• Принос от Линда Бруслинд
  • Старши инструктор II и водещ съветник (микробиология) в Орегонския държавен университет
  • Източник от Орегон Щат

Всички микроби имат нужда от три неща: въглерод, енергия и електрони. Съществуват специфични термини, свързани с източника на всеки от тези елементи, които помагат да се определят организмите.

активен транспорт

Нека се съсредоточим първо върху въглерода. Всички организми са на основата на въглерод с макромолекули - протеини, въглехидрати, липиди, нуклеинова киселина - с основно ядро ​​от въглерод. От една страна, организмите могат да използват редуцирани, предварително образувани органични вещества като източник на въглерод. Тези са хетеротрофи или „други ядящи.“ Алтернативно, те могат да разчитат на въглероден диоксид (CO2) като източник на въглерод, намалявайки или „фиксирайки“ тази неорганична форма на въглерод в органична молекула. Тези са автотрофи или „самостоятелни хранилки“.

И за енергията има две възможности: светлинна енергия или химическа енергия. Светлинната енергия идва от слънцето, докато химическата енергия може да идва от органични или неорганични химикали. Наричат ​​се тези организми, които използват светлинна енергия фототрофи („Ядат светлина“), докато тези, които използват химическа енергия, се наричат хемотрофи („Консуматори на химикали“). Химичната енергия може да идва от неорганични източници или органични източници. Организъм, който използва неорганични източници, е известен като a литотроф („Скалнояд“), докато организъм, който използва органични източници, се нарича органотроф („Органичен ядец“).

Всички тези термини могат да се комбинират, за да се получи един термин, който ви дава представа за това, което един организъм използва, за да задоволи основните си нужди от енергия, електрони и въглерод.

Макронутриенти

В допълнение към въглерода, водорода и кислорода, клетките се нуждаят от няколко други елементи в достатъчно количество. По-специално, клетките се нуждаят от азот за образуването на протеини, нуклеинови киселини и няколко други клетъчни компоненти. Клетките също се нуждаят от фосфор, който е ключов компонент на нуклеиновите киселини (помислете за захарно-фосфатния скелет!), Фосфолипидите и аденозин трифосфата или АТФ. Сярата е необходима за няколко аминокиселини, както и за няколко витамини, докато калият е необходим за ензимите, а магнезият се използва за стабилизиране на рибозомите и мембраната. Всички тези елементи (включително C, H и O) се наричат ​​общо макронутриенти.

Фактори на растежа

Някои микроби могат да синтезират определени органични молекули, от които се нуждаят, от нулата, стига да са снабдени с източник на въглерод и неорганични соли. Други микроби изискват определени органични съединения да съществуват в тяхната среда. Тези органични молекули, необходими за растежа, се наричат фактори на растежа и попадат в три категории: 1) аминокиселини (градивни елементи на протеина), 2) пурини и пиримидини (градивни елементи на нуклеинова киселина) и 3) витамини (ензимни кофактори).

Поглъщане на хранителни вещества

За да подпомогне своята дейност, клетката трябва да внесе хранителни вещества от външната среда през клетъчната мембрана. При бактериите и археите съществуват няколко различни транспортни механизма.

Пасивна дифузия

Пасивен или проста дифузия позволява преминаването през клетъчната мембрана на прости молекули и газове, като CO2, O2 и H2O. В този случай трябва да съществува градиент на концентрация, където има по-висока концентрация на веществото извън клетката, отколкото в клетката. С транспортирането на повече от веществото в клетката градиентът на концентрацията намалява, забавяйки скоростта на дифузия.

Улеснена дифузия

Улеснена дифузия включва също използването на градиент на концентрация, където концентрацията на веществото е по-висока извън клетката, но се различава с използването на протеини носители (понякога се нарича прониква). Тези протеини са вградени в клетъчната мембрана и осигуряват канал или пори през мембранната бариера, позволявайки преминаването на по-големи молекули. Ако градиентът на концентрацията се разсее, преминаването на молекули в клетката спира. Всеки протеин носител обикновено проявява специфичност, транспортирайки само в определен тип молекула или тясно свързани молекули.

