ОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ.

ЕЛЕМЕНТНИЙ СКЛАД КЛІТИНИ.

До складу бактеріальної клітини входять такі елементи, % до маси сухої речовини: вуглець — 50; кисень — 20; азот — 10-14; водень — 8; фосфор — 3; сірка, калій, натрій — 1; кальцій, магній, хлор — 0,5; залізо — 0,2; решта елементів — близько 0.3.

Вуглець, кисень, водень та азот є основними компонентами органічних сполук, з яких побудована клітина. Сірка необхідна для синтезу амінокислот цистеїну та метионіну, а також деяких коферментів. Фосфор входить до складу нуклеїнових кислот, фосфолшідів, тейхоєвих кислот і таких нуклеотидів, як АТФ, ГТФ, НАД та ФАД. Іони калію, магнію, кальцію та заліза є кофакторами ферментів і компонентами металокомплексів. Так, більшість біологічно активних фосфорних ефірів міститься в клітинах у вигляді комплексів з магнієм. Іони заліза входять до складу компонентів дихального ланцюга (цитохроми, залізосіркові білки).

Органічні сполуки, з яких складається клітина, наведено у таблиці. Вміст білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів і ліпідів у бактеріальній клітині не постійний і змінюється залежно від виду бактерій, віку культури, складу поживного середовища та інших умов вирощування. У таблиці наведено середні дані щодо вмісту органічних сполук.

Білки.Білки становлять 40-80 % маси бактеріальної клітини і представлені простими білками (протеїнами) і складними (протеїдами). Протеїни складаються тільки з амінокислот, протеїди — з амінокислот і речовин небілкової природи. До складу бактеріальних білків входять ті самі 20 найважливіших амінокислот, що і до складу білків рослин і тварин. Амінокислотний склад білків різних видів бактерій кількісно та якісно різний. Так, у складі білків сардин міститься багато лізину, у бацил — глутамінової кислоти. Більшість бактерій самі синтезують всі необхідні їм амінокислоти (наприклад, Escherichia coli). Але деякі бактерії не мають такої здатності і потребують готових амінокислот, які вносять у поживне середовище. Це так звані ауксотрофи. Мікроорганізми можуть бути ауксотрофами не тільки за амінокислотами, а й за вітамінами, нуклеотидами та ін.

За біологічними функціями білки є ферментами, токсинами, антигенами, транспортними білками .

Нуклеїнові кислоти.Нуклеїнові кислоти — це біополімери, що складаються з великої кількості (1500-5 000 000) мононуклеотидів.

Мононуклеотиди побудовані з азотистої основи (пуринової — аденін (А) або гуанін (Г), піримідинової — урацил (У), тимін (Т), цитозин (Ц)); рибози або дезоксирибози; залишку фосфорної кислоти.

До кожного залишку рибози (дезоксирибози) приєднується одна з азотистих основ. Сполука азотистої основи з цукром називається нуклеозидом. Окремі нуклеозиди зшиваються між собою в полімер за допомогою залишків фосфорної кислоти. Нуклеозид із залишком фосфорної кислоти називається нуклеотидом. Мононуклеотиди ковалентно зв'язуються між собою фосфодиєфірними зв'язками, які виникають між третім і п'ятим атомами вуглецю в молекулі рибози (дезоксирибози), тому такі зв'язки називаються 3'-5'-зв'язками. Так утворюються полінуклеотиди — нуклеїнові кислоти. Існують два типи нуклеїнових кислот: рибонуклеїнова, що складається з рибонуклео-тидів, і дезоксирибонуклеїнова — з дезоксирибонуклеотидів.

Молекула РНК містить цукор рибозу, азотисті основи АГЦУ та залишок фосфорної кислоти. Як правило, РНК є одно-ланцюговою. У клітинах міститься три типи РНК: інформаційна, або матрична (використовується як матриця, що визначає послідовність амінокислот у поліпентидному ланцюгу, який синтезується); транспортна (переносить на рибосому певні амінокислоти) та рибосомальна (міститься в рибосомах).

Молекула ДНК містить цукор дезоксирибозу, азотисті основи АГЦТ та залишок фосфорної кислоти.

