Химия микроорганизмов p. Малые и большие молекулы клеток
Микробы, как и все прочие организмы, возникли в процессе эволюции из элементов, широко представленных на Земле. Химические элементы Основные элементы – органогены – азот, водород, кислород, углерод 2 -60 атомных долей, % Микроэлементы –универсальные – калий, кальций, магний, натрий, сера, фосфор, хлор. 0, 02 – 0, 1 атомных долей, % Ультрамиркоэлементы – бор, ванадий, железо, кремний, марганец, медь, молибден, цинк. менее 0, 001 атомных долей, %
Свойства основных элементов p p p Они самые легкие среди элементов, способных образовывать прочные ковалентные связи благодаря спариванию электронов. Легко взаимодействуют друг с другом. N, O и C могут образовывать ординарныеи двойные связи, благодаря которым резко возрастает число образуемых соединений C способен образовывать тройные связи с другими атомами C и N. С может образовывать C-C связи, благодаря чему возможно формирование бесчисленного количества разнообразных органических молекул Соединения C обладают различной трехмерной структурой благодаря образованию тетраэдрической конфигурации вокруг каждого атома C за счет спаренных электронов.
Микроэлементы – универсальные элементы p Имеют структурно-функциональное значение для всех видов живых клеток. • В течение миллиардов лет в клетках сохраняется более или менее постоянный ионный баланс, характерный для морской воды (при меньших концентрациях) Элементы Большие молекулы: Биополимеры: нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды, липиды Малые молекулы: • Молекулы-предшественники (поступают в клетку из вне): H 2 O, CO 2, N 2, Mg 2+, Ca 2+, NO 3 -, SO 42 -, PO 42 -, Cl-, K+ и др. • Промежуточные молекулы органических кислот, рибозы; • Молекулы строительных блоков: аминокислоты, • мононуклеотиды, монозы и низшие олигозы, глицерин, • жирные кислоты
Малые молекулы. Вода. p p p Молекула воды относится к малым молекулам, ее значение в жизнедеятельности микроорганизмов огромно. Молекулы воды легко взаимодействуют друг с другом, образуя межмолекулярные водородные связи. Вода в виде гидратных оболочек экранирует противоположнозаряженные молекулы, способствуя их стабилизации в дисперсной среде. Вода имеет высокие показатели диэлектрической проницаемости, поверхностного натяжения и теплоемкости, благодаря которым она выступает растворителем для многих веществ, электростатическим и тепловым буфером. Теплоемкость клеток разных микробов является относительно стабильным свойством и в значительной мере определяется содержанием в них воды. Значение p. H интактных клеток микроорганизмов может быть >7 (у бактерий) и ниже <7(у грибов). Цитоплазма клеток обладает выраженными буферными свойствами, поэтому возможные колебания p. H внешней среды не очень заметно отражаются на p. H цитоплазмы.
Разделение микроорганизмов по отношению к температуре
Малые молекулы. Диоксид углерода p Цианобактерии, зеленые и красные водоросли используют CO 2 в качестве единственного источника углерода: В последствии происходит синтез глюкозы. Данный путь фиксации CO 2 осуществляется автотрофными организмами p Гетеротрофный путь фиксация CO 2 (пропионовые бактерии):
Малые молекулы. Азот. p p Для жизненного важных молекул (нуклеиновых кислот, белков) микроорганизмы нуждаются в азоте. Потребители молекулярного азота: цианобактерии, симбионты, азотфиксаторы (азотобактерии, актиномицеты, некоторые вибрионы, микобактерии, спириллы, спирохеты) Азотофиксаторы – симбионты, ризобактерии и актиномицеты – выявлены в клубеньках бобовых растений, ботного мирта, лоха, облепихи, ольхи. Представителями симбионтов являются лишайники, в которых цианобактерии и зеленые водоросли фиксируют молекулярный азот.
