Терміни й поняття: аероби, анаероби, бродіння, гниття, хемосинтез
Особливості метаболізму прокаріотних організмів. Бактерії, незважаючи на дуже примітивну будову клітин, за різноманітністю способів живлення не мають собі подібних серед інших груп організмів. Серед них трапляються як гетеротрофні, так і автотрофні істоти; ті, що живуть лише за наявності вільногоОксигену, або навпаки, — у середовищі, повністю позбавленому кисню. Цілкомочевидно, що залежно від способу життя бактерії мають певні особливості обміну речовин, хоча при цьому й зберігають принципові властивості, притаманні усімживим істотам. Це, зокрема, стосується певного балансу в їхніх клітинах реакційпротилежної спрямованості — адже метаболізм бактерій також є сукупністю двохвзаємозв’язаних протилежних процесів: катаболізму й анаболізму (іл. 15.3). Реакції розпаду супроводжуються виділенням енергії, яка накопичується у виглядіАТФ чи інших енергоємних речовин, а під час реакцій синтезу, навпаки, енергіявитрачається. Усі реакції обов’язково каталізуються ферментами.
Особливості метаболізму гетеротрофних бактерій. Завдяки величезному різноманіттю ферментів, які синтезують бактерії, поживою для них можуть бутипрактично всі органічні та навіть деякі неорганічні речовини, що трапляються уприроді. Вони можуть використовувати як їжу не лише традиційно поживні продукти (вуглеводи, білки, амінокислоти й жири), а й такі неїстівні, як нафта або навіть отруйні: сечовину чи антибіотики. Причому отруйні для одних видів бактерійречовини є поживою для інших. Ця дивна особливість бактерій — живитися непоживними речовинами, яку зараз широко використовують для очищення води відпромислових та каналізаційних відходів, зумовлена наявністю в їхньому організміособливих ферментів, яких немає у клітинах еукаріотів.
Деякі види бактерій здатні жити лише за умови наявності вільного Оксигену, інші — лише в безкисневому середовищі, а є й такі, що розвиваються однаково добре як за наявності, так і за відсутності Оксигену. Бактерії, що живуть у кисневомусередовищі, є аеробами (від грец. аер — повітря і біос — життя). Вони дихають і добувають енергію завдяки біологічному окисненню. У них у такій же спосіб, що і веукаріотів, відбувається окисне фосфорилювання, однак цей процес перебігає не вмітохондріях (їх у прокаріотів немає), а на внутрішній поверхні клітинної мембрани.
Однак багато бактерій є анаеробами (від грец. ан — ні та аероби). Вони постійно або тимчасово живуть в середовищі, позбавленому Оксигену. Тому енергію вони отримують унаслідок часткового розкладання речовин до проміжних продуктів, а недо води й вуглекислоти, як це відбувається під час кисневого окиснення.
Анаеробні бактерії, здатні існувати в безкисневому середовищі, отримують енергію шляхом ферментативного розпаду глюкози, тобто бродіння.
Молочнокисле бродіння відбувається під час скисання молока під дією специфічних бактерій (і л. 19.1).
Іл. 19.1. Молочна кислота (а) — основний продукт молочно-кислого бродіння; різні форми молочнокислих бактерій (б, в, г) у світловому мікроскопі
Цей процес включає ті самі хімічні перетворення, що й гліколіз багатоклітинних організмів, ось тільки він завершується утворенням не двох молекул пі
ровиноградної кислоти, а двох молекул молочної кислоти:
Спиртове бродіння відрізняється від молочнокислого двома останніми реакціями, унаслідок яких утворюється етиловий спирт і виділяється вуглекислий газ (1). Цей процес відбувається у дріжджових грибів. Його використовують, наприклад, у виробництві вина та пива.
Якщо ж бактерії отримують енергію та необхідні для життя сполуки внаслідок гниття — анаеробного розщеплення білків чи амінокислот, то процес триває до утворення аміаку й сірководню, яким властивий характерний неприємний запах. Саме такі бактерії розкладають трупи тварин. Вони також живуть,хоча й під жорстким контролем з боку організму, в товстому кишечнику людини та є невід’ємною складовою нормального травлення, допомагаючи розкласти білки на складові частини.
Особливості автотрофного живлення бактерій. Як вже зазначалося, бактерії відрізняються доволі різноманітними способами живлення. Не є винятком й автотрофні бактерії, які поділяють на дві великі групи: фотоавтотрофи та хемоавтотро-фи (від грец. хемія — хімія і автотрофи).
До найбільш відомої групи фототрофних бактерій належать ціанобактерії (іл. 19.2). Живуть ці бактерії величезними колоніями, атому добре помітні неозброєним оком, коли плавають у товщі води або збираються на її поверхні.
Саме ці бактерії, а не водорості, як вважає більшість людей, спричиняють літнє «цвітіння» ставків та водоймищ, коли у спеку за одиндень вода в ставку перетворюється на синьо-зелену брудну рідину. Хлорофіл ціанобактеріймає синьо-зелений колір. Він розкиданий повсій цитоплазмі у вигляді дрібних зерняток, ане зібраний у хлоропластах, як у клітинах рослин. Молекулярні механізми фотосинтезу в нихтакі самі, як і в рослин, а тому в період світлової фази вони виділяють Оксиген.
Подібний до водоростей водний спосіб життя, а також фотосинтез, що здійснюється за тими сами механізмами, що й у рослин, доводять невипадковість того, що ціанобактерії раніше називали синьо-зеленими водоростями.
Хемосинтез. Особливу групу автотрофних прокаріотів становлять доволі різноманітні за систематичною належністю бактерії хемоавтотрофи, які для засвоєння С0о і синтезу органічних речовин використовують енергію, яку вони отримують урезультаті окиснення неорганічних сполук. І хоча, на відміну від фотосинтезу, у цьому процесі використовується не сонячна, а хімічна енергія, ці бактерії належать доавтотрофів — адже всі необхідні для життя органічні речовини вони синтезують самостійно, а не отримують їх, як гетеротрофи, у готовому вигляді від інших організмів. Таку здатність бактерій до синтезу органічних речовин завдяки енергії, що вивільняється під час окиснення неорганічних речовин, називають хемосинтезом (відгрец. хемія і синтез).
Це явище вперше відкрив Сергій Миколайович Виноградсь-кий — наш співвітчизник, який народився в Києві, однак більшу частину життя працював у Швейцарії. Він установив, що певніґрунтові бактерії отримують енергію від окиснення амонієвих солей до нітратів. Цей процес відбувається у два етапи: спочатку —окиснення до нітритів, а вже потім — до нітратів. Виноградськийі запропонував для цього процесу назву «хемосинтез».
Під час хемосинтезу енергія запасається у вигляді АТФ при перенесенні електронів ланцюгом дихальних ферментів, що вбудовані до клітинної мембрани бактерій.
За допомогою накопиченої енергії відбувається біосинтез органічних речовин і саме у такий спосіб, що й за темнової фази фотосинтезу.
Крім нітрифікуючих бсіктерігі, джерелом енергії яких є реакція окиснення аміаку до нітратів, існують й інші групи бактерій, які використовують інші неорганічні речовини.
Гідрогенові бактерії— найбільш численна група хемосинтезуючих бактерій — здійснюють реакцію за схемою:
Вони можуть давати велику масу, а тому їх планують використовувати для отримання білка та очистки повітря від СО,.
Карбоксидобактерії окиснюють СО до СО,: реакція йде за такою схемою:
Залізобактерії використовують енергію, що виділяється внаслідок окиснення Феруму (II) у Ферум (III).
Сіркобактерії перетворюють сірководень на сульфатну кислоту.
Метаболізм прокаріотів має як свої особливості, так і риси, спільні з усіма іншими живими істотами. Головна особливість автотрофного живлення — це хемо-автотрофний спосіб отримання енергії, притаманний деяким групам бактерій. У цьому випадку джерелом енергії для біологічного синтезу є реакції окисненнянеорганічних речовин. Унікальною властивістю гетеротрофних бактерій є здатність накопичувати енергію у безкисневих умовах за рахунок реакцій бродіння та гниття.
