Слайд 2
Метаболизм
Совокупность химических процессов любой клетки, протекающих с помощью
ферментов и обеспечивающих существование клетки
Подразделятся на катаболизм и анаболизм
Катаболизм
– энергетический обмен – разложение (чаще всего окисление) веществ с выделением энергии
Анаболизм – пластический обмен – синтез необходимых живой системе веществ с затратой энергии
Слайд 3
Основные классы веществ в биохимии
Слайд 5
Пептидная связь
Связь межу аминогруппой одной АК и карбоксильной
группой другой АК
Образуется на рибосомах в процессе трансляции
Слайд 6
Углеводы
Моносахариды – триозы, пентозы гексозы
Слайд 8
Нуклеотиды
Азотистые основания – пуриновые и пиримидиновые – гетероциклические
молекулы
Азотистое основание + пентоза = нуклеоЗИД
Азотистое основание +
пентоза + фосфатная группа = нуклеоТИД
Слайд 9
Нуклеотиды
Мононуклеотид - АТФ
Динуклеотид - НАД
Слайд 11
Классификация бактерий по типу метаболизма
Слайд 12
Катаболизм
Суть катаболизма – получение энергии и заключение ее
в пригодную для клетки форму
АТФ может синтезироваться в двух
процессах – субстратном фосфорилировании и фосфорилировании с помощью АТФ-синтазы
АТФ – универсальная молекула, служащая источником энергии для всех внутриклеточных процессов
Слайд 13
Основные этапы катаболизма
Разложение полимеров на мономеры
Окисление глюкозы до
пирувата (ПВК):
Гликолиз
Пентозофосфатный окислительный путь
КДФГ-путь
Дальнейшее окисление пирувата
Брожения
Аэробное дыхание
Анаэробное
дыхание
Слайд 14
Этапы катаболизма
Белки
Углеводы
Липиды
Нуклеотиды
Аминокислоты
Моносахариды
Глицерин
ВЖК
Азотистые основания
ГЛЮКОЗА
ЩУК
оксоглутарат
Пируват
Ацетил-CoA
Цитрат
Гликолиз
Окислительное декарбоксилирование
ЦТК
Слайд 15
Белки
Углеводы
Липиды
Нуклеотиды
Аминокислоты
Моносахариды
ВЖК
Азотистые основания
Глицерин
ГЛЮКОЗА
Пируват
Гликолиз
Пентозофосфатный окислительный путь
Путь Энтнера – Дудорова
Слайд 16
Катаболизм
Три пути ассимиляции глюкозы:
Гликолиз (путь Эмбдена —
Мейергофа — Парнаса)
Пентозофосфатный окислительный путь (путь Варбурга — Диккенса — Хорекера)
КДФГ-путь
(Путь Энтнера — Дудорова)
Слайд 17
Глюкоза (G)
Глюкоза (G)
Глюкоза (G)
G-6-P
G-6-P
G-6-P
F-6-P
F-1,6-dP
ДОАФ
ФГА
ПВК
2 NADH*H+
6-фосфоглюконат
2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат
ФГА
6-фосфоглюконат
рибулозо-5-фосфат
ФГА
NADH*H+
NADH*H+
NADH*H+
NADH*H+
NADH*H+
Слайд 21
Сравнение путей окисления глюкозы
Слайд 22
Основные этапы катаболизма
Разложение полимеров на мономеры
Окисление глюкозы до
пирувата (ПВК):
Гликолиз
Пентозофосфатный окислительный путь
КДФГ-путь
Дальнейшее окисление пирувата
Брожения
Аэробное дыхание
Анаэробное
дыхание
Слайд 23
Брожения
Способ получения энергии при окислении ПВК в отсутствие
кислорода
Спиртовое (конечный продукт - этанол)
Молочно-кислое (лактат)
Смешанное (смесь различных продуктов)
Масляно-кислое
и ацетобутиратное брожение
Пропионовокислое брожение (пропионовая кислота)
Гомоацетатное (ТОЛЬКО ацетат)
Слайд 24
Спиртовое брожение
2 CО2
Ключевой фермент –алкогольдегидрогеназа
Дрожжи – основные микроорганизмы
со спиртовым брожением
Спиртовое брожение бактерий Zygomonas mobilis идет после
образования пирувата в КДФГ-пути
Некоторые бактерии (Sarcina, Enterobacteriaceae, Clostridium) могут проводить некую форму спиртового брожения с образованием смеси продуктов этанол+ацетат
Глюкоза
2 NAD+
2 NADH+H+
Гликолиз
Слайд 25
Молочнокислое брожение
Глюкоза
2 NAD+
2 NADH+H+
Гликолиз
Гомоферментативное молочнокислое брожение
Слайд 26
Гетероферментативное молочнокислое брожение
Глюкоза
ПФП
3 NAD+
3 NADH+H+
Ацетил-КоА
Ацетальдегид
Этанол
NAD+
КоА
Ацетил-фосфат
Ацетат
Фосфат
ATP
Молочнокислое брожение
Слайд 28
Основные этапы катаболизма
Разложение полимеров на мономеры
Окисление глюкозы до
пирувата (ПВК):
Гликолиз
Пентозофосфатный окислительный путь
КДФГ-путь
Дальнейшее окисление пирувата
Брожения
