МЕХАНИЗМ ПОСТУПЛЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ В КЛЕТКИ МИКРООРГАНИЗМОВ
Питательные вещества, чтобы они могли быть использованы клеткой для процессов метаболизма, должны из внешней среды попасть внутрь клетки. Все превращения веществ происходят в клетке. Поступление питательных веществ и воды в клетку и выделение продуктов обмена во внешнюю среду происходит через всю поверхность клеток.
Вещества питательной среды могут поступать в клетку только в растворенном виде и в растворенном же состоянии из нее выделяются продукты жизнедеятельности. Нерастворимые высокомолекулярные органические полимеры (белки, полисахариды и др.), а также липиды должны предварительно подвергнуться расщеплению вне клетки на более низкомолекулярные соединения — мономеры, обладающие растворимостью в воде (аминокислоты, моносахариды, органические кислоты и др.). Перевод высокомолекулярных соединений в низкомолекулярные осуществляется с помощью экзоферментов, выделяющихся клетками микроорганизмов во внешнюю среду. Это в основном ферменты, относящиеся к классу гидролаз. Белки расщепляются протеазами, жиры — липазой, крахмал —амилазой, пектиновые вещества — пектиназой, целлюлоза — целлю-лазой и т. п.
Поступление минеральных солей в клетку зависит от степени диссоциации их на ионы, от рН среды, заряда цитоплаз-матической мембраны. Если ЦПМ имеет положительный заряд, то в клетку легче проникают ионы с отрицательным зарядом. Проницаемость клеток микроорганизмов для различных веществ неодинакова и обусловлена наличием в нормально функционирующих клетках двойного барьера — клеточной стенки и цитоплазматической мембраны. Клеточная стенка микроорганизмов является барьером для высокомолекулярных соединений — белков, полисахаридов и др. и легко пропускает низкомолекулярные соединения и ионы, что связано с малой величиной диффузионных,пор в ней.
Основным препятствием для транспорта (проникновения) веществ в клетку является цитоплазматическая мембрана, так как она, с одной стороны, обладает полупроницаемостью (вода проходит через нее значительно легче, чем соли); с другой стороны, ЦПМ обладает избирательной проницаемостью, т. е. не все растворенные вещества могут проходить через нее одинаково легко. ЦПМ регулирует не только поступление в клетку» но и выход из нее воды и разнообразных продуктов обмера и ионов, что обеспечивает нормальную жизнедеятельность клетки. Транспорт веществ происходит через мельчайшие поры в ЦПМ.
Существует несколько механизмов транспорта питательных веществ в клетку. Простейший из них — пассивная диффузия. Движущей силой этого процесса служит градиент концентрации вещества, т. е. различия в его концентрации по обе стороны ЦПМ — во внешней среде и в клетке. Молекулы воды, некоторых газов (02, Н2, N2), некоторые ионы, концентрация которых во внешней среде выше, чем в клетке, перемещаются через ЦПМ внутрь клетки именно путем пассивной диффузии. Пассивный перенос веществ протекает до тех пор, пока концентрация веществ по обе стороны ЦПМ не выравняется. Вода — основное вещество, которое проникает в клетку путем пассивной диффузии. Поступающая вода прижимает цитоплазму и ЦПМ к клеточной стенке, в клетке создается внутреннее давление на клеточную стенку, называемое тургором, которое препятствует дальнейшему проникновению воды в клетку. В состоянии тургора клетки всех живых существ, в том числе и микроорганизмов, проявляют наиболее активную жизнедеятельность. Поэтому роль воды в жизни микроорганизмов так велика. Пассивная диффузия происходит без затраты энергии клеткой. Скорость такого процесса незначительна.
Подавляющее большинство веществ питательной среды может проникнуть внутрь клетки только при участии переносчиков— специфических белков, локализованных на ЦПМ и циркулирующих между ее внешним и внутренним слоями. Они же осуществляют вывод из клетки продуктов обмена. Переносчики обладают строгой специфичностью к субстрату, т. е. каждый из них переносит только определенное вещество. Переносчик вступает во взаимодействие с веществом на наружной стороне ЦПМ, и этот комплекс диффундирует через ЦПМ к внутренней стороне ЦПМ, комплекс распадается и затем вещество передается в цитоплазму. После этого переносчики «захватывают» определенные продукты обмена, выносят их из клетки и процесс повторяется. Таким образом, в клетку из питательной среды поступают только те вещества, для которых в ЦПМ имеются соответствующие переносчики, и в этом проявляется избирательная проницаемость ЦПМ.
С помощью переносчиков осуществляется перенос растворенных веществ питательной среды путем облегченной диффузии и активного транспорта.
Облегченная диффузия происходит по градиенту концентрации, как и пассивная диффузия, она протекает тоже без затраты энергии, но с большей скоростью.
Активный транспорт веществ идет против градиента концентрации, т. е. от меньшей концентрации к большей, что обязательно сопровождается затратой энергии. Попав внутрь клетки, вещество освобождается от переносчика также с затратой энергии. При активном транспорте скорость поступления вещества в клетку достигает максимума уже при малой концентрации его в питательной среде, причем концентрация этого вещества в клетке может значительно превысить его концентрацию в питательной среде.
Прокариоты и эукариоты различаются по механизмам транспорта — у прокариот избирательное поступление питательных веществ происходит путем активного транспорта, у эукариот — путем облегченной диффузии. Выход продуктов обмена из клеток микроорганизмов чаще всего осуществляется путем облегченной диффузии.
Дата добавления: 2015-11-20; просмотров: 4445;