Каков путь проникновения питательных веществ в клетку микробов кратко

Обновлено: 02.07.2024

На скорость поступления питательных веществ в клетку оказывают влияние величина молекул и их растворимость в воде или липидах, pH среды, концентрация растворенных веществ и др. Клеточная стенка пропускает лишь небольшие молекулы и ионы и является барьером, задерживающим проникновение внутрь клетки веществ с высокой молекулярной массой (более 600 Д). Избирательное поступление питательных веществ в микробную клетку регулируется цитоплазматической мембраной. В настоящее время изученными являются следующие механизмы поступления питательных веществ в клетку: пассивная диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт, транслокация группы.

Пассивная диффузия — процесс поступления воды и некоторых растворенных низкомолекулярных веществ (например, токсинов) через цитоплазматическую мембрану в клетку по градиенту концентрации. Скорость пассивной диффузии невелика, она происходит без затраты энергии.

Облегченная диффузия также происходит по градиенту концентрации без затраты энергии, однако она отличается от пассивной диффузии тем, что перенос молекулы питательного вещества осуществляется с помощью субстрат-специфического транспортного белка — пермеазы. Пермеаза катализирует присоединение молекулы вещества к активному центру на своей поверхности и транспортирует ее через цитоплазматическую мембрану в цитоплазму. Там пермеаза освобождается от вещества и возвращается за новой молекулой к наружной поверхности мембраны. Местом синтеза и локализации пермеаз является цитоплазматическая мембрана.

Активный транспорт отличается от облегченной диффузии тем, что перенос молекулы вещества происходит с помощью пермеазы, но против градиента концентрации, что требует затраты энергии в виде АТФ.

Транслокация группы. В этом случае перенос молекулы вещества осуществляется с помощью специфических белков-переносчиков транслоказ против градиента концентрации с затратой энергии. В отличие от активного транспорта молекула вещества при прохождении через цитоплазматическую мембрану претерпевает химическую модификацию. В частности, процесс переноса в клетки бактерий молекул глюкозы сопровождается ее фосфорилированием.

Биологическая библиотека - материалы для студентов, учителей, учеников и их родителей.

Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.

Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.

Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.

Поступление в бактериальную клетку питательных веществ представляет собой сложный физико-химический процесс, которому способствует ряд факторов: разница в концентрации веществ, величина молекул, их растворимость в воде или липидах, рН среды, проницаемость клеточных мембран и т. д. В проникновении питательных веществ в клетку различают четыре возможных механизма.

1. Наиболее простой способ — пассивная диффузия, при которой поступление вещества в клетку происходит из-за различия градиента концентрации (разницы концентрации по обе стороны цитоплазматической мембраны). Решающее значение имеет величина молекулы. Очевидно, в мембране есть участки, через которые и возможно проникновение веществ небольших размеров. Одним из таких соединений является вода.

Большинство питательных веществ попадает в бактериальную клетку против градиента концентрации, поэтому в таком процессе должны принимать участие ферменты и может расходоваться энергия.

2. Одним из таких механизмов является облегченная диффузия, которая происходит при большей концентрации вещества вне клетки, чем внутри. Облегченная диффузия — процесс специфический и осуществляется особыми мембранными белками, переносчиками, получившими название пермеаз, так как они выполняют функцию ферментов и обладают специфичностью. Они связывают молекулу вещества, переносят в неизмененном виде к внутренней поверхности цитоплазматической мембраны и высвобождают в цитоплазму. Так как перемещение вещества происходит от более высокой концентрации к более низкой, этот процесс протекает без затраты энергии.

3. Третий возможный механизм транспорта веществ поучил название активного переноса. Этот прессе наблюдается при низких концентрациях субстрата в окружающей среде и перенос растворенных веществ также в неизмененном виде осуществляется против градиента концентрации. В активном переносе веществ участвуют пермеазы. Поскольку концентрация вещества в клетке может в несколько тысяч раз превышать ее во внешней среде, активный перенос обязательно сопровождается затратой энергии. Расходуется аденозинтрифосфат (АТФ), накапливаемый бактериальной клеткой при окислительно-восстановительных процессах.

4. При четвертом возможном механизме переноса питательных веществ наблюдается транслокация радикалов — активный перенос химически измененных молекул, которые в целом виде не способны проходить через мембрану. В переносе радикалов участвуют пермеазы.