Аэробное дыхание
Анаэробное
дыхание
Слайд 29
Аэробное дыхание
При возможности аэробного окисления ПВК декарбоксилируется до
ацетил-КоА в пируватдегидрогеназном комплексе
Ацетил-КоА вступает в реакции цикла Кребса
В цикле Кребса восстанавливаются NAD и FAD, которые впоследствии используются при окислительном фосфорилировании
Слайд 30
ПВК
CO2
CO2
CO2
NADH+H+
NADH+H+
NADH+H+
FADH2
NADH+H+
Слайд 33
Аэробное дыхание с использованием С1-соединений
Метилотрофия
Одноуглеродные соединения – метанол,
формиат, метан, метиламины
Слайд 34
СН4
СН3ОН
НСНО
НСООН
СО2
ММО
МДГ
ФАДГ
ФДГ
Сериновый путь
РМФ-путь
Цикл Кальвина
NADH+H+
NADH+H+
ММО – метанмонооксигеназа
МДГ – метанолдегидрогеназа
ФАДГ –
формальдегиддегидрогеназа
ФДГ – формиатдегидрогенза
Диоксиацетоновый цикл
С3-соединения
биомасса
Слайд 35
Аэробное дыхание с использованием неорганики
Хемолитоавтотрофия – тип питания,
при котором источником энергии для синтеза органических в-в из
углекислого газа служат реакции окисления неорганических соединений
В зависимости от неорганического соединения используемого бактериями можно выделить железобактерий, серобактерий, нитрификаторов, тионовых бактерий, водородных бактерий, карбоксибактерий
Слайд 36
Хемолитоавтотрофия - нитрификация
Слайд 37
Нитрификаторы
Нитрификаторы I фазы:
Нитрификаторы II фазы:
Для фиксации CO2 используют
цикл Кальвина
Таксономически разнородные группы
NH3
NO2–
NO2–
NO3–
Нитрозные бактерии: Nitrosococcus
Nitrosomonas
Nitrosospira
Нитратные бактерии:
Nitrobacter
Nitrospira
Nitrococcus
Nitrospina
3
стадии
1 стадия
Слайд 38
Хемолитоавтотрофия - железобактерии
Получение энергии окислением двухвалентного железа
до трехвалентного:
Энергии в таком процессе запасается мало, поэтому необходимо
окислить большое количество железа (II)
Клетки в слизистых чехлах, куда могут откладывать гидроксид железа (III)
Fe2+
Fe3+
Слайд 40
Окисление восстановленных соединений серы
Соединения серы, которые могут служить
субстратами:
S2-
S2О32-
S SO32-
Конечный продукт всегда SO42-
Используется цикл Кальвина для фиксации СО2
ЭТЦ практически не отличается от ЭТЦ митохондрий
Слайд 41
Бактерии, окисляющие серу
Фотосинтезирующие пурпурные и зеленые бактерии, использующие
H2S как донор электронов
Тионовые бактерии окисляют H2S и используют
эту энергию на ассимиляцию CO2
Есть представители, способные окислять органику с помощью гликолиза/оПФП/КДФГ-пути, а также ЦТК
Слайд 42
Водородные бактерии
Окисляют молекулярный водород с участием О2
Ключевые
ферменты – гидрогеназы, катализирующие реакцию:
2H2 + O2 = 2H20
+ E
Частично используют полученную энергию для фиксации СО2
20 родов различной морфологии
Слайд 43
Гидрогеназы
Мембранная гидрогеназа передает электроны на ЭТЦ на уровне
флавопротеинов
Растворимая гидрогеназа передает электроны на NAD+, который затем идет
на синтез биомассы
Слайд 45
Основные этапы катаболизма
Разложение полимеров на мономеры
Окисление глюкозы до
пирувата (ПВК):
Гликолиз
Пентозофосфатный окислительный путь
КДФГ-путь
Дальнейшее окисление пирувата
Брожения
Аэробное дыхание
Анаэробное
дыхание
Слайд 46
Анаэробное дыхание
Конечный акцептор электронов в ЭТЦ НЕ кислород
NO3-
Фумарат
SO42-
S0
CO2
Fe3+
Mn4+
SeO42-
AsO43-
ClO3- Clo4-
Слайд 47
Нитратное дыхание
Диссимиляционная нитратредукция
Денитрификация
Конечные акцепторы в ЭТЦ –
нитраты (NO-3) или нитриты (NO-2)
Результат процесса – газообразные формы
азота (NO, N2O, N2)
Процесс проходит в несколько стадий, строго анаэробно
Огромное значение для цикла азота
Осуществляется разнородной группой денитрифицирующих бактерий
Слайд 48
Нитратное дыхание
Глюкоза
ПВК
Ацетил-КоА
СО2
NADH+H+
NADH+H+
NADH+H+
1
2
1 – гликолиз
ПФП
КДФГ-путь
2 – окислительное декарбоксилирование
3
3 - ЦТК
Два
ключевых фермента: нитратредуктаза и нитритредуктаза
Слайд 49
ЭТЦ содержит лишь два генератора δμ H+, в
отличии от аэробной ЭТЦ с тремя.
