Бактерии преобразование энергии

Источники энергии. В зависимости от механизма преобразования энергии в доступную для клетки биохимическую форму (АТР) различают два главных типа метаболизма-фототрофный и хемотрофный. Организмы, способные использовать в качестве источника энергии для роста электромагнитное излучение (свет), называют фототрофными (фотосинтезирующими). К фототрофным организмам относятся представители двух больших групп анаэробные фототрофные бактерий, не выделяющие молекулярного кислорода, и аэробные фототрофные цианобактерии, водоросли и зеленые растения, которые на свету выделяют кислород. В отличие от этого хемотрофными (хемосинтезирующими) называют организмы, получающие энергию в результате окислительновосстановительных реакций с участием субстратов, которые служат для них источником питания,- безразлично, связано ли превращение энергии [c.184]

Регенерация АТР из ADP и Pj. Синтез АТР из ADP и неорганического фосфата (Pi) катализируется АТР-синтазой. Этот фермент преобразует доставляемую потоком электронов энергию в энергию фосфо-эфирных связей АТР. Фермент найден во всех мембранах, участвующих в преобразовании энергии, а именно в мембранах митохондрий, хлоропластов и бактерий. Он достаточно велик (мол. масса 350-10 ) и имеет сложное строение (рис. 7.12, Г)-состоит из головки, построенной из нескольких субъединиц, ножки и основания последнее погружено в липидный слой плазматической мембраны. АТР-синтаза катализирует присоединение фосфата к ADP с отщеплением молекулы воды, в результате чего образуется АТР. Каким образом поток протонов или протонный градиент осуществляет эту реакцию фосфорилирования, пока еще неизвестно возможно, что протоны по какому-то каналу или поре в молекуле фермента оттекают обратно внутрь митохондрии или бактерии, а освобождающаяся при этом энергия используется для фосфорилирования. [c.245]

Источником всех видов энергии, используемых в биологических системах, является солнечный свет, а преобразование световой энергии в химическую происходит в ходе уникального и важнейшего для жизни процесса -фотосинтеза. Способностью к фотосинтезу обладают как эукариоты (высшие зеленые растения, зеленые, бурые и красные водоросли, некоторые одноклеточные организмы), так и прокариоты (синезеленые водоросли, зеленые и пурпурные бактерии). [c.92]

Более специальный случай — преобразование химической энергии окисления специальных органических соединений в световую энергию — наблюдается у некоторых бактерий и у светляков. В последнем случае свет генерируется в ходе [c.37]

В настоящее время обсуждаются инженерные аспекты конструирования установок промышленного масштаба для производства водорода при помощи фотосинтезирующих бактерий. Установки включают средства для подготовки субстрата, солнечный реактор, средства для очистки и хранения полученного водорода. Проведен расчет установки производительностью 58 тыс. м Нз в сутки при КПД фотосинтетической стадии 5 и 10 % 957]. Состояние работ по преобразованию солнечной энергии для получения водорода на начало 80-х годов представлено на рис. 7.21. [c.346]

В этой разновидности фотосинтеза (которую Гаффрон называет фоторедукцией ) световая энергия используется главным образом для временной активации, а не для постоянного превращения в химическую энергию. Энергия органического вещества, образуемого пурпурными бактериями, лишь в незначительной части является преобразованной световой энергией большая же ее часть, если не вся, представляет собой химическую энергию, перенесенную с одного неустойчивого химического соединения к другому. Существование этих бактерий возможно лишь потому, что Земля до сих пор еще не пришла к полному химическому равновесию и высокие химические потенциалы еще встречаются в разных местах (особенно в вулканических районах). Понятно, эти своеобразные формы автотрофной жизни (мы буде м говорить о них подробнее в главе V) могли играть большую роль в ранние геологические эпохи, когда химическая активность на поверхности Земли была более бурной и напряженной. Поэтому они представляют значительный интерес при рассмотрении проблемы о происхождении и развитии жизни на нашей планете. Для современного цикла живого вещества на Земле эти процессы не имеют значения. Только фотосинтез зеленых растений препятствует исчезновению жизни с лица Земли. [c.18]

Брожение идет через стадии образования пировиноградной кислоты с ее последующим преобразованием. Источником азота для маслянокислых бактерий служат пептоны, аминокислоты и аммонийные соли, некоторые из бактерий используют также свободный азот. Углеводы для них служат источником энергии и углерода. Возбудители маслянокислого брожения являются облигатными анаэробами. Это крупные, подвижные спорообразующие палочки длиной 3— 10 мкм и диаметром 0,5—1,5 мкм. Оптимальная температура для их развития составляет 35—37° С, предельные значения pH 6—8. [c.271]