Синтезируемые в бактериальных клетках соединения выходят из них тремя путями:

Фосфотрансферазная реакция. Происходит при фосфорилировании переносимой молекуды.
Контрансляционная секреция. В этом случае синтезируемые молекулы должны иметь особую лидирующую последовательность аминокислот, чтобы прикрепиться к мембране и сформировать канал, через который молекулы белка смогут выйти в окружающую среду. Таким образом выходят из клетки соответствующих бактерий токсины столбняка, дифтерии и др. молекулы.
Почкование мембраны. Молекулы, образующиеся в клетке, окружаются мембранным пузырьком, который отшнуровывается в окружающую среду.

Ферменты бактерий.

В бактериальной клетке происходят многочисленные реакции, как биосинтетические, направленные на синтез соединений, необходимых для организации структуры бактерии, так и производящие энергию, процессы ассимиляции и диссимиляции. Все эти реакции катализируются соответствующими ферментами. Ферменты являются белками и обладают специфичностью при распознавании соответствующего вещества и последующем превращении его.

Большая часть ферментов связана с определенными структурами бактериальной клетки. Так, в цитоплазматической мембране находятся окислительно-восстановительные ферменты, которым принадлежит основная роль в дыхании клетки, ферменты, обеспечивающие доставку питательных веществ, и др. Ферменты, связанные с делением клетки, обнаруживаются в мезосомах, клеточной стенке, в месте образования перегородки.

У бактерий по характеру вызываемых ими превращений обнаруживаются следующие основные группы ферментов:

, вызывающие расщепление протеинов, углеводов, липидов путем присоединения молекул воды; , катализирующие окислительно-восстановительные реакции; , осуществляющие перенос отдельных атомов, от молекулы к молекуле; , отщепляющие химические группы негидролитическим путем; , участвующие в углеводном обмене; , способствующие биосинтетическим реакциям клетки.

Ферменты бактерий классифицируются на экзоферменты и эндоферменты. Экзоферменты выделяются бактериальной клеткой в окружающую среду для внеклеточного переваривания. Этот процесс осуществляется с помощью гидролаз, которые расщепляют макромолекулы питательных веществ до простых соединений — глюкозы, аминокислот, жирных кислот. Такие соединения могут свободно проходить через оболочку клетки и с помощью пермеаз передаваться в цитоплазму клетки для участия в метаболизме, являясь источниками углерода и энергии. Некоторые экзоферменты выполняют защитную функцию, например, пенициллиназа, выделяемая многими бактериями, делает клетку недосягаемой для антибиотика — пенициллина.

Синтезируемые в бактериальных клетках соединения выходят из них тремя путями:

Фосфотрансферазная реакция. Происходит при фосфорилировании переносимой молекуды.
Контрансляционная секреция. В этом случае синтезируемые молекулы должны иметь особую лидирующую последовательность аминокислот, чтобы прикрепиться к мембране и сформировать канал, через который молекулы белка смогут выйти в окружающую среду. Таким образом выходят из клетки соответствующих бактерий токсины столбняка, дифтерии и др. молекулы.
Почкование мембраны. Молекулы, образующиеся в клетке, окружаются мембранным пузырьком, который отшнуровывается в окружающую среду.

Ферменты бактерий.

У бактерий по характеру вызываемых ими превращений обнаруживаются следующие основные группы ферментов:

Транспорт питательных веществ – это процесс прохождения веществ из окружающей среды через цитоплазматическую мембрану (ЦПМ) в бактериальную клетку [1] .

Выделяют несколько типов транспортных систем, которые позволяют различным веществам преодолевать преграду цитоплазматической мембраны (ЦПМ) и попадать внутрь клетки микроорганизма. Это пассивная диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт. Отмечается, что только активный транспорт способствует аккумуляции (накоплению) веществ внутри клетки [1] .

Схема процесса пассивной диффузии

Пассивная диффузия

Пассивная или простая диффузия – неспецифический процесс. Он происходит за счет разницы концентраций. Передвижение молекул осуществляется из более концентрированного раствора в менее концентрированный (по градиенту их концентрации).Этот процесс не связан с затратой энергии. Таким путем в клетку попадают низкомолекулярные вещества: кислород, липофильные соединения (спирты, жирные кислоты), вода, яды и другие, чужеродные для клетки вещества. Таким же образом происходит удаление продуктов обмена. Скорость перемещения веществ путем пассивной диффузии невелика и зависит от размеров транспортирующихся молекул [4] [3] .

