Chapter 4Bacterial MetabolismPeter

Chapter 4Bacterial Metabolism
Peter Jurtshuk, Jr.
General Concepts

Heterotrophic Metabolism

Heterotrophic metabolism is the biologic oxidation of organic compounds, such as glucose, to yield ATP and simpler organic (or inorganic) compounds, which are needed by the bacterial cell for biosynthetic or assimilatory reactions.

Respiration

Respiration is a type of heterotrophic metabolism that uses oxygen and in which 38 moles of ATP are derived from the oxidation of 1 mole of glucose, yielding 380,000 cal. (An additional 308,000 cal is lost as heat.)

Fermentation

In fermentation, another type of heterotrophic metabolism, an organic compound rather than oxygen is the terminal electron (or hydrogen) acceptor. Less energy is generated from this incomplete form of glucose oxidation, but the process supports anaerobic growth.

Krebs Cycle

The Krebs cycle is the oxidative process in respiration by which pyruvate (via acetyl coenzyme A) is completely decarboxylated to CO2. The pathway yields 15 moles of ATP (150,000 calories).

Glyoxylate Cycle

The glyoxylate cycle, which occurs in some bacteria, is a modification of the Krebs cycle. Acetyl coenzyme A is generated directly from oxidation of fatty acids or other lipid compounds.

Electron Transport and Oxidative Phosphorylation

In the final stage of respiration, ATP is formed through a series of electron transfer reactions within the cytoplasmic membrane that drive the oxidative phosphorylation of ADP to ATP. Bacteria use various flavins, cytochrome, and non-heme iron components as well as multiple cytochrome oxidases for this process.

Mitchell or Proton Extrusion Hypothesis

The Mitchell hypothesis explains the energy conservation in all cells on the basis of the selective extrusion of H+ ions across a proton-impermeable membrane, which generates a proton motive force. This energy allows for ATP synthesis both in respiration and photosynthesis.

Bacterial Photosynthesis

Bacterial photosynthesis is a light-dependent, anaerobic mode of metabolism. Carbon dioxide is reduced to glucose, which is used for both biosynthesis and energy production. Depending on the hydrogen source used to reduce CO2, both photolithotrophic and photoorganotrophic reactions exist in bacteria.

Autotrophy

Autotrophy is a unique form of metabolism found only in bacteria. Inorganic compounds are oxidized directly (without using sunlight) to yield energy (e.g., NH3, NO2–, S2, and Fe2+). This metabolic mode also requires energy for CO2 reduction, like photosynthesis, but no lipid-mediated processes are involved. This metabolic mode has also been called chemotrophy, chemoautotrophy, or chemolithotrophy.

Anaerobic Respiration

Anaerobic respiration is another heterotrophic mode of metabolism in which a specific compound other than O2 serves as a terminal electron acceptor. Such acceptor compounds include NO3–, SO42–, fumarate, and even CO2 for methane-producing bacteria.

The Nitrogen Cycle

The nitrogen cycle consists of a recycling process by which organic and inorganic nitrogen compounds are used metabolically and recycled among bacteria, plants, and animals. Important processes, including ammonification, mineralization, nitrification, denitrification, and nitrogen fixation, are carried out primarily by bacteria.

Go to:
Introduction

Metabolism refers to all the biochemical reactions that occur in a cell or organism. The study of bacterial metabolism focuses on the chemical diversity of substrate oxidations and dissimilation reactions (reactions by which substrate molecules are broken down), which normally function in bacteria to generate energy. Also within the scope of bacterial metabolism is the study of the uptake and utilization of the inorganic or organic compounds required for growth and maintenance of a cellular steady state (assimilation reactions). These respective exergonic (energy-yielding) and endergonic (energy-requiring) reactions are catalyzed within the living bacterial cell by integrated enzyme systems, the end result being self-replication of the cell. The capability of microbial cells to live, function, and replicate in an appropriate chemical milieu (such as a bacterial culture medium) and the chemical changes that result during this transformation constitute the scope of bacterial metabolism.

The bacterial cell is a highly specialized energy transformer. Chemical energy generated by substrate oxidations is conserved by formation of high-energy compounds such as adenosine diphosphate (ADP) and adenosine triphosphate (ATP) or compounds containing the thioester bond
(acetyl ~ SCoA) or succinyl ~ SCoA. ADP and ATP represent adenosine monophosphate (AMP) plus one and two high-energy phosphates (AMP ~ P and AMP ~ P~ P, respectively); the energy is stored in these compounds as high-energy phosphate bonds. In the presence of proper enzyme systems, these compounds can be used as energy sources to synthesize the new complex organic compounds needed by the cell. All living cells must maintain steady-state biochemical reactions for the formation and use of such high-energy compounds.

Kluyver and Donker (1924 to 1926) recognized that bacterial cells, regardless of species, were in many respects similar chemically to all other living cells. For example, these investigators recognized that hydrogen transfer is a common and fundamental feature of all metabolic processes. Bacteria, like mammalian and plant cells, use ATP or the high-energy phosphate bond (~ P) as the primary chemical energy source. Bacteria also require the B-complex vitamins as functional coenzymes for many oxidation-reduction reactions needed for growth and energy transformation. An organism such as Thiobacillus thiooxidans, grown in a medium containing only sulfur and inorganic salts, synthesizes large amounts of thiamine, riboflavine, nicotinic acid, pantothenic acid, pyridoxine, and biotin. Therefore, Kluyver proposed the unity theory of biochemistry (Die Einheit in der Biochemie), which states that all basic enzymatic reactions which support and maintain life processes within cells of organisms, had more similarities than differences. This concept of biochemical unity stimulated many investigators to use bacteria as model systems for studying related eukaryotic, plant and animal biochemical reactions that are essentially "identical" at the molecular level.

