8.5: Catabolism ya Lipids na Protini

Malengo ya kujifunza

• Eleza jinsi lipids ni catabolized
• Eleza jinsi catabolism ya lipid inaweza kutumika kutambua microbes
• Eleza jinsi protini zinavyokataliwa
• Eleza jinsi protini catabolism inaweza kutumika kutambua bakteria

Sehemu zilizopita zimejadili catabolism ya glucose, ambayo hutoa nishati kwa seli hai, pamoja na jinsi polysaccharides kama glycogen, wanga, na selulosi zinaharibiwa kwa monoma ya glucose. Lakini microbes hutumia zaidi ya wanga tu kwa chakula. Kwa kweli, ulimwengu wa microbial unajulikana kwa uwezo wake wa kuharibu molekuli mbalimbali, zote zinazotokea kwa kawaida na zile zilizofanywa na michakato ya binadamu, kwa matumizi kama vyanzo vya kaboni. Katika sehemu hii, tutaona kwamba njia za lipid na protini catabolism kuungana na wale kutumika kwa carbohydrate catabolism, hatimaye kusababisha glycolysis, mmenyuko wa mpito, na njia za mzunguko wa Krebs. Njia za kimetaboliki zinapaswa kuchukuliwa kuwa porous-yaani, vitu vinaingia kutoka kwa njia nyingine, na huingilia kati kuondoka kwa njia nyingine. Njia hizi hazifungwa mifumo. Wengi wa substrates, intermediates, na bidhaa katika njia fulani ni reactants katika njia nyingine.

Lipid catabolism

Triglycerides ni aina ya hifadhi ya muda mrefu ya nishati katika wanyama. Wao hufanywa kwa glycerol na asidi tatu za mafuta (angalia Mchoro 7.3.1). Phospholipids hutunga utando wa seli na organelle wa viumbe vyote isipokuwa archaea. Mfumo wa phospholipid ni sawa na triglycerides isipokuwa kuwa moja ya asidi ya mafuta hubadilishwa na kikundi cha kichwa cha phosphorylated (angalia Mchoro 7.3.2). Triglycerides na phospholipids ni kuvunjwa kwanza kwa kutoa minyororo fatty acid (na/au phosphorylated kichwa kundi, katika kesi ya phospholipids) kutoka tatu-kaboni glycerol uti wa mgongo. Athari kuvunja triglycerides ni kichocheo na lipases na wale wanaohusisha phospholipids ni kichocheo na phospholipases. Enzymes hizi zinachangia virulence ya microbes fulani, kama vile bakteria Staphylococcus aureus na Kuvu Cryptococcus neoformans. Microbes hizi hutumia phospholipases kuharibu lipids na phospholipids katika seli za jeshi na kisha kutumia bidhaa catabolic kwa nishati (tazama Virulence Mambo ya Vimelea vya Bakteria na Virusi).

Bidhaa zinazosababishwa na catabolism ya lipid, glycerol na asidi ya mafuta, zinaweza kuharibiwa zaidi. Glycerol inaweza kuwa phosphorylated kwa glycerol-3-phosphate na urahisi waongofu na glyceraldehyde 3-phosphate, ambayo inaendelea kupitia gly Asidi ya mafuta iliyotolewa ni katabolized katika mchakato unaoitwa β-oxidation, ambayo sequentially huondoa makundi mawili ya asetili ya kaboni kutoka mwisho wa minyororo ya asidi ya mafuta, kupunguza NAD ⁺ na FAD kuzalisha NADH na FADH ₂, kwa mtiririko huo, ambao elektroni zake zinaweza kutumika kutengeneza ATP kwa kioksidishaji fosforasi. Makundi ya acetyl yaliyozalishwa wakati wa β-oxidation yanafanywa na coenzyme A kwa mzunguko wa Krebs, na harakati zao kupitia mzunguko huu husababisha uharibifu wao kwa CO ₂, kuzalisha ATP kwa phosphorylation ya ngazi ya substrate na molekuli za ziada za NADH na FADH ₂ (tazama Kiambatisho C kwa mfano wa kina wa β-oxidation).

Aina nyingine za lipids zinaweza pia kuharibiwa na viumbe vidogo fulani. Kwa mfano, uwezo wa vimelea fulani, kama vile Mycobacterium kifua kikuu, kuharibu cholesterol huchangia virulence yao. Minyororo ya upande wa cholesterol inaweza kuondolewa kwa urahisi kwa enzymatically, lakini uharibifu wa pete iliyobaki iliyobaki ni tatizo zaidi. nne fused pete ni sequentially kuvunjwa katika mchakato multistep kuwezeshwa na Enzymes maalum, na bidhaa kusababisha, ikiwa ni pamoja na piruvati, inaweza kuwa zaidi catabolized katika mzunguko Krebs.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Je, lipases na phospholipases zinaweza kuchangia virulence katika microbes?