Схема процесса облегченной диффузии

Облегченная диффузия

Облегченная диффузия – перенос веществ через цитоплазматическую мембрану по градиенту их концентрации с участием пермеаз (транслоказ) – специфических мембранных белков, способствующих прохождению веществ через цитоплазматическую мембрану [3] [1] .

Параллельно отмечается, что облегченная диффузия более характерна для эукариотических организмов [4] .

Схема активного транспорта

Активный транспорт

Активный транспорт является основным механизмом избирательного переноса вещества через цитоплазматическую мембрану в клетку против градиента концентрации. Этот процесс протекает при участии локализованных в цитоплазматической мембране переносчиков – пермеаз. Это вещества белковой природы, высокочувствительные к субстрату [3] .

Активным транспортом в цитоплазму бактериальной клетку поступает подавляющее большинство разнообразных веществ (ионы, углеводы, аминокислоты, липиды) [4] .

Для активного транспорта необходимы затраты энергии. Ее получают в виде АТФ, либо за счет протондвижущей силы энергизованной мембраны [3] .

У многих микробов, чаще у грамотрицательных бактерий, в активном транспорте принимают участие связующие белки. Эти вещества не входят в структуру мембраны, не идентичны пермеазам. Они локализованы в периплазматическом пространстве. Связующие белки не имеют каталитической активности, но обладают высоким сродством к определенным питательным веществам, аминокислотам, углеводам, неорганическим ионам. Выделено и изучено более 100 различных связующих белков [3] .

Активный транспорт осуществляется двумя путями:

Без химической модификации переносимого вещества [4] .
С химической модификацией переносимого вещества [4] .

Во втором случае наблюдается следующие последовательные процессы:

Отмечается, что молекулы субстрата аккумулируются в цитоплазме клеток и теряют способность выйти из них именно за счет фосфорилирования [4] .

Отдельные авторы второй путь активного транспорта (с химической модификацией переносимого вещества) выделяют в отдельный (четвертый) способ транспорта питательных веществ – транслокацию (перенос) групп (радикалов) [1] [3] .

Усваиваемые бактериальной клеткой соединения. Пути поступления веществ в бактериальную клетку. Пассивный перенос. Диффузия.

Подобно прочим формам жизни, бактерии нуждаются в одних и тех же макроэлементах — С, Н, О, N, P, S, К, Са, Mg, Fe. Микроэлементы (следовые элементы) — Mn, Mo, Zn, Си, Со, Ni, Va, В, С], Na, Se, Si, Wo — не нужны каждому организму, но бактериям они необходимы для синтеза коферментов либо поддержания специфического тина метаболизма. Например, для оптимального роста некоторые бактерии нуждаются в высоких концентрациях Na+; их называют галофилами [от греч. hals, соль]. Помимо источников углерода, энергии и элементов минерального питания, многие микроорганизмы нуждаются в некоторых дополнительных веществах, называемых факторами роста. Количественная потребность в питательных элементах и их содержание у различных бактерий варьируют, но принципиально химический состав бактериальной клетки сходен с другими живыми клетками (исключением является отсутствие у бактерий стеролов).

Пути поступления веществ в бактериальную клетку

Для того чтобы питательные вещества могли подвергнуться соответствующим превращениям в клетке, они прежде всего должны в неё проникнуть. Но большинство бактерий обитает в условиях, мало пригодных для поддержания строгих соотношений воды, неорганических и органических веществ, без которых их жизнь просто невозможна. Клеточная стенка бактерий не. является существенным барьером для небольших молекул и ионов, но задерживает макромолекулы. Истинный барьер, обеспечивающий избирательное поступление веществ в клетку, — ЦПМ. Она проницаема для одних веществ и непроницаема для других. Потоки веществ движутся в обоих направлениях (внутрь и наружу). Эти перемещения обеспечивают разнообразные транспортные системы, необходимые для выполнения двух важнейших задач.

1. Обеспечение адекватных концентраций веществ, участвующих в основных биохимических реакциях, в том числе и обеспечение, при необходимости, их быстрого поступления внутрь клетки, невзирая на концентрацию этих веществ в окружающей среде.

