Бактерии эволюция метаболизма

На следующем этапе, который начался примерно 2-10 лет назад с появления цианобактерий, возникли организмы, способные использовать воду в качестве источника водорода для восстановления СО2. Это привело к развитию второй фотосистемы, включенной последовательно с первой, что позволило преодолеть значительный разрыв в редокс-потенциалах HjO и NADPH (см. рис. 9-49). Этот эволюционный шаг имел далеко идущие биологические последствия. Впервые появились организмы, обладавшие минимальными потребностями в химических веществах окружающей среды, и эти организмы могли развиваться по путям, недосягаемым для примитивных фотосинтезирующих бактерий, которые нуждались в HjS и органических кислотах как донорах электронов. В результате накопилось большое количество органического материала, синтезированного живыми клетками, и впервые в атмосферу начал поступать кислород. Это открыло путь для развития бактерий и более сложных форм жизни, получающих АТР за счет аэробного метаболизма, т.е. использующих энергию, высвобождаемую при расщеплении углеводов и других восстановленных органических молекул до Oj и HjO. На рис. 9-58 дана схема предполагаемой эволюции рассмотренных вьпле механизмов. [c.52]

Брожение не исчерпывает всех возможностей получения энергии этой группой прокариот. Хотя гликолитическое расщепление глюкозы с образованием в качестве обязательного промежуточного соединения при брожении пировиноградной кислоты является основным путем разложения глюкозы, кроме этого пути в группе пропионовых бактерий обнаружен окислительный пентозофосфатный путь, реакции цикла трикарбоновых кислот (ЦТК), активное флавиновое дыхание и окислительное фосфорилирование, сопряженное с электронтранспортной системой. Вклад каждого из этих путей в общий энергетический метаболизм зависит как от вида бактерий, так и от конкретных внешних условий. Эволюция пропионовых бактерий определенно шла по пути приспособления к аэробным условиям. У некоторых видов обнаружен эффект Пастера в присутствии кислорода воздуха переключение с брожения на дыхание. Пропионовые бактерии могут синтезировать гемсодержащие белки. В их клетках обнаружены цитохромы. [c.199]

В результате фосфорилирования, сопряженного с переносом электронов при дыхании аэробных организмов, образуется намного больше АТР, чем при фосфорилировании на уровне субстрата при брожении поэтому неудивительно, что в процессе биохимической эволюции возник и в дальнейшем сохранился такой тип метаболизма, при котором водород от органического субстрата переносится на связанный кислород . При этом носителями кислорода могут быть нитрат, сульфат, карбонат или другие соединения они восстанавливаются водородом субстрата. Способность переносить электроны на эти соединения дает бактериям возможность окислять субстраты без участия молекулярного кислорода и таким образом извлекать больше энергии, чем это возможно при брожении. [c.304]

Миллер и Паррис [1271], а также Липман [1158] рассмотрели возможность того, что неорганический пирофосфат (ФФ) был предшественником АТФ в эволюции. Впервые о ФФ в этом смысле заговорили Кальвин [333, 335], Джонс и Липман [937]. О ФФ как вероятном первичном конденсирующим агенте мы уже упоминали (4,Д). Неорганический пирофосфат встречается у многих современных бактерий [445, 799]. Предположение о ФФ как о предшественнике АТФ решительно поддержал Г. Балчевский [123, 125, 129], основываясь на данных, полученных им для фотосинтезирующих бактерий (8,3), у которых ФФ может до некоторой степени заменять АТФ было подчеркнуто, что у этих бактерий реакции ФФ идут без участия АТФ, т. е. ФФ образуется не из АТФ. Высшие полифосфаты тоже, по-видимому, играли роль в энергетическом метаболизме [409, 864, 1064, 1065] . [c.72]

Конструктивный метаболизм пропионовых бактерий претерпел дальнейшую эволюцию в сторону большей независимости от органических соединений внешней среды. Пропионовые бактерии характеризуются хорошо развитыми биосинтетическими способностями и могут расти на простой синтетической среде с аммонийным азотом в качестве единственного источника азота при добавлении к среде пантотеновой кислоты и биотина, а для некоторых видов и тиамина. У ряда пропионовых бактерий обнаружена способность к азотфиксации. [c.231]

