Пищевые потребности микроорганизмов кратко

Обновлено: 30.06.2024

Типы питания и получения энергии микроорганизмами. Особенности обмена веществ у микробов. Характеристика хемотрофов и фототрофов. Транспорт питательных веществ в микроорганизмах. Зависимость развития бактерий от питания. Питательные потребности микробов.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	29.05.2016
Размер файла	24,9 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Содержание

1.Типы питания микроорганизмов

4. Транспорт питательных веществ

5. Полная классификация

6. Зависимость развития бактерий от питания

7. Питательные потребности организмов

Список использованных литературы

Актуальность темы данной работы состоит в том, что питание является одним из важнейших факторов поддержании жизнедеятельности микроорганизмов и поэтому значительный интерес представляет изучение типов питания микроорганизмов. Одним из основных показателей типов питания микроорганизмов является в том, что микроорганизмы делятся на две группы: автотрофов и гетеротрофов.

Микроорганизмы, как и все другие живые существа, нуждаются в пище. Пища поступает в их клетки из внешней среды. Пищей обычно называются вещества, которые, попав в живой организм, служат либо источником энергии для процессов жизнедеятельности, либо материалом для построения составных частей клетки.

Питание - это жизненно необходимый процесс для организма. В результате этого процесса микроорганизмы получают энергию, строительный материал для обновления (роста) организма, биологические активные питательные вещества.

Питание позволяет клеточным организмам восполнять запасы энергии и необходимых веществ, которые расходуются в процессе жизнедеятельности. Все типы питания, известные современной науке, присутствуют у микроорганизмов.

Целью данной работы: изучить типы питания и питательных потребностей микроорганизмов.

Исходя из этого, поставлены следующие задачи:

- изучить типов питания микроорганизмов

- изучить транспорт питательных веществ

- изучить питательных потребностей микроорганизмов

Объектом исследования является микробиология.

Предметом исследования является микроорганизмы.

1. Типы питания микроорганизмов

Широкому распространению микроорганизмов способствует разнообразие типов питания. Микроорганизмы нуждаются в углеводе, азоте, сере, фосфоре, калии и других элементах. В зависимости от источников углерода для питания бактерии делятся на аутотрофы (от греч. Autos - сам, trophe - пища), использующие для построения своих клеток диоксид углерода СО2 и другие неорганические соединения, и гетеротрофы (от греч. Heteros - другой, trophe - пища), питающиеся за счет готовых органических соединений. Аутотрофным бактериями являются нитрифицирующие бактерии, находящиеся в почве; серобактерии, обитающие в воде с сероводородом; железобактерии, живущие в воде с закисным железом, и др.

Гетеротрофы, утилизирующие органические остатки отмерших организмов в окружающей среде, называются сапрофитами. Гетеротрофы, вызывающие заболевание у человека и животных, относят к патогенным и условно-патогенным. Среди патогенных микроорганизмов встречаются облигатные и факультативные паразиты (parasites - нахлебник). Облигатные паразиты способны существовать только внутри клетки, например риккетсии, вирусы и некоторые простейшие.

В зависимости от окисляемого субстрата, называемого донором электронов или водорода, микроорганизмы делят на две группы. Микроорганизмы, использующие в качестве доноров водорода неорганические соединения, называют литотрофными (от греч. Lithos - камень), а микроорганизмы, использующие в качестве доноров водорода органические соединения, органотрофами.

Учитывая источник энергии, среди бактерий различают фототрофы, т. е. фотосинтезирующие (например, сине-зеленые водоросли, использующие энергию света), и хемотрофы, нуждающиеся в химических источниках энергии.

Все многообразие бактерий, существующих сейчас, можно свести к нескольким группам (табл. 1).

Табл. 1. Типы питания и получения энергии микроорганизмами

Прокариоты (водородные, нитрифицирующие и др. бактерии)

Прокариоты (водородные, метановые и др. бактерии)

Прокариоты (метилотрофы, окисляющие формиат)

Животные и многие прокариоты

Растения, цианобактерии, пурпурные и зеленые бактерии

Прокариоты (некоторые цианобактерии, пурпурные и зеленые бактерии)

Прокариоты (некоторые пурпурные бактерии)

Прокариоты (галобактерии, цианобактерии, пурпурные и зеленые бактерии)

Считается, что тип питания не жестко связан с конкретным видом, особенно это относится к фототрофным бактериям, которые днем используют внешний источник энергии -- свет, а ночью актуальным становится эндогенные запасные вещества разной природы. Что же касается типов питания, указанных в таблице 1, то фотоавтотрофы (фотолитоавтотрофы) представлены не только большой группой цианобактерий, но и водорослями, зелеными растениями, а также анаэробными пурпурными бактериями. Фотогетеротрофы представлены несерными пурпурными бактериями; хемоорганоавтотрофы используют несовместимую с центральным метаболизмом вещества, для них, как для пропионовокислых бактерий, характерна и гетеротрофная фиксация углекислого газа.

Хемоорганогетеротрофы представлены основной массой микробов-деструкторов (бактерий, грибов) и всеми животными. Хемолитоавтотрофы представлены тионовыми, нитрифицирующими бактериями и рядом других, использующих энергию окисления минеральных соединений для хемосинтеза. хемолитогетеротрофы наряду с хемосинтезом утилизируют ряд простых органических соединений.

Обмен веществ (метаболизм) разных живых организмов имеет сходные механизмы, но у микробов есть ряд особенностей:

1. Благодаря высокой интенсивности метаболизма вес перерабатываемых веществ в 30-40 раз больше веса самого микроорганизма.

2. В питании участвует вся поверхность клетки.

3. Пища перерабатывается выделяемыми ферментами снаружи, а внутрь клетки поступают образовавшиеся после этого более простые соединения.

4. Чрезвычайно высокая адаптация к изменяющиеся среде обитания.

2. Хемотрофы

Этот тип микробов использует энергию окислительно-восстановительных реакций. Это наиболее многочисленная группа бактерий, к которой кроме других относится большинство почвенных и болезнетворных микробов.

Суть процесса состоит в поэтапном окислении органических или неорганических веществ, сопровождающемся выделении энергии. Химические реакции могут быть двух видов: аэробными, то есть бескислородными. Процессы первого типа принято называть дыханием, а второго - брожением. Хемотрофы являются единственными живыми организмами Земли, которые не зависят от энергии света Солнца.

3. Фототрофы

К этой группе относятся бактерии, использующие для синтеза органики энергию света, которая преобразуется с помощью фотосинтетических пигментов. Такими пигментами могут быть:

В первом случае фотосинтез происходит с выделением или кислородным фотосинтезом. Он наблюдается у цианобактерий. Во втором случае используется пигмент, относящийся к хлорофиллам, но реагирующий на свет с другой длиной волны, который не могут поглощать ни растения, ни водоросли, ни цианобактерии. При этом выделение кислорода не происходит (аноксигенный или бескислородный фотосинтез). Примером могут служить пурпурные, зеленые и гелиобактерии.

Существует теория, что для фотосинтеза могут быть использованы и другие источники света. Так, обнаруженный в окрестностях подводного термального источника вид GSB1, относящийся к серобактериям, обитает на глубине более 2 км, куда не проникает солнечный свет. Предполагается, что бактериохлорофилл этого вида поглощает длинные световые волны термального источника.

4. Транспорт питательных веществ

Через клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану внутрь клетки прокариотов проникают только небольшие молекулы, поэтому белки, полисахариды и др. биополимеры в начале расщепляются экзоферментами до более простых соединений, которые транспортируются внутрь клетки.

Проникновение питательных веществ в клетку происходит с помощью различных механизмов.

1.Пассивная диффузия-вещества поступают в клетку за счет диффузии по градиенту концентрации, т. е. вследствие того, что концентрация вне клетки выше, чем внутри.

2.Облегченная диффузия-также совершается по градиенту концентрации, но с участием ферментов-переносчиков, так называемых пермеаз. Этот фермент присоединяет к себе молекулы вещества на внешней стороне цитоплазматической мембраны и отдает его на внутренний стороне в неизменном виде. Затем свободный переносчик перемещается снова к наружной стороне мембраны, где связывает новые молекулы вещества. При этом каждая пермеаза переносит какое-то определенное вещество.

Эти 2 механизма переноса не требуют энергетически затрат. Активный перенос происходит также с участием пермеаз, причем осуществляется против градиентов концентрации. Микробная клетка может накопить вещество в концентрации, в тысячи раз превышающих ее в внешней среде. Такой процесс требует затрат энергии, т.е. расходуется АТФ.

Транслокация радикалов-это четвертый механизм передачи веществ. Это активный перенос химически измененных молекул, с участием пермеаз. Например, такое простое вещество, как глюкоза, переносится в фосфорилированном виде. Выход веществ из бактериальной клетки происходит путем пассивной диффузии или путем облегченной диффузии с участием пермеаз.

5. Полная классификация

Сочетание признаков рассмотренных выше классификаций описывает все возможные типы питания:

1. Хемоорганоавтотрофы. Окисляют трудноусваиваемые вещества. Например, некоторые представители аминобактерий (Aminobacter), метилобактерий (Methylobacterium), флавобактерий (Flavobacterium), псевдомонад (Pseudomonas).

2. Хемоорганогетеротрофы. Большинство видов бактерий.

3. Хемолитоавтотрофы. Водородные, нитрифицирующие, серо-, железобактерии.

4. Хемолитогетеротрофы. Некоторые водородные бактерии.

5. Фотоорганоавтотрофы. Довольно редкий механизм питания, при котором окисляются неусваиваемые вещества. Встречается у некоторых пурпурных бактерий.

6. Фотоорганогетеротрофы. Часть пурпурных и цианобактерий.

7. Фотолитоавтотрофы. Некоторые зеленые, пурпурные и цианобактерии.

8. Фотолитогетеротрофы. Гелиобактерии, часть пурпурных, зеленых и цианобактерий.

Кроме того, часть бактерий относят к миксотрофному типу. Они могут одновременно использовать различные типы питания. Так, представитель родобактерий (Rhodobacteraceae) паракоккпантотропус (Paracoccus pantotrophus) обладает органогетеротрофным и литоавтотрофным типом питания. А цианобактерии не только синтезируют органику фототрофным путем, но и могут потреблять готовые органические вещества, разлагая их до неорганических.

6. Зависимость развития бактерий от питания

Рост и развитие бактерий напрямую зависят не только от внешних условий среды, но во многом и от питания. Обычно это происходит по следующей схеме:

1. При попадании микробов в питательную среду происходит их адаптация к пище и рост клеток. Популяция не увеличивается.

2. Резкий рост численности популяции за счет деления клеток.

3. Баланс между количеством новых и погибших клеток - относительная стабильность популяции.

4. Сокращение численности бактерий по мере обеднения среды и накопления в ней продуктов обмена.

Если на третьей стадии обеспечивать постоянное пополнение питательных веществ и отвод продуктов метаболизма, то получится так называемая непрерывная культура. Ее широко используют в микробиологии.

питание микроорганизм развитие

7. Питательные потребности микроорганизмов

Химический состав клеток микроорганизмов в основном такой же, как у высших растений, животных и человека. Некоторые отличия лишь в составе метаболитов.

Все элементы, входящие в клетки микробов, можно разделить на несколько групп: органогенные -- C, O, H, N; макроэлементы -- S, P, K, Na, Mg, Cf; микроэлементы -- Fe, Co, Mn, Mo, Zn и др. Значение многих элементов в жизни организмов универсально. Из углерода, водорода, кислорода и азота построены основные органические молекулы, сера входит в состав некоторых аминокислот, биотина (витамин Н), фосфор -- в состав нуклеиновых кислот, АТФ и т. П., магний -- в состав хлорофиллов, железо участвует в процессе дыхания. Однако только у микроорганизмов сера может накапливаться в значительных количествах как запасное вещество клетки (донор электронов серобактерий); медь вместо железа может выполнять роль переносчика электронов на уровне цитохромов у некоторых бактерий, никель в составе уреазы -- разрушать мочевину, а мобилен в составе нитрогеназы -- фиксировать атмосферный азот.

Перечень уникальности или универсальности отдельных элементов можно продолжить,но это уже сделано в специальных трудах, посвященных физиологии микроорганизмов. Укажем на основные классы органисеких веществ, входящих в клетки микробов: углеводы, спирты, органические кислоты, альдегиды, аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты (ДНК, иРНК, рРНК, тРНК), липиды и ряд других веществ, находящихся в летке в моно-, олиго- или полимерном состояниии выполняющих самые различные функции: структурные, транспортные, каталитические, биосинтетические, энергосберегающие, защитные и т. д.

Микробная клетка не всегда способна синтезировать все необходимые ей молекулы, поэтому нуждается в так называемых факторах роста (витамины, азотистые основания, аминокислоты, углеводы и др.), которые должны присутствовать в окружающей среде. Такие организмы называются ауксотрофами, в отличие от прототрофов, не нуждающихся в факторах роста. Роль воды в микробных клетках сводится к растворению многих минеральных и органических соединений, гидролизу полимерных субстратов (крахмала, клетчатки, белков и др.), формированию коллоидных структур, участию в процессе бактериального фотосинтеза, поддержанию осмотического давления. Содержание воды в вегетативных клетках колеблется в пределах 75-95% и резко снижается в составе спор, грибных склероциев, при переходе организмов в анабиоз.

Заключение

Только два типа питания и получения энергии из указанных выше получили прогрессивное развитие: представители царства Planta (растения) относятся к фотоавтотрофам, царства Mycota (грибы) и Animalia (животные) -- к хемоорганогетеротрофам. Источники энергии и углерода в процессе эволюции существенно повлияли на строение и образ жизни организмов с разным типом питания, например растения и животные. Обширная крона растений приспособлена для фиксации углекислого газа атмосферы и поглощения солнечной радиации, а необходимость использования органических веществ от простых, легкорастворимых до сложных полимерных субстратов отражена в механизмах диффузии или активного транспорта их через оболочки клетки у грибов и в развитии сложной пищеварительной системы у животных.

Большинство известных бактерий относится к гетеротрофам, среди них есть аэробные и анаэробные формы. Интересен вопрос, насколько эффективно органическое вещество используются этими организмами с точки зрения получения энергии при его окислении и в каком направлении шла эволюция биоэнергетических процессов? Ответ на этот вопрос можно найти только в мире микроорганизмов, точнее бактерий, поскольку это самые древние клеточные организмы нашей планеты. Среди бактерий встречаются самые разнообразные типы питания и получения энергии. Варьируя условия культивирования прокариот, ученые доказали возможность существования бактерий в разнообразных экологических нишах, которые никогда не будут заняты другими формами жизни. Именно поэтому для выяснения своеобразия этих экониш сначала необходимо понять механизмы биологического окисления.

Список использованной литературы

2. Н.А. Белясова/ Микробиология: учебник: -М.: Высшая шк., 2012.- 443с.

3. А.Л. Брюханов, К. В. Рыбак/ Молекулярная микробиология: Учебник для вузов: -М.: МГУ, 2012 -480с.

4. Р.Г. Госманов/ Микробиология: Учебное пособие: -СПб.: Лань, 2011. - 496с.

5. Д.М. Джей/ Современная пищевая микробиология -М.: БИНОМ. ЛЗ, 2012. - 886с.

Подобные документы

Общие понятия об обмене веществ и энергии. Анализ потребностей прокариот в питательных веществах. Типы метаболизма микроорганизмов. Сравнительная характеристика энергетического метаболизма фототрофов, хемотрофов, хемоорганотрофов и хемолитоавтотрофов.

курсовая работа [424,3 K], добавлен 04.02.2010

Типы дыхания микроорганизмов. Транспорт электронов при дыхании и различных типах анаэробного способа получения энергии. Наиболее доступные источники углерода для бактерий. Механизм поступления питательных веществ. Использование неорганического азота.

реферат [799,3 K], добавлен 26.12.2013

Химический состав бактериальной клетки: вода, белки, жиры, углеводы и минералы. Основные типы питания. Механизмы обмена веществ, ферменты. Дыхание: аэробы и анаэробы; редокс-потенциал. Рост и размножение, репликация ДНК. Некультивируемые формы бактерий.

презентация [2,4 M], добавлен 03.04.2012

Питание бактерий. Способы поступления питательных веществ в клетку. Классификация бактерий по типам питания, источникам энергии и электронам. Пропионовокислое брожение, его основные участники, их характеристика, использование в народном хозяйстве.

контрольная работа [28,8 K], добавлен 29.11.2010

Химический состав бактериальной клетки. Особенности питания бактерий. Механизмы транспорта веществ в бактериальную клетку. Типы биологического окисления у микроорганизмов. Репродукция и культивирование вирусов. Принципы систематики микроорганизмов.

Основную часть микробной клетки составляет вода (80-90% общей массы). В состав клеток микроорганизмов входят следующие элементы (% массы сухого вещества): углерод - 50; кислород - 20; азот - 14; водород - 8; фосфор - 3; сера - 1; калий - 1; натрий - 1; кальций - 0,5; магний - 0,5; хлор - 0,5; железо - 0,2; другие элементы - 0,3. В очень небольших количествах в состав клетки входят микроэлементы цинк, медь, кобальт, стронций, марганец и др.

Для биосинтеза основных макромолекул клетки, из которых формируются клеточная стенка, мембраны, нуклеоид, цитоплазма и другие компоненты, микроорганизмы должны получать все эти элементы в составе источников питания.

Помимо питательных элементов, используемых для построения структурных частей клетки, микроорганизмы нуждаются в постоянном источнике энергии, которая расходуется на биосинтез, транспорт веществ и другие жизненные процессы в клетке.

Углерод. Наибольшее значение для питания микроорганизмов имеет углерод, составляющий в сухом веществе клеток около 50%. Потребности различных микроорганизмов в источниках углерода весьма разнообразны. Фотосинтезирующие организмы, использующие энергию солнечного света, и бактерии, получающие энергию при окислении неорганических веществ, потребляют наиболее окисленную форму углерода (СО₂) как единственный или главный источник углерода. Превращение СО₂ в органические соединения клетки представляет собой восстановительный процесс, который идет со значительным потреблением энергии. Поэтому большую часть энергии, получаемой от солнечного света или от окисления восстановленных неорганических соединений, данные физиологические группы микроорганизмов расходуют на восстановление СО₂ до уровня органического вещества.

Другие организмы получают углерод главным образом из органических веществ, а необходимую энергию - при окислении этих соединений. Следовательно, органические вещества служат одновременно и источником углерода, и источником энергии.

Питательная ценность органических источников углерода зависит от строения их молекул. Для большинства микроорганизмов лучший источник углерода — органические соединения, содержащие частично окисленные атомы углерода (группы -СНОН, -СН₂ОН, -СОН). Отсюда можно сделать вывод о высокой питательной ценности веществ, содержащих спиртовые группы.

Значительно хуже ассимилируются вещества с большим количеством полностью восстановленных атомов углерода (радикалы -СН₃ и =СН₂). К числу соединений, содержащих метиловые и метиленовые радикалы, относятся газообразные углеводороды, парафин, высшие жирные кислоты и т. д. Почти совсем не усваиваются органические соединения, содержащие углерод только в форме карбоксила (-СООН), например щавелевая кислота.

Считают, что питательная ценность органических соединений связана с легкостью их перехода в углеводы или близкие к ним соединения, которые затем превращаются в вещества с тремя атомами углерода (пируват). Усвояемость органических соединений зависит не только от их растворимости и степени окисленности атомов углерода, но и от пространственной конфигурации молекул. Большинство активных компонентов клетки микроорганизма - соединения оптически деятельные, причем клетка обычно усваивает только определенные оптические изомеры, например сахара, относящиеся к D-ряду, аминокислоты - к L-ряду. Очень немногие микроорганизмы обладают ферментами, превращающими один оптический изомер в другой.

Поглощенные микробной клеткой органические вещества вовлекаются в сопряженные окислительно-восстановительные процессы. Часть атомов углерода окисляется до соединений с группами -СО и -СООН, которые затем преобразуются в СО₂, другая часть, восстановившись до групп -СН₃, =СН₂ и =СН, входит в состав аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований, высших жирных кислот и т. п.

Микроорганизмы значительно различаются по способности усваивать разные соединения углерода и синтезировать из них составные части клетки. Некоторые виды удивительно всеядны. Однако известно и множество различных специализированных микроорганизмов, которые нуждаются в определенных соединениях. Существуют вилы, использующие для питания нефть, газообразные водороды, парафины. Резина, гудрон, капрон и другие синтетические материалы и даже пестициды после попадания в почву начинают разлагаться при участии микроорганизмов. Практически не существует органических соединений, которые не усваивались бы микроорганизмами.

Специфичность набора органических соединений, свойственная каждому виду микроорганизмов, используется для физиологической характеристики вида и для классификации микроорганизмов.

Ряд микроорганизмов, использующих углерод органических соединений, нуждаются и в диоксиде углерода как в питательном веществе, однако в очень небольших количествах, так как он потребляется лишь в некоторых биосинтетических реакциях. Поскольку СО₂ нормально продуцируется большинством микроорганизмов, использующих органические вещества, их биосинтетические потребности могут удовлетворяться в процессе метаболизма. Тем не менее полное удаление СО₂ из среды, в которой культивируют микроорганизмы, часто задерживает или прекращает их рост. Некоторым бактериям и грибам для роста необходима довольно высокая концентрация СО₂ в атмосфере (5-10%).

Азот. Микроорганизмы нуждаются в источниках азотного питания. Азот служит материалом для образования аминных (NH₂) и иминных (NH) групп в молекулах аминокислот, пуринов и пиримидинов, нуклеиновых кислот и других веществ клетки. Самый доступный источник азота для многих микроорганизмов - ионы аммония (NH₄ + ) и аммиак (NH₃), достаточно быстро проникающие в клетку и трансформирующиеся в амино- и иминогруппы.

Аммонийные соли органических кислот предпочтительнее для питания микроорганизмов, чем минеральные аммонийные соли, поскольку последние являются физиологически кислыми, и при потреблении NH₃ в среде накапливаются анионы неорганических кислот (SO₄ 2- , НРО₄ 2- , Сl - ), что влечет за собой сильное снижение рН среды.

Соли азотной кислоты в отличие от минеральных аммонийных солей не являются физиологически кислыми. После потребления NО₃ - микроорганизмами остаются ионы металлов (К + , Mg 2+ , Na + ), что способствует подщелачиванию среды. Не все микроорганизмы могут восстанавливать окисленные соединения азота и потреблять нитраты или нитриты. В целом большинство микроорганизмов способны использовать минеральные соединения азота.

Существуют виды, способные усваивать молекулярный азот воздуха и строить из него необходимые компоненты клетки. Эти виды имеют большое значение в обогащении пахотного слоя связанными соединениями азота. Известно большое число групп микроорганизмов (бактерий и цианобактерий), способных к азотфиксации.

Усвояемость органических источников азота весьма различна. Белки, представляющие собой высокомолекулярные соединения, не проникают в клетку. Поэтому белками могут питаться только микроорганизмы, выделяющие в среду экзоферменты, расщепляющие молекулы белков до пептидов и аминокислот. Указанными свойствами обладают многие микроорганизмы.

Обычно микроорганизмам, использующим только органические соединения азота, например аминокислоты, требуется определенный набор этих веществ. Высокая чувствительность подобных организмов к присутствию в среде некоторых аминокислот позволила разработать микробиологический метод их качественного и количественного определения.

