Ответы к экзамену, страница 11

обнаружено несколько систем ассимиляции NH4+:!• у факультативных анаэробов семейства энтеробактерий — аминированиефумарата с образованием аспарагиновой кислоты под действие ферментааспартазы;!• восстановительное аминирование кетокислот;!• аминирование пирувата с образованием аланина, глиоксилата с образваониемглицина и оксалоацетата с бразование аспарагиновой кислоты под действиемсоотв. дегидрогеназ; у некоторых бацилл есть только аланиндегидрогеназа, удругих микроорг.

систем утилизации аммония может быть несколько;!• образование амидов под дейтсвием фермента глутаминсинтетазы;!• образование карбамоилфосфата.!Для формирования других аминокислот микроорг. имеют системупереаминирования. В реакции участвует фермент трансаминаза спиридоксинфосфатом в качестве кофермента. В реакции переаминированияглутаминовая кислота служит донором аминогруппы. !Азотфиксация — укникальный процесс, присущий только прокариотическиммикроорганизмам.

Под азотфиксацией понимается способность к энзиматическомувосстановлению атмосферного N2до аммония (с образованием водорода), которыйзатем включается в клеточное вещество. Азотфиксаторов подразделяют насвободноживущих и симбиотических. Свободноживущие азотфиксаторы относятсяк хемотрофам (это анаробные клостридии и сульфатредукторы, факультативноанаэробные бациллы, аэробные метанотрофы) и фототрофам (пурпурные изеленые бактерии, цианобактерии). Свободноживущие азотфиксаторып о д р а з де л я ют н а и сти н н о сво б о дн о жи вущ и е и а ссо ци а ти вн ы е , т .е .предпочтительно встречающиеся в ризосфере некоторых высших растений(злаков). К ассоциативным диазотрофам относятся представители семействаEnterobacteriaceace и Azotobacteriaceae. Симбиотические диазотрофы включаютпрежде всего так называемые клубеньковые бактерии семейства Rhizobiaceae,обр.

разрастания на корнях бобовых растений. !Несмотря на разнообразие микроорганизмов, осуществляющих азотфиксацию,ферментный нитрогеназный комплекс имеет принципиальное сходство в строениии свойствах и у анаэробов, и у аэробов. Один из его отличительных признаков –чрезвычайная чувствительность к наличию кислорода. Поэтому аэробныемикроорганизмы сталкиваются с проблемой защиты нитрогеназы от кислорода.Фиксация азота жестко регулируется наличием его связанных форм.Нитрогеназная активность ингибируется, если в среде есть NH4+.

Газ азот – этохимически инертное и очень стабильное вещество. Реакция 3Н2 + N2 → 2NH3 –эндотермическая, поэтому чтобы разорвать тройную связь в молекуле азотанеобходимо, по крайней мере, 8 электронов и 16 молекул АТФ. Вдействительности АТФ затрачивается больше, т.к. часть ее необходима дляподдержания анаэробных условий. Нитрогеназный ферментный комплекс состоитиз двух белковых компонентов разной молекулярной массы. Для проявлениянитрогеназной активности необходимы оба компонента, но они взаимозаменяемы уразных микроорганизмов.

Нитрогеназа получает электроны и протонынепосредственно от низкопотенциального переносчика ферредоксина, которыйвосстанавливается в реакциях фотосинтеза у фототрофов, при дыхании уаэробных диазотрофов или при брожении у анаэробов. Реакция проходит внесколько стадий: N≡N —> HN=NH —> H2N-NH2 —> 2NH3.!Сера входит в состав метионина, цистеина, глутатиона, кофермента А,сульфолипидов и сульфополисахаридов. Некоторые из этих соединенийиспользуются и в катаболизме.

В составе таких веществ сера находится ввосстановленной форме (S2-). Большинство микроорганизмов способновосстанавливать окисленные соединения серы до этого уровня с помощьюассимиляционной сульфатредукции. У микроорганизмов первая реакция этогопроцесса, заключающаяся в активировании сульфата за счет его присоединения кАМФ, совпадает с начальной стадией диссимиляционного восстановлениясульфата. Далее этот комплекс фосфорилируется, и происходит восстановлениесульфата в сульфит. Отделившись от молекулы-переносчика, сульфитвосстанавливается ферментом сульфитредуктазой до уровня S2- и включается всерусодержащие аминокислоты (цистеин). Процесс ассимиляционнойсульфатредукции может проходить в двух вариантах, различающихся конечнымистадиями у бактерий и грибов.

Сложные серусодержащие соединения(сульфолипиды и сульфополисахариды) образуются при участиифосфорилированного комплекса сульфата с АМФ (ФАФС). Микроорганизмы, неспособные осуществлять ассимиляционную сульфатредукцию, могут расти толькопри наличии S2- в среде. !!41. Синтез основных биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, липидов,углеводов. Биосинтез порфириновых соединений и других важнейшихкомпонентов клеток (общее представление). Вторичные метаболиты.*Аминокислоты и белки. Белки синтезируются из двадцати аминокислот,предшественниками которых являются различные интермедиаты катаболизма.Все аминокислоты делятся на группы в соответствии со своим биосинтетическимпроисхождением.

Синтез аминокислот группы глутаминовой к-ты (глутаминовая кта, глутамин, аргинин, пролин) берет начало от альфа-кетоглутарата,интермедиата цикла Кребса. Оксалоацетат дает начало цепи реакций, приводящихк образованию аспарагиновой кислоты, аспарагина, метионина, треонина,изолейцина и лизина (группа аспарагиновой кислоты).