Малые молекулы. Металлы. p p p p Другие малые молекулы-предшественники необходимы для синтеза молекул – строительных блоков, а также для ускорения разнообразных каталитических процессов Магний – имеет отношение более чем к 20 ферментативным реакциям, необходим для функционирования рибосом Калий – важен для синтеза белка Кобальт – входит в состав витамина В 12 Кальций – важный компонент эндоспор у бактерий Медь и железо – имеют прямое отношение к цитохромам, некоторым пигментным структурам (меланинам, гемопротеинам и др. ) Металлы весом более 55 не активируют деятельность биокатализаторов. Олигодинамическое действие некоторых металлов связано с токсическим действием малых катионов, тогда как тяжелые металлы необратимо блокируют белковые молекулы, содержащие группы -SH
Малые молекулы. Органические кислоты p p Как промежуточные соединения органические кислоты являются исходным материалом для биосинтеза ряда строительных блоков (аминокислот, глицина, жирных кислот, мононуклеотидов, моноз и низших олигоз, или простых сахаров) Атом серы в некоторых аминокислотах первично имеет экзогенное происхождение из малых серосодержащих молекул неорганического ряда. В последующем, он может переносится с помощью ферментативных реакций с одних молекул аминокислот на другие.
Пировиноградная кислота p p Основной продукт в обменных процессах – пировиноградная кислота Прежде всего речь идет о фосфоенолпирувате p. Первичный синтез пирувата из простейших малых молекул у ряда организмов происходит путем образования его из многих аминокислот у гетеротрофных видов:
Макромолекулы. Аминокислоты p p p Важнейшие макромолекулы клеток любых организмов – белки состоят из мономерных единиц – аминокислот, определяющих основные свойства полимеров. Большое значение при этом имеет тип аминокислот, порядок их соединения и пространственное взаимодействие между аминокислотами. Известно около 300 аминокислот, при этом в образовании белков участвуют лишь 20 (только L-αаминокислоты) Наличие карбоксильной и аминогруппы обеспечивает аминокислотам способность взаимодействовать с соответствующими ингредиентами в реакциях ацилирования, солеобразования и этерификации. Главнейшая реакция аминокислот в клетке – образование пептидной связи. В отдельных случаях некоторые аминокислоты служат исходным продуктом для синтеза органических аминов, пуринов и других веществ.
Природные аминокислоты в белках микроорганизмов
Природные аминокислоты в белках микроорганизмов (продолжение)
Жирные кислоты p p Являются компонентами липидов в клеточных мембранах, в виде свободных липидов (включений) могут находится в клетках различных микроорганизмов. Различают насыщенные(пальмитиновая, лауриновая, миристиновая, стеариновую и т. д. ) и ненасыщенные(олеиновая, ленолевая и. т. д. ) жирные кислоты. Наличие двойных и связей в молекулах ряда жирных кислот определяет возможность их цис- и трансконфигураций. В транс-форме жирные кислоты более стабильны. Липиды с большим содержанием ненасыщенных жирных кислот будут менее вязкими и, наоборот, липиды с большим содержанием насыщенных кислот будут более вязкими.
Простые сахара (монозы) и низшие олигозы p p Монозы – первичные малые биомолекулы: триозы (глицериновый альдегид); тетрозы (эритроза); пентозы(рибоза, арабиноза, ксилоза); гексозы (аллоза, альтоза, глюкоза, манноза, идоза, галактоза) Примеры моноз:
Продолжение p p К простым сахарам относятся низшие олигосахариды, включающие от 2 до 5 моноз Низший олигосахарид-биоза – мальтоза: состоит из 2 -х остатков глюкозы p К гетероолигосахаридам относится сахароза: состоит из остатков глюкозы и фруктозы p Трисахариды (триаозы), тетраозы, пентаозы, а также высшие олигозы у микроорганизмов не обнаружены. Монозы и олигозы играют огромную роль как энергосубстраты и структурные блоки полисахаридов. p
Мононуклеотиды p p Важная группа малых внутриклеточных молекул, участвующих в формировании структур, хранящих наследственную информацию. Существуют в полимерной (нуклеиновые кислоты) и в мономерной формах (свободном состоянии). R – один из остатков пуриновых(аденин, гуанин) или пиримидиновых(тимин, урацил, цитозин) оснований: .
Продолжение p АТФ – аденозинтрифосфат – универсальный источник энергии
Мононуклеотиды могут быть структурной частью ряда витаминов
Скачать презентацию Химия микроорганизмов p Малые и большие молекулы клеток
Химия микроорганизмов.ppt