Активен транспорт

Много видове усвояване на хранителни вещества изискват клетката да може да транспортира вещества срещу градиент на концентрация (т.е. с по-висока концентрация вътре в клетката, отколкото извън нея). За да направи това, клетката трябва да използва метаболитна енергия за транспортиране на веществото чрез протеини-носители, вградени в мембраната. Това е известно като активен транспорт. Всички видове активен транспорт използват протеини носители.

Активен транспорт срещу улеснена дифузия.

Основен активен транспорт

Основен активен транспорт включва използването на химическа енергия, като АТФ, за задвижване на транспорта. Един пример е ABC система, който оползотворява ATP-Binding Cassette transporter. Всеки ABC транспортер се състои от три различни компонента: 1) обхващащи мембраната протеини, които образуват пори през клетъчната мембрана (т.е. белтък носител), 2) АТР свързваща област, която хидролизира АТФ, осигурявайки енергия за преминаване през мембраната, и 3) субстрат-свързващ протеин, периферен протеин, който се свързва с подходящото вещество, което трябва да бъде транспортиращо, и го пренася до протеините, обхващащи мембраната. При грам отрицателни бактерии субстрат-свързващият протеин се намира в периплазмата на клетката, докато при грам-положителните бактерии субстрат-свързващият протеин е прикрепен към външната страна на клетъчната мембрана.

ABC Transporter Структура.

Вторичен активен транспорт

Вторичен активен транспорт използва енергия от а двигателна сила на протона (PMF). PMF е градиент на йони, който се развива, когато клетката транспортира електрони по време на енергоспестяващи процеси. Положително заредените протони се натрупват по външната страна на отрицателно заредената клетка, създавайки протонен градиент между външната страна на клетката и вътрешността.

Има три различни вида транспортни събития за опростен транспорт: унипорт, symport, и антипорт и всеки механизъм използва различен протеин портиер. Унипортери транспортирайте едно вещество през мембраната, навътре или навън. Симпортери транспортират две вещества през мембраната едновременно, обикновено протон, сдвоен с друга молекула. Антипортери транспортирайте и две вещества през мембраната, но в противоположни посоки. Когато едно вещество навлезе в клетката, другото вещество се транспортира навън.

Uniport Synport Antiport. От Lupask (Собствена работа) [Обществено достояние], чрез Wikimedia Commons

Групова транслокация

Групова транслокация е отделен вид активен транспорт, използващ енергия от богато на енергия органично съединение, което не е АТФ. Груповата транслокация също се различава както от обикновения транспорт, така и от ABC транспортерите по това, че транспортираното вещество е химически модифицирано в процеса.

Един от най-добре проучените примери за групова транслокация е фосфоенолпируват: захарна фосфотрансферазна система (PTS), който използва енергия от високоенергийната молекула фосфоенолпируват (PEP) за транспортиране на захари в клетката. Фосфатът се прехвърля от PEP към входящата захар по време на процеса на транспортиране.

Групова транслокация чрез PTS.

Поглъщане на желязо

Желязото се изисква от микробите за функцията на техните цитохроми и ензими, което води до ограничаване на растежа микроелементи. Въпреки това, в средата има малко безплатно желязо поради неговата неразтворимост. Много бактерии са се развили сидерофори, органични молекули, които хелатират или свързват железно желязо с висок афинитет. Сидерофорите се освобождават от организма в околната среда, като по този начин те свързват всяко налично железно желязо. След това железно-сидерофорният комплекс е свързан от специфичен рецептор от външната страна на клетката, което позволява на желязото да бъде транспортирано в клетката.

Сидерофори и рецепторни сайтове.

Ключови думи

хетеротроф, автотроф, фототроф, хемотроф, литотроф, органотроф, фотолитоавтотроф, фотоорганохетеротроф, хемоорганохетеротроф, хемолитоавтотроф, хемолитохетеротроф, макронутриенти, растежен фактор, активен транспортен дифузия, активен транспорт, дифузия активен, дифузия активен, дифузия активен, дифузия активен, диффузия активен, диффузия активен, диференция активен дифузия ATP-свързващ касетен транспортер, ABC транспортер, вторичен активен транспорт, протонно движеща сила (PMF), унипорт, симпорт, антипорт, носител, унипортер, симпотер, антипортер, групова транслокация, фосфоенолпируват: захарна фосфотрансферазна система (PTS), фосфоенолпируват (PEP), сидерофор.