Ще у 1950 р. американський біохімік Е. Чаргафф встановив ряд закономірностей ("правила Чаргаффа"): аденін присутній у ДНК у тій самій кількості, що й тимін, а гуанін — у тій самій, що й цитозин, тобто А=Т, Г=Ц; сума пуринових основ дорівнює сумі піримідинових основ; відношення (Г + Ц)/(А + Т) може варіювати в широких межах, проте залишається постійним для даного виду. Але пояснити, чому для практично всіх організмів правила Чаргаффа виявились справедливими, стало можливим тільки після відкриття структури ДНК.

У 1953 р. американські біохіміки Д. Уотсон та Ф. Крік встановили, що молекула ДНК являє собою подвійну спіраль, у якій два полінуклеотидні ланцюги закручені один навколо одного та навколо спільної осі . Ланцюги ДНК антипаралельні: в одному ланцюзі міжнуклеотидні зв'язки йдуть у напрямку 3'-5', а в іншому — у протилежному — 5'-3'.

Пуринові та піримідинові основи повернуті всередину спіралі, і кожна з них сполучена водневим зв'язком з певною основою другого ланцюга: аденін — з тиміном (AT), гуанін — з цитозином (ГЦ). Як видно з рисунка, між гуаніном та цитозином виникають три водневі зв'язки, а між тиміном та аденіном — лише два. При підвищенні температури водневі зв'язки розриваються, полінуклеотидні ланцюги розходяться. Таке руйнування вторинної структури ДНК супроводжується поглинанням світла (при довжині хвилі 259 нм). Це явище називається гіперхромним ефектом. Температуру, при якій приріст екстинції (поглинання) світла досягає половини максимальної величини, називають точкою плавлення (Т ). Точка плавлення (або температура плавлення) тим вища, чим більше в ДНК гуаніну та цитозину — основ, з'єднаних між собою трьома водневими зв'язками. Саме тому точка плавлення очищеної ДНК є показником, який дає можливість легко визначити вміст у ній гуаніну та цитозину. Вміст пар ГЦ у ДНК — це відношення суми молей гуаніну та цитозину до суми молей усіх чотирьох основ у даній ДНК (виражається у відсотках). Вміст ГЦ видоспецифічний і розглядається як таксономічна ознака. Вміст ГЦ у різних бактерій коливається від22до 75 %.

Вуглеводи.У бактеріальній клітині міститься 12-30 % вуглеводів від її сухої маси. Представлені вуглеводи моно- та полісахаридами.

Полісахариди мікроорганізмів — це надзвичайно різноманітна група біополімерів, серед яких є сполуки, характерні як для прокаріот, так і для еукаріот (глікоген, целюлоза). Але у бактерій виявлені полісахариди, які не зустрічаються в інших організмів (тейхоєві кислоти, пептидоглікани, ліпополісахариди). Детальніше специфічні бактеріальні полісахариди будуть розглянуті в наступних розділах.

Полісахариди мікроорганізмів поділяються на внутрішньо- (ендо-) та позаклітинні (екзо-). Ендополісахариди виконують функції запасних речовин, є структурними компонентами (входять до складу клітинної стінки, цитоплазматичної мембрани), ендотоксинами та ін. Екзополісахариди утворюють капсулу або виділяються в культуральну рідину. Це речовини з молекулярною масою до 1000 000, гідрофільні, з негативним зарядом. В основному представлені гетерополісахаридами, але є і гомополісахариди, наприклад, глюкани (складаються тільки з глюкози), левани (до складу входить тільки фруктоза).

Ліпіди. Представлені у бактерій вищими жирними кислотами, фосфоліпідами, нейтральними жирами, восками.

Вищі жирні кислоти. Насичені жирні кислоти широко зустрічаються у бактерій, ненасичені кислоти представлені лише кислотами з одним подвійним зв'язком (наприклад, пальмітолеїнова). У бактерій виявлені міколові кислоти. Це (3-оксикис-лоти з довгим аліфатичним ланцюгом, вони локалізовані в клітинних стінках нокардіо- та корінебактерій, зумовлюють гідрофобний характер клітин.

Наявність міколових кислот, а також високий вміст інших ліпідів зумовлюють кислотостійкість деяких бактерій (мікобактерій), а також здатність використовувати гідрофобні субстрати (наприклад, парафіни нафти). Кількісний і якісний склад жирних кислот змінюється з віком культури, також залежить від умов культивування.

