Полимер: вещество с высокой молекулярной массой, состоящее из повторяющихся структурных единиц

1.Полимер: вещество с высокой молекулярной массой, состоящее из

повторяющихся структурных  единиц

Полимеры  служат резервным источником энергии и/или углерода для живых организмов, позволяют им переживать неблагоприятные условия существования и избежать голодной смерти, обеспечивают возможность размножения в отсутствие экзогенных источников углерода и энергии или при низкой температуре 4-6°С, регулирование окислительно-восстановительное состояние клеток, защита нитрогеназы при повышенном содержании кислорода ,участие в регуляции внутриклеточной концентрации и транспорте ионов кальция, а также ДНК ,участие в процессах репарации клеток при воздействии УФ облучения, окислительного и теплового стресса.В неблагоприятных условиях среды для сохранения физиологической активности и жизнеспособности клетки нуждаются в дополнительных тратах энергии.. Известны немногочисленные примеры позитивной роли внутриклеточного пула расщепления полимеров для сохранения жизнеспособности клеток и регулирование окислительно-восстановительное состояние клеток (Anderson, Dawes, 1990), защита нитрогеназы при повышенном содержании кислорода (Stamm et al., 1986), участие в регуляции внутриклеточной концентрации и транспорте ионов кальция, а также ДНК (Reusch, Sadoff, 1983; Reusch, 1989), участие в процессах репарации клеток при воздействии УФ облучения, окислительного и теплового стресса (Ayub et al., 2004; Zhao et al., 2007). 

2.Катаболизм сложных органических веществ осуществляется постепенно , в три этапа :

I – подготовительный - расщепление биополимеров на мономеры в лизосомах

Характерной чертой лизосом  является то, что они содержат около 40 гидролитических ферментов: протеиназы, нуклеазы, гликозидазы, фосфорилазы, фосфатазы, сульфатазы, оптимум действия которых осуществляется при рН 5. В лизосомах кислое значение среды создается из-за наличия в их мембранах Н+-помпы, зависимой от АТФ. Кроме того, в мембраны лизосом встроены белки-переносчики для транспорта из лизосом в гиалоплазму продуктов гидролиза: мономеров расщепленных молекул

II – бескислородный ( гликолиз ) – ферментативное расщепление  мономеров до промежуточных продуктов , происходящее в цитозоли клетки

III – кислородный ( дыхание  ) – ферментативное кислородное  окисление продуктов гликолиза  в митохондриях до конечных  энергетически бедных продуктов , выводимых из клетки и организма ( СО2 , Н2О NН3 и проч. )

Биополимеры ----------мономеры ---------- промежуточные продукты ------------- конечные продукты

3.Первой реакцией катаболизма аминокислот может быть декарбоксилирование либо дезаминирование. Декарбоксилазы действуют обычно в кислой среде, образуя С02 и первичные амины Поскольку при этом высвобождаются основные группы (амины), то такой процесс рассматривают как механизм нейтрализации среды и сохранения рН в физиологических пределах. 

Дезаминирование аминокислот идёт с выделением аммиака. В зависимости от судьбы углеродного скелета различают дезаминирование окислительное (наиболее распространённое, например, превращение глутаминовой кислоты в 2-оксоглутаровую), гидролитическое и приводящее к образованию ненасыщенных соединений. Ферменты, катализирующие эти реакции, обычно специфичны для D- и L-изомеров аминокислот. Углеродные фрагменты, не содержащие азота, используются в процессах брожения или дыхания. Если в состав аминокислот входит сера, то последняя обычно высвобождается в форме сероводорода или меркаптанов. Разложение ароматических аминокислот (например, триптофана) происходит с образованием индола и скатола. У некоторых микроорганизмов в качестве источников энергии могут использоваться лишь некоторые продукты дезаминирования. Например, эшерихии и протеи дезаминируют триптофан с образованием индола и пирувата, из которых лишь последний утилизируется как источник энергии. Поскольку индол накапливается в культуре, то его наличие легко обнаруживают с помощью реактива Эрлиха (смесь л-диметиламинобензальдегида и НСl в этаноле), что используют для идентификации бактерий на практике.

 Некоторые бактерии обладают специальными механизмами получения энергии при расщеплении аминокислот. Например, аргинин расщепляет аргининдегидролазная система, состоящая из нескольких ферментов. Первоначально аргининдезаминаза катализирует его превращение в цитрул-лин, затем последний превращается в орнитин через реакцию, сопряжённую с синтезом АТФ. • На средах, содержащих смесь аминокислот, многие клостридии получают большую часть энергии не из отдельных компонентов, а путём сопряжения окислительно-восстановительных реакций между парами подходящих аминокислот, известного как механизм Стиклэнда. С этих позиций аминокислоты можно разделить на акцепторы (глицин, орнитин, пролин) и доноры водорода (аланин, изолейцин и валин). Первоначально донор окисляется до кетокислоты, затем «доокисляется» до жирной кислоты. Образующийся при этом НАДН+ утилизируется для восстановления другой аминокислоты — акцептора (или, реже, другого азотистого соединения).