From a nutritional, or metabolic, viewpoint, three major physiologic types of bacteria exist: the heterotrophs (or chemoorganotrophs), the autotrophs (or chemolithotrophs), and the photosynthetic bacteria (or phototrophs) These are discussed below.
Heterotrophic Metabolism

Heterotrophic bacteria, which include all pathogens, obtain energy from oxidation of organic compounds. Carbohydrates (particularly glucose), lipids, and protein are the most commonly oxidized compounds. Biologic oxidation of these organic compounds by bacteria results in synthesis of ATP as the chemical energy source. This process also permits generation of simpler organic compounds (precursor molecules) needed by the bacteria cell for biosynthetic or assimilatory reactions.

The Krebs cycle intermediate compounds serve as precursor molecules (building blocks) for the energy-requiring biosynthesis of complex organic compounds in bacteria. Degradation reactions that simultaneously produce energy and generate precursor molecules for the biosynthesis of new cellular constituents are called amphibolic.

All heterotrophic bacteria require preformed organic compounds. These carbon- and nitrogen-containing compounds are growth substrates, which are used aerobically or anaerobically to generate reducing equivalents (e.g., reduced nicotinamide adenine dinucleotide; NADH + H+); these reducing equivalents in turn are chemical energy sources for all biologic oxidative and fermentative systems. Heterotrophs are the most commonly studied bacteria; they grow readily in media containing carbohydrates, proteins, or other complex nutrients such as blood. Also, growth media may be enriched by the addition of other naturally occurring compounds such as milk (to study lactic acid bacteria) or hydrocarbons (to study hydrocarbon-oxidizing organisms).
Respiration

Glucose is the most common substrate used for studying heterotrophic metabolism. Most aerobic organisms oxidize glucose completely by the following reaction equation:
This equation expresses the cellular oxidation process called respiration. Respiration occurs within the cells of plants and animals, normally generating 38 ATP molecules (as energy) from the oxidation of 1 molecule of glucose. This yields approximately 380,000 calories (cal) per mode of glucose (ATP ~ 10,000 cal/mole). Thermodynamically, the complete oxidation of one mole of glucose should yield approximately 688,000 cal; the energy that is not conserved biologically as chemical energy (or ATP formation) is liberated as heat (308,000 cal). Thus, the cellular respiratory process is at best about 55% efficient.

Glucose oxidation is the most commonly studied dissimilatory reaction leading to energy production or ATP synthesis. The complete oxidation of glucose may involve three fundamental biochemical pathways. The first is the glycolytic or Embden- Meyerhof-Parnas pathway the second is the Krebs cycle (also called the citric acid cycle or tricarboxylic acid cycle), and the third is the series of membrane-bound electron transport oxidations coupled to oxidative phosphorylation.
Fermentation

Fermentation, another example of heterotrophic metabolism, requires an organic compound as a terminal electron (or hydrogen) acceptor. In fermentations, simple organic end products are formed from the anaerobic dissimilation of glucose (or some other compound). Energy (ATP) is generated through the dehydrogenation reactions that occur as glucose is broken down enzymatically. The simple organic end products formed from this incomplete biologic oxidation process also serve as final electron an

