Библиотека по биологии Библиотека по биологии
Новости    Библиотека    Карта сайта    Ссылки    О сайте






предыдущая главасодержаниеследующая глава

Химический состав микробов

Тела микроорганизмов содержат те же химические вещества, которые находятся и у высших растений и животных. Это говорит о материальном единстве и физиологическом родстве всего живого мира.

Вода - главнейшая составная часть микробной клетки - 80-85%. Часть воды находится в свободном состоянии. Вода принимает непосредственное участие в основных химических реакциях в живой клетке. Она служит дисперсионной средой для коллоидов и растворителем для кристаллов. Большая часть воды находится в связанном состоянии, в котором она удерживается коллоидами протоплазмы.

Сухого вещества в клетке имеется в пределах 15-25% от общего ее веса. Главное место здесь приходится на так называемые органогены: углерод - 46-50% к сухому весу клетки, кислород-30%, азот - 7-14% и водород - 6-8%. Эти элементы во время сжигания клеток для анализа улетучиваются в виде газообразных соединений.

Белки в сухом веществе микробных тел составляют самое большое количество - 50-80%.

Простые белки - протеины микробных тел близки по составу к протеинам высших организмов. При гидролизе их образуются только аминокислоты: триптофан, лизин, аргинин, тирозин, лейцин и др.

Сложные белки - протеиды представляют собой соединения простых белков с небелковыми веществами: с нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды), полисахаридами (глюкопротеиды), с жирами и жироподобными веществами (липопротеиды), с железом (хромопротеиды) и др. Протеиды играют исключительно важную роль в жизнедеятельности микробов. К протеидам относятся и ферменты.

Белки имеют очень большой молекулярный вес - от десятков тысяч до нескольких миллионов - и являются коллоидами. Они дают растворы - золи, которые легко переходят в состояние вязкого геля - студня. Переход золя в гель и обратно имеет большое значение в жизнедеятельности клетки. Белки наиболее легко выпадают в осадок в изоэлектрической точке, когда степень диссоциации кислых и щелочных групп одинакова.

Белки-полимеры состоят из полипептидов, а последние в свою очередь из аминокислот. Число аминокислот в молекуле низкомолекулярных белков составляет более ста, в крупных белковых молекулах может содержаться их несколько десятков тысяч. Порядок расположения аминокислот пока выяснен только у немногих белков, например: в ферменте рибонуклеазе, в белке вируса табачной мозаики. Всего в организмах имеется около 20 различных аминокислот. Но из них может возникать неисчислимо большое количество разнообразнейших белков. Поясним это на примере. В некоторых алфавитах имеется около 20 букв (в итальянском 21 буква). Но из этого количества букв составлены десятки тысяч разных слов, а из слов сложено неисчерпаемое множество рассказов, стихов, статей и пр. Отсюда понятна специфичность белков всех видов живых существ и даже разных их органов.

Нуклеиновые кислоты составляют 5-30% сухого вещества. Они также высокомолекулярные полимеры. Наиболее крупные молекулы их можно видеть в электронный микроскоп. Длинная цепочка молекулы нуклеиновой кислоты состоит из ряда построенных одинаковым образом звеньев - нуклеотидов. Нуклеотид состоит из молекулы азотистого основания, молекулы углевода, содержащей 5 атомов углерода (пентоза) и остатка молекулы ортофосфорной кислоты.

Нуклеиновые кислоты, содержащие углевод дезоксирибозу (С5Н11О4), называются дезоксирибонуклеиновыми (ДНК), а содержащие рибозу (C5H11O5) -рибонуклеиновыми (РНК).