Переаминирование аминокислот. Кроме реакций дезаминирования и декарбоксилирования, аминокислоты могут подвергаться переаминированию, то есть переносу целой аминогруппы от аминокислоты к а-кетокислотам без промежуточного образования аммиака. Участвующая в переамини-ровании аминокислота (донор аминогруппы) превращается в а-кетокислоту {продукт окислительного дезаминирования), а сс-кетокислота (акцептор) подвергается восстановительному аминированию. Реакции катализируют специфические трансферазы. В реакциях переаминиро-вания участвуют все L-аминокислоты, при этом на а-кетокислоты переносятся аминогруппы не только в а-положении, но и в других положениях.

Пурины и пиримидины становятся доступными для энергетического метаболизма лишь после гидролиза нуклеотидов и нуклеозидов. В результате их разложения образуются углекислота, аммиак, муравьиная, уксусная и молочная кислоты, часть из которых включается в рассмотренные выше энергетические пути.

Жирные кислоты метаболизируются через каскад окислительных реакций. Цель этих превращений — образование ацетил-КоА, вступающего в цикл Крёбса.

Большинство бактерий способно длительно выживать при отсутствии экзогенных источников энергии. При  этом бактерии нередко проявляют  признаки активного метаболизма (например, сохраняют подвижность). Это связано  со способностью бактерий продуцировать  энергию окислением внутриклеточных  компонентов. Основные внутриклеточные  эндогенные источники энергии —  ЛПС, липиды и поли-В-масляная кислота. Они расщепляются деполимеризующими ферментами до мономеров, которые включаются в вышеперечисленные пути. Эффективность подобных превращений может быть выше традиционных. Например, при гликолизе внутриклеточного крахмала или гликогена на 1 моль глюкозы образуется 3 моля АТФ, а не 2, как при простом включении глюкозы в этот путь. Это объясняется тем, что в результате расщепления крахмала с помощью а-1,4-глюканфосфорилазы (фосфоролиза) образуется глюкозо-1-фосфат, превращающийся в глюкозо-6-фосфат ещё до вступления в путь Эмбдена-Мейерхофа-Парнаса. Следовательно, АТФ не затрачивается на его образование, и, значит, общий выход АТФ выше.

Вывод:

Происходит только при участии ферментов

Сопровождается разрывом химических связей и освобождением  аккумулированной в них энергии , т. е. является экзотермическим процессом

Выделяющаяся энергия  запасается в макроэргических связях АТФ , т. к. диссимиляция сопровождается синтезом АТФ

Неразрывно связан с ассимиляцией , которая является источником ферментов и сырья

Неразрывно связан с внешней  средой ( источник органических веществ , О2 , Н2О , место удаления конечных токсичных продуктов обмена веществ )

В настоящее время уделяется значительное внимание исследованию синтеза микроорганизмами резервных полимеров – гидроксипроизводных алкановых кислот (полигидроксиалканоаты,  ПГА).Связано это с комплексом высоких потребительских свойств, характерных для данного класса полимеров. ПГА представлены разнообразными полиэфирами, образованными однородными мономерами с различной длиной Сцепи, а также сополимерами, среди них – высококристалличные термопласты и термолабильные резиноподобные эластомеры

Полигидроксиалканоаты (ПГА) являются биополимерами ациклических гидроксикислот, которые синтезируются многими прокариотическими микроорганизмами в специфических условиях несбалансированного роста, при избытке углеродного и энергетического субстрата в среде и дефиците минеральных элементов (азота, серы, фосфатов и др.), а также кислорода. Среди наиболее перспективных продуцентов ПГА известны виды Azotobacter, Bacillus, Methylmonas, Pseudomonas, Alcaligenes.В последние десятилетия достигнуты значительные успехи в изучении процессов накопления и потребления внутриклеточных резервных минеральных и органических соединений, тесно связанных с клеточным метаболизмом различных таксономических групп прокариот, находящихся на разных стадиях эволюционного развития. Среди органических - высокомолекулярных веществ липидной природы или полигидроксиалканоатам (далее ПГА), которые широко распространены у многих представителей прокариот и грибов .

 Знания о разнообразии метаболических возможностей микробных сообществ, аккумулирующих ПГА важны для разработки и внедрения прогрессивных биотехнологий очистки сточных вод, для создания экологически чистых производств, в частности,  биодеградируемых термопластиков и эластомеров, полиэфиров целевого назначения с заданными свойствами.