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เผาผลาญ 4Bacterial บทปีเตอร์ Jurtshuk จูเนียร์แนวคิดทั่วไปเผาผลาญ heterotrophicเผาผลาญ heterotrophic คือ อุบัติเกิดออกซิเดชันของสารอินทรีย์ เช่นกลูโคส ATP และง่ายกว่าอินทรีย์ (หรืออนินทรีย์) สารประกอบ ซึ่งจะจำเป็นต้องใช้เซลล์แบคทีเรียสำหรับปฏิกิริยา biosynthetic หรือ assimilatoryหายใจหายใจเป็นชนิดของ heterotrophic ที่ใช้ออกซิเจน และได้มาที่ไฝ 38 ของ ATP จากออกซิเดชันของ 1 โมลของกลูโคส ผลผลิต 380,000 นวน (cal 308,000 มีเพิ่มเติมจะหายไปเป็นความร้อน)หมักในการหมัก เผาผลาญ heterotrophic เป็นสารประกอบอินทรีย์ มากกว่าออกซิเจนชนิดอื่นคือ acceptor อิเล็กตรอน (หรือไฮโดรเจน) ที่เทอร์มินัล พลังงานน้อยกว่าจะถูกสร้างขึ้นจากแบบฟอร์มนี้ไม่สมบูรณ์ของกลูโคสออกซิเดชัน แต่การสนับสนุนการเจริญเติบโตที่ไม่ใช้ออกซิเจนวงจรเครบส์เครบส์วัฏจักรกระบวนการ oxidative ในหายใจ โดย pyruvate ที่ผ่าน acetyl coenzyme A) จะสมบูรณ์ decarboxylated กับ CO2 ได้ ทางเดินทำให้ไฝ 15 ของ ATP (บริการ 150000 แคลอรี่)วัฏจักรวัฏจักร ซึ่งเกิดขึ้นในแบคทีเรียบาง เป็นการปรับเปลี่ยนรอบการเครบส์ Acetyl coenzyme A จะถูกสร้างขึ้นโดยตรงจากการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันหรือสารไขมันอื่น ๆขนส่งอิเล็กตรอนและปฏิกิริยาออกซิเด Phosphorylationในขั้นตอนสุดท้ายของการหายใจ ATP จะเกิดขึ้นผ่านชุดของอิเล็กตรอนโอนปฏิกิริยาภายในเมมเบรน cytoplasmic ที่ไดรฟ์ phosphorylation ปฏิกิริยาออกซิเดของ ADP ให้เป็น ATP แบคทีเรียใช้ต่าง ๆ flavins, cytochrome และคอมโพเนนต์ไม่ heme เหล็ก ตลอดจน oxidases cytochrome หลายสำหรับกระบวนการนี้Mitchell หรือสมมติฐานโปรตอนไหลออกมาสมมติฐาน Mitchell อธิบายการอนุรักษ์พลังงานในทุกเซลล์โดยใช้ผงงานของ H + ประจุตรงข้ามกับโปรตอนผ่านของเมมเบรน ที่สร้างแรงจูงใจแรงโปรตอน พลังงานนี้ในการสังเคราะห์ ATP ทั้ง ในการหายใจและการสังเคราะห์ด้วยแสงได้การสังเคราะห์ด้วยแสงของแบคทีเรียการสังเคราะห์ด้วยแสงของแบคทีเรียเป็นวิธีการเผาผลาญขึ้นอยู่ กับแสง ไม่ใช้ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะลดลงเป็นกลูโคส ซึ่งใช้สำหรับการผลิตพลังงานและการสังเคราะห์ ขึ้นอยู่กับแหล่งไฮโดรเจนที่ใช้ในการลด CO2 ปฏิกิริยาทั้ง photolithotrophic และ photoorganotrophic มีอยู่ในแบคทีเรียAutotrophyAutotrophy เป็นรูปแบบเฉพาะของเมแทบอลิซึมที่พบเฉพาะในแบคทีเรีย สารประกอบอนินทรีย์จะออกซิไดซ์โดยตรง (โดยไม่ต้องใช้แสงแดด) ให้พลังงาน (เช่น NH3, NO2, S2 และ Fe2 +) โหมดนี้เผาผลาญยังต้องการพลังงานสำหรับการลด CO2 เช่นการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่เกี่ยวข้องกับกระบวน mediated ไขมันไม่ โหมดนี้เผาผลาญได้ถูกเรียกว่า chemotrophy, chemoautotrophy หรือ chemolithotrophyไม่ใช้ออกซิเจนหายใจไม่ใช้ออกซิเจนหายใจเป็นโหมด heterotrophic ของสารประกอบหนึ่ง ๆ ไม่ใช่ O2 ทำหน้าที่เป็น acceptor อิเล็กตรอนเทอร์มินัล เช่นสารประกอบ acceptor มี NO3- SO42- fumarate และ CO2 แม้การผลิตมีเทนแบคทีเรียวัฏจักรไนโตรเจนวัฏจักรไนโตรเจนประกอบด้วยกระบวนการรีไซเคิลซึ่งอินทรีย์ และสารประกอบอนินทรีย์ไนโตรเจนใช้ metabolically และรีไซเคิลระหว่างแบคทีเรีย พืช และสัตว์ กระบวนการสำคัญ ammonification, mineralization การอนาม็อกซ์ denitrification และปฏิกิริยาการ ตรึงไนโตรเจน จะดำเนิน โดยแบคทีเรียเป็นหลักลุยเลย:แนะนำเมแทบอลิซึมหมายถึงปฏิกิริยาชีวเคมีทั้งหมดที่เกิดขึ้นในเซลล์หรือสิ่งมีชีวิต เน้นการศึกษาของแบคทีเรียหลากหลายพื้นผิว oxidations และ dissimilation ปฏิกิริยาทางเคมี (ปฏิกิริยา โดยที่พื้นผิวโมเลกุลจะแบ่ง), ซึ่งโดยปกติทำงานในแบคทีเรียจะสร้างพลังงาน นอกจากนี้ ภายในขอบเขตของแบคทีเรียได้การศึกษาการดูดซับและการใช้ประโยชน์ของสารอินทรีย์ หรืออนินทรีย์ที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตและบำรุงรักษาของการโทรศัพท์มือถือท่อน (ผสมปฏิกิริยา) เหล่านี้เกี่ยวข้อง exergonic (พลังงานผลผลิต) และปฏิกิริยา (ให้พลังงาน) endergonic มีกระบวนภายในเซลล์แบคทีเรียอยู่อาศัย โดยระบบเอนไซม์รวม ผลสิ้นสุดการจำลองตัวเองของเซลล์ ความสามารถของเซลล์จุลินทรีย์อาศัยอยู่ ทำงาน และจำลองในมีฤทธิ์ทางเคมีที่เหมาะสม (เช่นสื่อวัฒนธรรมจากแบคทีเรีย) และเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดในระหว่างการแปลงนี้เป็นขอบเขตของเมแทบอลิซึมของแบคทีเรียเซลล์แบคทีเรียจะเป็นหม้อแปลงไฟฟ้าพลังงานสูงเฉพาะ พลังงานเคมีที่สร้างขึ้น โดย oxidations พื้นผิวที่เป็นอยู่ โดยการก่อตัวของสารประกอบ high-energy อะดี diphosphate (ADP) และอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) หรือสารประกอบที่ประกอบด้วยพันธะ thioester (acetyl ~ SCoA) หรือ succinyl ~ SCoA ADP และ ATP แสดงอะดี monophosphate (แอมป์) บวก หนึ่ง high-energy ฟอสเฟต (แอมป์ ~ P และแอมป์ ~ P ~ P ตามลำดับ); พลังงานถูกเก็บไว้ในสารประกอบเหล่านี้เป็นพันธบัตร high-energy ฟอสเฟต ในต่อหน้าของระบบเอนไซม์ที่เหมาะสม สารประกอบเหล่านี้สามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานใหม่ซับซ้อนอินทรีย์สารประกอบจำเป็นสำหรับเซลล์สังเคราะห์ ทุกชีวิตเซลล์ต้องรักษาปฏิกิริยาชีวเคมีท่อนก่อและใช้สารดังกล่าว high-energyKluyver และ Donker (1924-1926) รู้ว่า เซลล์แบคทีเรีย พันธุ์ ไม่มีหลายประการที่คล้ายสารเคมีกับชีวิตเซลล์อื่น ๆ ตัวอย่าง นักสืบเหล่านี้รู้ว่าไฮโดรเจนโอนคุณลักษณะทั่วไป และพื้นฐานของกระบวนการเผาผลาญทั้งหมด แบคทีเรีย เซลล์ mammalian และโรงงาน ใช้เช่น ATP หรือพันธะฟอสเฟต high-energy (~ P) เป็นแหล่งพลังงานหลักเคมี แบคทีเรียต้องใช้วิตามินบีคอมเพล็กซ์เป็นฟังก์ชัน coenzymes สำหรับปฏิกิริยา oxidation-reduction หลายที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตและพลังงาน ชีวิตเช่น Thiobacillus thiooxidans ปลูกในที่ประกอบด้วยเฉพาะกำมะถันและเกลืออนินทรีย์ synthesizes จำนวนมากของไทอามีน riboflavine กรด nicotinic กรดแพนโทธีนิค ไพริดอกซีน และไบโอติน ดังนั้น Kluyver เสนอทฤษฎีเอกภาพของชีวเคมี (ตาย Einheit ใน der Biochemie), ซึ่งระบุว่า ทั้งหมดพื้นฐานเอนไซม์ในระบบปฏิกิริยาที่สนับสนุน และรักษากระบวนการชีวิตภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต มีความเหมือนมากกว่าความแตกต่าง แนวคิดนี้ของชีวเคมีสามัคคีถูกกระตุ้นมากนักจะใช้แบคทีเรียเป็นระบบแบบจำลองสำหรับการศึกษาที่เกี่ยวข้อง eukaryotic พืชและสัตว์ปฏิกิริยาชีวเคมีที่เป็น "เหมือนกัน" ในระดับโมเลกุลจากวิวที่โภชนาการ หรือ เผาผลาญ สามหลัก physiologic ชนิดของแบคทีเรียที่มีอยู่: การ heterotrophs (หรือ chemoorganotrophs), การ autotrophs (หรือ chemolithotrophs), และแบคทีเรีย photosynthetic (หรือ phototrophs) เหล่านี้อธิบายไว้ด้านล่างเผาผลาญ heterotrophicแบคทีเรีย heterotrophic ซึ่งรวมทั้งหมดโรค ได้รับพลังงานจากการออกซิเดชันของสารอินทรีย์ คาร์โบไฮเดรต (โดยเฉพาะอย่างยิ่งน้ำตาลกลูโคส), โครงการ และโปรตีนมีสารตกแต่งมากที่สุด อุบัติการเกิดออกซิเดชันของสารอินทรีย์เหล่านี้โดยแบคทีเรียผลลัพธ์ในการสังเคราะห์ ATP เป็นแหล่งพลังงานเคมี กระบวนการนี้ยังช่วยให้การสร้างสารอินทรีย์ง่ายกว่า (สารตั้งต้นโมเลกุล) ที่จำเป็นต้องใช้เซลล์แบคทีเรียสำหรับปฏิกิริยา biosynthetic หรือ assimilatoryสารกลางวัฏจักรเครบส์ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นโมเลกุล (ประกอบ) สำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์ที่ซับซ้อนในแบคทีเรียต้องการพลังงาน ปฏิกิริยาการสลายตัวที่ผลิตพลังงาน และสร้างโมเลกุลสารตั้งต้นสำหรับการสังเคราะห์ของเซล constituents ใหม่พร้อมกัน เรียกว่า amphibolicแบคทีเรียทั้งหมด heterotrophic ต้องซับ preformed สารอินทรีย์ สารประกอบที่ประกอบด้วยคาร์บอน และไนโตรเจนเหล่านี้จะเจริญเติบโตได้ ซึ่งใช้ aerobically หรือ anaerobically เพื่อสร้างลดลงเทียบเท่า (เช่น ลด nicotinamide adenine dinucleotide NADH + H +); เทียบเท่าเหล่านี้ลดลงจะมีแหล่งพลังงานทางเคมีทั้งหมดอุบัติ oxidative fermentative ระบบ Heterotrophs เป็นแบคทีเรียมัก studied พวกเขาโตพร้อมสื่อประกอบด้วยคาร์โบไฮเดรต โปรตีน หรือสารอาหารอื่น ๆ ที่ซับซ้อนเช่นเลือด ยัง เจริญเติบโตของสื่ออาจอุดมไป ด้วยการเพิ่มสารอื่น ๆ เกิดขึ้นตามธรรมชาติเช่นนม (เพื่อศึกษาแบคทีเรียกรดแลกติก) หรือไฮโดรคาร์บอน (เพื่อศึกษาสิ่งมีชีวิตที่รับอิเล็กตรอนไฮโดรคาร์บอน)หายใจพื้นผิวทั่วไปที่ใช้สำหรับการศึกษา heterotrophic เผาผลาญกลูโคสได้ สุดแอโรบิกชีวิตออกน้ำตาลกลูโคสอย่างสมบูรณ์ โดยสมการของปฏิกิริยาต่อไปนี้:สมการนี้แสดงการเกิดออกซิเดชันที่โทรศัพท์มือถือที่เรียกว่าหายใจ หายใจเกิดขึ้นภายในเซลล์ของพืชและสัตว์ สร้าง 38 ATP โมเลกุล (เป็นพลังงาน) จากออกซิเดชันของ 1 โมเลกุลของกลูโคสตามปกติ นี้ทำให้ประมาณ 380,000 แคลอรี่ (cal) สำหรับแต่ละโหมดของกลูโคส (ATP ~ 10000 cal/โมล) Thermodynamically ออกซิเดชันสมบูรณ์ของหนึ่งโมลของกลูโคสควรได้ผลผลิตประมาณ 688,000 cal พลังงานที่มีอยู่ชิ้นเป็นพลังงานเคมี (หรือก่อตัว ATP) ไม่ มี liberated เป็นความร้อน (308,000 cal) ดังนั้น การหายใจโทรศัพท์มือถือได้ที่สุดประมาณ 55% ที่มีประสิทธิภาพน้ำตาลกลูโคสออกซิเดชันเป็นปฏิกิริยา dissimilatory studied มักนำไปสู่การผลิตพลังงานหรือการสังเคราะห์ ATP สมบูรณ์เกิดออกซิเดชันของกลูโคสอาจเกี่ยวข้องกับหลักชีวเคมีพื้นฐาน 3 ครั้งแรกเป็นแบบ glycolytic หรือทางเดิน Embden - รามา Meyerhof ที่สองคือ วัฏจักรเครบส์ (เรียกว่าวัฏจักรของกรดซิตริกหรือวัฏจักรกรด tricarboxylic), และที่สามคือ ชุดของควบคู่กับปฏิกิริยาออกซิเด phosphorylation oxidations เยื่อขอบขนส่งอิเล็กตรอนหมักFermentation, another example of heterotrophic metabolism, requires an organic compound as a terminal electron (or hydrogen) acceptor. In fermentations, simple organic end products are formed from the anaerobic dissimilation of glucose (or some other compound). Energy (ATP) is generated through the dehydrogenation reactions that occur as glucose is broken down enzymatically. The simple organic end products formed from this incomplete biologic oxidation process also serve as final electron an

