Для ослаблення осмотичного стресу в клітинах бактерій накопичуються осморегуляторні речовини

Виживання при осмотичному стресі

Фізіолого-біохімічні механізми протидії осмотичному стресу вивчаються вже протягом багатьох років на широкому колі мікроорганізмів. Фактори підвищення осмотичного тиску, пов'язані з клітинної активністю. Для функціонування ферментів потрібно більш висока концентрація розчинних речовин у цитоплазмі, ніж в середовищі, навколо клітини, в результаті з чим в цитоплазмі нагромаджуються розчинні речовини. Це викликає надходження в клітину води і підвищення тургорного тиску, який міг би розірвати мембрану, якщо б вона не била захищена клітинною стінкою. Підвищенню тургора сприяє також і те, що в клітинах більшості бактерій накопичення розчинних речовин, зокрема іонів, відбувається до значно більших концентрації, ніж потрібно для біосинтетичних процесів.

У зв'язку з тим, що від тургору залежить побудова клітинної стінки, виникає проблема на клітинному рівні. Як суттєвий фактор росту тургорний тиск повинен підтримуватися незважаючи на коливання осмолярності середовища. При підвищенні осмолярності зовнішнього розчину осмолярність цитоплазми також повинна зростати, щоб зберігався необхідний тургор. Разом з тим в умовах високої осмолярності знижується активність багатьох ферментів. Існуючий у мікроорганізмів механізм осмотичної адаптації полягає в тому, що сталість тургору підтримується шляхом накопичення в клітинах специфічних розчинених речовин, які не впливають на активність ферментів; відповідно до даної функцією вони названіосморегуляторними речовинами. Ці речовини характеризуються наступними властивостями:

1. Осморегулятори володіють високою розчинністю; концентрація їх у цитоплазмі нерідко досягає 1 М.

2. Зазвичай вони являють собою або нейтральні молекули, які не містять заряджених центрів, або нейтральні молекули, які несуть заряджені центри.

3.Осморегуляторні речовини можуть проникати через клітинну мембрану шляхом регульованого транспорту.

4. Осморегулятори не впливають на ферментативну активність і можуть захищати ферменти від денатурації під дією солей.

5. Найбільш ефективні осморегулятори ─ бетаїн, ектоін, трегалоза і пролін (рис. 28.9) ─ володіють незвичайними осмотичним властивостями, завдяки яким їх низькі концентрації в цитоплазмі забезпечують такий же осмотичний тиск, який досягається при високих концентраціях менш ефективних специфічних осморегуляторів.

6. Як правило, осморегуляторні речовини являють собою кінцеві метаболіти, а не проміжні продукти того або іншого шляху біосинтезу.

Осморегуляторні з'єднання зазвичай присутні в навколишньому середовищі, так як їх синтезують de novo багато бактерій, рослин і тварин.

Для грампозитивних бактерій характерна дуже висока внутрішньоклітинна концентрація розчинних речовин, при цьому тургорний тиск становить у них приблизно 20 атм (2 МПа), тоді як у грамнегативних ─ 5-6 атм (0,5-0,6 МПа). Відповідно грампозитивні бактерії накопичують специфічні осморегуляторні речовини навіть при низькому зовнішньому осмотичному тиску щоб уникнути стресу, який міг би виникнути через накопичення солей для підтримки тургору.

Толерантність до високої осмолярності середовиша забезпечується багатьма чинниками. Ферменти, локалізовані в периплазмі і на зовнішній стороні плазматичної мембрани, захищені присутністю осморегуляторних речовин. Галотолерантні організми володіють ферментами і структурами поверхні, більш стійкими до низької активності води, ніж у менш осмотолерантних організмів. У галобактерій навіть цитоплазматичні ферменти специфічно відрізняються від ферментів бактерій, що ростуть при низькій осмолярності середовища. У білках галофілів вищий вміст кислих амінокислотних залишків і нижче ─ гідрофобних амінокислотних залишків. Ці білки связують воду в 2-4 рази більш ефективно, ніж відповідні білки організмів, що мешкають в середовищах з низьким осмотичним тиском.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Кожен мікроорганізм живе в специфічних для нього умовах	\|	Зміни швидкості росту викликають адаптивну відповідь

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.