Мікробіологія 1
План
1. Обов’язкові компоненти структури бактеріальної клітини
2. Біополімери в складі бактеріальної клітини. Функції біополімерів
3. Історія відкриття та вивчення біологічних властивостей вірусів
Література
2. Біополімери в складі бактеріальної клітини. Функції біополімерів
Білки і нуклеїнові кислоти являють собою біополімери, що складаються із субодиниць (мономерів), зв'язаних один з одним зв'язками, характерними для кожного класу макромолекул. Розщеплення всіх біополімерів на вільні субодиниці може відбуватися при гідролізі. Таким чином, біосинтез біополімерів полягає в з'єднанні субодиниць шляхом реакцій, що з формальної хімічної точки зору є зворотними гідролізу, тобто реакцій дегідратації.
Біополімери можуть бути гідролізовані до субодиниць хімічно або ферментативно. Їхній біосинтез шляхом простої дегідратації термодінамічно невигідний: в умовах клітини, коли всі речовини розчинені у воді, розщеплення шляхом гідролізу переважає над синтезом шляхом дегідратації. Тому синтез усіх біополімерів здійснюється шляхом попередньої хімічної активації мономера. Така активація вимагає витрати АТФ і полягає в приєднанні мономера до молекули-переносника. Наступна полімеризація відбувається шляхом переносу мономера з переносника на зростаючий ланцюг полімеру, що є термодінамічно вигідною реакцією.
Білок складає до 55% сухого залишку клітини. Його представлено простими та складними білками. Прості білки називають протеїнами. За своїм складом вони суттєво не відрізняються від білків еукаріотичних організмів. Основна їх маса міститься в цитоплазмі клітини, цитоплазматичній мембрані, клітинній стінці грамнегативних мікробів, нуклеоїді. Токсини збудників газової анаеробної інфекції, правця, ботулізму, фермент гіалуронідаза є простими білками.
Вуглеводи становлять 12-20% сухого залишку. їх представлено різноманітними цукрами, багатоатомними спиртами, оліго- та поліозидами, полісахаридами, іншими сполуками. їх роль у забезпеченні життєдіяльності клітини важко переоцінити, так як вони входять до складу будь-яких структур клітини. Прості цукри є субстратом, з яких синтезуються більш складні сполуки. Полісахариди різних бактерій відрізняються за своєю специфічністю. Вони зумовлюють антигенні властивості клітини, їх вірулентні (капсули пневмококів) властивості.
Важливою складовою частиною будь-якої мікробної клітини є мінеральні елементи. Вони входять до складу вітамінів, ферментів, білків і можуть знаходитись у вільному стані в цитоплазмі. Без них не обходяться біохімічні реакції. Загальна їх кількість у мікробах може досягати 2-4 % сухого залишку. Зокрема, сірка і фосфор, їх похідні за рахунок здатності утворювати макроергічні (багаті на енергію) зв'язки постачають клітину енергією. Калій і натрій необхідні для нормальної життєдіяльності бактерій, забезпечують функціонування натріє-калієвого насосу. Магній й кальцій здатні активувати багато ферментів; залізо - невід'ємний складник цитохромів.
Бактеріальна клітина здатна синтезувати кілька тисяч різних білків, кожний з який містить у середньому приблизно 200 амінокислотних залишків, зв'язаних разом у визначеній послідовності. Інформація, необхідна для того, щоб направляти синтез цих білків, закодована в послідовності нуклеотидів ДНК, велика частина якої знаходиться у формі дволанцюгової кільцевої молекули – бактеріальної хромосоми (деякі бактерії містять також невеликі кільцеві молекули, що називаються плазмідами. У процесі реплікації хромосома з високою точністю подвоюється, забезпечуючи в такий спосіб передачу інформації клітинам-нащадкам і даючи їм можливість синтезувати ті ж самі білки.
Процес передачі закодованої в хромосомі інформації, яка визначає порядок, у якому амінокислоти полімеризуються в білки, включає дві стадії: транскрипцію і трансляцію.
Транскрипція. Інформація, що міститься в одному з ланцюгів ДНК, транскрибується в РНК, тобто ланцюг ДНК служить матрицею, на якій полімеризується єдиний ланцюг РНК із довжиною, що відповідає одному чи декільком генам у бактеріальній хромосомі. Один клас цих молекул РНК, що називаються інформаційними, чи матричними РНК (мРНК), переносить закодовану в ДНК інформацію до системи, яка синтезує білок.
Трансляція. Синтез білка відбувається на рибонуклеопротеїдних частках, що прикріплюються до молекули мРНК, які називаються рибосомами (вони складаються з рибосомної РНК (рРНК) і білка). Інформація, що міститься в молекулах мРНК, транслюється в молекули білка за допомогою особливого класу молекул РНК, названих транспортними РНК (тРНК). Ці молекули багатофункціональні: вони здатні зв'язуватися з рибосомою, приєднуватися до визначених амінокислот і дізнаватися визначені послідовності нуклеотидів у мРНК. Молекули тРНК кожного виду довідаються визначену послідовність із трьох нуклеотидів (кодон) у молекулі мРНК і можуть бути приєднані до визначеної амінокислоти. Таким чином, різні амінокислоти подається за допомогою молекул тРНК до рибосоми, де вони полімеризуються в білок з утворенням послідовності амінокислот, яка кодується мРНК.