Рис. 17. Схема удвоения молекулы ДНК: А - аденин; Т - тимин; Ц - цитозин; Г - гуанин; 1 - двойная цепь ДНК; 2 - разъединение цепей; 3 - присоединение мононуклеотидов к разъединившимся цепям; 4 - образование двух цепей ДНК (по Белозерскому, 1961)
Рис. 17. Схема удвоения молекулы ДНК: А - аденин; Т - тимин; Ц - цитозин; Г - гуанин; 1 - двойная цепь ДНК; 2 - разъединение цепей; 3 - присоединение мононуклеотидов к разъединившимся цепям; 4 - образование двух цепей ДНК (по Белозерскому, 1961)

Рис. 18. Схема строения молекулы ДНК. Две наружные полосы - две цепи полинуклеотидов, перекладины-пары азотистых оснований
Рис. 18. Схема строения молекулы ДНК. Две наружные полосы - две цепи полинуклеотидов, перекладины-пары азотистых оснований

Из азотистых оснований ДНК содержит пурины - аденин, гуанин и пиримидины - тимин и цитозин. РНК содержит те же основания только кроме тимина - урацил. В каждом нуклеотиде одно из этих оснований. В молекуле ДНК содержится 20-25 тысяч таких нуклеотидов, в РНК-5-6 тысяч. Отдельные нуклеотиды, соединенные между собой эфирными связями, образуют спирально закрученные нити. Эти спирали у РНК однонитчатые, а у ДНК двухнитчатые, в виде винтовой лестницы. В ДНК пурин - аденин одной спирали всегда соединен водородными связями с пиримидином - тимином другой спирали, а гуанин с цитозином. Такие пары нуклеотидов в той или другой ДНК находятся в определенном количестве и расположены в определенной последовательности.

Для каждого вида организмов существует своя специфическая ДНК, отличная от ДНК другого вида. Нет универсальной ДНК, а существует множество специфических ДНК. Специфичность нуклеиновых кислот зависит от количества и последовательности расположения азотистых оснований в молекуле ДНК, а количество таких комбинаций может достигать невероятной цифры - 101000.

Клетки животных, растений и микробов всегда содержат ДНК и РНК, причем ДНК находится главным образом в ядре или в его эквиваленте, РНК содержится в цитоплазме.

Молекулы ДНК, как и хромосомы высших организмов, имеют особенность. Они способны к самоудвоению, к редупликации. При самоудвоении ДНК водородные связи двух цепочек разрываются и цепочки расходятся. Затем к каждой цепочке присоединяются соответствующие свободные нуклеотиды, т. е. к аденину присоединяется тимин и т. д. Таким образом одноцепочная ДНК опять превращается в двуцепочную, которая является точной копией первоначальной двуцепочной ДНК.

ДНК является основным хранителем наследственных признаков организма, которые в процессе размножения передаются через нее потомкам. Она содержит в себе генетическую информацию.

ДНК и РНК определяют биосинтез белков. Открытие генетического значения ДНК, строения ДНК и РНК позволило ученым создать схему синтеза белка. Биосинтез белка - это сложный многоступенчатый процесс. В нем участвуют ДНК, различные разновидности РНК, аминокислоты и ферменты. В ядре клетки на отдельных участках гигантской спирали ДНК синтезируется, как на матрице, точная копия ее РНК, называемая информационной (и-РНК)*; и-РНК, получив, таким образом, наследственную информацию, т. е. специфическое расположение нуклеотидов данного отрезка ДНК, покидает ДНК и переходит в цитоплазму к рибосомам клетки. Рибосомы могут синтезировать любые белки организма, но они синтезируют тот белок, информацию о котором приносит им и-РНК. Аминокислоты, находящиеся в цитоплазме, активизируются ферментами и другой растворимой, так называемой транспортной, т-РНК, или РНК-переносчиком, доставляются в рибосомы. Здесь и-РНК обеспечивает упорядоченное распределение аминокислот в специфические цепи полипептидов в соответствии с информацией, полученной ею от ДНК. Поскольку белки в организме состоят из 20 аминокислот, а ДНК и РНК состоят только из четырех нуклеотидов, то было очень трудно выяснить соотношение аминокислот с нуклеотидами. В результате изучения оказалось, что каждой аминокислоте, включаемой при синтезе в пептидную цепочку, соответствует определенный набор нуклеотидов, а именно в количестве трех нуклеотидов, называемых вместе триплетом (тройкой) или кодоном. Так, включение аминокислоты триптофана в синтезируемый пептид определяется триплетом, состоящим из трех нуклеотидов: урацила, гуанина и аденина. Так же было выяснено, что каждая аминокислота определяется особой т-РНК и особым ферментом. Конечно, эта схема изложена очень кратко и упрощенно. Раскрытие механизма биосинтеза белков - этого важнейшего достижения молекулярной биологии - было произведено главным образом на микроорганизмах - бактериях и вирусах.