Сера. Как и азот, сера - необходимый компонент клеточного материала всех организмов, в которых она встречается главным образом в восстановленной форме (сульфидная группа). Зеленые растения ассимилируют соединения серы в окисленном состоянии в виде сульфатов и восстанавливают их для включения в биосинтез.

Большинство микроорганизмов может использовать сульфаты как питательное вещество, но существуют бактерии, нуждающиеся для биосинтеза в источниках восстановленной серы.

Источником серы для них могут служить неорганические сульфиды, тиосульфаты и содержащие серу органические соединения.

Другие элементы питания микроорганизмов. Наряду с углеродом, азотом и серой микроорганизмы используют отельные количества калия и фосфора, небольшие - натрия, магния, кальция, железа. Фосфор входит в состав ряда важных органических соединений клетки (нуклеиновые кислоты, фосфолипиды, коферменты и др.). Ряд органических соединений фосфора (АТФ и АДФ) используются в живых организмах как аккумуляторы энергии, высвобождающейся в ходе окислительных процессов. Без фосфора микроорганизмы не развиваются. В отличие от азота и серы фосфор встречается в составе органических веществ только в окисленном состоянии (Н₃РО₄). Он никогда не вступает в прямое соединение углеродом, только по типу эфирной связи через кислородный мостик (-О-). Фосфор поступает в клетки микроорганизмов в виде молекулы фосфорной кислоты, в неизменной форме участвует в различных биохимических превращениях. Наилучший источник фосфора - соли ортофосфорной кислоты.

Калий играет существенную роль в углеводном обмене микроорганизмов и синтезе клеточного вещества.

Магний входит в состав бактериохлорофилла у зеленых и пурпурных бактерий, хлорофилла у цианобактерий, а также служит активатором ряда ферментов. Этот элемент находится в клетке главным образом в ионном состоянии или в составе нестойких органических соединений. Источником калия и магния могут быть их соли.

Кальций также необходим для роста бактерий (например, Azotobacter, Clostridium pasteurianum и др.). Источником кальция служат его водорастворимые соли.

К числу незаменимых питательных элементов, хотя и требующихся микроорганизмам в небольших количествах, относится железо. Оно входит в составе особой органической группировки (гема) в коферменты некоторых важных ферментов (например, цитохромов), участвующих в дыхании микроорганизмов. Источником железа могут быть сульфаты и другие его соли.

Микроорганизмам необходимы также микроэлементы, которые потребляются в малых количествах, но без них невозможно осуществление важнейших жизненных функций. Они входят в состав ферментов. Например, медь входит в состав порфиринов, участвующих в переносе кислорода в процессах дыхания, молибден - в состав фермента нитрогеназы, осуществляющей фиксацию азота из атмосферы.

Кроме источников основных питательных веществ (органогенные элементы, зольные и микроэлементы), многие микроорганизмы нуждаются в специфических соединениях, которые регулируют рост и называются факторами роста. К ним относят витамины и витаминоподобные вещества, пурины и пиримидины, аминокислоты и ряд других соединений. Не обнаруживающие потребности в факторах роста микроорганизмы называются прототрофами, нуждающиеся в том или ином ростовом веществе - ауксотрофами.

Типы питания

В соответствии с принятой сейчас классификацией микроорганизмы по типу питания разделяют на ряд групп в зависимости от источников энергии и углерода. Так, выделяют фототрофов, использующих энергию солнечного света, и хемотрофов, энергетическим материалом для которых служат разнообразные органические и неорганические вещества.

Таким образом, по способу получения энергии и углерода микроорганизмы можно подразделить на фотоавтотрофы, фотогетеротрофы, хемоавтотрофы и хемогетеротрофы. Внутри группы в зависимости от природы окисляемого субстрата, называемого донором электронов (Н-донором), в свою очередь, выделяют органотрофов, окисляющих органические вещества, и литотрофов (от греч. lithos -камень), окисляющих неорганические вещества. Поэтому в зависимости от используемого микроорганизмами источника энергии и донора электронов следует различать фотоорганотрофы, фото-литотрофы, хемоорганотрофы и хемолитотрофы. Таким образом, выделяют восемь возможных типов питания (табл. 1).

Каждый тип питания характерен для большего или меньшего числа микроорганизмов. Ниже приведено описание наиболее распространенных типов питания и дан краткий перечень микроорганизмов, их осуществляющих.

Таблица - 1 Возможные типы питания микроорганизмов

(по: Е.Н. Кондратьева, 1996)

Источник энергии	Окисляемый субстрат (донор водорода)	Источник углерода
органические соединения	диоксид углерода
Свет	Органические соединения	Фотоорганогетеротрофия	Фотоорганоавтотрофия
То же	Неорганические соединения	Фотолитогетеротрофия	Фотолитоавтотрофия
Органическое соединение	Органическое соединение	Хемоорганогетеротрофия	Хемоорганоавтотрофия
Неорганические соединения	Неорганические соединения	Хемолитогетеротрофия	Хемолитоавтотрофия

Фотолитоавтотрофия. Это тип питания, характерный для микроорганизмов, использующих энергию света для синтеза веществ клетки из СО₂ и окисляющих при фотосинтезе неорганические соединения (Н₂О, H₂S, S°). К данной группе относят цианобактерии, пурпурные серные бактерии и зеленые серные бактерии.

Цианобактерии, как и зеленые растения, восстанавливают СО₂ до органического вещества, используя в качестве донора электронов воду:

*Символом (СН2О) в приводимых уравнениях обозначено органическое вещество, уровень восстановленности которого соответствует углеводам.

Пурпурные серные бактерии (сем. Chromatiaceae) содержат бактериохлорофиллы а и b, обусловливающие способность данных микроорганизмов к фотосинтезу, и различные каротиноидные пигменты. Для восстановления СО₂ в органическое вещество бактерии данной группы используют как донор электронов H2S. При этом в цитоплазме накапливаются гранулы серы, которая затем окисляется до серной кислоты:

Многие пурпурные серные бактерии являются облигатными анаэробами.

Зеленые серные бактерии (сем. Chlorobiaceae) содержат зеленые бактериохлорофиллы с, d, в небольшом количестве - бактериохлорофилл а, а также различные каротиноиды. Они являются строгими анаэробами, как пурпурные серные бактерии способны окислять в процессе фотосинтеза сероводород, сульфид, сульфит, тиосульфат, серу, в большинстве случаев до SO₄ 2- .

Фотоорганогетеротрофия. Это тип питания, характерный для микроорганизмов, которые получают энергию в процессе фотосинтеза, а в качестве доноров электронов могут использовать простые органические соединения, например органические кислоты, спирты. Такой тип питания характерен для пурпурных несерных бактерий.

Пурпурные несерные бактерии (сем. Rhodospirillaceae) содержат бактериохлорофиллы а и b, а также различные каротиноиды.

Большинство этих бактерий не способны окислять сероводород и серу.

Хемолитоавтотрофия. Это тип питания, характерный для микроорганизмов, получающих энергию при окислении неорганических соединений, таких, как Н₂, NH₄ + , NO₂ - , Fe 2+ , H₂S, S 0 , S0₃ 2- , S₂О₃ 2- , CO и др. Углерод для построения всех компонентов клеток хемолитоавтотрофы получают из диоксида углерода. Такой тип питания также называют хемосинтезом.

Явление хемосинтеза у микроорганизмов (железобактерий и нитрифицирующих бактерий) было открыто в 1887-1890 гг. известным русским микробиологом С. Н. Виноградским. Хемолитоавтотрофию осуществляют нитрифицирующие бактерии (окисляющие аммиак или нитриты), серные бактерии (окисляющие сероводород, элементарную серу и некоторые другие неорганические соединения серы), водородные бактерии (окисляющие водород до воды), железобактерии (способные окислять соединения двухвалентного железа) и т. д.

Представление о количестве энергии, получаемой при процессах хемолитоавтотрофии, вызываемых указанными бактериями, дают следующие реакции:

HNO₂ + 0,5 О2 → HNO₃ + 0,7 • 10 5 Дж

Хемоорганогетеротрофия. Это тип питания, характерный для микроорганизмов, получающих необходимую энергию и углерод из органических соединений. Среди данных микроорганизмов известны многие аэробные и анаэробные виды, обитающие в почвах и других субстратах.

Среди хемоорганогетеротрофов выделяют сапротрофов, живущих за счет разложения мертвых органических материалов, и паразитов, питающихся в тканях живых организмов. В последнем случае имеются в виду паратрофия и паратрофы, т. е. облигатные внутриклеточные паразиты, которые вне клетки хозяина развиваться не могут (риккетсии и др.).

Считают, что в живом мире наиболее широко распространены два типа питания — фотолитоавтотрофия и хемоорганогетеротрофия. Первый тип питания характерен для высших растений, водорослей и ряда бактерий, второй - для животных, грибов и многих микроорганизмов. Остальные типы питания встречаются лишь у отдельных групп бактерий, живущих в особых, специфичных условиях среды.

Установлена способность многих микроорганизмов переходить с одного типа питания на другой. Например, водородокисляющие бактерии при наличии О₂ на средах с углеводами или органическими кислотами способны переключаться с хемолитоавтотрофии на хемоорганогетеротрофию. Поэтому их называют факультативными хемолшпоавтотрофами. Микроорганизмы, неспособные расти в отсутствие специфичных неорганических доноров электронов (например, нитрифицирующие и некоторые другие бактерии), называют облигатньши хемолитоавтотрофами.

У микроорганизмов наблюдается так называемая миксотрофия. Это тип питания, при котором микроорганизм - миксотроф - одновременно использует различные возможности питания, например сразу окисляя органические и минеральные соединения, или источником углерода для него одновременно могут служить диоксид I углерода и органическое вещество и т. д.

В природе широко распространены микроорганизмы, источниками энергии и углерода для которых служат одноуглеродные соединения (метан, метанол, формиат, метиламин и др.). Данные микроорганизмы называют С₁-использующими формами, или метилотрофами, а тип их питания - метилотрофией. В группе метилотрофных бактерий выделяют облигатные и факультативные виды.

Первые способны расти в результате использования только одноуглеродных соединений, вторые - и на средах с другими веществами. Среди метилотрофов есть микроорганизмы разных систематических групп.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие способы питания характерны для микроорганизмов?

3. Какие источники углерода присущи автотрофам и какие — гетеротрофам?

4. На какие группы делят микроорганизмы в зависимости от источника используемой ими энергии?

Чтобы бактерии могли осуществлять нормальные процессы жизнедеятельности, им нужны определенные химические вещества. Среди них — калий, фосфор, углевод, азот, сера и др. Поэтому тема питания бактерий в микробиологии крайне важна.

Тип питания бактерий зависит от источника получения ими углерода. Бактерии по типу питания делятся на:

автотрофы. Такие микроорганизмы используют для образования органических соединений, которые потом послужат основой для строения тела, диоксид углерода и прочие неорганические вещества. Среди таких неорганических веществ можно назвать серобактерии, нитрифицирующие бактерии, железобактерии и др;
гетеротрофы. Это группа микроорганизмов, которые употребляют в пищу уже готовые органические вещества. В группе гетеротрофов выделяют сапрофитов (организмы, которые утилизируют остатки отмерших организмов) и паразитов (организмы, которые питаются за счет организма своего хозяина).

Еще одна классификации бактерий по типу питания основана на виде окисляемого субстрата, который является донором водорода или электронов. Выделяют:

литотрофные микроорганизмы. В качестве доноров водорода они используют неорганические соединения;
органотрофные микроорганизмы. В качестве доноров водорода они используют органические соединения.

Также деление бактерий по способам питания зависит от источника энергии. Выделяют:

фототрофы. К ним относят фотосинтезирующие организмы.
хемотрофы. К ним относят организмы, которые используют химические источники энергии.

Факторы роста

Микроорганизмы нуждаются в дополнительных компонентах, чтобы они могли расти на питательных средах. Такие компоненты называются факторами роста.