Биоэнергетика изучает молекулярные механизмы потребления энергии живой клеткой, а также механизмы преобразование этой энергии в форму, которая может быть использована для совершения различных видов полезной работы (биосинтез, транспорт веществ против градиентов их концентраций, мышечное сокращение, движение клеток, теплопродукция и т. д.). Другими словами, биоэнергетика — это наука о судьбе энергии в клетке. Солнечный свет, которому мы обязаны самим существованием жизни, служит первоначальным источником энергии для растений и фотосинтезирующих бактерий. Энергетические аспекты фотосинтеза — важная составляющая часть биоэнергетической науки. Окисление органических веществ кислородом воздуха — другой универсальный механизм потребления энергии внешней среды живыми организмами. Дыхание и фотосинтетические процессы протекают на мембранах, отличительная черта которых состоит в их крайне низкой проницаемости для ионов водорода. Энергия, улавливаемая при поглощении света растениями и фотосинтезирующими бактериями или выделяемая при окислении органических соединений дышащими организмами, запасается в конечном итоге в химической форме, в виде АТР. Это сравнительно простое (по биологическим масштабам) химическое соединение служит универсальной энергетической валютой живой клетки. Изучение молекулярного механизма образования АТР на биологических мембранах является основным предметом биоэнергетики. [c.5]

Но жизнь не только использует свет, она трансформирует энергию обмена веществ в излучение. Свечение бактерий, глубоководных рыб, светляков темной летней ночью связано с преобразованием энергии аденозинтрифосфата в кванты видимого света. Для осуществления механизма хемолюми- [c.286]

Эндосимбиотическая гипотеза. Клеточные органеллы эукариот имеют много фундаментальных общих черт с прокариотическими клетками. Они содержат кольцевые молекулы ДНК, их рибосомы относятся к типу 70S, а мембраны содержат компоненты электрон-транспортной цепи (флавины, хиноны, Fe-S-содержащие белки, цитохромы) и выполняют функцию дыхательного или фотосинтетического преобразования энергии. Согласно симбиотической гипотезе, митохондрии происходят от бесцветных аэробных бактерий, а хлоропласты-от цианобактерий, сделавшихся эндосимбионтами каких-то примитивных эукариотических клеток. В дальнейшем должна была произойти очень большая специализация функция регенерации АТР была передана клеточным органел-лам. Наружная мембрана эукариотической клетки не содержит компонентов электрон-транспортной цепи, С другой стороны, клеточные органеллы тоже не самостоятельны они, правда, обладают собственными молекулами ДНК, однако значительная часть информации, необходимой для синтеза их белков, находится в клеточном ядре. Примером может служить рибулозобисфосфат-карбоксилаза-ключевоп фермент ав-тотрофной фиксации Oj у зеленых растений. Она состоит из 8 боль- [c.26]

Многие бактерии, однако, и в анаэробных условиях используют окислительное (электрон-транспортное) фосфорилирование при этом происходит перенос электронов, получаемых при расщеплении субстрата, по (укороченной) электрон-транспортной цепи на экзогенные (добавленные в питательную среду) или эндогенные (образующиеся при разложении субстрата) акцепторы. Акцепторами электронов могут быть ионы нитрата, сульфата, карбоната и фумарата, а также сера соответствующие виды бактерий объединяют в физиологические группы нитратвос-станавливающих, денитрифицирующих, сульфатредуцирующих, метаногенных и ацетогенных бактерий, а также бактерий, восстанавливающих серу. Все эти бактерии играют важную роль в природном балансе. Так как фосфорилирование, сопряженное с транспортом электронов, долгое время считалось характерной принадлежностью аэробного дыхания, то, говоря о преобразовании энергии при окислительном фосфорилирова-нии в анаэробных условиях, в настоящее время пользуются также термином анаэробное дыхание (см. гл. 9). [c.248]

Нитратное дыхание восстановление нитрата до нитрита. Для целого ряда факультативно-анаэробных бактерий Enteroba ter, Es heri hia oli и др.) нитрат может служить конечным акцептором водорода в процессе транспорта электронов, поставляющем энергию. Этот вид нитратного дыхания отличается от денитрификации тем, что здесь только первая ступень, а именно восстановление нитрата до нитрита с помощью нитратредуктазы А, сопряжена с переносом электронов и преобразованием энергии [c.308]

Если до самого последнего времени при анализе кинетики переноса электронов приходилось пользоваться гипотетическими схемами с неизвестной стехиометрией компонентов, то выделение цитохромпых комплексов из пурпурных бактерий приводит к качественно новому уровню понимания процессов преобразования энергии при циклическом транспорте электронов. [c.31]