* (Часто ее называют РНК-посредник, или "месенджер-РНК" (м-РНК).)

Углеводы составляют 12-28% сухого вещества тел микробов. Они представлены главным образом полисахаридами. Клетчатка - главное опорное вещество растений - у бактерий обычно отсутствует. Сложные полисахариды могут содержать 1-5% азота. Много полисахаридов содержат капсульные бактерии.

Липоиды - жироподобные, не растворяющиеся в воде вещества. Они в сухом остатке составляют 1,7-3,7%. Особенно много их у кислотоупорных бактерий. Так, туберкулезная палочка содержит их до 40%. Липоиды содержатся в оболочке и поверхностных слоях протоплазмы.

Многие липоиды обладают большой физиологической активностью, принимают участие в обмене веществ. Сюда относятся фосфолипиды, т. е. липоиды, содержащие азот и фосфор, стероиды, каковым является эргостерин, содержащийся в пивных дрожжах. Из эргостерина налажено целое производство витамина D. К липоидам относятся также каротиноиды - оранжевые пигменты розовых дрожжей, некоторых пигментированных бактерий и актиномицетов. Через липоидные оболочки проникают в клетку вещества, нерастворимые в воде.

Минеральные вещества бактерий, так называемые зольные элементы, составляют 3-10% сухого вещества. Больше всего в золе находится фосфора, около половины всей золы. Фосфор входит в состав таких физиологически активных веществ, как нуклеопротеиды, фосфолипиды и ряд коферментов (тиамин и пр.). Фосфорная кислота играет выдающуюся роль в дыхании микробов, аденозинтрифосфорная кислота является аккумулятором образовавшейся энергии. Фосфор в составе органических веществ живой клетки находится в окисленной форме (Р2О5). Источником фосфора служат соли ортофосфорной кислоты. Около четверти веса золы составляет калий. В небольших количествах содержится магний, кальций, сера и совсем малое количество натрия, хлора, кальция, железа. При ничтожном количестве в золе значение железа весьма велико: оно участвует в реакциях окисления и восстановления, входит в состав ферментов - цитохромов, оксидаз, пероксидазы. Сера - жизненно важный элемент для построения белка клетки.

Восстановленная группа SH обладает большой реактивной способностью. Источником серы являются сернокислые соли, для серобактерий - восстановленные соединения серы и сера. Калий невозможно заменить натрием и другими элементами. Значение его состоит в том, что он влияет на гидрофильность коллоидов протоплазмы, повышая их обводненность, содействуя синтетическим процессам в клетке. Магний входит в состав хлорофилла у зеленых и пурпурных серобактерий. В натуральных средах, таких, как мясной бульон, пивное сусло, молоко и др., зольных элементов содержится достаточно. Но в синтетических средах приходится следить, чтобы эти соли были в должном количестве.

Кроме этих элементов для развития микробов необходимы в самых ничтожных количествах так называемые микроэлементы - бор, молибден, цинк, кобальт, медь, йод и др., ибо они участвуют в синтезе ферментных белков. Минеральные соли, необходимые для нормального роста микроорганизмов, представлены в таблице 1.

Таблица 1. Концентрации минеральных солей, необходимые для нормального роста различных микроорганизмов
Таблица 1. Концентрации минеральных солей, необходимые для нормального роста различных микроорганизмов

Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов нужны еще дополнительные факторы роста, главным образом витамины. Они нужны в очень малых дозах для синтеза различных ферментных систем. Многие из этих витаминов синтезируют сами микроорганизмы. Эти факторы представлены в таблице 2.

Таблица 2. Некоторые особенности факторов роста микроорганизмов
Таблица 2. Некоторые особенности факторов роста микроорганизмов

Соотношения различных химических соединений у микроорганизмов очень разнообразны. Они зависят от особенностей вида, возраста культуры, состава питательной среды и других условий.

предыдущая главасодержаниеследующая глава



Пользовательский поиск


Диски от INNOBI.RU

© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2015
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://biologylib.ru/ "BiologyLib.ru: Библиотека по биологии"

Рейтинг@Mail.ru