Энергетический и конструктивный метаболизм бактерий

• Энергетический метаболизм: фототрофы, хемотрофы (литотрофы, органотрофы).
• По O2: облигатные аэробы, облигатные анаэробы, факультативные анаэробы, микроаэрофилы.
• Пути: гликолиз, пентозофосфатный, цикл Кребса, дыхательная цепь, брожение.
• Конструктивный метаболизм: ассимиляция C, N, синтез макромолекул.
• Практическое значение: питательные среды, антибиотики, биохимическая идентификация.

Метаболизм бактерий включает две взаимосвязанные группы процессов: энергетический метаболизм (катаболизм) и конструктивный метаболизм (анаболизм). Энергетический метаболизм обеспечивает клетку энергией в форме АТФ, а конструктивный — синтез клеточных компонентов (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов) из простых предшественников.

По типу энергетического метаболизма бактерии делятся на:

1. Фототрофы — используют световую энергию (например, цианобактерии).
2. Хемотрофы — получают энергию за счет химических реакций. Среди них выделяют:

• Хемолитотрофы (окисляют неорганические вещества: H2, NH3, H2S, Fe2+);
• Хемоорганотрофы (окисляют органические соединения).

По отношению к молекулярному кислороду бактерии делятся на:

• Облигатные аэробы (нуждаются в O2, например, Mycobacterium tuberculosis);
• Облигатные анаэробы (O2 токсичен, например, Clostridium tetani);
• Факультативные анаэробы (могут расти как в присутствии, так и в отсутствие O2, например, Escherichia coli);
• Микроаэрофилы (требуют пониженной концентрации O2, например, Helicobacter pylori).

Основные пути энергетического метаболизма:

• Гликолиз (путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса) — расщепление глюкозы до пирувата;
• Пентозофосфатный путь — образование пентоз и NADPH;
• Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) — окисление ацетил-КоА до CO2;
• Дыхательная цепь — перенос электронов на конечный акцептор (O2 у аэробов, нитрат, сульфат и др. у анаэробов);
• Брожение — субстратное фосфорилирование без участия дыхательной цепи (молочнокислое, спиртовое, маслянокислое).

Конструктивный метаболизм включает:

• Ассимиляцию углерода (автотрофы — фиксация CO2 через цикл Кальвина; гетеротрофы — использование органических соединений);
• Ассимиляцию азота (восстановление нитратов, фиксация атмосферного азота, использование аммония);
• Синтез аминокислот, нуклеотидов, липидов, полисахаридов.

Практическое значение: знание метаболических особенностей позволяет подбирать питательные среды для культивирования, разрабатывать антибактериальные препараты (например, ингибиторы синтеза фолиевой кислоты — сульфаниламиды), а также идентифицировать бактерии по биохимическим тестам (например, способность ферментировать лактозу у Escherichia coli).