Фосфоліпіди (фосфогліцериди, гліцерофосфати) представлені фосфатидною кислотою, фосфатиділсерином, фосфатиділетаноламіном, фосфатиділхоліном та ін. Основна маса ліпідів міститься в цитоплазматичних мембранах і клітинних оболонках. Фосфоліпіди бактерій подібні до фосфоліпідів рослин і тварин, але відрізняються від них за складом жирних кислот. У бактеріальних фосфоліпідах переважають жирні кислоти з розгалуженим ланцюгом (15-17 атомів вуглецю), у рослинних і тваринних ліпідах — нерозгалужені кислоти. У бактерій значно рідше зустрічається лецитин (фосфатиділхолін).

Нейтральні жири (ацилгліцерини або гліцериди) найчастіше містять пальмітинову, масляну, лауринову, лінолеву жирні кислоти.

Воски (складні ефіри жирних кислот з довгим ланцюгом і спиртів) містять кислотостійкі бактерії, наприклад, мікобактерії. Так, у туберкульозній паличці міститься до 60 % воску.

Бактерії, на відміну від дріжджів і грибів, не містять як обов'язкові компоненти поліненасичені жирні кислоти, не містять і не потребують (за винятком однієї групи мікоплазм) стеринів і стероїдів.

Загальний вміст ліпідів у клітині варіює від 5 (у дифтерійної палички) до 30-40 % (у збудника туберкульозу). Основна маса ліпідів у клітині зв'язана з іншими компонентами: білками (в цитоплазматичній мембрані), полісахаридами (ендотоксини та О-антигени грамнегативних бактерій).

Ліпіди мікроорганізмів різноманітніші, ніж ліпіди вищих організмів. Вони виконують різні функції: є запасними речовинами (поліоксибутират), структурними компонентами клітини (цитоплазматична мембрана), беруть участь у метаболізмі вуглеводів, в енергетичному обміні, входять до складу антигенів, зумовлюють кислотостійкість бактерій.

Пігменти бактерій. Серед бактерій є велика кількість пігментованих видів. Пігменти синтезуються бактеріями залежно від умов вирощування — складу середовища, природи джерела вуглецю, кількості кисню, наявності освітлення та ін. Важливими елементами для утворення пігментів є азот, магній, залізо, кальцій. Мікробні пігменти поділяються на дві групи: нерозчинні, зв'язані з клітинними компонентами вони зумовлюють забарвлення колоній, але не середовища (пігменти жовтої сардини, золотистого стафілокока); розчинні в поживному середовищі, яке забарвлюється при культивуванні бактерій. За хімічним складом пігменти надзвичайно різноманітні: каротиноїди, меланіни, хінони, бактеріохлорофіли, піроли.

Бактеріохлорофіли відрізняються структурно між собою і від хлорофілу вищих рослин. Більшість фотосинтезувальних бактерій містить бактеріохлорофіл а, пурпурові бактерії — бактеріохлорофіл в, зелені сіркобактерії — с, d, є. Ці бактеріохлорофіли відрізняються за максимумом поглинання світла в діапазоні хвиль від 375 до 1040 нм.

Каротиноїдних пігментів відомо понад 300. За хімічним складом каротиноїди є продуктами конденсації залишків ізопрену. Локалізовані, як і бактеріохлорофіли, у внутрішньоклітинних білково-ліпідних мембранних структурах клітини. Поглинають світло з довжиною хвилі 400-550 нм. У фототрофних бактерій каротиноїди є допоміжними пігментами, які передають 30-90 % енергії до молекул бактеріохлорофілу, захищають хлорофіл від фотоокислення, беруть участь у реакціях фототаксису. У нефотосинтезувальних мікроорганізмів каротиноїди виконують захисну функцію.

Меланіни (пігменти чорного та коричневого кольору) — це зв'язані з білками полімери, які завдяки наявності вільних радикалів і здатності зворотно окислюватись та відновлюватись зумовлюють захист клітини від дії різних стресових факторів. Зустрічаються у бактерій, грибів і дріжджів.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
КЛІТИННА ВОДА.	\|	ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ БАКТЕРІАЛЬНОЇ КЛІТИНИ.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.017 сек.