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บท 4Bacterial
การเผาผลาญอาหารปีเตอร์Jurtshuk
จูเนียร์แนวคิดทั่วไปheterotrophic การเผาผลาญเผาผลาญheterotrophic เป็นทางชีววิทยาการเกิดออกซิเดชันของสารอินทรีย์เช่นน้ำตาลกลูโคสให้ผลผลิตเอทีพีและอินทรีย์ง่าย (หรืออนินทรี) สารที่มีความจำเป็นโดยเซลล์แบคทีเรียสำหรับปฏิกิริยาชีวสังเคราะห์หรือ assimilatory . ระบบหายใจและระบบหายใจเป็นชนิดของการเผาผลาญ heterotrophic ที่ใช้ออกซิเจนและที่ 38 ของเอทีพีโมลจะได้มาจากการเกิดออกซิเดชันของ 1 โมลของกลูโคสยอมเสีย 380,000 (เพิ่มเติม 308,000 ไขมันจะหายไปเป็นความร้อน.) การหมักในการหมักชนิดของการเผาผลาญ heterotrophic อีกสารประกอบอินทรีย์มากกว่าออกซิเจนอิเล็กตรอนมินัล (หรือไฮโดรเจน) ใบเสร็จ พลังงานน้อยจะถูกสร้างขึ้นจากรูปแบบที่ไม่สมบูรณ์ของการเกิดออกซิเดชันกลูโคส แต่กระบวนการสนับสนุนการเจริญเติบโตแบบไม่ใช้ออกซิเจน. Krebs วงจรวงจร Krebs เป็นกระบวนการออกซิเดชันในการหายใจโดยที่ไพรู (ผ่าน acetyl โคเอนไซม์ A) decarboxylated สมบูรณ์ CO2 ทางเดินอัตราผลตอบแทน 15 โมลของเอทีพี (150,000 แคลอรี่). Glyoxylate วงจรวงจรglyoxylate ซึ่งเกิดขึ้นในแบคทีเรียบางชนิดมีการปรับเปลี่ยนของวงจร Krebs Acetyl โคเอนไซม์จะถูกสร้างขึ้นโดยตรงจากการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันหรือสารไขมัน. อิขนส่งและ Oxidative Phosphorylation ในขั้นตอนสุดท้ายของการหายใจของเอทีพีจะเกิดขึ้นผ่านชุดของปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนภายในเยื่อหุ้มนิวเคลียสที่ขับรถฟอสโฟออกซิเดชันของ ADP ไป เอทีพี แบคทีเรียใช้ flavins ต่างๆ cytochrome, และไม่ใช่ heme ส่วนประกอบเหล็กเช่นเดียวกับ oxidases cytochrome หลายขั้นตอนนี้. มิทเชลล์หรือโปรตอน Extrusion สมมติฐานมิทเชลล์สมมติฐานอธิบายถึงการอนุรักษ์พลังงานในทุกเซลล์บนพื้นฐานของการอัดขึ้นรูปที่เลือกของH + ไอออนข้าม เมมเบรนโปรตอนผ่านไม่ได้ซึ่งจะสร้างแรงกระตุ้นโปรตอน พลังงานนี้จะช่วยในการสังเคราะห์เอทีพีทั้งในการสังเคราะห์แสงและการหายใจ. แบคทีเรียสังเคราะห์แสงสังเคราะห์แบคทีเรียเป็นไฟขึ้นอยู่กับโหมดการใช้ออกซิเจนของการเผาผลาญ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะลดลงไปกลูโคสซึ่งจะใช้สำหรับทั้งการสังเคราะห์และการผลิตพลังงาน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของก๊าซไฮโดรเจนที่ใช้ในการลด CO2 ทั้งปฏิกิริยา photolithotrophic และ photoorganotrophic อยู่ในแบคทีเรีย. Autotrophy Autotrophy เป็นรูปแบบที่ไม่ซ้ำกันของการเผาผลาญพบในแบคทีเรีย สารอนินทรีจะออกซิไดซ์โดยตรง (โดยไม่ใช้แสงแดด) ให้ผลผลิตพลังงาน (เช่น NH3, NO2-, S2 และ Fe2 +) โหมดการเผาผลาญอาหารนอกจากนี้ยังต้องใช้พลังงานในการลด CO2 เช่นการสังเคราะห์แสง แต่ไม่มีกระบวนการไกล่เกลี่ยไขมันที่มีส่วนเกี่ยวข้อง โหมดนี้การเผาผลาญก็ถูกเรียกว่า chemotrophy, chemoautotrophy หรือ chemolithotrophy. Anaerobic ระบบหายใจการหายใจAnaerobic เป็นอีกหนึ่งโหมด heterotrophic การเผาผลาญอาหารที่เป็นสารเฉพาะอื่น ๆ กว่า O2 ทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนขั้ว สารดังกล่าวรวมถึงใบเสร็จ NO3-, SO42-, fumarate และแม้กระทั่ง CO2 สำหรับผลิตก๊าซมีเทนแบคทีเรีย. วงจรไนโตรเจนวงจรไนโตรเจนประกอบด้วยกระบวนการรีไซเคิลโดยที่สารประกอบไนโตรเจนอินทรีย์และอนินทรีจะใช้เมตาบอลิและนำกลับมาใช้ในกลุ่มแบคทีเรียพืชและสัตว์ กระบวนการที่สำคัญรวมทั้ง ammonification, แร่, ไนตริฟิเค, denitrification และการตรึงไนโตรเจนจะดำเนินการในขั้นต้นจากแบคทีเรีย. ไปที่: บทนำการเผาผลาญอาหารหมายถึงทุกปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์หรือสิ่งมีชีวิต การศึกษาการเผาผลาญอาหารของแบคทีเรียที่มุ่งเน้นไปที่ความหลากหลายทางเคมีของสารตั้งต้น oxidations และปฏิกิริยา dissimilation (ปฏิกิริยาที่โมเลกุลของสารตั้งต้นที่จะแตกลง) ซึ่งปกติทำงานในแบคทีเรียในการสร้างพลังงาน ยังอยู่ในขอบเขตของการเผาผลาญอาหารของแบคทีเรียที่มีการศึกษาการดูดซึมและการใช้ประโยชน์ของสารอนินทรีหรืออินทรีย์ที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตและการบำรุงรักษาความมั่นคงของรัฐเซลล์ (ปฏิกิริยาการดูดซึม) เหล่านั้น exergonic (ผลผลิตพลังงาน) และ endergonic (พลังงานที่ต้องใช้) กำลังเร่งปฏิกิริยาภายในเซลล์ของแบคทีเรียที่อาศัยอยู่โดยระบบเอนไซม์แบบบูรณาการผลสุดท้ายเป็นการจำลองตัวเองของเซลล์ ความสามารถของเซลล์จุลินทรีย์จะมีชีวิตอยู่ฟังก์ชั่นและทำซ้ำในสภาพแวดล้อมทางเคมีที่เหมาะสม (เช่นอาหารเลี้ยงเชื้อแบคทีเรีย) และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่ส่งผลให้ในช่วงการเปลี่ยนแปลงครั้งนี้เป็นขอบเขตของการเผาผลาญแบคทีเรีย. เซลล์แบคทีเรียเป็นหม้อแปลงไฟฟ้าพลังงานความเชี่ยวชาญสูง . พลังงานเคมีที่สร้างขึ้นโดย oxidations พื้นผิวเป็นป่าสงวนโดยการก่อตัวของสารพลังงานสูงเช่น adenosine เพท (ADP) และ adenosine triphosphate (ATP) หรือสารประกอบที่มีพันธะ thioester (acetyl ~ SCOA) หรือเป็น Succinyl ~ SCOA ADP และเอทีพีเป็นตัวแทนของโมโนอะดีโนซีน (แอมป์) บวกหนึ่งและสองฟอสเฟตพลังงานสูง (AMP ~ P และแอมป์ ~ P ~ P ตามลำดับ); พลังงานที่ถูกเก็บไว้ในสารเหล่านี้เป็นพลังงานสูงพันธบัตรฟอสเฟต ในการปรากฏตัวของระบบการทำงานของเอนไซม์ที่เหมาะสมสารเหล่านี้สามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ใหม่ที่ซับซ้อนที่จำเป็นโดยเซลล์ ทุกเซลล์ที่มีชีวิตจะต้องมีปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่มั่นคงของรัฐสำหรับการสร้างและการใช้งานของสารพลังงานสูงเช่น. Kluyver และ Donker (1924-1926) ได้รับการยอมรับว่าเซลล์แบคทีเรียโดยไม่คำนึงถึงสายพันธุ์ที่อยู่ในหลายประการที่คล้ายกันสารเคมีทุกเซลล์ที่มีชีวิตอื่น ๆ . ยกตัวอย่างเช่นนักวิจัยเหล่านี้ได้รับการยอมรับการถ่ายโอนไฮโดรเจนที่เป็นคุณสมบัติทั่วไปและพื้นฐานของกระบวนการเผาผลาญอาหารทั้งหมด แบคทีเรียเช่นเลี้ยงลูกด้วยนมและเซลล์พืชใช้เอทีพีหรือพลังงานสูงพันธบัตรฟอสเฟต (~ P) เป็นแหล่งพลังงานเคมีหลัก แบคทีเรียยังต้องการวิตามินบีซับซ้อนเป็นโคเอนไซม์ทำงานสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันลดจำนวนมากที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตและการเปลี่ยนแปลงพลังงาน สิ่งมีชีวิตเช่น thiooxidans Thiobacillus เติบโตในระดับปานกลางเท่านั้นที่มีกำมะถันและเกลืออนินทรีที่สังเคราะห์จำนวนมากของวิตามินบี riboflavine กรด nicotinic กรด pantothenic, ไพริดอกซิและไบโอติน ดังนั้น Kluyver เสนอทฤษฎีความสามัคคีของชีวเคมี (ตาย Einheit ใน Biochemie เดอร์) ซึ่งระบุว่าปฏิกิริยาของเอนไซม์พื้นฐานที่สนับสนุนและรักษาชีวิตของกระบวนการภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตมีความคล้ายคลึงกันมากกว่าความแตกต่าง แนวความคิดของความสามัคคีชีวเคมีนี้กระตุ้นนักวิจัยจำนวนมากที่จะใช้แบคทีเรียที่เป็นระบบรูปแบบการศึกษาที่เกี่ยวข้องกับยูคาริโออาคารและสัตว์ปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เป็นหลัก "เหมือนกัน" ที่ระดับโมเลกุล. จากทางโภชนาการหรือการเผาผลาญมุมมองสามประเภทสรีรวิทยาที่สำคัญของเชื้อแบคทีเรีย อยู่. heterotrophs (หรือ chemoorganotrophs) autotrophs (หรือ chemolithotrophs) และแบคทีเรียสังเคราะห์ (หรือ phototrophs) เหล่านี้จะกล่าวถึงด้านล่างheterotrophic การเผาผลาญแบคทีเรียheterotrophic ซึ่งรวมถึงเชื้อโรคทั้งหมดได้รับพลังงานจากการเกิดออกซิเดชันของสารอินทรีย์ คาร์โบไฮเดรต (โดยเฉพาะกลูโคส) ไขมันและโปรตีนเป็นสารออกซิไดซ์ส่วนใหญ่ทั่วไป การเกิดออกซิเดชันทางชีวภาพของสารอินทรีย์เหล่านี้โดยผลแบคทีเรียในการสังเคราะห์เอทีพีเป็นแหล่งพลังงานเคมี กระบวนการนี้ยังอนุญาตให้สร้างสารอินทรีย์ที่เรียบง่าย (โมเลกุลของสารตั้งต้น) ที่จำเป็นโดยเซลล์แบคทีเรียสำหรับปฏิกิริยาชีวสังเคราะห์หรือ assimilatory. วงจร Krebs สารประกอบกลางทำหน้าที่เป็นโมเลกุลสารตั้งต้น (หน่วยการสร้าง) สำหรับการสังเคราะห์พลังงานที่ต้องใช้สารอินทรีย์ที่ซับซ้อนในแบคทีเรีย ปฏิกิริยาการย่อยสลายที่พร้อมผลิตพลังงานและสร้างโมเลกุลของสารตั้งต้นสำหรับการสังเคราะห์ขององค์ประกอบโทรศัพท์มือถือใหม่ที่เรียกว่า amphibolic. แบคทีเรีย heterotrophic ทั้งหมดต้อง preformed สารประกอบอินทรีย์ เหล่านี้คาร์บอนและไนโตรเจนที่มีสารที่มีพื้นผิวการเจริญเติบโตซึ่งจะใช้ออกซิเจนหรือแบบไม่ใช้อากาศในการสร้างลดเทียบเท่า (เช่นลด Nicotinamide adenine dinucleotide; NADH + H +); เหล่านี้ลดเทียบเท่าในการเปิดเป็นแหล่งพลังงานเคมีสำหรับออกซิเดชันทางชีววิทยาและระบบการหมัก heterotrophs เป็นเชื้อแบคทีเรียที่มีการศึกษากันมากที่สุด; พวกเขาเติบโตขึ้นอย่างรวดเร็วในสื่อที่มีคาร์โบไฮเดรตโปรตีนหรือสารอาหารอื่น ๆ ที่ซับซ้อนเช่นเลือด นอกจากนี้การเติบโตของสื่ออาจจะอุดมไปด้วยนอกจากนี้ของสารธรรมชาติที่เกิดขึ้นอื่น ๆ เช่นนม (เพื่อการศึกษาแบคทีเรียกรดแลคติก) หรือไฮโดรคาร์บอน (เพื่อศึกษาสิ่งมีชีวิตไฮโดรคาร์บอนออกซิไดซ์). ระบบหายใจกลูโคสเป็นสารตั้งต้นที่พบมากที่สุดที่ใช้สำหรับการศึกษาการเผาผลาญ heterotrophic ส่วนใหญ่มีชีวิตออกซิไดซ์แอโรบิกระดับน้ำตาลอย่างสมบูรณ์โดยสมการปฏิกิริยาต่อไปนี้: สมการนี้เป็นการแสดงออกถึงกระบวนการออกซิเดชั่โทรศัพท์มือถือที่เรียกว่าการหายใจ และระบบหายใจที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ของพืชและสัตว์ตามปกติการสร้างโมเลกุลเอทีพี 38 (พลังงาน) จากการเกิดออกซิเดชันของ 1 โมเลกุลของกลูโคส นี้อัตราผลตอบแทนโดยประมาณ 380,000 แคลอรี่ (เสีย) ต่อโหมดของกลูโคส (ATP ~ 10,000 แคล / โมล) thermodynamically, ออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของตุ่นหนึ่งของกลูโคสควรผลผลิตประมาณ 688,000 เสีย; พลังงานที่ไม่ได้รับการอนุรักษ์ทางชีวภาพเป็นพลังงานเคมี (หรือเอทีพีก่อ) คือการปลดปล่อยความร้อน (308,000 ไขมัน) ดังนั้นกระบวนการหายใจโทรศัพท์มือถือเป็นที่ดีที่สุดประมาณ 55% มีประสิทธิภาพ. การเกิดออกซิเดชันกลูโคสเป็นที่ศึกษากันมากที่สุดปฏิกิริยา dissimilatory ที่นำไปสู่การผลิตพลังงานหรือเอทีพีสังเคราะห์ ออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของน้ำตาลกลูโคสอาจเกี่ยวข้องกับสามชีวเคมีพื้นฐาน ที่แรกก็คือ glycolytic หรือ Embden- เดิน Meyerhof-Parnas ที่สองคือวัฏจักรเครบส์ (เรียกว่าวงจรกรดซิตริกหรือกรด tricarboxylic วงจร) และคนที่สามเป็นชุดของการขนส่งอิเล็กตรอนเมมเบรนที่ถูกผูกไว้ oxidations ควบคู่ไป oxidative phosphorylation. การหมักหมักตัวอย่างของการเผาผลาญ heterotrophic อื่นต้องมีสารอินทรีย์เป็นอิเล็กตรอนมินัล (หรือไฮโดรเจน) ใบเสร็จ ในกระบวนการหมักผลิตภัณฑ์อินทรีย์ปลายง่ายที่จะเกิดขึ้นจาก dissimilation แบบไม่ใช้ออกซิเจนของกลูโคส (หรือบางสารประกอบอื่น ๆ ) พลังงาน (ATP) ถูกสร้างขึ้นผ่านปฏิกิริยาไฮโดรจีเนที่เกิดขึ้นเป็นน้ำตาลกลูโคสถูกทำลายลงเอนไซม์ ผลิตภัณฑ์อินทรีย์ปลายง่ายเกิดขึ้นจากกระบวนการนี้เกิดออกซิเดชันทางชีววิทยาที่ไม่สมบูรณ์ยังทำหน้าที่เป็นอิเล็กตรอนสุดท้าย

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

บทที่ 4bacterial การเผาผลาญ
ปีเตอร์ jurtshuk จูเนียร์

แบบทั่วไปแนวคิดการเผาผลาญการเผาผลาญเป็นมากกว่า

แบบออกซิเดชันของสารอินทรีย์ เช่น กลูโคส เพื่อให้ผลผลิต ATP และง่ายกว่าอินทรีย์ ( หรือสารอนินทรีย์ ) ซึ่งเป็นเซลล์แบคทีเรียที่มีการผลิตหรือแอสซิมิลาทอรี .



การหายใจเป็นประเภทของการหายใจแบบใช้ออกซิเจนในการเผาผลาญและไฝที่ 38 ATP จะได้มาจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลูโคส 1 โมล หยุ่น 380 , 000 ต่อรองได้ ( เพิ่มเติม 308 แคลจะหายไปตามความร้อน )



ในการหมัก การหมักแบบชนิดของการเผาผลาญอาหารอื่น สารอินทรีย์มากกว่าออกซิเจนที่ขั้วอิเล็กตรอน ( หรือไฮโดรเจน ) พระนาสิก .พลังงานน้อยกว่าจะถูกสร้างขึ้นจากรูปแบบนี้ไม่สมบูรณ์ของการเกิดออกซิเดชันของกลูโคส แต่กระบวนการสนับสนุนการเติบโตของ anaerobic

วัฏจักรเครปส์

วงจรเครบส์ก็คือกระบวนการออกซิเดชันในการหายใจที่ไพรูเวต ( ผ่านอะโค ) ได้อย่างสมบูรณ์ สารสกัดจากเปลือกกับ CO2 ทางเดินผลผลิต 15 โมลของเอทีพี ( 150 , 000 แคลอรี ) .



ทฤษฎีบทเวียนบังเกิดวงจรวงจรทฤษฎีบทเวียนบังเกิด ซึ่งเกิดขึ้นในแบคทีเรียบาง