Skip to main content
Global

7: ביוכימיה מיקרוביאלית

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208982

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    כדור הארץ מוערך כבן 4.6 מיליארד שנה, אך במשך 2 מיליארד השנים הראשונות היה חסר באטמוספירה חמצן, שבלעדיו כדור הארץ לא יכול היה לתמוך בחיים כפי שאנו מכירים אותם. השערה אחת לגבי האופן שבו הופיעו החיים על פני כדור הארץ כוללת את המושג "מרק קדמוני". רעיון זה מציע שהחיים החלו בגוף מים כאשר מתכות וגזים מהאטמוספירה בשילוב עם מקור אנרגיה, כמו ברק או אור אולטרה סגול, ליצירת תרכובות הפחמן המהוות אבני הבניין הכימיות של החיים. בשנת 1952, סטנלי מילר (1930—2007), סטודנט לתואר שני באוניברסיטת שיקגו, והפרופסור שלו הרולד אורי (1893—1981), יצאו לאשר השערה זו בניסוי מפורסם כיום. מילר ואורי שילבו את מה שלדעתם הם המרכיבים העיקריים באטמוספירה המוקדמת של כדור הארץ - מים (H 2 O), מתאן (CH 4), מימן (H 2) ואמוניה (NH 3) - ואטמו אותם בבקבוק סטרילי. לאחר מכן, הם חיממו את הבקבוק כדי לייצר אדי מים והעבירו ניצוצות חשמליים דרך התערובת כדי לחקות ברק באטמוספירה (איור\(\PageIndex{1}\)). כאשר ניתחו את תכולת הבקבוקון שבוע לאחר מכן, הם מצאו חומצות אמינו, היחידות המבניות של חלבונים - מולקולות חיוניות לתפקודם של כל האורגניזמים.

    תרשים של ניסוי מילר-אורי. בקבוק מים (כדי לדמות את האוקיינוס) מחומם. זה מחובר באמצעות צינורות זכוכית בלולאה סגורה ל: משאבת ואקום, בקבוק המכיל גזים (מים, מתאן, מימן, אמוניה), וניצוץ חשמלי (כדי לדמות ברק), וסופי למעבה שמקרר את המים. המים המקוררים מכילים תרכובות אורגניות.
    איור\(\PageIndex{1}\): המדען סטנלי מילר והרולד אורי הוכיחו כי ייתכן שתרכובות אורגניות מקורן באופן טבעי מחומר אנאורגני. ניסוי מילר-אורי שהודגם כאן הדמה את השפעות הברק על תרכובות כימיות שנמצאו באטמוספירה המוקדמת של כדור הארץ. התגובות שהתקבלו הניבו חומצות אמינו, אבני הבניין הכימיות של חלבונים. (קרדיט: שינוי עבודות מאת קורטני הרינגטון)

    • 7.1: מולקולות אורגניות
      ביוכימיה היא התחום החוקר את הכימיה של החיים, ומטרתה להסביר צורה ותפקוד על בסיס עקרונות כימיים. כימיה אורגנית היא הדיסציפלינה המוקדשת לחקר כימיה מבוססת פחמן, המהווה את הבסיס לחקר ביומולקולות ולדיסציפלינה של ביוכימיה. גם ביוכימיה וגם כימיה אורגנית מבוססים על מושגי הכימיה הכללית.
    • 7.2: פחמימות
      הביומולקולות הנפוצות ביותר על פני כדור הארץ הן פחמימות. מנקודת מבט כימית, פחמימות הן בעיקר שילוב של פחמן ומים, ולרבות מהן יש את הנוסחה האמפירית (CH₂O), איפה נ הוא מספר היחידות החוזרות. השקפה זו מייצגת את המולקולות הללו פשוט כשרשראות אטומי פחמן "לחות" שבהן מולקולות מים מתחברות לכל אטום פחמן, מה שמוביל למונח "פחמימות".
    • 7.3: ליפידים
      למרות שהם מורכבים בעיקר מפחמן ומימן, מולקולות שומנים עשויות להכיל גם חמצן, חנקן, גופרית וזרחן. ליפידים משרתים מטרות רבות ומגוונות במבנה ובתפקודים של אורגניזמים. הם יכולים להוות מקור לחומרים מזינים, צורת אחסון לפחמן, מולקולות אגירת אנרגיה או רכיבים מבניים של ממברנות והורמונים. ליפידים מהווים מחלקה רחבה של תרכובות רבות שונות מבחינה כימית, שהנפוצות שבהן נדונות בחלק זה.
    • 7.4: חלבונים
      חומצות אמינו מסוגלות להתחבר יחד למעשה בכל מספר, ולהניב מולקולות בכל גודל בעצם בעלות מגוון רחב של תכונות פיזיקליות וכימיות ומבצעות פונקציות רבות החיוניות לכל האורגניזמים. המולקולות שמקורן בחומצות אמינו יכולות לתפקד כמרכיבים מבניים של תאים וישויות תת-תאיות, כמקורות לחומרים מזינים, כמאגרי אגירת אטומים ואנרגיה, וכמינים פונקציונליים כגון הורמונים, אנזימים, קולטנים ומולקולות הובלה.
    • 7.5: שימוש בביוכימיה לזיהוי מיקרואורגניזמים
      זיהוי מדויק של חיידקים חיוני במעבדה קלינית לאבחון וניהול של מגיפות, מגיפות והרעלת מזון הנגרמת כתוצאה מהתפרצויות חיידקים. בחלק זה נדון בכמה שיטות המשתמשות במאפיינים ביוכימיים לזיהוי מיקרואורגניזמים.
    • 7.E: ביוכימיה מיקרוביאלית (תרגילים)

    תמונה ממוזערת: אתר קישור לאנזים שבדרך כלל יקשר מצע יכול לחלופין לקשור מעכב תחרותי, ולמנוע גישה למצע. דיהידרופולאט רדוקטאז מעוכב על ידי מטוטרקסט המונע קישור של המצע שלו, חומצה פולית. אתר קישור בכחול, מעכב בירוק ומצע בשחור (PDB: 4QI9). (CC BY 4.0; תומאס שאפי).