Синтезы группыароматических аминокслот (триптофана, фенилаланина и тирозина) начинаются сконденсации ФЕП из гликолитического пути и эритрозо-4-фосфата. 3-ФГК ипируват дают начало реакциям, приводящим к синтезу аминокислот группы серина(серин, глицин, цистеин) и группы пировиноградной кислоты (аланин, валин,лейцин) соответственно. Биосинтез гистидина тесно связан с путями образованияпуринов. Два атома углерода пятичленного имидазольного кольца и три углеродабоковой цепи происходят из фосфорибозилпирофосфата. Фрагмент C—N этогокольца образуется из пуринового ядра АТФ, а другой атом азота — из глутамина.Для биосинтеза белков требуется присутствие не только ферментов и мономеров,но и матрицы (молекулы иРНК), задающей последовательность присоединенияаминокислот к растущей цепи, а также специфического переносчика дляактивирования мономера и отбора его в соответствии с заданным кодом (тРНК).!Липиды.

Группа соединений, разнообразных по химическому составу, нонерастворимых в воде. Их можно условно разделить на вещества, содержащиежирные кислоты, связанные эфирной связью (нейтральные жиры, фосфолипиды,гликолипиды, липополисахариды, полиалканоаты и т.д.), и вещества, содержащиеизопреновые фрагменты (полиизопрены, каротиноиды, стеролы, хлорофиллы,хиноны и т.д.). Наращивание углеродной цепи образуемой жирной кислотыпроисходит на ацилпереносящем белке (АПБ).

Синтез жирных кислот с нечетнымчислом атомов отличается только первой реакцией, где происходит конденсацияпропионил-АПБ с малонил-АПБ. В синтезе фосфолипидов принимает участиеинтермедиат гликолиза диоксиацетонфосфат, который восстанавливается до 3фосфоглицерола и присоединяет два остатка жирных кислот, связанных с АПБ.Первые стадии образования изопреноидных липидов связаны с последовательнойконденсацией трех молекул ацетил-КоА в разных положениях и перегруппировкойполученного соединения.

В результате синтезируется разветвленная мевалоноваякислота, которая претерпевает два последовательных фосфорилирования идекарбоксилирование с образованием активированного С5-соединения,являющегося предшественником сложных изопреноидных веществ. Сложныелипиды могут строиться из разнообразных предшественников – жирных кислот,многоатомных спиртов, изопренов, а также моносахаров, аминокислот и аминов.Высшие жирные кислоты синтезируются из активированной уксусной кислоты,предшественником других липидных макромолекул может быть изопреновыйфрагмент.!Нуклеиновые кислоты. Синтезируются из пурин- ипиримидиннуклеозидтрифосфатов, которые имеют в целом сходное строение.

Вних пуриновое или пиримидиновое основание соединено с пентозой через атомазота (нукоеозид), а фосфатные группы находятся в 5’-положении (нуклеотид).Дезоксирибонуклеотиды обр. из рибонуклеотидов путем восстановления. Синтезрибонуклеотидов начинается с образования 5-фосфорибозил-1-пирофосфата.Рибозо-5-фосфат является промежуточным продуктом пентозофосфатного пути.Пуриновые рибонуклеотиды далее синтезируются путем последовательногоприсоединения амино- и углеродсодержащих групп к ФРПФ с образованиемдевятичленного пуринового кольца. В случае пиримидиновых рибонуклеотидовснчала происходит конденсация аспарагиновой кислоты и карбамоилфосфата собразованием шестичленного пиримидинового кольца, а затем присоединениерибозофосфатного остатка.

Образование нуклеиновых кислот осущ. путемматричного синтеза в процессах репликации и транскрипции. !Порфирины. Важной группой изопреноидных соединений являются порфирины –сложные азотсодержащие вещества, служащие простетическими группами рядаферментов и хлорофиллов. Конденсация сукцинил-КоА и глицина и рядпоследующих модификаций приводят к образованию пятичленногоазотсодержащего кольца с тремя заместителями (порфобилиногена), четыремолекулы которого далее объединяются в тетрапиррольное ядро протопорфиринаIX. Последующие реакции могут приводить к синтезу гема (при введении вмолекулу атома железа) или образованию хлорофилла (при введении в молекулумагния). Различные формы хлорофиллов синтезируются в дальнейшем с помощьюреакций периферического метаболизма определенных групп фототрофныхмикрооорганизмов.

!Вторичные метаболиты. Это вещества микробного (или растительного)происхождения, не существенные для роста и репродукции образующего ихорганизма. Каждый вторичный метаболит производится относительноограниченным числом видов. Эти соединения синтезируются в концеэкспоненциальной или в течение стационарной фаз роста, и их формирование взначительной степени зависит от условий роста, особенно состава питательнойсреды. Многие вторичные метаболиты имеют химическую структуру, необычнуюдля биологической материи, однако их образование берет начало отинтермедиатов первичного метаболизма. В отличие от синтеза первичногометаболита, который происходит одновременно с ростом и размножениемкультуры, для продуцента вторичных метаболитов принято говорить о трофофазе(когда культура растет и размножается) и идиофазе (когда рост замедляется илиостанавливается и начинается синтез продукта).

Механизмы переключения путейметаболизма с первичного на вторичный не ясны. К вторичным метаболитампричисляют антибиотики, токсины, иммунодепрессанты и стимуляторы, а такженекоторые запасные вещества (поли-β-алканоаты). Эти соединения относятся кразнообразным классам органических веществ (аминоциклитолы, кумарины,эпоксиды, нерибосомальные пептиды, полиены, пирролы, терпеноиды,тетрациклины, поликетиды, изопреноиды, стероиды, гиббереллины, фитоалексиныи т.д.). О физиологической роли вторичных метаболитов в жизни собственногопродуцента достоверно известно очень мало. Неизвестно, насколькораспространен вторичный метаболизм в природе. Само понятие “вторичныйметаболит” достаточно расплывчатое и многие исследователи его не признают.!!42.