1. Які риси метаболізму прокаріотів є спільними з особливостями обміну речовин еукаріотів? 2. Що таке хемосинтез? 3. Якими способами отримують енергію бактерії-анаероби? 4. Які види бродіння існують і чим вони відрізняються один відодного? 5. Що таке гниття і які кінцеві хімічні продукти цього процесу?
• Чому бактерії змогли засвоїти найрізноманітніші способи живлення?
3.1. Синонім до слова метаболізм
А внутрішньоклітинний транспортБфотосинтез
В обмін речовин Г клітинне дихання
3.2. Назва реакції розпаду біологічних молекул, що супроводжуються вивільненняменергії
А катаболізм Б анаболізмВ асиміляція Г пластичний обмін
3.3. Група реакцій обміну речовин, до якої належить фотосинтез
А пластичний обмінБенергетичнийобмін
В дисимиліціяГкатаболізм
3.4. Тварина з найвищою інтенсивністю метаболізму
А хатня мишаБпацюк
В синій китГафриканськийслон
3.5. Кількість молекул АТФ, які будуть синтезовані під час кисневого розщеплення6 молекул глюкози
А 36 Б 38В 72Г 228
3.6. Назва другого етапу енергетичного обміну в клітинах людини
А бродінняБцикл трикарбонових кислот
В окисне фосфорилюванняГгліколіз
3.7. Окисне фосфорилювання відбувається
А у ядріБу цитоплазмі
В у матриксі мітохондрійГна кристах мітохондрій
3.8. Етап енергетичного обміну, на якому відбувається утворення карбон(ІУ) оксиду
А підготовчийБгліколіз
В цикл трикарбонових кислотГокисне фосфорилювання
3.9. Принципова різниця між окисненням карбоновмісних сполук у клітині та процесами, що відбуваються при спалюванні бензину
А енергія вивільняється у вигляді теплоти й світла Б процес нормально відбувається у водному середовищіВ відбувається за температури 500-600 °СГ енергія вивільняється одразу
3.10. Правильним визначенням фотосинтезу є
1. Перетворення рослинами сонячної енергії на потенційну енергію хімічних зв’язків.
2. Синтез органічних речовин за рахунок енергії світла.
А перше Б другеВ обидва правильні Г обидва неправильні
3.11. Йон металу, який входить до складу хлорофілу
A Fe Б MgВ ZnГ Ми
3.12. Процес, який відбувається під час темнової фази фотосинтезу
А фотоліз Б синтез АТФ
В фотофосфорилювання Г синтез глюкози
3.13. Увідповідніть назви процесів та хімічні реакції, які під час них відбуваються
1 бродінняАрозпад молекули глюкози на дві молекули
2 гліколіз піровиноградної кислоти
3 цикл Кребса Б утворення двох молекул молочної кислоти з однієї
4 гниття молекули глюкози
В перетворення трикарбонових кислот Г синтез вітамінівД безкисневий розпад білків
3.14. Увідповідніть групи живих істот та метаболічні процеси, які відбуаються в їхніхклітинах
1 бактеріїАгліколіз, клітинне дихання
2 рослиниБгліколіз, фотосинтез, клітинне дихання
3 твариниВлише клітинне дихання
Г бродіння, хемосинтез, гліколіз, фотосинтез, клітинне дихання
3.15. Складіть характеристику для процесів катаболізму в клітинах інфузорій
|
Окисне фосфорилювання відбувається |
Під час реакцій гліколізу утворюється |
Кінцевими продуктами окиснення молекулиглюкози є |
|||
|
1 |
у цитоплазмі |
1 |
2 молекули АТФ |
1 |
СО2 та амоніак |
|
2 |
у матриксі мітохондрій |
2 |
12 молекул АТФ |
2 |
Н2О і СО2 |
|
3 |
на кристах мітохондрій |
3 |
34 молекули АТФ |
3 |
Н2О, СО2 та амоніак |
Це матеріал з підручника Біологія 9 клас Межжерін