Поэтому энергетический выход составляет
70% по сравнению с аэробным дыханием
Слайд 50
Денитрифицирующие бактерии
Представители семейства Enterobacteriaceae, родов Pseudomonas, Bacillus и
т. д.
Факультативные/облигатные анаэробы
Обитатели пресных и морских водоемов, почв
Служат источником
атмосферного азота
Отрицательно влияют на почвы, так как уменьшают концентрацию нитратов в ней, что может привести к азотному голоданию
Слайд 51
Ассимиляционная нитратредукция
Осуществляется и прокариотами, и эукариотами
Как в аэробных,
так и в анаэробных условиях
Нитраты также превращаются в нитриты
Нитриты
переходят в форму иона аммония, который идет на синтез аминокислот
Слайд 53
Сульфатное дыхание
Донор е- – формиат, ацетат, лактат, этанол,
ВЖК
Конечный акцептор е- – сульфат (SO42-)
Результат процесса – H2S
Процесс
проходит в три этапа:
отрыв электрона от субстрата (молекулярный водород, пируват, ВЖК, этанол, лактат)
перенос электронов по дыхательной цепи (переносчики – Fe-S-белки, хиноны, цитохромы b c)
присоединение электронов к конечному акцептору
Слайд 54
Могут полностью окислять субстрат до СО2 и воды
А могут окислить субстраты лишь до ацетата
Слайд 55
Сульфатредукторы
Анаэробы
Разнородная в таксономическом смысле группа
Обитатели донных отложений
Одна группа
– хемоОРГАНОтрофы – источники энергии - брожение или окисление органических субстратов в процессе
сульфатного дыхания
Другая группа – хемоЛИТОтрофы – источник энергии - анаэробное окисление Н2 с акцептированием электронов на SO4– в сочетании с конструктивным метаболизмом гетеротрофного или автотрофного типа
Слайд 56
Ассимиляционная сульфатредукция
Осуществляется и бактериями, и некоторыми эукариотами
Суть не
в извлечении энергии, а в получении сульфид-иона и использовании
его в конструктивном метаболизме
Встраивание в серусодержащие АК и белки
Слайд 57
Карбонатное дыхание
Конечный акцептор электронов – СО
Результат процесса –
метан, осуществляют этот процесс археи-метаногены
Фиксация СО2 происходит в нескольких
циклах, вариаций очень много
Слайд 58
Фотосинтез
Использование энергии, заключенной в квантах света для синтеза
АТФ
Подразделяется на темновую и световую стадии
Свет
Антенны в виде систем
пигментов
Источник электронов и протонов
Система мембран с переносчиками
Ферменты темновой стадии
Слайд 59
Бесхлорофильный фотосинтез
Наипростейший вариант фотосинтеза
Отсутствие электронтранспортной цепи
Два фермента –
светозависимая протонная помпа и АТФ-синтаза
Галоархеи – уникальнейшие археи, умеющие
существовать в среде с концентрацией соли до 30%
Слайд 61
Аноксигенный фотосинтез
Тип фотосинтеза, при котором источником электронов и
протонов выступает НЕ вода, а H2S, S, H2, органика
Отсутствует
выделение кислорода
Осуществляется пурпурными, зелеными бактериями, а также гелиобактериями
ТОЛЬКО ОДНА фотосистема, поток е- циклический
В качестве пигментов выступают различные бактериохлорофиллы с длинами волн 830-890 нм
Слайд 62
Оксигенный фотосинтез
Осуществляется цианобактериями и всеми эукариотическими растениями
Антенны включают
в себя хлорофилл
Вода – источник электронов и протонов
Две
фотосистемы
ЭТЦ располагается на мембранах тилакоидов
