Активный перенос веществ в бактериальной клетке. Транспорт веществ обусловленный фосфорилированием. Выделение веществ из бактериальной клетки.
Концентрация некоторых веществ в бактериальной клетке может в сотни раз превышать их содержание в окружающей среде. Транспорт таких веществ в клетку происходит против градиента концентрации перемещаемого вещества, требует затрат энергии и реализуется при помощи специфических переносчиков. Например, в случае активного транспорта, как и при облегчённой диффузии, перемещение конкретного вещества через ЦПМ осуществляет специфическая для такого вещества пермеаза.
Активный транспорт сопровождается увеличением свободной энергии, которая составляет 5,71 /gC2/C1 кДж на моль, где С2 и C1 — соответственно более высокая и более низкая концентрации. Это обстоятельство делает процесс активного транспорта энергозависимым. У бактерий подобный тип поступления веществ доминирует, с его помощью транспортируются многие сахара, белки и другие вещества. Нередко у грамотрицательных бактерий в активном переносе участвуют специальные белки, отличные от пермеаз, но действующие в ассоциации с ними. Эти белки локализованы в периплазматическом пространстве. После проникновения вещества в клетку комплекс «субстрат — белок периплазмы — пермеаза» диссоциирует и для попавшего в клетку вещества вероятность выхода наружу резко снижается.
Рис. 4-6. Механизмы транспорта через цитоплазматическую мембрану.
Примером активного транспорта служит концентрирование лактозы в клетках кишечной палочки. Эта система известна как р-галактозидпермеазная система. Энергия используется для снижения сродства пермеазы к лактозе на внутренней стороне ЦПМ по сравнению с ее сродством к тому же субстрату на внешней. В результате скорость выхода вещества наружу становится меньше, чем скорость его поступления внутрь клетки, и концентрация лактозы в клетке возрастает. Если блокировать образование энергии, то р-галактозидпермеазная система теряет способность осуществлять активный транспорт и переключается на облегчённую диффузию, обнаруживая одинаковое сродство к В-галактозидам по обе стороны мембраны. Транспорт, обусловленный фосфорилированием
Транспорт веществ обусловленный фосфорилированием
Транспорт, обусловленный фосфорилированием — энергозависимый процесс, используемый при утилизации углеводов. Основной механизм транспорта связан с фосфорилированием субстрата, что делает невозможным его выход из клетки. Первоначально происходит фосфори-лирование мембранного фермента (так называемый фермент 2, или Ф2) в цитоплазме за счёт фосфоенолпирувата. Фосфорилированный фермент связывает углевод (например, глюкозу или маннозу) на поверхности ЦПМ и транспортирует его в цитоплазму. Затем комплекс диссоциирует с высвобождением углевода, связанного с фосфатной группой. За счёт фосфорилирова-ния углевод аккумулируется в клетке и не способен выходить из неё. Данный тип транспорта не рассматривают как активный, поскольку концентрация неизменённого питательного вещества внутри клетки может быть одинаковой с его внеклеточным содержанием. Но в целом этот процесс напоминает активный транспорт против градиента концентрации вещества, так как концентрация химически изменённого питательного соединения внутри клетки может значительно превышать концентрацию неизменённого соединения в среде.
Выделение веществ из бактериальной клетки
Бактерии секретируют широкий спектр БАБ — ферменты, токсины, антибиотики и др. Некоторые соединения секретируются в окружающую среду непосредственно через ЦПМ, другие (обычно белки) первоначально попадают в периплазматическую полость в виде предшественников. Предшественник содержит сигнальный пептид, с помощью которого молекула белка проходит во внешнюю среду. На поверхности ЦПМ сигнальная пептидаза отщепляет сигнальный пептид, и этим завершает превращение внутриклеточного предшественника в зрелый сек-ретируемый белок. Процессы выделения в среду определённых соединений из бактериальной клетки нельзя рассматривать как выброс «шлаков»: это скорее механизмы адаптации микроорганизмов к условиям внешней среды, которые требуют конкурентной борьбы либо использования особых полимерных субстратов. В первом случае продукция антибиотиков даёт преимущество штамму-продуценту по сравнению с другими микроорганизмами, во втором — секреция гидролаз позволяет утилизировать труднодоступный субстрат, что обеспечивает их продуцентам успех в борьбе за источники питания в данной экологической нише.
