Ашу процесі

әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті

Биология және биотехнология факультеті

Тақырыбы: Микроорганизмдердегі зат алмасу процесінің ерекшелігі

Орындаған: Сазанова М. А., Калиева В. Х., Кадырбек А.

Қабылдаған: Бектилеуова Нургуль Кенбаевна

Алматы 2019

Жоспар

І. Кіріспе

ІІ. Негізгі бөлім

2. 1. Микроорганизмдердің метаболизмі

2. 2. Катаболизм

2. 3. АТФ-тың пайда болуы

2. 4. Энергия алу және оны жүзеге асыру жолдары

2. 5. Ашу процесі

2. 6. Тыныс алу процесі

2. 7. Фотосинтез

2. 8. Анаболизм

2. 9. Мономерлер мен полимерлердің биосинтезі

ІІІ. Қорытынды

Кіріспе

Зат алмасу - клеткалардың тіршілігін қамтамасыз ететін барлық химиялық реакциялардың жиынтығы.

Зат алмасу

Катаболизм Анаболизм

Катаболизм - реакция ағымында энергияның электрохимиялық (∆μН + ) немесе химиялық (АТФ) түрде пайда болуы. Катаболиттік реакциялар күрделі органикалық заттарды қарапайым заттарға ыдыратады. Олар гидролитикалық реакцияларға жатады, өйткені химиялық байланыстарды бұзу үшін суды пайдаланады. Химиялық байланыстар үзілген кезде энергия пайда болады.

Анаболизм - реакция ағымында қарапайым заттардан күрделі заттардың - мономерлер мен полимерлердің - пайда болуы. Бұл реакциялардың көбі - дегидролитикалық реакциялар, яғни реакция барысында су бөлінеді.

Негізгі бөлім

Катаболизм мен анаболизм тығыз байланысты және бір-біріне білінбей ауысады. Дегенмен, зат алмасу реакцияларын 3 топқа бөлуге болады:

бастапқы қоректік заттардың кішігірім фрагменттерге ыдырауы;

катаболизмге де, анаболизмге де қажетті аралық заттардың пайда болуы (амфиболизм) ;

соңғы реакциялар: анаболизмде пайда болған соңғы заттар клетка компоненттерін құруға жұмсалады, ал катаболизмде пайда болған заттар сыртқа бөлініп шығады.

Катаболиттік және анаболиттік реакциялар ферменттердің көмегімен іске асады. Олар химиялық реакцияның жылдамдығын үдетеді, өздері реакция нәтижесінде өзгермейді. Сондықтан олар катализатор болып саналады. Ферменттердің тиімділігі өте жоғары. Олар қолайлы жағдайда химиялық реакцияның жылдамдығын 108 -нен 1010 -не дейін арттырады. Ферменттердің өзінше ерекшеліктері бар. Әр фермент белгілі бір субстратқа әсер етеді, мұны субстраттық ерекшеліктері деп атайды.

Ферменттер, әдетте, екі бөліктен тұрады: апофермент (протеин бөлігі) және кофактор (протеин емес бөлшек) .

Апофермент кофакторсыз қызмет атқармайды. Екі бөлік қосылғанда ғана каталитикалық белсенді фермент пайда болады. Металдың иондары немесе органикалық молекулалардың жиынтығы кофактор бола алады. Соңғылары кофермент деп аталады, олар витаминдерден тұрады. Мысалы, (НАД) пен (НАДФ) құрамында никотин қышқылы, ал флавинкоферменттердің флавинмононуклеотид (ФМН) пен (ФАД) құрамында рибофлавин бар.

№

Кластар

Химиялық реакциялар

Мысалдар

Оксидоредуктазалар

Тотығу-тотықсыздану реакциялары (оттегі мен сутегі қосылады не жоғалады)

Цитохромоксидаза

Лактатдигидрогеназа

Трансферазалар

Белгілі бір топтарды (амин, ацетил, фосфат, т. б. ) тасымалдау

Ацетаткиназа

Гидролазалар

Суды қосылуы арқылы субстратты ыдырату (гидролиз)

Липаза

Сахараза

Лиазалар

Судың қатысуынсыз субстратты ыдырату

Изоцитратлиаза

Изомеразалар

Молекуладағы атомдарды алмастыру

Глюкозофосфат-изомераза

Лигазалар

Екі молекуланы қосу реакциялары

Ацетил КоА-синтетаза

Катаболизм (энергия алмасуы)

Тірі жүйелердің энергияны пайдалануы және оны өзгертуі олардың негізгі қасиеті болып саналады.

Энергия

Электромагниттік Химиялық Электрлік

Механикалық Жылулық

Биоэнергетика бойынша энергияны жалпы және еркін энергия деп екіге бөледі. Химиялық реакциялардың нәтижесінде пайда болатын барлық энергия жалпы энергияға жатады, оны Н әріпімен белгілеп энтальпия деп атайды. Іс жүзінде, жалпы энергия толық пайдаланылмайды, іске тек қана еркін энергия жұмсалады. Оны G0 таңбасымен белгілейді.

Әрбір химиялық заттағы еркін энергияның мөлшері әр түрлі. Мысалы, судан бөлінетін еркін энергияның мөлшері -57ккал/моль, ал глюкозадан бөлінетін мөлшері -219ккал/моль.

Тотығу-тотықсыздану процесінде АТФ-тың пайда болуы

Химиялық қосылыстардың молекулаларындағы энергия электронмен байланысты. Бұл энергияны тірі организмдер тотығу-тотықсыздану реакциялары арқылы пайдаланады. Тотығу-тотықсыздану деп электронның бір молекуладан екінші молекулаға өтуін айтамыз. Электронды жоғалтқан молекула тотығады, ал қабылдаған молекула тотықсызданады. Мысалы, темір тотығы электронды жоғалтқанда тотығады да, темірдің шала тотығына айналады: Fe2+ →Fe3++ē.

Биологиялық реакцияларда электрон (ē) мен протон(Н+) бір мезгілде бөлініп шығады. Мұны сутегі атомының бөлініп шығуы деп те санайды. Өйткені сутегі атомында протон да, электрон да бар. Биологиялық тотығу-тотықсыздану процесі сутегі атомын алу-берумен байланысты.

Клеткадағы тотығу-тотықсыздану реакцияларының нәтижесінде пайда болытын энергия бірнеше фосфат қосылыстарында энергияға бай фосфат байланыстар түрінде сақталады да, іске жұмсалады. Оларды макроэнергиялық заттар деп атайды.

Компоненттер

∆G0, ккал/моль

Компоненттер

∆G0, ккал/моль

Фосфоэнолпируват

-14, 8

Глюкоза-1-фосфат

-5, 0

1, 3-дифосфоглицерат

-11, 7

Фруктоза-1-фосфат

-3, 8

Ацетилфосфат

-10, 1

АМФ

-3, 4

АТФ

-7, 3

Глюкоза-6-фосфат

-3, 3

АДФ

-7, 3

Энергияға бай кейбір фосфат қосылыстары

АТФ аденозин және үш фосфат тобынан құрылған ол фосфат тобы АДФ-пен қосылғанда пайда болады. Фосфат тобының қосылуын фосфорлану деп атайды. Клеткада АТФ түзілуінің 3 жолы бар:

Субстрат деңгейінде фосфорлану. Энергиясы мол фосфат тобы “Р” тікелей субстраттан алынады, субстрат тотықсызданады, АТФ түзіледі.

Тотыға фосфорлану (электрон тасымалдау) . Электрон органикалық заттан тасымалдаушыға (НАД) өтеді, кейін бірқатар тасымалдаушылар арқылы оттегімен немесе басқа бейорганикалық молекуламен байланысады. Бұл процесс прокариоттардың плазмалық мембранасында өтеді.

Фототүзілу кезде фосфорлану (фотофосфорлану) . Бұл жолмен АТФ фототүзуші организмдерде түзіледі.

Микроорганизмдердің басым көпшілігі үшін көмірсулар энергия және көміртегі көзі болып табылады. Олар ыдырағанда, энергия түзіледі. Көмірсулардың ең оңай сіңірілетіні - глюкоза, ал одан күрделілері, алдымен глюкозаға дейін ыдырайды.

Фруктоза-1, 6-дифосфат жолы (гликозиз, ФЕФ, Эмбден-Мейргоф жолы) . Бұл - глюкозаның анаэробты жағдайда ыдырауы. Гликолиз процесі 10 сатыдан тұрады:

Глюкоза клеткаға еніп, АТФ-тың қатысуымен фосфор алынады, глюкоза-6-фосфат түзіледі. Реакцияны катализдейтін фермент - гексокиназа.

