Конструктивный метаболизм

Анаболизм — биосинтез основных соединений бактериальной клетки, необходимых для ее функционирования.

Продукты, образующиеся в реакциях синтеза биомолекул, называют метаболитами. Из преметаболитов (СО₂, аммония, сульфатов, фосфатов, ионов металлов) образуются прометаболиты (моносахара, аминокислоты, нуклеотиды, низкомолекулярные жирные кислоты). Прометаболиты катализируют синтез информационных молекул (ДНК и РНК) и первичных метаболитов, сходных для всех живых организмов (белков, углеводов, липидов и некоторых карбоновых кислот). В результате реакций вторичного метаболизма некоторые микроорганизмы образуют токсины и антибиотики.

Биосинтез нуклеотидов. Пуриновые нуклеотиды строятся на основе фосфорибозилпирифосфата, образующегося в пентозофосфатном цикле. Двучленное пуриновое кольцо синтезируется последовательным присоединением аминогрупп и мелких углеродсодержащих групп. Пиримидиновые нуклеотиды синтезируются на основе карбоксилсодержащих веществ. Рибозофосфатный остаток присоединяется после его конденсации с аспарагиновой кислотой.

Биосинтез углеводов. Микроорганизмы синтезируют моно-, олиго, полисахариды и другие соединения, в состав которых входят углеводы. Автотрофы синтезируют глюкозу из углекислого газа, а гетеротрофы — из углеросодержащих соединений с длиной цепи С2–С3. В обоих случаях используются реакции гликолиза, идущие в обратном направлении.

Биосинтез аминокислот. Большинство прокариот способны синтезировать все аминокислоты из пирувата, –кетоглутарата и фумарата, образующихся в цикле трикарбоновых кислот. Источниками энергии являются АТФ. Азот вводится в молекулу предшественника на последних этапах биосинтеза реакциями аминирования и пераминирования.

Из пирувата в реакциях аминирования ионами NH₄ образуется аланин, а затем в реакциях пераминирования синтезируются пролин и аргинин. Глютаминовая кислота образуется из -кетоглютарата путем аминирования.

Лизин, треонин и метионин синтезируются из аспартата, образованного из фумарата.

Ауксотрофные по некоторым аминокислотам прокариоты (микоплазмы, спирохеты) используют готовые аминокислоты из организма хозяина.

Биосинтез липидов. Липиды микроорганизмов представлены жирными кислотами, фосфолипидами, восками, терпенами и каратиноидами, состоящими из насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.

Жирные кислоты синтезируются при участии ацетилпереносящих белков. Ненасыщенные кислоты с двойными связями формируются из насыщенных жирных кислот.

Ионный обмен. Для роста и размножения микроорганизмов необходимы разнообразные минеральные элементы и соединения — ионы NH₄, K⁺, Mg²⁺. Ионы аммония необходимы для синтеза аминокислот, ионы калия - для связывания тРНК с рибосомами, ионы железа и магния являются костимуляторами ферментативных реакций.

Пути выхода синтезированных веществ из бактериальной клетки:

• фосфотрансферазная реакция происходит при фосфорилиро­вании переносимой молекулы;

• контрансляционная секреция — в этом случае синтезируемые молекулы должны иметь особую лидирующую последовательность аминокислот, чтобы прикрепиться к мембране и сформировать канал, через который молекулы белка (напр., токси­ны столбняка, дифтерии) смогут выйти в окружающую среду;

• почкование: молекулы, образующиеся в клетке, окружаются мембранным пузырьком, который отшнуровывается в окружающую среду.