К этому поразительному заключению пришли в результате тщательных исследований, которые бьши проведены за последние двадцать лет и убедительно показали, что главный путь преобразования энергии в биологически полезные формы одинаков не только в митохондриях и хлоропластах, но также и в клетках бактерий. Энергия преобразуется с помощью процесса, получившего название хемиосмоса в этом процессе используются электроны, богатые энергией, которые были либо возбуждены солнечным светом, либо заключены в питательных веществах. Такие электроны проходят через ряд соединений белковой природы, встроенных в мембрану, непроницаемую для ионов, и образующих так называемую электронтранспортную цепь. Продвигаясь по этой цепи, электроны последовательно переходят на все более низкие энф-гетические уровни. С помощью энергии, отдаваемой электронами, производится перекачивание протонов с внутренней стороны мембраны на внеш- [c.7]

Структуру, функцию и эволюцию клеток и организмов в значительной части можно связать с их потребностью в энергии. Мы уже видели, что механизмы использования энергии таких разных источников, как свет и окисление глюкозы, в основе своей одинаковы. Очевидно, эффективный способ синтеза АТР появился еще на ранних этапах эволюции и с тех пор подвергся лишь незначительным изменениям. Как же впервые возникли АТР-синтетаза, протонные насосы и фотосистемы-важнейшие приспособления для преобразования энергии Гипотезы о событиях, происходивших на заре эволюции, неизбежно носят умозрительный характер и не могут быть проверены. Но ключи к разгадке можно найти как в различных примитивньгх электронтранспортных цепях, имеющихся у некоторых современных бактерий, так и в геологических данных относительно условий, существовавших на Земле миллиарды лет назад. [c.48]

Понятие о фотосинтетической единице было введено для учета числа молекул хлорофилла в фотосинтезирующем организме, необходимого для преобразования одного кванта энергии света в химическую энергию. Для восстановления одной молекулы СОг необходимо 8—10 квантов света с другой стороны, з этом процессе участвует 2000—2500 молекул хлорофилла. Отсюда фотосинтетическая единица составляет 200—300 молекул хлорофилла на квант при квантовом выходе первичного фотоокисления хлорофилла, равном 1, с учетом 80% эффективности переноса энергии при све-тосборе хлорофиллом, оказывается, что на одну молекулу хлорофилла в реакционном центре приходится 250—400 молекул хлорофилла, поглощающих и эстафетно передающих кванты света в реакционные центры. Хлорофилл реакционного центра принимает только один из переданных квантов и переходит в электронно-возбужденное состояние, начиная путь последовательных окислительно-восстановительных реакций. Естественно, что значение фотосинтетической единицы может меняться у разных растений в зависимости от очень многих факторов. Концентрация фотохимически активного хлорофилла у бактерий в целом выше, и фотосинтетическая единица равна у них 40. [c.20]

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ). Цитоплазма каждой клетки окружена мембраной, которая отграничивает клетку от клетки и от окружающей среды. Клетки эукариот имеют, кроме того, многочисленные внутриклеточные мембраны, которые отделяют внутренний объем органелл, обеспечивающих специализированные метаболические функции. Бактерии и археи обычно лищены внутрицитоплазматических мембран (исключением являются метанотрофы, фототрофы и нитрифицирующие бактерии) и содержат только ЦПМ, которая состоит из простых фосфолипидов, образующих мембранный бислой, куда погружены многочисленные белки. Этот бислой обладает свойством избирательной проницаемости, препятствуя свободному продвижению большинства веществ внутрь клетки и из нее. В матрикс ЦПМ заключены также некоторые мембранные белки, имеющие ряд важных функций, включая преобразование и запасание метаболической энергии, регуляцию поглощения и выброса всех питательных веществ [c.29]

Перспективная задача сельского хозяйства — введение в культурные растения генов, контролирующих азотфиксапию. Азотфиксация — это процесс, в ходе которого атмосферный азот восстанавливается в клетках до аммония и затем используется для синтеза белка и других органических веществ. Эти химические преобразования осуществляются особыми, азотфиксируюшими бактериями, которые живут в корневых клубеньках бобовых растений, таких как горох, бобы, люцерна и клевер. Эти растения находятся в выгодном положении. В отличие от других культур, не способных усваивать азот из атмосферы, они не нуждаются в подкормке азотными удобрениями. В 1987 г. в мировом масштабе было использовано более 60 млн. т таких удобрений. Если бы растения несли свои собственные гены азотфиксации, можно бьшо бы сберечь офомное количество времени, денег и энергии, которые тратятся на изготовление, транспортировку и внесение удобрений. Однако получение растений, способных усваивать атмосферный азот — задача очень трудная, поскольку азотфиксация — это сложный процесс, контролируемый большим числом (около 15) генов (лг/-гены). Несмотря на то, что генетики уже проделали огромную работу, до сих пор они еще не добились правильного функционирования иг/-генов в клетках растений. [c.233]