Ранее мы отмечали (6, В), что ФФ мог быть предшественником высокоэнергетических нуклеотидов, но АТФ уже наверняка существовал у первичных сбраживающих организмов еще до изобретения фотосинтеза. Иначе современные сбраживающие бактерии вряд ли обладали бы АТФ. Таким образом, участие ФФ в энергетическом метаболизме современных организмов, появившихся гораздо позже сбраживающих организмов, лоаволяет предположить, что АТФ очень нескоро заменил ФФ в эволюции. [c.104]

Постепенно утверждается представление, согласно которому в процессе эволюции может сохраняться и ненужный на первый взгляд генетический материал-даже в том случае, если в изученных до сих пор экспериментальных условиях он оказывается для организма балластом. Очевидно, природа более консервативна, чем это предполагалось на заре эры молекулярной биологии. В настоящее время антибиотики, а также другие вторичные метаболиты, прямую пользу которых для синтезирующих их клеток усмотреть трудно, причисляют, образно выражаясь, к стружкам обмена веществ или же к продуктам, возникшим на игровой площадке метаболизма. Этот пример ясно показывает, что изучение вторичного метаболизма бактерий, грибов и растений- одно из перспективных направлений в исследовании путей органической эволюции. I [c.338]

Особенности строения и метаболизма метанобразующих бактерий послужили основанием для выделения их вместе с некоторыми другими прокариотами в группу архебактерий, рассматриваемых в качестве очень древней и особой линии эволюции. Однако эта точка зрения разделяется не всеми исследователями. Не исключено, что особенности метанобразующих бактерий вторичного происхождения и обусловлены занимаемой ими экологической нишей. [c.357]

Самым значимым свойством генетического кода является его универсальность, т. е. он в основном одинаков у организмов, стоящих на разных уровнях развития у человека, растений, вирусов, бактерий. Такая универсальность генетического кода легла в основу генной инженерии (см. главу 19). Например, рибосомы и молекулы тРНК в кишечной палочке Е. соИ могут осуществлять трансляцию цепи мРНК, кодирующей синтез гемоглобина, и синтезировать полноценный гемоглобин. Универсальность кода свидетельствует также о древности его происхождения и консервативности, в результате которой даже при длительной эволюции важнейшие особенности метаболизма сохраняются неизменными. Сходство генетического кода у разных организмов — это прямое доказательство того, что все живые организмы произошли от единого предка. [c.367]

В классификации живых объектов биологи традиционно основывались главным образом на макростроении организмов и их наружных органов (морфологии) и на макрофи-зиологических процессах, в основном размножении и передвижении. Этот подход весьма плодотворно используется для классификации высших растений, грибов и животных, но для классификации примитивных организмов требуются дополнительные критерии, основанные на микрофизиологических и биохимических данных. Клод Бернар, А. Дорн, П. Уинстон, Г. Молиш и Гоулэнд Хопкинс были среди первых, кто под-черкнул важность этих критериев [601, 1185, 1285], Среди активных сторонников физиологического подхода был также Львов [1185] Шизомицеты (бактерии, Э.Б.) ввиду разнообразия их метаболизма... должны представлять собой замечательный материал для изучения физиологической эволюции. Сравнение биохимических процессов в связи с их эволюцией должно дать результаты первостепенной важности... [c.32]

Мысль о том, что интроны появились в ходе эволюции очень давно соответствует современному представлению о происхождении белков методом проб и ошибок при рекомбинации отдельных экзонов, кодирующих различающиеся белковые домены. Более того, доказательства древнего происхождения нитронов были получены при изучении генов, кодирующих распространенный фермент триозофосфатизомеразу. Триозофосфатизомераза ифает важную роль в метаболизме всех клеток, катализируя центральное событие при гликолизе и глюконеогенезе-взаимопревращение глицералальдегида-З-фосфата и дигидроксиацетон-фосфата (см. рис. 2-38). Сравнивая аминокислотную последовательность этого ффмента у различных организмов, можно сделать вывод, что фермент возник еще до дивергенции прокариот и эукариот от общего предка, поскольку 46% аминокислотной последовательности у человека и бактерии идентичны. У позвоночных (курицы и человека) ген, кодирующий этот фермент, содержит шесть нитронов, причем пять из них присутствуют точно в том же месте у кукурузы. Из этого следует, что эти пять нитронов существовали в гене до того, как растения и животные дивергировали в ходе эволюции эукариот, что, как установлено, произошло 10 лет назад (рис. 10-68). [c.240]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология