Запасные вещества прокариот представлены полисахаридами, липидами, полипептидами, полифосфатами, отложениями серы (см. рис. 4; табл. 5). Из полисахаридов в клетках откладываются гликоген, крахмал и крахмалоподобное вещество— гранулеза. Последняя — специфический запасной полисахарид анаэробных споровых бактерий группы клостридиев. Названные полисахариды построены из остатков глюкозы. В неблагоприятных условиях они используются в качестве источника углерода и энергии.
Таблица 5. Запасные вещества прокариот
| Запасное вещество | Структурные характеристики | Химический состав | Функции | Распространение |
| Гранулы гликогена (a-гранулы) | сферической формы, диаметр 20–100 нм | высокомолекулярные полимеры глюкозы | источник углерода и энергии | широко распространенный тип запасных веществ |
| Гранулы поли-b-оксимасляной кислоты | диаметр 100–1000 нм; окружены однослойной белковой мембраной 2–3 нм толщиной | 98% полимера поли-b-оксимасляной кислоты, 2% белка | источник углерода и энергии | широко распространены только у прокариот |
| Цианофициновые гранулы | размер и форма различны; могут достигать в диаметре 500 нм | полипептид, содержащий аргинин и аспарагиновую кислоту (1:1), мол. масса — 25–100x103 Да | источник азота | обнаружены у многих видов цианобактерий |
| Гранулы полифосфата | диаметр приблизительно 500 нм, зависит от объекта и условий выращивания | линейные полимеры ортофосфата | источник фосфора и, возможно, энергии | распространенный тип запасных гранул |
| Гранулы серы | диаметр 100–800 нм; окружены однослойной белковой мембраной толщиной 2–3 нм | включения жидкой серы | донор электронов или источник энергии | пурпурные серобактерии, бесцветные бактерии, окисляющие H2S |
| Углеводородные гранулы | диаметр 200–300 нм; окружены белковой оболочкой 2–4 нм толщиной | углеводороды того же типа, что и в среде | источник углерода и энергии | представители родов Arthrobacter, Acinetobacter, Mycobacterium, Nocardia и другие прокариоты, использующие углеводороды |
Липиды накапливаются в виде гранул, резко преломляющих свет и поэтому хорошо различимых в световой микроскоп. Запасным веществом такого рода является полимер b-оксимасляной кислоты, накапливающийся в клетках многих прокариот. У некоторых бактерий, окисляющих углеводороды, поли-b-оксимасляная кислота составляет до 70% сухого вещества клеток. Отложение липидов в клетке происходит в условиях, когда среда богата источником углерода и бедна азотом. Липиды служат для клетки хорошим источником углерода и энергии.
Другой широко распространенный тип запасных веществ многих прокариот — полифосфаты, содержащиеся в гранулах, называемых волютиновыми, или метахроматиновыми, зернами. Используются клетками как источник фосфора. Полифосфаты содержат макроэргические связи и, таким образом, являются депо энергии, хотя считается, что их роль как источника энергии незначительна.
Специфическим запасным веществом цианобактерий являются цианофициновые гранулы. Химический анализ показал, что они состоят из полипептида, содержащего аргинин и аспарагиновую кислоту в эквимолярных количествах. Остов молекулы построен из остатков аспарагиновой кислоты, соединенных пептидными связями, а к ее b-карбоксильным группам присоединены остатки аргинина. Для синтеза цианофицина необходимы затравка, молекулы АТФ, ионы К+ и Mg2+. Процесс не закодирован в иРНК и не связан с рибосомами. Появление цианофициновых гранул при культивировании цианобактерий в среде с азотом и их исчезновение при истощении среды по азоту указывают на то, что они в клетке служат резервом азота, мобилизуемым при его недостатке в среде.
Для прокариот, метаболизм которых связан с соединениями серы, характерно отложение в клетках молекулярной серы. Сера накапливается, когда в среде содержится сероводород, и окисляется до сульфата, когда весь сероводород среды оказывается исчерпанным. Для аэробных тионовых бактерий, окисляющих H2S, сера служит источником энергии, а для анаэробных фотосинтезирующих серобактерий она является донором электронов.
Обращает внимание, что все запасные вещества представлены в виде высокомолекулярных полимерных молекул, в ряде случаев отграниченных от цитоплазмы белковой мембраной, т. е. находятся в осмотически неактивном состоянии. Это важно, так как в противном случае сосредоточение в цитоплазме большого числа молекул осмотически активных веществ оказало бы на клетку отрицательное действие.
Мак-Фарленд Д. Поведение животных. Этология и психобиология. М.: Мир. 1988.