Mikro 27.02.docx

(18 KB) Pobierz

Metabolizm

 

Anabolizm- procesy biosyntezy, wymagają energii/ Katabolizm- procesy dostarczające energii

 

 

Drobnoustroje pobierają dwa typy energii i przez to dzielimy je na chemotrofy- pobierające ją ze związków oraz drobnoustroje pobierające energię słoneczną

 

Metabolizm chemoorganotrofów

 

Wykorzystują substraty organiczne jako źródło elektronów i protonów w dwóch głównych typach metabolizmu: oddychaniu i fermentacji.

 

Oddychanie

Wieloetapowy, kataboliczny proces biochemiczny, w którym substrat jest utleniany z udziałem egzogennego (zewnętrznego) akceptora e- i H+.

Obejmuje wszystkie szlaki metaboliczne dostarczające chemoorganotrofom energii, np. EMP, HMP, ED, CKTK czy beta oksydacja KT; ostatnim etapem oddychania jest zawsze łańcuch oddechowy.

Oddychanie może zachodzić zarówno w warunkach tlenowych (biorcą e- i H+ jest wówczas O2) jak i beztlenowych (zamiast tlenu wykorzystywane są inne mineralne lub organiczne akceptory e- i H+).

 

Fermentacja

Proces polegający na utlenieniu jednego organicznego związku pośredniego kosztem redukcji innego (endogennego) związku pośredniego;

·                     Zachodzi zwykle w warunkach beztlenowych

·                     Bazuje na znanych szlakach utlenienia- EMP, ED, czy szlaku fosfoketolazy pentozowej

·                     Jego substratami są węglowodany bądź aminokwasy

·                     Głównymi produktami są zwykle kwasy organiczne, alkohole

 

 

Reakcje redoks- rola dwunukleotydu nikotynoamidoadeninowego.

Reakcje redoks katalizują enzymy z klasy dehydrogenaz, ich koenzymem jest np. w.w. dwunukleotyd (w zależności od typu reakcji w odpowiedniej formie: utlenienie: NAD+, redukcja: NADH).

 

Schemat u chemoorganoheterotrofów

 

Etapy oddychania (pełnego utleniania cukrów):

·                     Glikoliza (lub zamiennie HMP lub ED)

·                     Cykl Krebsa

·                     Łańcuch oddechowy

 

 

Glikoliza

 

Szlak EMP: Embdena- Meyerhofa- Parnasa- cykl reakcji przekształcający glukozę w pirogronian z jednoczesnym wytworzeniem niewielkich ilości ATP na drodze fosforylacji substratowej:

Ogólne równanie: c6h12o6 + 2 adp + 2Pi + 2nad = 2ch3cocooh + 2atp + 2nadh + 2H+ + 2h2o

 

Zysk energetyczny glikolizy netto: 2 ATP

 

Szlak fruktozo- 1,6-bifosforanowy

Glukoza --> fruktozo-1,6-bisP --> 2aldehyd- 3PG --> 2kwas pirogronowy

 

Fosforylacja substratowa

Proces biosyntezy ATP z ADP przy udziale energii pochodzącej od substratu ufosforylowanego i wyżej ergicznego niż samo ATP.

 

Cykl Krebsa

Cykl kwasów trójkarboksylowych (cykl Krebsa, CKTK)- cykliczna sekwencja reakcji umozliwiająca utlenienie acetylo-CoA do CO2 z jednoczesnym wygenerowaniem energii w postaci ATP na drodze fosforylacji substratowej i wytworzeniem zredukowanych nukleotydów (NADH, FADH2)

 

Pirogronian + NAD+ + CoA --> acetylo-CoA + CO2 + NADH + H+

Enzymem katalizującym jest kompleks dehydrogenazy pirogronianowej.

 

 

Łańcuch oddechowy

Etap umożliwiający transport elektronów ze zredukowanych przenośników oksydoredukcyjnych (NADH, FADH2) poprzez kompleksy enzymatyczne na ostateczny ich akceptor, energia tworzona na drodze fosforylacji oksydoredukcyjnej.

 

Fosforylacja oksydacyjna

Proces biosyntezy i uwolnienia ATP na skutek transportu elektronów przez łańcuch oddechowy na ich ostateczny akceptor czemu towarzyszy wytworzenie siły protonomotorycznej wykorzystanej przez syntazę ATP (ATPazę): 3H+ = 1ATP

 

Przepływ elektronów w łańcuchu oddechowym

 

KI- zredukowany NADH, powstały na szlakach utlenienia związków organicznych takich jak EMP czy CKTK, pozbywa się swojego ładunku- elektronów i protonów oddając je na kompleks I- reduktazę NADH-Q. Z kompleksu tego na ubichinon (Q) płyna już tylko elektrony.

 

KII- na ubichinon trafiają również elektrony z FADH, powstałego w CKTK, w reakcji utlenienia bursztynianu do fumaranu, katalizowanej przez dehydrogenazę bursztynianową (kompleks II).

 

KIII- z ubichinonu elektrony przekazywane są dalej na reduktazę cytochromową (kompleks III).

 

KIV- z kompleksu III elektrony za pośrednictwem cytochromu c trafiają na KIV (oksydaza cytochromowa). Przekazuje ona elektrony na ostateczny akceptor, którym jest tlen, tworząc cząsteczkę wody.

 

KV- protony za pośrednictwem kompleksów I, III i IV, będących pompami protonowymi sa wyrzucane do przestrzeni peryplazmatycznej. Ich powrót do wnętrza komórki zachodzi wyłącznie poprzez ATPazę (kompleks V), co powoduje uwolnienie ATP do cytoplazmy.

 

 

Lipidy są nieodzownym składnikiem błon komórkowych: budujące je kwasy tłuszczowe stanowią cenne źródło węgla i energii dla drobnoustrojów. Około 90% lipidów komórkowych to triacyloglicerole.

 

Triacyloglierol --lipaza, 3H2O--> glicerol + 3 kwasy tłuszczowe

 

 

Beta oksydacja kwasów tłuszczowych (nasyconych)

W każdym cyklu reakcji łańcuch acylo- CoA ulega skróceniu o 2 atomy C (acetylo- CoA) oraz powstają NADH i FADH2. Acetylo- CoA utleniany dalej w CKTK. Zredukowane przenośniki przekazują zaś swój ładunek na łańcuch oddechowy.

 

Utlenienie 16 węglowego nasyconego kwasu palmitynowego wymaga więc 7 cykli reakcji dających 8 cząsteczek acetylo- CoA. [16:2 = 8 acetylo-CoA]

 

Zysk energetyczny z utlenienia 7 cząsteczek NADH i 7 cząsteczek FADH2, w łańcuchu oddechowym- 106 ATP!!!

 

 

Rozkład białek

Proteoliza zewnątrzkomórkowa (enzymy: proteazy, peptydazy)

 

Dekarboksylacja wewnątrzkomórkowa <----> Deaminacja wewnątrzkomórkowa

|                                                                                    |

| dekarboksylazy                                                           |

\/                                                                                  \/

                                                                           Utlenienie szkieletu węglowego aminokwasów do CO2 w CKTK

Aminy pierwszorzędowe, biogenne

I dwuaminy (toksyny)

 

Oksydazy

Kofaktorami oksydaz aminokwasowych sa flawiny, przenoszące przyłączone protony i elektrony na łańcych oddechowy:

 

R-CHNH2COOH --> R-COCOOH + NH3

 

Dehydrogenazy

Koenzymami dehydrogenaz aminokwasowych są NAD+ lub NADP+:

 

R-CHNH2COOH + NAD+ + H2O --> R-COCOOH + NH3 + NADH + H+

 

Dekarboksylacja aminokwasów

·                     Z udziałem dekarbiksylaz

Dekarboksylacja aa z jedną grupą aminową prowadzi do wytworzenia amin I-rzędowych

R-CHNH2COOH --> R-CH2NH2 + CO2

 

Dekarboksylacja L-Lys prowadzi do powstania neurotoksycznej dwuaminy zwanej kadaweryną:

NH2(CH2)4CHNH2COOH --> NH2(CH2)5NH2 + CO2

 

 

Większość tlenowych chemoorganotrofów utlenia związki organiczne pobrane ze środowiska do CO2 i H2O- jest to utlenianie całkowite, ponieważ CO2 to najbardziej utleniona forma węgla.

 

Niektóre tlenowe chemoorganotrofy utleniają jednak składniki odżywcze do różnych kwasów organicznych- jest to utlenianie częściowe, nazywane BŁĘDNIE fermentacją tlenową.

 

Bakterie octowe

Utlenianie alkoholi i węglowodanów do kwasów

Acetobacter, Gluconobacter, Gluconoacetobacter- pałeczki gramujemne błędnie zwane bakteriami fermentacji octowej.

 

Trzy typy fizjologiczne:

PEROKSYDANS- szybkie utlenienie i NEZOKSYDANS- powolne utlenienie- przejściowo akumulują kwas octowy, który następnie utleniają całkowicie w róznym jednak tempie

(Acerobacter aceti, A. pasteurianus ssp. pasteurianus, Gluconacetobacter entanii, Ga. intermedius)

 

 

Przeprowadzają CKTK:

SUBOKSYDANS- produkuje kwas octowy, którego nie potrafi dalej metabolizować ijest on wydzielany do podłoża (Gluconobacter oxydans, G. cerinus)

 

Nie przeprowadzają CKTK:

Nie posiadają dehydrogenazy bursztynianowej

 

Niepełne utlenianie- wytwarzanie kwasu octowego

 

A. Bakterie octowe: gluconobacter oxydans i cerinus

 

B. CH3CH2OH + NAD+ --> CH3CHO + NADH + H+

Enzym katalizujący: dehydrogenaza etanolu

 

C. CH3CHO + NAD+ + H2O --> CH3COO…...

Enzym katalizujący: dehydrogenaza aldehydu octowego

 

Wykorzystywane na skalę przemysłową do produkcji kwasu octowego (produkcja octu spożywczego z wina)

 

 

Niepełne utlenianie węglowodanów- nadprodukcja kwasów organicznych przez grzyby strzępkowe.

 

Metabolizm grzybów strzępkowych jest ściśle tlenowy, tzn. składają się na niego glikoliza, cykl Krebsa, cykl glioksalowy i łańcuch oddechowy z O2 jako ostatecznym akceptorem.

Wydzielanie kwasów organicznych wykorzystywane w produkcji przemysłowej jest wynikiem:

·                     Nadmiaru węglowodanów

·                     "dezorganizacji metabolizmu na skutek błędnej regulacji" przy celowym niedoborze mikroelementów (Fe, Mn, Zn, akonitaza) i ograniczonej zawartości związków N i P (spadek biomasy)

 

 

Kwas itakonowy- Aspergillus itaconicus i terreus

Kwas szczawiowy- A niger

Kwas glukonowy- A niger

Kwas cytrynowy- A niger i wentii

 

Zastosowanie

 

Cytrynowy- przemysł spożywczy (E330-E333), farmaceutyczny, chemiczny i metalurgiczny

Itakonowy- przemysł tekstylny, chemiczny

Glukonowy- przemysł spożywczy (E574), farmaceutyczny, tekstylny

Szczawiowy- elektrotechnika, pszczelarstwo, metalurgia

 

 

 

Zgłoś jeśli naruszono regulamin