Факторы роста — соединения, которые нужны микроорганизмам для роста, и которые они не могут самостоятельно вырабатывать.

Факторы роста добавляются в питательные среды.

Соединения, относящиеся к факторам роста:

аминокислоты, участвующие в построении белков;
пиримидины и пурины, образующие нуклеиновые кислоты;
витамины, входящие в состав отдельных ферментов.

В зависимости от того, как микроорганизмы относятся к факторам роста, они делятся на прототрофы и ауксотрофы:

Ауксотрофы нуждаются в одном или нескольких факторах роста.

Прототрофы синтезируют необходимые для роста соединения самостоятельно. Их особенность в том, что они способны создавать компоненты из солей глюкозы и аммония.

Механизмы питания бактерий

Есть целый ряд факторов, обуславливающих поступление веществ в бактериальную клетку. Это:

pH среда;
растворимость молекул в воде или липидах;
концентрация веществ;
различные факторы, которые влияют на проницаемость мембран и др.

Цитоплазматическая мембрана — основной регулятор поступления в клетку различных соединений.

Существуют (условно) 4 механизма поступления в клетку веществ:

Простая диффузия. Вещества перемещаются за счет того, что существует разница концентраций по разным сторонам ЦМП. В процессе такого транспорта не тратится энергия. Органические молекулы и медицинские препараты в большинстве случаев проходят через липидный слой цитоплазматической мембраны. В отдельных случаях они проходят по каналам ЦМП, которые заполнены водой.
Облегченная диффузия. В этом случае вещества также перемещаются за счет разницы концентраций по разным сторонам ЦМП. Такое перемещение возможно только в том случае, если есть специфические молекулы-переносчики, которые находятся в ЦМП. Каждый такой переносчик может перемещать через мембрану конкретное вещество.

К примеру, пермеазы выступают как белки-переносчики. Пермеазы синтезируются в цитоплазматической мембране.

Активный транспорт. Он протекает при участии пермеаз — в направлении от веществ с меньшей концентрацией к веществам с большей концентрацией. В процессе расходуется АТФ, образованная в результате окислительно-восстановительных процессов в клетке.
Транслокация или перенос групп. Этот процесс похож на предыдущий, но отличается тем, что в процессе переноса молекула видоизменяется (например, фосфорилируется). Выход веществ из клетки осуществляется в результате диффузии с участием транспортных систем.

Мы рассмотрели типы и механизмы питания бактерий. Теперь обратимся к ферментам.

Ферменты бактерий

Ферменты — белковые соединения, которые принимают участие в таких процессах как анаболизм и катаболизм, а также распознают нужные субстраты, взаимодействуют с ними и ускоряют химические процессы.

Выделяют эндоферменты — они катализируют метаболизм, который протекает внутри клетки.

Есть еще экзоферменты — это ферменты, выделяемые бактериальной клеткой в окружающую среду. Они расщепляют макромолекулы питательных сред до простых веществ, которые клетка легко усваивает.

Отдельные экзоферменты, к примеру, пенициллиназа, инактивируют антибиотики, выполняя тем самым защитную функцию.

Конститутивные ферменты синтезируются клеткой непрерывно. Этот процесс не зависит от наличия субстратов в питательной среде.

Индуцибельные или адаптивные ферменты могут синтезироваться клеткой только в том случае, если в среде есть субстрат этого фермента.

Ферменты агрессии призваны разрушать клетки и ткани. Благодаря этому бактерии и их токсины получают возможность широкого распространения. К таким ферментам относятся коллагеназа, дезоксирибонуклеаза, гиалуронидаза, лецитовителлаза, нейраминидаза и др.

Большинство микроорганизмов - одноклеточные существа. Их делят на тех у которых имеется ядро (эукариоты) и на микроорганизмы с примитивным ядерным аппаратом, т.е. доядерным организмом (прокариоты).
Все микроорганизмы, как и все другие живые существа нуждаются в пище, которая поступает в их клетки из окружающей среды. Пищей обычно называют вещества, которые, попав в живой организм, служат либо источником энергии, либо материалом для построения составных частей клетки.

Содержание

Введение
1. Способы питания
2. Транспорт питательных веществ
3. Пищевые потребности микроорганизмов
4.Типы питания
Заключение
Список литературы

Вложенные файлы: 1 файл

питание микроорганизмов.docx

1. Способы питания

2. Транспорт питательных веществ

3. Пищевые потребности микроорганизмов

Все микроорганизмы, как и все другие живые существа нуждаются в пище, которая поступает в их клетки из окружающей среды. Пищей обычно называют вещества, которые, попав в живой организм, служат либо источником энергии, либо материалом для построения составных частей клетки.

Потребность в питательных веществах микроорганизмы могут удовлетворять непосредственно усваивая их или предварительно преобразуя в доступную форму.

Существуют два способа питания живых существ - голозойный и голофитный.

При голозойном способе питания живой организм захватывает или заглатывает плотные частицы пищи, которая затем переваривается в пищеварительном тракте. Указанный тип питания характерен для животных - от простейших до высших.

При голофитном способе питания живые существа, не имеющие специальных органов для заглатывания и пищеварения, используют питательные вещества, всасывая их в виде относительно небольших молекул из водного раствора. Данный способ питания свойственен растениям и микроорганизмам.

Полимерные органические соединения (полисахариды, белки и др.) микроорганизмы не могут поглощать и использовать непосредственно в обмене веществ клетки. Такие вещества должны быть вначале расщеплены на простые соединения, для которых клеточная мембрана проницаемы. Крупные молекулы расщепляются экзоферментами, экскретируемыми клетками микроорганизмов в среду. Такое внешнее или внеклеточное переваривание свойственно только микроорганизмам.

Поступление воды и растворенных в ней питательных веществ из окружающей среды внутрь микробной клетки, а так же выход продуктов обмена происходит через клеточную стенку, капсулу и слизистые слои. Капсула и слизистые слои представляют собой достаточно рыхлые образования и, возможно, не оказывают значительного влияния на транспорт веществ, тогда как клеточная стенка служит существенным барьером для поступления питательных соединений в клетку.

Активную роль в поступлении в клетку питательных веществ играет цитоплазматическая мембрана. Чтобы обеспечить нормальную жизнедеятельность микроорганизма, последняя должна быть проницаемой для питательных веществ и кислорода, поступающих в клетку, а так же для продуктов обмена, выходящих наружу.

Поступление воды и растворенных в ней веществ через цитоплазматическую мембрану - активный процесс. Заключается в том, что живая микробная клетка никогда не находится в равновесии с веществами окружающей среды, проходящими через её мембрану.

Транспорт питательных веществ

Выделяют несколько типов транспортных систем, при помощи которых вещества из окружающей среды походят через цитоплазматическую мембрану: пассивную диффузию, облегченную диффузию, активный транспорт и перенос групп (радикалов). Причем два из них (пассивная и облегченная диффузия) обеспечивают только транспорт веществ, но не накопление веществ в микробной клетке, в то время как активный транспорт способствует аккумуляции веществ внутри клетки.

При пассивной диффузии транспорт веществ происходит через цитоплазматическую мембрану под действием разности концентраций (для электролитов) или разности электрических потенциалов (для ионов) по обе стороны мембраны. Экспериментами показано, что за исключением воды, только кислород и некоторые ионы проходят через цитоплазматическую мембрану в результате пассивной диффузии. Скорость такого переноса веществ весьма незначительна. Определенное значение пассивная диффузия приобретает при нарушении жизнедеятельности бактериальной клетки.

Транспорт большинства растворенных веществ осуществляется через мембрану при действии специальных механизмов переноса. Для этого служат молекулы-переносчики, циркулирующие между внутренним и внешним пограничными слоями цитоплазматической мембраны. Такие связанные с цитоплазматической мембраной переносчики, представляющие собой субстратспецифичные связывающие белки, называют пермезами или транслоказами.

У многих микроорганизмов сахара, фруктоза, глюкоза транспортируются в клетку при помощи фосфотрансферазной системы переноса групп (радикалов). Данный процесс отличается от активного транспорта тем, что субстрат попадает внутрь бактериальной клетки в химически модифицированной форме - чаще в виде фосфатного эфира. Движущая сила рассматриваемого процесса состоит в том, что внутри цитоплазматической мембраны сахар связывается в результате реакции с фосфорилированным ферментом, образующийся итоге фосфорный эфир освобождается и поступает в цитоплазму.

Таким образом, удовлетворение пищевых потребностей микроорганизмов зависит не только от внутреннего комплекса ферментов, необходимого для утилизации определенных соединений, но и от действия специфических транспортных механизмов.
Пищевые потребности микроорганизмов

В состав клеток микроорганизмов входят следующие элементы:

Сера, калий, натрий - по 1%

Кальций, магний, хлор - по 0,5%

Другие элементы - 0,3%.

Помимо питательных элементов, используемых для построения структурных частей клетки, микроорганизмы нуждаются в постоянном источнике энергии, которая расходуется на биосинтез, транспорт веществ, и другие жизненные процессы в клетке.

Наибольшее значение для микроорганизмов имеет углерод, составляющий в сухом веществе клетки 50%. потребности у микроорганизмов в источнике углерода весьма различны. Фотосинтезирующие организмы использующие энергию солнечного света и бактерии, получающие энергию при окислении неорганических веществ, потребляют наиболее окисленную форму углерода СО₂ как единственный или главный источник углерода. Большую часть энергии получаемой от солнечного света или от окисления восстановленных органических соединений, данные физиологические группы микроорганизмов расходуют на восстановление СО₂ до уровня органического вещества. Органические вещества служат одновременно и источником углерода, и источником энергии. Питательная ценность органических источников углерода зависит от строения их молекул. Усвояемость органических соединений зависит не только от их растворимости и степени окисленности атомов углерода, но и от пространственной конфигурации молекул. Микроорганизмы значительно различаются по способности усваивать разные соединения углерода и синтезировать из них составные части клетки. Некоторые виды удивительно всеядны. Но есть микроорганизмы, нуждающиеся в определенных соединениях.

Микроорганизмы нуждаются в источнике азотного питания. Он служит материалом для образования аминных и иминных групп в молекулах аминокислот, пуринов и пиримидинов, нуклеиновых кислот и других соединений. Самый доступный источник азота – это ионы аммония и аммиака, они достаточно быстро проникают в клетку. Усвояемость органических источников азота весьма различна белками могут питаться только микроорганизмы, выделяющие в среду экзоферменты, расщепляющие молекулу белков до пептидов и аминокислот.

Сера – необходимый компонент клеточного материала всех организмов, в которых она встречается главным образом в восстановленной форме. Большинство микроорганизмов могут использовать сульфаты как питательное вещество, но существуют бактерии, нуждающиеся для биосинтеза в источнике восстановленной серы. Этим источником могут служить неорганические сульфиды, тиосульфаты и содержащие суру органические соединения.

Микроорганизмы, которые используют энергию солнечного света называют Фототрофами.

Хемотрофы – это микроорганизмы, которые в качестве энергетического материала используют разнообразные органические и неорганические соединения.

В зависимости от того в какой форме микроорганизмы получают из окружающей среды углерод, их подразделяют на две группы.

- автотрофные – используют в качестве единственного источника углерода диоксид углероды.

- гетеротрофные – получают углерод в составе довольно сложных восстановленных органических соединений.

В зависимости от природы окисляемого субстрата выделяют:

- органотрофов – окисляющие органические вещества

- лифотрофов – окисляющие неорганические вещества.

Все микроорганизмы нуждаются в пище, которая поступает в их клетки из окружающей среды. Пищей обычно называют вещества, которые, попав в живой организм, служат либо источником энергии, либо материалом для построения составных частей клетки.

Микроорганизмы различаются по способу питания, у них у каждого свои потребности в химических элементах, и различные способы транспорта питательных веществ в клетку.

Читайте также: