Δήμητρα Σπανού, Χημικός, καθηγήτρια Β/θμιας Εκπαίδευσης με οργανική θέση στο 1ο Γυμνάσιο Δάφνης

Οι διαμορφώσεις των μακρομορίων

Διαμόρφωση ενός μακρομορίου ονομάζεται η χωρική διάταξη των ατόμων και των ομάδων ατόμων του πολυμερούς η οποία δίνεται από το σύνολο και την ακολουθία της ισομερούς διαμόρφωσης και την θέση τους στην αλυσίδα.

Προκαλείται από την θερμική κίνηση ή από εξωτερικές επιδράσεις στο μακρομόριο

(Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ. ΟΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ: 4ο Φυσικές διαμορφώσεις των πολυμερών (σύμπλεγμα, έλικα, σφαιρίδιο). H ευκαμψία και των διαμορικών διασυνδέσεων διασταυρουμένου πολυμερούς)

Όπως αναφέραμε τα πολυμερή που συναντώνται στη φύση είναι :

οι πρωτεϊνες, τα νουκλεϊκά οξέα, οι υδατάνθρακες και ο λιγνίνης

Πως σχηματίζονται τα μακρομόρια στον οργανισμό

Τα μακρομόρια αποτελούνται από μονομερή που έχουν γενικό χαρακτηριστικό Η...ΟΗ

Σε γενικές γραμμές ο αριθμός των μονομερών που συνθέτουν τα πολυμερή είναι περίπου 50. Όμως, οι διαφορετικές διατάξεις στην αλληλουχία τους δίνει μια τεράστια ποικιλία μακρομορίων. Στα βιοπολυμερή, στην ποικιλία αυτή οφείλεται η μονοδικότητα των οργανισμών.

Τα μονομερή αυτά, σχηματίζουν μακρομόρια με βιοσύνθεση μέσω χημικών μηχανισμών συμπύκνωσης κατά την οποία ενώνεται το Η του ενός μονομερούς με το ΟΗ του επόμενου

ΕΠΙΠΕΔΑ ΟΡΓΑΝΩΣΗΣ ΤΩΝ ΒΙΟΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΕΙΝΑΙ:

 Η ΠΡΩΤΟΤΑΓΗΣ, ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ, ΤΡΙΤΟΤΑΓΗΣ ΚΑΙ ΕΝΙΟΤΕ ΤΕΤΑΡΤΟΤΑΓΗΣ  ΔΟΜΗ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ

Η ΠΡΩΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΒΙΟΠΟΛΥΜΕΡΩΝ

Η πρωτοταγής δομή των βιοπολυμερών αποτελεί την αλληλουχία των μονομερών που συνδέονται μεταξύ τους με φωσφοδιεστερικούς δεσμούς για την δημιουργία της αλυσίδας του πολυμερούς, η οποία λόγω της σταθερότητας των δεσμών αυτών, μπορεί να αντέξει θερμοκρασίες έως 140 Cο χωρίς να καταστραφεί. 

Η κατασκευή πρωτεϊνών : η πρωτοταγής  δομή τους

Στην κατασκευή των πρωτεϊνών, η πρωτοταγής δομή συνίσταται από την σύνδεση των αμινοξέων (συμπύκνωση ) μέσω  πεπτιδικών δεσμών

Για τα μονομερή (α αμινοξέα)

Τα αμινοξέα είναι χημικές ενώσεις που περιέχουν μια τουλάχιστον αμινομάδα και μια τουλάχιστον καρβοξυλμάδα. Από  τα αμινοξέα, αυτά που αποτελούν τους δομικούς λίθους των πρωτεϊνών (πρωτεϊνογόνα) είναι τα α αμινοξέα και πιο συγκεκριμένα τα L α-αμινοξέα  . Να θυμηθούμε ότι τα L(δεξιόστροφα) και D (αριστερόστροφα) αμινοξέα καθορίζονται με βάση την γλυκεριναλδεϋδη 

Για την πρωτοταγή δομή της αλυσίδας των αμονοξέων (πολυπεπτίδιο)

Οι πεπτιδικοί δεσμοί είναι  ομοιοπολικοί δεσμοί μεταξύ του άνθρακα του καρβοξυλίου της α καρβοξυλομάδας του ενός αμινοξέος και του αζώτου της α αμινομάδας του επόμενου αμινοξέος για την κατασκευή της πολυπεπτιδικής αλυσίδας με την ταυτόχρονη αποβολή ενός μόριου νερού (αφυδάτωση και συμπύκνωση).

Η πρωτοταγής δομή των νουκλεϊκών οξέων:

Η  κατασκευή των νουκλεϊκών αλυσίδων

 τα νουκλεϊκά οξέα

Για το DNA

H πρωτοταγής δομή του  DNA, είναι η σύνδεση των μονομερών (δεσόξυριβονουκλεοτιδίων) μεταξύ τους για την δημιουργία της πολυδεσόξυριβονουκλεοτιδικής αλυσιδας 

Για τα μονομερή

Κάθε δεοξυριβοζονουκλεοτίδιο  αποτελείται από μια μονάδα αζωτούχας βάσης, μια μονάδα κυκλοποιημένου σακχάρου με 5 άνθρακες και μια μονάδα φωσφορικού οξέος, 

συνδέονται μεταξύ τους ως εξής:

 η φωσφορική ομάδα συνδέεται με το υδροξύλιο του 5ου ατόμου της πεντόζης μέσω ενός φωσφοεστρικού δεσμού 

η δε αζωτούχα βάση συνδέται με την πεντόζη μέσω ενός Ν-γλυκοζιτικού δεσμού 

όσον αφορά την πεντόζη, πρόκειται για την δεοξυριβόζη που παίρνει μέρος στην δημιουργία της ριβοζονουκλεοτιδικής αλυσίδας του DNA  αλλά δεν ανήκει στους μονοσακχαρίτες*

* η δεοξυριβόζη που παίρνει μέρος στην δεοξυριβοζονουκλεοτιδικής αλυσίδας του DNA και δεν συμπεριλαμβάνεται στους μονοσακχαρίτες

* Η δεοξυριβόζη του DNA δεν συμπεριλαμβάνεται στους μονοσακχαρίτες (πεντόζες) γιατί έχει ένα οξυγόνο λιγότερο (ανηγμένη μορφή) και βρίσκεται στη φύση σε δύο ισομερή D και  L

(ΧΗΜΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ: ΒΙΟΠΟΛΥΜΕΡΗ 1ο: ΤΑ ΜΑΚΡΟΜΟΡΙΑ ΣΤΟΥΣ ΕΜΒΙΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ. Οι Μονοσακχαρίτες και οι Πολυσακχαρίτες)

Πρωτοταγής δομή της αλυσίδας του DNA

Γίνεται ομοιοπολικά με φωφοδιεστερική σύνδεση δεσόξυριβονουκλεοτιδίων  μεταξύ της φωσφορικής ομάδας του ενός δεσόξυριβονουκλεοτίδιου και του υδροξυλίου του C3 της πεντόζης του επόμενου, με την αποβολή ενός μορίου νερού (συμπύκνωση)

Για να προκύψει η πρωτοταγής δομή της αλυσίδας DNA, που γίνεται ομοιοπολικά με φωφοδιεστερική σύνδεση δεσόξυριβονουκλεοτιδίων  μεταξύ της φωσφορικής ομάδας του ενός δεσόξυριβονουκλεοτίδιου και του υδροξυλίου του C3 της πεντόζης του επόμενου, με την αποβολή ενός μορίου νερού (συμπύκνωση),

κάθε δεοξυριβοζονουκλεοτίδιο  συνδέται ομοιοπολικά με το προηγούμενο και με το επόμενο, με ταυτόχρονη αποβολή  νερού. Το υδοξύλιο της φωσφορικής ομάδας που συνδέεται στο 5ο άτομο άνθρακα της πεντόζης του ενός δεσοξυριβοζονουκλεοτιδίου συνδέεται με το υδροξύλιο του 3ου άνθρακα του άτομο της πεντόζης του προηγούμενου δεσοξυριβοζονουκλεοτιδίου και το υδροξύλιο του  3ου άτομο άνθρακα με το υδροξύλιο της φωσφορικής ομάδας που είναι στο 5ο άτομο άνθρακα του επόμενου νουκλεοτιδίου. Ο δεσμός αυτός που έχει σαν συνέπεια την δημιουργία αλυσίδας δεοξυριβοζονουκλεοτιδίων που "στρίβει" ώστε κάθε 5ος άνθρακας να ευθυγραμμίζεται με τον κοντινό του 3ο άνθρακα του επόμενου . Έτσι στην πορεία δημιουργείται η έλικα των νουκλεοτιδίων.

Η πρωτοταγής δομή του RNA

To RNA είναι ένα πολυμερές που βρίσκεται στα κύτταρα όλων των οργανισμών, και παίζει σημαντικό ρόλο στην κωδικοποίηση, ανάγνωση, ρύθμιση και έκφραση γονιδίων.  Σχηματίζει μια μονή αλυσίδα που αποτελείται από ριβοζονουκλεοτίδια των οποίων η βάση της κατασκευής τους είναι η ριβόζη που συνδέεται με φωσφορικό οξύ στον 5ο άνθρακα και μια αζωτούχα βάση εκ των : αδενίνη, ουρακίλη, κυτοσίνη, γουανίνη.

Η ριβόζη είναι ένας μονοσακχαρίτης (πεντόζη) ο οποίος έχει μόνο ένα φυσικό ισομερές, την D ριβόζη, ενώ  μόνο εργαστηριακά είναι δυνατόν να παρασκευαστεί και η L ριβόζη.

Σαν συστατικό των ριβοζονουκλεοτιδίων η ριβόζη συναντάται με την κυκλική μορφή της D ριβόζης και μάλιστα με την β δομή σαν β D ριβόζη όπου η σχετική θέση του υδροξυλίου του άνθρακα C1 και η ομάδα CH2OH του C5 . 

Έτσι το σημαντικό χαρακτηριστίκο του RNA είναι η παρουσία της ριβόζης αντί της δεοξυριβόζης με την παρουσία υδροξυλίου στην θέση 2 

Το RNA κατασκευάζεται στον πυρήνα από ειδικές περιοχές του DNA και με την βοήθεια ενζύμων που λέγονται RNA πολυμεράσες. Μετά την μεταγραφή του σαν mΡΝΑ  υφίσταται τροποποιήσης για τον σχηματισμό δευτερογενών και τριτογενών δομών που εκτελούν λειτουργίες ανάλογα με τον τύπο του RNA, όπως το μεταφορικό  tRNA και το ριβοσωματιακό rRNA που και τα τρία αυτά συμμετέχουν στην σύνθεση πρωτεϊνών.  Κάποιοι τύποι του RNA όπως τα ριβοένζυμα, αποτελούς μέρος κάποιων ενζύμων

H πρωτοταγής δομή των υδατανθράκων

Οι υδατάνθρακες (πολυσακχαρίτες) περιέχουν μια καρβονυλική ομάδα και αρκετές υδροξυλίου. Περιγράφονται με τον χημικό τύπο Cx(H2O)y ώστε τυπικά είναι ενώσεις από άνθρακα και νερό. Οι χαμηλού μοριακού βάρους υδατάνθρακες (μονοσακχαρίτες, δισακχαρίτες, ολιγοσακχαρίτες) ονομάζονται σάκχαρα

Πηγή των  υδατανθράκων για τους ζωντανούς οργανισμούς είναι η διαδικασία της φωτοσύνθεσης.

Εξόζες: τα μονομερή των πολυσακχαριτών

Από τους πολυσακχαρίτες,   πολυμερίζονται με συμπύκνωση προς δημιουργία πολυσακχαριτών μόνο  εξόζες και μάλιστα στην κυκλοποιημένη τους μορφή (γλυκόζη, φρουκτόζη,   ) (που είναι γλυκιές, ενώ οι πολυζακχαρίτες που παράγονται από αυτές είναι άγλυκοι ενώ η  εξόζη  γαλακτόζη δεν απαντά ελεύθερη στη φύση παρά μόνο σε δισακχαρίτη και πολυμερή) 

Οι φυσικές εξόζες είναι η γλυκόζη, η φρουκτόζη, η μαννόζη, η γαλακτόζη είναι D μορφής. Οι μονοσακχαρίτες ισομεριώνονται σε κυκλικές μορφές  από τις οποίες επικρατούν πυρανόζες 6 μελούς ετεροκυκλικού δακτυλίου, οι φουρανόζες, πενταμελούς δακτυλιου  υπάρχουν σε πολύ χαμηλά ποσοστά ενώ οι υπόλοιποι δακτύλιοι είναι αμεληταίοι. 

Σε αυτές  ένα από τα 4 ΟΗ τους βρίσκεται σε αντίθετη πλευρά από τα άλλα 3, ώστε, σε δομή ανοικτής αλυσίδας απαντάται σε δύο εναντιομερή με σχέση ειδώλου αντικειμένου την Dγλυκόζη και την Lγλυκόζη εκ των οποίων η πρώτη είναι κυρίως αυτή που συναντάμε στην φύση και που είναι το μονομερές από την αφυδάτωση του οποίου προέρχονται  πολυμερή άμυλο κυτταρίνη κ.α.

Οι εξόζες πολυμερίζονται μόνον εάν κυκλοποιηθούν

Από ττους μονοσακχαρίτες,,  πολυμερίζονται με συμπύκνωση προς δημιουργία πολυσακχαριτών μόνο  εξόζες και μάλιστα στην κυκλοποιημένη τους μορφή (γλυκόζη, φρουκτόζη,   ) που πολυμερίζονται σε ετεροκυκλικές ενώσεις με την σύνδεση του οξυγόνου της αλδεϋδομάδας με τον C5 σε   πυρανόζες  (Σημειώνουμε πως, οι εξόζες είναι γλυκιές, ενώ οι πολυζακχαρίτες που παράγονται από αυτές είναι άγλυκοι. Η εξόζη  γαλακτόζη δεν απαντά ελεύθερη στη φύση παρά μόνο σε δισακχαρίτη και πολυμερή )

Όπως ήδη αναφέρθηκε, τα ισομερή των μονοσακχαριτών, χωρίζονται σε μορφές D και  L  ανάλογα με την τοποθέτηση του ΟΗ του τελευταίου ασύμμετρου άνθρακα  που αν βρίσκεται στην δεξιά πλευρά είναι η D μορφή, ενώ η κατοπτρική είναι η L μορφή. 

Όμως η κυκλοποίησή τους  κάνει τον C1 χειρόμορφο με 4 διαφορετικούς υποκαταστάτες (H, O, OH, C) ώστε, έχουμε τώρα κι άλλα ισομερή cis και trans που εξαρτώνται από τη σχετική θέση των ΟΗ του C1 και την ομάδα CH2OH του C5 .

Αν βρίσκονται στην αντίθετη πλευρά της προβολής του μορίου σε επίπεδο έχουμε α μορφή ( trans) ενώ εάν έχουμε στην ίδια πλευρά της προβολής του μορίου σε επίπεδο έχουμε την β μορφή (cis)

Για τους πολυσακχαρίτες η πρωτοταγής δομή είναι η ομοιοπολική σύνδεση των κυκλοποιημένων  μονοσακχαριτών  (πυρανόζες)  με γλυκοζιτικούς δεσμούς με ταυτόχρονη αποβολή ενός μόριου νερού (συμπύκνωση) 

Η σύνδεση αυτή μπορεί να γίνει μεταξύ του C1 και του C4 του επόμενου μονομερούς ή μεταξύ του C1 και του C6 του επόμενου μονομερούς ή και τα δύο οπότε έχουμε διακλαδωση

Το άμυλο είναι ένας ομοπολυσακχαρίτης α D γλυκόζης με δεσμούς α 1->4 που υδρολύονται από α αμυλάσες, που περιέχει 2 πολυμερή: την αμυλόζη και την αμυλοπηκτίνη

Η αμυλόζη όπου τα μόρια της γλυκόζης συνδέονται γραμμικά με α 1->4 γλυκοζιτικούς δεσμούς

Η αμυλοπηκτίνη τα υπολλείματα  της a D  γλυκόζης, συνδέονται με ίδιους 1->4 δεσμούς όπως στην αμυλόζη, αλλά υπάρχουν κατά διαστήματα διακλαδώσεις που υπάρχουν κατά διαστήματα  σε α 1->6 γλυκοζιτικούς δεσμούς

Το γλυκογόνο είναι ένας πουσακχαρίτης των ζώων, από α D γλυκόζη από διακλαδισμένες πολυγλυκοσιδικές αλυσίδες οπου επίσης τα υπολλείματα  της a D  γλυκόζης, συνδέονται με ίδιους 1->4 δεσμούς και  στα σημεία διακλάδωσης  α 1->6 γλυκοζιτικούς δεσμούς

Η κυτταρίνη στα φυτά, είναι ένας μη διακλαδισμένος ομοπολυσακχαρίτης από υπολλείματα β D γλυκόζης με δεσμούς β 1->4 που δεν υδρολύονται

Η χιτίνη σε αρθρόποδα μύκητες και κατώτερα φυτά, είναι κατασκευασμένη από  Ν ακέτυλο D γλυκοζαμίνη που συνδέονται μεταξύ τους με β 1->4 γλυκοζιτικούς δεσμούς

Οι  ουσίες πηκτίνης από D πολυγαλακτουρονικό οξύ με α 1->4 γλυκοζιτικούς δεσμούς . Παρουσία οξέων σχηματίζουν πηκτώματα

Η μουραμίνη ετεροπολυσακχαρίτης από υπολλείματα  σχηματίζει μη διακλαδισμένες αλυσίδες

από Ν ακετυλογλυκοζαμίνη Ν ακετυλομουραμικό οξύ που συνδέονται με β 1->4 γλυκοζιτικό δεσμό

ΠΟΙΑ ΕΊΝΑΙ ΤΑ ΣΤΕΡΕΟΙΣΟΜΕΡΗ ΠΟΥ ΕΥΝΟΟΥΝΤΑΙ ΣΤΑ ΒΙΟΠΟΛΥΜΕΡΗ

Οι στερεομερείς ενώσεις μπορεί να είναι  εναντιομερείς (με κατοπτρικά είδωλα)ή διαστερεοισομερείς, (χωρία κατοπτρικά είδωλα)  

Υπάρχουν μονομερή των βιοπολυμερών που εμφανίζουν φαινόμενο της χειρομορφίας, δηλαδή έχουν μεταξύ τους την σχέση ειδώλου- αντικειμένου στην αντανάκλασή του σε καθρέφτη που είναι όμοια αλλά δεν ταυτίζονται. Λέγονται εναντιομερή και είναι οπτικοί αντίποδες και συμβολίζονται

 με R/S από τις λατινικές λέξεις Rectus (ορθά, ενάρετα) και Sinister (αριστερά) και καθορίζονται με βάση τους κανόνες προτεραιότητας όταν η ομάδα ή άτομο με τον μεγαλύτερο ατομικό αριθμό έχει προτεραιότητα

. Για τους ζωντανούς οργανισμούς, η φύση ευννοεί τα L αμινιξέα και τα D σάκχαρα έναντι των ισομερών τους.

Ενώσεις που περιέχουν ένα ή περιττό αριθμό ασύμμετρων ατόμων άνθρακα ,

είναι πάντα  χειρόμορφες,  εκτός εάν υπάρχει κατοπτρικό επίπεδο 

 ενώ ενώσεις με άρτιο αριθμό ασύμμετρων ατόμων άνθρακα  δεν εμφανίζουν χειρομορφία. 

Η ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΚΑΙ Η ΤΡΙΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ

Η δευτεροταγής δομή και τριτοταγής δομή του βιοπολυμερούς είναι η διαμόρφωση των ατόμων της ραχοκοκκαλιάς και των επιμέρους περιοχών του και θα περιγραφούν σε επόμενο κεφάλαιο

ΠΗΓΕΣ

Δομή άμορφων πολυμερών, δομή κρυσταλλικών πολυμερών - ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΙ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗΣ ΧΗΜΕΙΑ. ΜΈΡΟΣ 2. ΚΟΛΛΟΕΙΔΉΣ ΧΗΜΕΊΑ

Chitin - Βικιπαίδεια

Μελέτη των θρεπτικών αναγκών των μαθημάτων προκαρυωτικών

ALykeiou_to _genetiko_yliko_biologia_kat_kef1.pdf

PPT - ΥδατάνθρακεΣ PowerPoint Presentation, free download - ID:1387164

πεπτιδικός δεσμός ως σχηματισμός αμινοξέων σε διάγραμμα αντίδρασης ...

Η σημασία των Βιομορίων στην λειτουργία του Ανθρώπινου Οργανισμού ...

Συντακτικός τύπος (χημεία) - Βικιπαίδεια

Διπλή έλικα νουκλεϊκού οξέος - Βικιπαίδεια

Deoxyribose - Βικιπαίδεια

Detail Contoh Ikatan Hidrogen Koleksi Nomer 37

Ποια νουκλεοτίδια είναι μονομερή DNA και RNA

https://webapps.chem.uoa.gr/efs/chemicals/chem_glucose.htm

Η χημική ένωση του μήνα

 [Ιανουάριος 2012]

ΑΚΑΤΕΡΓΑΣΤΟ

ASXETO

1.2.4 Λιπίδια, πρωτεΐνες και άλλες ουσίες

Ορισμένα βακτήρια (για παράδειγμα, του γένους Pseudomonas) είναι γνωστά, για τα οποία τα λιπίδια χρησιμεύουν ως πηγή άνθρακα. Ως αποτέλεσμα της υδρόλυσης λιπιδίων από το ένζυμο λιπάση, σχηματίζονται γλυκερόλη και λιπαρά οξέα. Και τα δύο αυτά συστατικά, ή ένα από αυτά, μπορεί να είναι πηγή άνθρακα [19].

Λιπαρά οξέα με μέσο μήκος αλυσίδας 4... 12 άτομα άνθρακα, μπορούν να διασπαστούν από βακτήρια σε μεθυλκετόνες, οι οποίες έχουν χαρακτηριστική γεύση και οσμή.

Τα βακτήρια με ειδικά πρωτεολυτικά ένζυμα είναι επίσης σε θέση να διασπάσουν τις πρωτεΐνες. Τέτοια βακτήρια περιλαμβάνουν τα γένη Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus, Serratia, Proteus και Achromobacter. Βρίσκονται σε πολλά τρόφιμα, καθώς είναι σε θέση να διασπάσουν πρωτεΐνες, λίπη και υδατάνθρακες ταυτόχρονα [22]

Οι πρωτεΐνες και τα μέρη των ζωικών κυττάρων καταναλώνουν παράσιτα και σαπρόφυτα. Μπορούν να χρησιμοποιήσουν τον σκελετό άνθρακα των αμινοξέων για να αναπληρώσουν την παροχή άνθρακα [1].

Βιογενής μικροοργανισμός προκαρυωτικών κυττάρων

6. Ορυκτά στοιχεία

Εκτός από τα οργανογόνα στοιχεία, τα οποία συνθέτουν κυτταρικά πολυμερή και διαλυτές οργανικές ενώσεις, για την κατασκευή κυττάρων χρειάζονται αλκαλικά μέταλλα (K, Na), μέταλλα αλκαλικών γαιών (Mg, Ca, τα οποία δρουν ως συμπαράγοντες ενζύμων) και ιχνοστοιχεία (μέταλλα μεταβατικών ομάδων (V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, W) και αμέταλλα (Se, B, Cl και άλλα) [37].

Τα βιοστοιχεία μπορούν επίσης να χωριστούν σε βασικά και δευτερεύοντα. Τα κύρια στοιχεία (εκτός από τα C, H, O, N, S, P) περιλαμβάνουν K, Mg, Ca, Fe. Δευτερεύοντα στοιχεία περιλαμβάνουν Zn, Mn, Na, Cl, Mo, Co, Cu, W, Ni [5].

6.1 Βασικά βιοστοιχεία (μακροστοιχεία)

Αυτά τα ορυκτά στοιχεία απαιτούνται σε σχετικά μεγάλες ποσότητες - 0,2-0,5 g / l. Το Κ είναι το κύριο ανόργανο κατιόν στο κύτταρο και ένας συμπαράγοντας ορισμένων ενζύμων, σημαντικός για τη σύνθεση πρωτεϊνών.+

Mg2+ - συμπαράγοντας πολλών ενζύμων (για παράδειγμα, κινάσες), Υπάρχει στα κυτταρικά τοιχώματα, τις μεμβράνες και τους εστέρες του φωσφορικού οξέος. Οι περισσότεροι βιοδραστικοί εστέρες φωσφόρου βρίσκονται σε κύτταρα με τη μορφή συμπλόκων με μαγνήσιο. Οι φωσφολιποπρωτεΐνες του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος σχηματίζουν επίσης χηλικά σύμπλοκα με ιόντα μαγνησίου. Το μαγνήσιο είναι απαραίτητο για τη λειτουργία των ριβοσωμάτων.

Γα2+ - συμπαράγοντας ενζύμου, που υπάρχει σε εξωένζυμα (αμυλάση, πρωτεάση); Το Ca-dipicolinate είναι ένα σημαντικό συστατικό των ενδοσπορίων.

Φε2+, Φε3+ περιέχονται σε κυτοχρώματα, φερρεδοξίνες και άλλες πρωτεΐνες σιδήρου-θείου - αποτελούν μέρος των συστατικών της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων, συμπαράγοντα ενζύμου (μερικές αφυδατάσες).

Η ικανότητα απορρόφησης του σιδήρου παίζει σημαντικό ρόλο στα βακτήρια, καθώς στη φύση το περιεχόμενο αυτού του στοιχείου σχετίζεται συχνά με τους παράγοντες που περιορίζουν την ανάπτυξη. Υπό αερόβιες συνθήκες, ο σίδηρος είναι παρών στο μέσο σε οξειδωμένη μορφή, Fe(III), σχηματίζοντας πρακτικά αδιάλυτα ένυδρα οξειδίου του σιδήρου, ανθρακικό σίδηρο και μαγνητίτη [Fe(II/III)], σε σχέση με τα οποία οι περισσότεροι αερόβιοι μικροοργανισμοί εκκρίνουν σιδεροφόρα στο μέσο για να απορροφήσουν σίδηρο, ο οποίος σχηματίζει οι περισσότεροι αερόβιοι μικροοργανισμοί εκκρίνουν σιδεροφόρα στο μέσο για να απορροφήσουν σίδηρο, ο οποίος σχηματίζει χηλικές ενώσεις με Fe3+ . Υπό αναερόβιες συνθήκες, ο σίδηρος δεν είναι ένα περιοριστικό στοιχείο ανάπτυξης που υπάρχει με τη μορφή Fe2+, εξαιρετικά διαλυτό και, ελλείψει οξυγόνου, αρκετά σταθερό.

Υπάρχουν βακτήρια που είναι σε θέση να οξειδώσουν τον σίδηρο σε σίδηρο σιδήρου - αυτά είναι βακτήρια σιδήρου. Πολλά οξύφιλα σιδηρούχα βακτήρια είναι επίσης ικανά να οξειδώσουν τις ανηγμένες ενώσεις θείου για να σχηματίσουν θειικό οξύ και χρησιμοποιούνται για την έκπλυση μετάλλων από θειούχα μεταλλεύματα [5,6, 37, 40].

6.2 Δευτερεύοντα βιοστοιχεία (ιχνοστοιχεία)

Το σύνολο των απαιτούμενων ιχνοστοιχείων εξαρτάται από τον τύπο των μικροβίων. Στη φύση, τα ιχνοστοιχεία είναι συνήθως παρόντα ως ελεύθερα κατιόντα ή ανιόντα που λαμβάνονται από μικροβιακά κύτταρα μέσω σχετικά ειδικών συστημάτων μεταφοράς.

Μερικά από τα ιχνοστοιχεία βρίσκονται με τη μορφή οξυανιόντων, όπως το SeO3-Φλερτάρω42- και MoO42-. Στα κύτταρα, υφίστανται ενζυματική μείωση, αποκτώντας το σθένος που είναι απαραίτητο για την αφομοίωση [37]. 6.2 Δευτερεύοντα βιοστοιχεία (ιχνοστοιχεία)

Το σύνολο των απαιτούμενων ιχνοστοιχείων εξαρτάται από τον τύπο των μικροβίων. Στη φύση, τα ιχνοστοιχεία είναι συνήθως παρόντα ως ελεύθερα κατιόντα ή ανιόντα που λαμβάνονται από μικροβιακά κύτταρα μέσω σχετικά ειδικών συστημάτων μεταφοράς.

Μερικά από τα ιχνοστοιχεία βρίσκονται με τη μορφή οξυανιόντων, όπως το SeO3-Φλερτάρω42- και MoO42-. Στα κύτταρα, υφίστανται ενζυματική μείωση, αποκτώντας το σθένος που είναι απαραίτητο για την αφομοίωση [37].

Τα μικροστοιχεία χρειάζονται σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις - 0,1-0,001 mg / l.

Zn2+ βρίσκεται στην αλκοολική αφυδρογονάση, την αλκαλική φωσφατάση, την αλδολάση, το RNA και την DNA πολυμεράση.

Μν2+ βρίσκεται στη βακτηριακή δισμουτάση υπεροξειδίου. συμπαράγοντας ορισμένων ενζύμων (φωσφοενολοπυροσταφυλικό-καρβοξυκινάσες, κιτρική συνθάση). Το μαγγάνιο μπορεί να οξειδωθεί από εκπροσώπους διαφόρων συστηματικών ομάδων. Η αντίδραση παράγει αδιάλυτο MnO2.

Τα ιόντα ψευδαργύρου και μαγγανίου είναι απαραίτητα για όλους τους μικροοργανισμούς.

Τα Na, Cl είναι απαραίτητα για τα αλόφιλα και θαλάσσια βακτήρια σε μεγάλες συγκεντρώσεις. Ωστόσο, αυτοί οι οργανισμοί αποτελούν εξαιρέσεις. Στους περισσότερους μικροοργανισμούς, η ανάγκη για ιόντα νατρίου και χλωρίου είναι μικρή. Η ανάγκη για Na σε μη αλόφιλα είναι ανιχνεύσιμη μόνο όταν αναπτύσσονται παρουσία συγκεκριμένων πηγών άνθρακα και ενέργειας: για παράδειγμα, το E. coli χρειάζεται Na για να αναπτυχθεί με μέγιστο ρυθμό σε μέσο L-γλουταμινικού και αερογονίδια Enterobacter σε μέσο με βάση το κιτρικό άλας. Και στις δύο περιπτώσεις, η ποσοτική ανάγκη είναι μικρή.+-+ +

Το Mo βρίσκεται στη νιτρική αναγωγάση, τη νιτρογενάση και τη μυρμηκική αφυδρογονάση. Οι μολυβδενομίδες παίζουν σημαντικό ρόλο στο μεταβολισμό του αζώτου και στην οξείδωση του μυρμηκικού. Η αφυδρογονάση ξανθίνης περιέχει επίσης μολυβδαίνιο.

Se βρίσκεται σε γλυκίνη αναγωγάση και μυρμηκική αφυδρογονάση. Η αναγωγάση γλυκίνης περιέχει σελήνιο με τη μορφή σεληνκυστεΐνης.

Σία2+ βρίσκεται στο συνένζυμο των ενζύμων βιταμίνης Β12 (γλουταμινική μουτάση, μεθυλμαλονυλ-CoA μουτάση).

Cu2+ Βρίσκεται στην οξειδάση του κυτοχρώματος και στις οξυγενάσες - ένζυμα που μεταφέρουν ηλεκτρόνια από υποστρώματα σε οξυγόνο.

Το W βρίσκεται σε ορισμένες μυρμηκικές αφυδρογονάσες.

Νι2+ βρίσκεται στην ουρεάση. Απαιτείται για την αυτοτροφική ανάπτυξη βακτηρίων υδρογόνου.

Τα μικρά μόρια και ιόντα διατηρούν ένα βέλτιστο επίπεδο μεταβολισμού στα κύτταρα, συμβάλλουν σαφώς και σημαντικά στην οσμωρύθμιση των μικροοργανισμών.

Η παρουσία χηλικών ουσιών στο μέσο καλλιέργειας είναι ένας σημαντικός παράγοντας που καθορίζει τη διαθεσιμότητα μεταλλικών ιόντων. Επομένως, εάν πρόκειται να επιτευχθεί εντατική βακτηριακή ανάπτυξη, η συγκέντρωση αυτών των παραγόντων πρέπει να εξισορροπείται με την ποσότητα των ιχνοστοιχείων. Τα αμινοξέα, κιτρικό, μηλικό κ.λπ. έχουν χηλικές ιδιότητες.

Τα ορυκτά στοιχεία εισάγονται στο θρεπτικό μέσο με τη μορφή κατάλληλων αλάτων, που αποτελούν την ανόργανη βάση του [5, 6, 27, 40, 41].

7. Αυξητικοί παράγοντες

Οι αυξητικοί παράγοντες περιλαμβάνουν αμινοξέα, βάσεις πουρίνης και πυριμιδίνης, βιταμίνες και άλλες ενώσεις.

Τα αμινοξέα έχουν ήδη αναφερθεί σε πηγές αζώτου και άνθρακα [3].

7.1 Βάσεις πουρίνης και πυριμιδίνης

Ορισμένοι μικροοργανισμοί χρειάζονται βάσεις πουρίνης και πυριμιδίνης ή τα παράγωγά τους, τα οποία αποτελούν μέρος νουκλεϊνικών οξέων. Αυτές οι ουσίες χρειάζονται κυρίως ως δομικό υλικό για νουκλεοτίδια. Μία από τις βάσεις πουρίνης, η αδενίνη, περιλαμβάνεται όχι μόνο στα νουκλεϊνικά οξέα, αλλά και στα συνένζυμα, ιδιαίτερα στο συνένζυμο Α (CoA). Είναι αυξητικοί παράγοντες για διαφορετικούς τύπους στρεπτόκοκκων, σταφυλόκοκκων, μυκοπλασμάτων και άλλων τύπων. Η ανάγκη για βάσεις πουρίνης και πυριμιδίνης είναι πιο έντονη στα βακτήρια γαλακτικού οξέος.

Μαζί με τις κύριες αζωτούχες βάσεις, οι μικροοργανισμοί ανταποκρίνονται θετικά σε μια άλλη πουρίνη - ξανθίνη.

Η συγκέντρωση πουρινών και πυριμιδινών που είναι απαραίτητες για τη μέγιστη ανάπτυξη μικροοργανισμών είναι συνήθως 10-20 μg ανά 1 ml. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι αζωτούχες βάσεις επιταχύνουν μόνο την ανάπτυξη μικροοργανισμών, σε άλλες περιπτώσεις είναι υποχρεωτικές γι 'αυτούς [3, 10, 19, 27].

7.2 Βιταμίνες και συναφείς ενώσεις

Οι βιταμίνες εκτελούν τις καταλυτικές τους λειτουργίες στο κύτταρο, συνήθως ως συστατικά συνενζύμων ή ως προσθετικές ομάδες ενζύμων. Οι έτοιμες βιταμίνες είναι απαραίτητες για ορισμένα βακτήρια.

Το n-αμινοβενζοϊκό οξύ χρησιμεύει ως πρόδρομος στη βιοσύνθεση του φολικού οξέος και επομένως έχει επίδραση στο μεταβολισμό της θυμίνης, της μεθειονίνης, της σερίνης, των βάσεων πουρίνης και της βιταμίνης Β12. Με τη σειρά του, η παρουσία αυτών των συστατικών στο μέσο μπορεί να επηρεάσει την αύξηση ή τη μείωση της ανάγκης βακτηρίων (μέχρι το μηδέν) για n-αμινοβενζοϊκό οξύ. Το παρα-αμινοβενζοϊκό οξύ είναι ένας αυξητικός παράγοντας για πολλά παθογόνα βακτήρια: πνευμονιόκοκκοι, γονοκόκκοι, παθογόνα δυσεντερίας

Λειτουργία κυτταρικού τοιχώματος