);
• 2). Распад простых субъединиц до ПВК, сопровождающийся образованием насыщенных энергией (макроэргических) соединений;
• 3). Окисление или восстановление ПВК с образованием продуктов метаболизма, сопровождающееся накоплением большого количества энергии.

Клеточный метаболизм может быть поделен на 3 стадии:

• · окислительные реакции, направленные на расщепление субстрата и ведущие к образованию промежуточных продуктов (ацетил-СоА, ПВК, б-кетогоутаровой кислоты), восстановленных кофакторов (НАДН2, ФАДН2) и АТФ;
• · реакции регенерации (реокисления) кофакторов;
• · биосинтетические реакции образования макромолекул, протекающие счет энергии АТФ.