Глюкоза-6-фосфат (альдоза) фруктоза-6-фосфатқа (кетозаға) изомерленеді. Реакция қайтымды, катализдейтін фермент - фосфоглюкоизомераза.

Бұл гликолиздің басталу реакциясы. Фруктоза-6-фосфат АТФ есебінен фруктоза-1, 6-дифосфат түзіп фосфорланады. Реакцияны фосфорфруктокиназа ферменті катализдейді.

Фруктоза-1, 6-фосфаттағы C3 пен C4 арасындағы байланысты альдоза ферменті үзеді. Реакция қайтымды.

Триозофосфатизомераза әсерінен глицеральдигид-3-фосфат пен өзара бір-біріне айнала алады.

Гликолиздің осы кезеңінен бастап энергиясы АТФ-қа жинала бастайды. Реакцияның глицеральдегид-3-фосфатдигидрогеназа катализдейді.

Реакция фосфоглицераткиназа әсерімен жүреді. АТФ және 3-фосфоглицерат түзіледі.

Реакцияның фосфоглицеромутаза катализдейді.

2-дифосфоглицерин қышқылы энолаза әсерінен дегидратацияға ұшырайды, су молекуласы бөлініп шығады және екі молекулалы фосфоэнолпирожүзім қышқылы түзіледі.

Пируват киназа әсерінен фосфоэнолпируваттан пируват пен АТФ түзіледі.

Энергия алу және оны жүзеге асыру жолдары

Әр түрлі деңгейдегі эукариотты организмдер (жануарлар, өсімдіктер, қарапайымдылар, балдырлар) энергияның екі түрін қолданады:

Органикалық заттардың және жарықтың энергиясын. Ал прокариоттардың, соған қоса, бейорганикалық қосылыстардың энергиясын да биологиялық түрге - АТФ-қа айналдыратын қабілеті бар. Прокариоттардың энергия алу әдістері мынадай 3 топқа жіктеледі:

Ашу процесі. Органикалық заттардың тотығу процесіне ешбір қосымша (сыртқы) электрон акцепторлары қатыспайды.

Аэробты тыныс алу. Сыртқы электрон акцепторы қатысады, оның рөлін оттегі атқарады.

Анаэробты тыныс алу. Электрон акцепторы ретінде құрамында оттегі бар бейорганикалық заттар пайдаланылады.

Ашу процесі

Ашу процесі анаэробты, оттексіз жағдайда өтеді. Мұнда электрон доноры (энергия беруші) ретінде органикалық заттар (қанттар, амин қышқылдар және т. б. ) пайдаланылады. Олар гликолиз жолымен пирожүзім қышқылына дейін тотығады. Ал пирожүзім әрі қарай тотықпайды, соңғы өнімдерге айналады.

Глюкоза

АДФ НАД

АТФ НАДН

НАДН

Пируват

НАД

Соңғы өнімдер

Аралас өнімдер

Сүт Этанол, Пропион Майлы

қышқылы СО2 қышқылы, қышқыл, Этанол, сүт, Этанол, сүт

СО2, Н2 бутанол, құмырсқа, сірке қышқылы,

ацетон қышқылдары фумарат

Пайда болған өнімдерге қарай ашу процестерін сүт қышқылды, спиртті, пропион қышқылды, май қышқылды, аралас ашу процестері деп бөледі.

Сүт қышқылды ашу процесі. Бұл процесті анаэробты, бірақ оттегіге толерантты сүт қышқыл бактериялар жүргізеді. Олар, моносахаридтермен қатар, дисахаридтерді де, мысалы, лактозаны ашытады.

Ұқсас жұмыстар

Спирттік ашу процесі

Спирттік ашу процесінен алынатын өнімдер

Спирттік ашытуда микроорганизмдерді қолдану

Сүт қышқылдық ашу процесі

Спирттік ашытуда микроорганизмдерді қолдану. Шарап жасау технологиясы

Спирт өндіргенде қолданылатын микроорганизмдер

Спирт өндірісінде қолданылатын микроорганизмдер

Спирттік ашу үдерісі

Май қышқылды ашу

Оттексіз тыныс алу процестері. Анаэробты тыныс алудыңрекшелігі. Анаэробты жағдайда электрондар тасымалдануы

Пәндер