Protini Catabolism

Protini zinaharibiwa kwa njia ya hatua ya pamoja ya aina mbalimbali za enzymes za protease za microbial. Proteases za ziada hukata protini ndani katika utaratibu maalum wa asidi amino, kuzivunja ndani ya peptidi ndogo ambazo zinaweza kuchukuliwa na seli. Baadhi ya vimelea muhimu vya kliniki vinaweza kutambuliwa kwa uwezo wao wa kuzalisha aina fulani ya protease ya ziada. Kwa mfano, uzalishaji wa protease gelatinase ya ziada ya seli na wanachama wa genera Proteus na Serratia inaweza kutumika kuwatofautisha na bakteria nyingine za enteric za gramu-hasi. Kufuatia chanjo na ukuaji wa microbes katika mchuzi wa gelatin, uharibifu wa protini ya gelatin kutokana na uzalishaji wa gelatinase huzuia kuimarisha gelatin wakati wa friji. Vimelea vingine vinaweza kujulikana kwa uwezo wao wa kuharibu casein, protini kuu inayopatikana katika maziwa. Unapopandwa kwenye agar ya maziwa ya skim, uzalishaji wa protease ya ziada ya protini husababisha uharibifu wa casein, ambayo inaonekana kama eneo la kusafisha karibu na ukuaji wa microbial. Uzalishaji wa Caseinase na pathogen inayofaa Pseudomonas aeruginosa inaweza kutumika kutofautisha kutoka kwa bakteria nyingine zinazohusiana na gramu-hasi.

Baada ya uharibifu wa protease wa ziada na matumizi ya peptidi katika seli, peptidi zinaweza kuvunjwa zaidi katika asidi amino binafsi na proteasi za ziada za intracellular, na kila asidi amino inaweza kuwa enzymatically deaminated kuondoa kundi amino. Molekuli zilizobaki zinaweza kuingia mmenyuko wa mpito au mzunguko wa Krebs.

Zoezi\(\PageIndex{2}\)

Je, protini catabolism inaweza kusaidia kutambua microbes?

Mwelekeo wa kliniki: Sehemu ya 3

Kwa sababu meningitis ya bakteria inaendelea haraka sana, madaktari wa Hannah walikuwa wameamua kumtendea vurugu kwa antibiotics, kulingana na uchunguzi wa kimapenzi wa dalili zake. Hata hivyo, upimaji wa maabara ili kuthibitisha sababu ya meninjitisi ya Hana ulikuwa bado muhimu kwa sababu kadhaa. N. meningitidis ni kisababishi cha kuambukiza ambacho kinaweza kuenea kutoka mtu hadi mwingine kupitia mawasiliano ya karibu; kwa hiyo, ikiwa vipimo vinathibitisha N. meningitidis kama sababu ya dalili za Hana, wazazi wa Hana na wengine ambao waliwasiliana naye huenda wakahitaji kupewa chanjo au kupokea antibiotics ya kupumua ili kupunguza hatari yao ya kuambukizwa ugonjwa huo. Kwa upande mwingine, ikiwa inageuka kuwa N. meningitidis sio sababu, madaktari wa Hana wanaweza kuhitaji kubadilisha matibabu yake.

Maabara ya kliniki yalifanya taa ya Gram kwenye damu ya Hannah na sampuli za CSF. Dhahabu ya Gram ilionyesha uwepo wa diplococcus yenye umbo la maharagwe ya gram-hasi. Mtaalamu katika maabara ya hospitali alitengeneza sampuli ya damu ya Hannah kwenye agar ya damu na agar ya chokoleti, na bakteria iliyokua kwenye vyombo vya habari vyote viliunda makoloni ya kijivu, yasiyo ya hemolytic. Kisha, alifanya mtihani wa oxidase kwenye bakteria hii na kuamua kuwa ilikuwa oxidase chanya. Mwisho, alichunguza repertoire ya sukari ambayo bakteria inaweza kutumia kama chanzo cha kaboni na kugundua kuwa bakteria ilikuwa chanya kwa matumizi ya glucose na maltose lakini hasi kwa matumizi ya lactose na sucrose. Matokeo haya yote ya mtihani ni sawa na sifa za N. meningitidis.

Zoezi\(\PageIndex{3}\)

1. Matokeo haya ya mtihani yanatuambia nini kuhusu njia za kimetaboliki za N. meningitidis?
2. Kwa nini unafikiri kwamba hospitali ilitumia vipimo hivi vya biochemical kwa ajili ya utambulisho badala ya uchambuzi wa Masi na kupima DNA?

Dhana muhimu na Muhtasari

• Kwa pamoja, microbes zina uwezo wa kuharibu vyanzo mbalimbali vya kaboni badala ya wanga, ikiwa ni pamoja na lipids na protini. Njia za kataboliki kwa molekuli hizi zote hatimaye huunganisha kwenye glycolysis na mzunguko wa Krebs.
• Aina kadhaa za lipids zinaweza kuharibiwa kwa microbially. Triglycerides huharibiwa na lipases ya ziada, ikitoa asidi ya mafuta kutoka kwenye mgongo wa glycerol. Phospholipids huharibiwa na phospholipases, ikitoa asidi ya mafuta na kikundi cha kichwa cha phosphorylated kutoka kwenye mgongo wa glycerol. Lipases na phospholipases hufanya kama sababu za virulence kwa microbes fulani za pathogenic.
• Asidi ya mafuta yanaweza kuharibiwa zaidi ndani ya seli kupitia β-oxidation, ambayo huondoa sequentially makundi mawili ya asidi ya kaboni kutoka mwisho wa minyororo ya asidi ya mafuta.
• Uharibifu wa protini unahusisha proteases za ziada ambazo zinaharibu protini kubwa kuwa peptidi ndogo. Kugundua proteases ya ziada ya seli gelatinase na caseinase inaweza kutumika kutofautisha bakteria husika kliniki.