2. Поддержание осмотического давления, оптимального для протекания биохимических реакций. Поступление различных веществ внутрь бактериальной клетки реализуют три механизма: пассивный перенос, активный перенос и транспорт, обусловленный фосфорилированисм (рис. 4-6).

Рис. 4-6. Механизмы транспорта через цитоплазматическую мембрану.

Пассивный перенос веществ в бактериальную клетку

Многие вещества способны неспецифически проникать в бактериальную клетку за счёт различия их концентраций по обе стороны ЦПМ. При этом они поступают в клетку только до выравнивания градиента концентрации с внешним раствором. Такое поступление веществ происходит пассивно, без прямых энергетических затрат. Существует два вида пассивной диффузии: простая и облегчённая.

Простая диффузия. Проникновение веществ носит неспецифический характер и целиком зависит от размеров молекул и их липофильности. Скорость подобного переноса незначительна.

У прокариотов единственный пример облегчённой диффузии — проникновение глицерина в клетки бактерий кишечной группы. При этом концентрация проникшего глицерина практически равна его концентрации в окружающей среде. В последующем (в результате реакций фосфорилирования) глицерин трансформируется в глицерин-3-фосфат.

- Вернуться в оглавление раздела "Микробиология."

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Обращаем ваше внимание, что вся информация, размещённая на сайте Prowellness предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является персональной программой, прямой рекомендацией к действию или врачебными советами. Не используйте данные материалы для диагностики, лечения или проведения любых медицинских манипуляций. Перед применением любой методики или употреблением любого продукта проконсультируйтесь с врачом. Данный сайт не является специализированным медицинским порталом и не заменяет профессиональной консультации специалиста. Владелец Сайта не несет никакой ответственности ни перед какой стороной, понесший косвенный или прямой ущерб в результате неправильного использования материалов, размещенных на данном ресурсе.

Природа создала механизмы, тщательно регулирующие обмен веществами, происходящий между цитоплазмой клеток и внешним миром. Рассмотрим, как питательные вещества попадают в клетки живых организмов.

Организм взрослого человека состоит из порядка 30 триллионов клеток. Их питание – процесс обеспечения набором веществ. Цель — продуцирование новых и поддержание деятельности старых клеточных единиц, защита от повреждений и обеспечение необходимой энергией.

Роль мембраны

Мембрана - так называется пленка-барьер толщиной 5-10 миллионных мм, отделяющий содержимое биологических клеток от внешней среды. У нее двусторонняя, избирательная и неравномерная проницаемость. Эти свойства связаны со сложной структурой и химическим составом пленки.

Мембраны состоят из липидов и белков. К некоторым из них на внешних поверхностях присоединены также углеводы. На долю последних приходится 2–10 % от общего числа молекул.

Премиум набор для комплексного очищения организма

Антиоксидантный комплекс

Комплекс для проведения экспресс-курса поддержки иммунитета в период эпидемии гриппа и простуды! Активные компоненты помогают противостоять вирусным и бактериальным заболеваниям.

Эльбифид

Бифидогенный бальзам

активный перенос (эндоцитоз) наблюдается, если силы, благодаря которым он происходит, находятся вне биологической клетки;
пассивный (экзоцитоз) — осуществляется за счет энергии, вырабатываемой в самой клетке.

Благодаря экзоцитозу выводятся гормоны, протеины, полисахариды, жировые капли и пр. продукты жизнедеятельности клетки.

Взаимодействие между биологической клеткой и окружающей ее средой обеспечивает:

поддержание в конкретных пределах концентраций веществ, входящих в ее состав;
выполнение функций некоторых клеток, например, нервных.

Фагоцитоз и пиноцитоз

При запуске процессов эндоцитоза:

Молекулы проникают и в одну и в другую сторону в результате 3-х процессов: активному транспорту, облегченной или простой диффузии.

Направление простой диффузии определяется градиентом концентрации вещества с обеих сторон мембраны. Этим способом в клетку проникает вода, другие мелкие незаряженные молекулы и липидорастворимые вещества.

Большинство питательных веществ попадает в клетки посредством транспортных белков. Они образуют непрерывный протеиновый канал через мембрану.

Отказ от ответсвенности

Читайте также: