METABOLIZM-To procesy biochemiczne przeprowadzane przez zywy organizm,konieczne do wzrostu i rozmnazania. Podstawowa siła napędowa przemian metabolicznych jest energia, a specyficznym katalizatorami tych procesow sa enzymy. Dzielimy go na *ANABOLIZM (synteza ze zw.prostych i energii.powstaje zw.zlozony, np. fotosynteza, chemosynteza) *KATABOLIZM (rozklad zw.zlozonych na proste, energia to produkt, np.oddychanie tlenowe, fermentacja).
ENZYMY- bialkowe biokatalizatory. Wytwarzane przez org.zywe.Sa wrazliwe na wysoka temp.iskrajne wartosci pH. Rola-polega na „rozpoznawaniu”odpowiedniego substratu,katalizowaniu jego przemian i regulacji aktywnosci katalitycznej. Wykazuja swoistosc do substratu i okreslonego kierunku reakcji. Jeden enzym może katalizowac przeksztalcenie jednego lub niewielkiej grupy zwiazkow. Aktywnosc ich zalezy także od: aktywatorow i inhibitorow. Podzial ze względu na katalizowana reakcje: *oksydoreduktazy(katalizuja r-r utleniania i redukcji) *transferazy(przenoszenie pewnych grup atomownp.metylowej, karboksylowej) *hydrolazy(procesy hydrolizy-rozklad wiazan) *liazy(rozszczepienie wiazan S-C, C-O, C-N) *izomerazy (przeksztalcenia wewnatrzczasteczkowe) *ligazy (wytwarzanie nowych wiazan kowalencyjnych). Dzielimy je tez na : *endoenzymy- dzialja wew.komorki egzoenzymy-wydzielane z kom.do srodowiska. Dzielimy je na:konstytucyjne-stale wytwarzane przez kom *indukowane-wytwarzane pod wplywem induktora.
PROCES DOSTARCZANIA ENERGII-wszystkie org.wymagaja ciaglego doplywu energii.Podstawowe procesy endoergiczne:pobieranie zwiazkow pokarmowych ze srod, biosynteza zw.chemicznych powstajacych w kom, procesy wzrostu i rozmnazania,a także procesy ruchu. Organizmyzywe korzystaja z 2 zrodel energii zew.tj.en.chemiczna zawarta w wiazaniach chemicznych zw.organicznych i nieorgan.oraz energii swietlnej.Jej rola to,ze może być latwo magazynowana w kom. I w miare potrzeby wykorzystywana w sposób kontrolowany i jest to stabilna postac energii. En.chem.zawarta w zw.chem.jest pierwotnym zrodlem en.dla organiz.chemosyntetyzujacych.Jest uwalniana w wyniku utleniania biologicznego.Jest niezbedna dla funkcjonowania organiz.fotosyntetyzujacych.Choc pierwotne zrodlo dla nich to promieniowanie sloneczne.
ZWIAZKI WYSOKOENERGICZNE-En.chem.uzyskiwana przez kom.na drodze utleniania cukrow, kw.tluszczowych, aminokwasow bądź uzyskiwana z przeksztalcenia en.slonecznej jest przeprowadzana najpierw w forme biologicznie przyswajalna tj.zw.wysokoenergetyczne,a te z kolei wykorzystywane sa jako sila napedowa zyciowych procesow endoergicznych. Zw.te to estry polifosforanowe,które maja wiazania pirofosforanowe. ATP-adenozynotrojfosforan, wystepuje we wszytkich kom,w najwiekszym stezeniu..Mamy tez CTP-cytydynotrojfosforan, UTP-urydynotrofosforan, GTP-guanozynotrojfosforan,ale one nie stanowia wiecej niż kilka procent calkowitej ilosci polifosforanow. ATP-najbardziej przyswajalna forma ene.chem. To prod.powstajacy w energiotworczym procesie utleniania biologicznego i fotosyntezy. Zbud.jest z: rybozy, adeniny i 3 reszt fosforanowych. En.w tym zwiazku zawarta jest w polaczeniach pirofosforanowych. Kiedy ATP bierze udzial w reakcji endoergicznej ulega rozerwaniu pierwsze wiazanie wysokoenergetyczne.Traci jedna reszte fosforanowa i przeksztalca się w ADP, adenozynodwufosforan.przy wykorzystaniu calej en.zawartej w ATP rozerwaniu ulegaja oba wiazania wysokoenerget.i powst.AMP- adenozynomonofosforan. Pozbawiona już wiazan wysokoenerg. Cukry sa aktywowane przez przeksztalcenie ich w fosforany: glukoza+ATP—glukofosforan+ADP.
UTLENIANIE BIOLOGICZNE. Poza fototrofami,organizmy zywe uzyskuja energ,przez utlenianie zw.org.lub nieorg,a wiec w utlenianiu biolog.czyli oddychaniu. Nie zawsze musi tu uczestniczyc tlen czasteczkowy,bo utlenianie polega na oderwaniu elektronu lub elektronow. Towarzyszy mu zawsze reakcja redukcji. Jeden zwiazek się utlenia,drugi redukuje..gdy utleniami zw.nieorgan.lub pierwiastki oddawane sa elektrony,tak przy utlenianiu zw.organicz.przekazywane sa atomy wodoru. Zw.organ.podlegaja odwodorowaniu lub odwodornieniu (dehydrogenacji). Przebieg procesu oksydoredukcyjnego można przedstawic: H2A+B—A+H2B, H2A-zwiazek utleniany, B-zwiazek redukowany. Drobnoustroje podzilono ze względu na zapotrzebowanie na tlen czasteczkowy : 1.Bezwzgledne tlenowce-aeroby, tlen czasteczkowy jest konieczny do wzrostu i rozmnazania. 2.Bezwzgledne beztlenowce-anaeroby-organiz.rozwijajace się w warunkach beztlenowych. 3.wzgledne beztlenowce-mogą rozwjac się w warunkach tlenowych i beztlenowych.. Oddychanie tlenowe-tlen czasteczkowy jest ostatecznym akceptorem elejtronow i wodoru odlaczonych od substratu oddechowego. Enzymy odlaczajace elektrony i wodor to dehydrogenazy.. Pierwszym biorca elektronow od dehydrogenaz jest dwunukleotyd nikotynamidoadeninowy(NAD) lub jego fosforan (NADP).Ten przekazuje je na flawoproteiny, ubichinon, cytochromy i oksydaze cytochromowa,a ta oddaje je tlenowi czasteczkowemu.W oddechan.beztlenowym drobnoustroje musza wykorzystac inne zwiazki,jako ostateczne akceptory elektronow i wodoru. FERMENTACJA_procesy beztlenowe, substratami oddechowymi i akceptorami elektronow i wodoru sa zwiazki organiczne.
FOTOSYNTEZA- przyswajanie dwutlenku wegla przez organ.fotosyntetyzujace przy udziale energii z promieniowania slonecznego i syntezy zw.organicznych.. Do niej zdolne sa rosliny zielone, glony i niektóre bakterie.. Ogolna postac: CO2 + 2 H2A----/CH2O/ +H2O+2 A., /CH2O/-weglowodan, H2A donator wodoru. U roslin zielonych donatorem wodoru jest czasteczka wody.która w fotolizie ulega rozkladowi na wodor i tlen. Tlen do atmosfery,a wodor zostaje zwiazany z weglem pochodzacym od dwitlenku wegla i powstaje aldehyd fosfoglicerynowy, który ulega przemianie w glukoze,aminokwasy, kwasy tluszczowe itp. Bakterii fototroficznych nie maja zdolnosci wykorzystania wody jako donatora wodoru i w tym celu wykorzystuja zredukowane zwiazki nieorganiczne(siarka, H2S, tiosiarczany, wodor). Brakuje tu także wydzielania tlenu. Sumarycznie u bakterii: 2 H2S+CO2---2 S+ /CH2O/ +H2O, CO2 + 2 H2---/CH2O/ +H2O.
FERMENTACJA-ma miejsce beztlenowe, niecalkowity rozklad zw.organicznych do organicznych produktow. Zwiazki utleniane w fermantacji to cukry,czy kwasy organiczne, aminokwasy(poza aromatycznymi), puryny, pirymidyny. .Mamy 3 etapy utleniani glukozy,które prowadzi do kwasu pirogronowego. * cykl EMP- Embdena-Meyerhofa-Parnasa:. Glukoza--- glukozo-6-fosforan ---- fruktozo-1,6- dwufosforan ----- 2 czasteczki kwasu pirogronowego+ 2 ATP. Jest najbardziej rozpowszechniony. To tzw.glikoliza * cykl PP-pentozofosforanowy: glukoza---- glukozo-6-fosforan----- kwas fosfo-glukonowy --- rybulozofosforan+ CO2 ----kwas pirogronowy+ etanol + ATP, *cykl ED, Entnera-Doudoroffa. Glukoza--- glukozo-6-fosforan --- kwas fosfoglukonowy --- 2 czasteczki kwasu pirogronowego +ATP. Wiekszosc procesow fermentacji weglowodanow do pirogronianu przebiega przez szlak EMP. Kluczowym produktem w fermentacji jest kwas pirogronowy,a dopiero na tym etapie rozchodza ssięrozne typy fermentacji. Nazwy ich pochodza od charakterystycznego product koncowego (etanolowa, mlekowa, maslowa)
ODDYCHANIE TLENOWE- wiekszosc drobnoustrojow wykazjue zdolnosc do wykorzystania tlenu czasteczkowego jako ostatecznego akceptora wodoru w procesie oddychania. Jeżeli substratem oddechowym organizmow tlenowych jesy glukoza,to wstepny jej rozklad do kwasu pirogronowego przebiega najczesciej poprzez szlak EMP.Pirogronoan w warunkach tlenowych ulega calkowitemu utlenieniu do CO2 i H2O,a proces ten dokonuje się w cyklu TCA (kwasow trojkarboksylowych0 czy inaczej CYKLU KREBSA. Przed wejsciem do tego cyklu pirogronian ulega przeksztalceniu przez dehydrogenaze do acetylo-koenzymy-A.. Acetylo-koenzym-A wchodzi w reakcje kondensacji ze szczawiooctanem i powst.kwas cytrynowy. On przechodzi w izocytrynian. Ten ulega dehydrogenacji do kwasu szczawiobursztynowego. Ten ulega dekarboksylacji do kwasu alfa-ketoglutarowy. .Podlega konwersji i przemieia się a kwas bursztynowy. Ten dehydrogenacja do kwasu fumarowego,a ten prowadzi do powstania kwasu jablkowego. Odwodorowanie tego powoduje utworzenie kwasu szczawiooctowego, który znow może ulega kondensacji z nastepna czasteczka acetylo-koenzymu-A.
UTLENIANIE CALKOWITE-w procesie oddychania eile drobnoustrojow tlenowych utlenia organiczne zwiazki pokarmowe do dwutlenku wegla i wody..Oznacza to,ze w wyniku oddychania nie jest wydalany z komorki żaden zwiazek organiczny,a tylko ostateczne produkty utleniania,jak CO2 i H2O. UTLENIANIE NIECALKOWITE- niepelne utlenianie substratoe oddechowych. Organiczne substraty oddechowe utleniane sa tylko czesciowo i jako produkty przemainy materii sa z komorki wydalane. Naleza do nich: kwas octowy, ketokwasy, kwas cytrynowy, kwas fumarowy itp.Mogą one stanowic zrodlo wegla i energii dla innych drobnoustrojow.
CHEMOLITOTROFY-. Znane sa bakterie glebowe i wodne niezdolne do korzystania z cyklu Krebsa i innych,ale korzystajace z tlenu czasteczkowego jako ostatecznego akceptora elektronow. Sa to chemolitotrofy, uzyskuja energie na drodze utleniania prostych zwiazkow nieorgan. W procesie utleniania amoniaku uczestnicza Nitrosomonas europea i Nitrosomonas oceanus.Utleniaja amoniak do azotyn. Dalsze utlenianie azotyn do azotahn przeprowadzaja Nitrobacter winogradski i Nitrobacter agilis. Zwiazki zelaza utleniane przez bakterie zelazowe, Thiobacillus ferrooxidans. 4 FeCO3 + O2+ 6 H2O--- 4 Fe/OH/3 +4 CO2. Bakterie Hydrogenomonas ruhlandii i Hydrogenomonas facilis wykorzystuja CO2 jako zrodlo wegla, zas H2 jako donatora elektronow CO2+ 2 O2+ 6 H2---- /CH2O/ + 5 H2O. Bakterie siarkowe z rodzaju Beggiatoa wystepuja w przyrodzie tam gdzie wystepuje siarkowodor.Utleniaja one H2S i odkladaja w komorkach ziarna siarki. Bakterie z rodzaju Thiobacillus utleniaja siarke i jej nieorganiczne polaczneia nasteoujaco: T.thiooxidanas utlenia siarke i tiosiarczany: S+ 3/2 O2---- H2SO4, Na2S2O3 + 2 O2+ H2O--- 2 NaHSO4. T.thioparus utlenia tiosiarczan: 5 Na2S2O3+ H2O+ 4 O2---- 5 Na2SO4+ H2SO4 +4 S, a powstajaca w tym procesie siarka jest dalej utleniana do kwasu siarkowego: 2 S+ 3 O2+2 H2O--- 2 H2SO4.
ODDYCHANIE BEZTLENOWE PRZY UDZIALE NIEORGANICZNYCH AKCEPTOROW WODORU- Oddychanie beztlenowe,w którym w charakterze ostatecznych akceptorow wodoru wykorzystywane sa utlenione nieorganiczne zwiazki siarki lub azotu nazwane jako oddychanie siarczanowe lub azotowe. Bakterir redukujace wymienione zwiazki przenosza na nie elektrony za posrednictwem cytochromow,a ponad toi zwiazki organiczne mogą być przez nie utleniane do produktoew koncowych: CO2 i H2O. Bakteri wykorzystujace zwiazki siarki jako koncowe akceptory elektronow i wodoru to Desulfovibrio /D.desulfuricans, D.vulgaris,/. Bezwzgledne beztlenowce. Zrodlem wegla dla nich sa zwiazki organiczne. Przedstawicielemai bakterii korzystajacych z azotanow jako koncowych biorcow elektronow sa Micrococcus denitrificans i Thopbacillus denitrificans. Czerpia one wegiel z CO2,a energie w wyniku utleniania wodoru.Przeprowadzane przez nie procesy okreslane sa jako denitryfikacja.