Питание микроорганизмов микробиология кратко

Обновлено: 02.07.2024

Питание — процесс поступления в организм химических веществ, содержащих пластический материал и энергию.

Для роста микроорганизмов необходимы:

вода — обязательный химический компонент клеток бактерий. В вегетативных клетках она составляет около 80 % биомассы, в спорах — 18–20 %. Основная часть воды находится в свободном состоянии. Кроме свободной, имеется ионная фракция воды и вода, связанная с коллоидными веществами;

питательные вещества — растворенные в воде соединения, из которых микроорганизмы строят свои клетки и получают энергию.

По потребностям в питательных веществах микроорганизмы делятся на 2 группы:

прототрофные, самостоятельно синтезирующие необходимые для жизнедеятельности вещества.

ауксотрофные, неспособные синтезировать некоторые вещества и получающие их в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина (человека, животного). Часто ауксотрофность возникает в результате мутаций. Ауксотрофами чаще всего являются патогенные и условнопатогенные микроорганизмы.

Способы питания микроорганизмов.

1. Голозойный способ (голоз — группа, зоо — животное) — характерен для простейших и некоторых видов грибов. Микроорганизм поглощает высокомолекулярные соединения: растворимые макромолекулы (пиноцитоз) и твердые частички (фагоцитоз). Для голозойного способа характерна большая скорость, он энергозависим и контролируется генетически.

2. Голофитный способ (голоз — группа, фитос — растение) — характерен для растений, бактерий и грибов, которые используют низкомолекулярные вещества. Микробная клетка находится в среде высокомолекулярных веществ, которые внутрь клетки проникнуть не могут. В результате гидролиза высокомолекулярные соединения (белок, полисахариды, клетчатка) превращаются в низкомолекулярные. Гидролизует их сама микробная клетка в результате контактного пищеварения (ферменты находятся на поверхности микроорганизма, он прилипает к субстрату и осуществляет гидролиз) и внеклеточного пищеварения (микроорганизм выделяет пищеварительные ферменты во внешнюю среду).

Растворенные питательные вещества поступают внутрь микробной клетки через всю ее поверхность, преодолевая три барьера (капсулу, КС, ЦПМ), либо два (КС и ЦПМ), либо один (ЦПМ). Капсула и КС достаточно ригидны и пропускают достаточно крупные биомолекулы. КС Грам+ бактерий задерживает вещества с молекулярной массой 10 000 Кд, некоторых грибов — 5 000 Кд. Основным барьером и регулятором поступления веществ в клетку является полупроницаемая ЦПМ, которая избирательно пропускает и выводит химические вещества. Способность различных соединений проникать в ЦП клетки зависит от химической структуры питательного вещества.

Способы проникновения питательных веществ через ЦПМ в бактериальную клетку (табл. 19):

пассивная (простая) диффузия:

протекает по градиенту концентрации (если концентрация вещества вне клетки выше, чем в клетке, то вещество проникает внутрь до достижения состояния равновесия; если концентрация вещества в клетке выше, то идет обратная диффузия);

не контролируется геномом;

не требует затрат энергии;

не имеет субстратной специфичности; вещества поступают в клетку без взаимодействия с мембранными белками;

так проникают в клетку молекулы воды и некоторых газов (O₂, СО₂, H₂, N₂); это не обеспечивает клетку всем необходимым для развития, поэтому есть другие механизмы транспорта.

облегченная (ускоренная) диффузия:

протекает по градиенту концентрации;

контролируется геномом;

не требует затрат энергии, но сопряжена с реакциями, продуцирующими энергию в химической или электрохимической форме;

субстратспецифична, перенос веществ осуществляется при участии мембранных белков-пермеаз;

не получила широкого распространения у прокариот; так транспортируются в клетку полярные молекулы гидрофильных веществ (сахара, аминокислоты) в химически неизмененном виде.

активный транспорт:

протекает против градиента концентрации;

контролируется геномом;

проходит с большими затратами энергии;

субстратспецифичен; перенос веществ осуществляется при участии мембранных белков-пермеаз,

это основной механизм избирательного переноса веществ через ЦПМ прокариот; так переносятся гидрофильные вещества (сахара, оксикислоты, нуклеотиды, нуклеозиды, жирные кислоты, аминокислоты) и антибиотики (пермеаза принимает антибиотик за питательное вещество, он проникает внутрь и клетка погибает) в химически неизмененном виде.

перенос химически модифицированных молекул (транслокация):

протекает против градиента концентрации;

контролируется геномом;

проходит с большими затратами энергии;

питательные вещества (сахара) поступают в клетку при участии мембранных белков-пермеаз;

в процессе прохождения через мембрану вещества модифицируются (фосфорилируются).

ионный транспорт — перенос ионизированных (заряженных) молекул через ионные каналы в мембране микроорганизма. Их прохождение осуществляется по градиенту концентрации и не требует затрат энергии.

ультрафильтрация — проникновение в клетку низкомолекулярных веществ путем растворения в белках мембраны (водорастворимые) или липидах (жирорастворимые).

Способы проникновения питательных веществ через ЦПМ в бактериальную клетку

Под питанием понимают процессы поступления и выведения питательных веществ в клетку и из клетки. Питание в первую очередь обеспечивает размножение и метаболизм клетки.

Среди необходимых питательных веществ выделяют органогены – это восемь химических элементов, концентрация которых в бактериальной клетке превосходит 10—4 моль. К ним относят углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, магний, кальций.

Кроме органогенов, необходимы микроэлементы. Они обеспечивают активность ферментов. Это цинк, марганец, молибден, кобальт, медь, никель, вольфрам, натрий, хлор.

Для бактерий характерно многообразие источников получения питательных веществ.

В зависимости от источника получения углерода бактерии делят на:

1) аутотрофы (используют неорганические вещества – СО2);

3) метатрофы (используют органические вещества неживой природы);

4) паратрофы (используют органические вещества живой природы).

Процессы питания должны обеспечивать энергетические потребности бактериальной клетки.

По источникам энергии микроорганизмы делят на:

1) фототрофы (способны использовать солнечную энергию);

2) хемотрофы (получают энергию за счет окислительно-восстановительных реакций);

3) хемолитотрофы (используют неорганические соединения);

4) хемоорганотрофы (используют органические вещества).

Факторами роста бактерий являются витамины, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, присутствие которых ускоряет рост.

Среди бактерий выделяют:

1) прототрофы (способны сами синтезировать необходимые вещества из низкоорганизованных);

2) ауксотрофы (являются мутантами прототрофов, потерявшими гены; ответственны за синтез некоторых веществ – витаминов, аминокислот, поэтому нуждаются в этих веществах в готовом виде).

Микроорганизмы ассимилируют питательные вещества в виде небольших молекул, поэтому белки, полисахариды и другие биополимеры могут служить источниками питания только после расщепления их экзоферментами до более простых соединений.

Метаболиты и ионы поступают в микробную клетку различными путями.

Пути поступления метаболитов и ионов в микробную клетку.

1. Пассивный транспорт (без энергетических затрат):

1) простая диффузия;

2) облегченная диффузия (по градиенту концентрации, с помощью белков-переносчиков).

2. Активный транспорт (с затратой энергии, против градиента концентрации; при этом происходит взаимодействие субстрата с белком-переносчиком на поверхности цитоплазматической мембраны).

Встречаются модифицированные варианты активного транспорта – перенос химических групп. В роли белков-переносчиков выступают фосфорилированные ферменты, поэтому субстрат переносится в фосфорилированной форме. Такой перенос химической группы называется транслокацией.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Приобретенная наследственность у бактерий

Приобретенная наследственность у бактерий Здесь мы хотим коротко упомянуть спорное явление, впервые описанное в журнале Nature в 1988 году профессором Гарвардского университета Джоном Кэрнзом (Cairns) и его коллегами. Не входя в детали, скажем, что они смогли генерировать в

Есть ли живые существа еще проще бактерий?

Есть ли живые существа еще проще бактерий? Жизнь на земле началась не с бактерий. Не так давно открыты наукой существа ещё проще бактерий, получившие названия, которые пока ещё мало известны широкому кругу читателей, — ультрамикробы, фильтрующиеся вирусы.Они так мелки,

4. Морфология бактерий, основные органы

4. Морфология бактерий, основные органы Размеры бактерий колеблются от 0,3–0,5 до 5—10 мкм.По форме клеток бактерии подразделяются на кокки, палочки и извитые.В бактериальной клетке различают:1) основные органеллы: (нуклеоид, цитоплазма, рибосомы, цитоплазматическая

5. Морфология бактерий, дополнительные органеллы

5. Морфология бактерий, дополнительные органеллы Ворсинки (пили, фимбрии) – это тонкие белковые выросты на поверхности клеточной стенки. Комон-пили отвечают за адгезию бактерий на поверхности клеток макроорганизма. Они характерны для грамположительных бактерий.

6. Рост, размножение, питание бактерий

6. Рост, размножение, питание бактерий Рост бактерий – увеличение бактериальной клетки в размерах без увеличения числа особей в популяции.Размножение бактерий – процесс, обеспечивающий увеличение числа особей в популяции. Бактерии характеризуются высокой скоростью

7. Виды метаболизма бактерий

7. Виды метаболизма бактерий В процессе метаболизма выделяют два вида обмена:1) пластический (конструктивный):а) анаболизм (с затратами энергии);б) катаболизм (с выделением энергии);2) энергетический обмен (протекает в дыхательных

3. Альтруисты и обманщики среди бактерий: эксперименты с Pseudomonas fluorescens

3. Альтруисты и обманщики среди бактерий: эксперименты с Pseudomonas fluorescens Одно из перспективных направлений современной микробиологии — это экспериментальное изучение эволюции бактерий, эволюция в пробирке. Интересные результаты были получены на бактерии Pseudomonas fluorescens.

ЛЕКЦИЯ № 2. Морфология и ультраструктура бактерий

ЛЕКЦИЯ № 2. Морфология и ультраструктура бактерий 1. Особенности строения бактериальной клетки. Основные органеллы и их функции Отличия бактерий от других клеток1. Бактерии относятся к прокариотам, т. е. не имеют обособленного ядра.2. В клеточной стенке бактерий

3. Дополнительные органеллы бактерий

3. Дополнительные органеллы бактерий Ворсинки (пили, фимбрии) – это тонкие белковые выросты на поверхности клеточной стенки. Функционально они различны. Различают комон-пили и секс-пили. Комон-пили отвечают за адгезию бактерий на поверхности клеток макроорганизма. Они

ЛЕКЦИЯ № 3. Физиология бактерий

ЛЕКЦИЯ № 3. Физиология бактерий 1. Рост и размножение бактерий Рост бактерий – увеличение бактериальной клетки в размерах без увеличения числа особей в популяции.Размножение бактерий – процесс, обеспечивающий увеличение числа особей в популяции. Бактерии

1. Рост и размножение бактерий

1. Рост и размножение бактерий Рост бактерий – увеличение бактериальной клетки в размерах без увеличения числа особей в популяции.Размножение бактерий – процесс, обеспечивающий увеличение числа особей в популяции. Бактерии характеризуются высокой скоростью

1. Организация наследственного материала бактерий

1. Организация наследственного материала бактерий Наследственный аппарат бактерий представлен одной хромосомой, которая представляет собой молекулу ДНК, она спирализована и свернута в кольцо. Это кольцо в одной точке прикреплено к цитоплазматической мембране. На

2. Изменчивость у бактерий

2. Изменчивость у бактерий Различают два вида изменчивости – фенотипическую и генотипическую.Фенотипическая изменчивость – модификации – не затрагивает генотип. Модификации затрагивают большинство особей в популяции. Они не передаются по наследству и с течением

Где больше бактерий – в океане или в городской канализации?

Где больше бактерий – в океане или в городской канализации? По данным английского микробиолога Томаса Кертиса, миллилитр океанской воды содержит в среднем 160 видов бактерий, грамм почвы – от 6400 до 38 000 видов, а миллилитр сточных вод из городской канализации, как ни

Питание бактерий – это процесс поглощения и усвоения бактериальной клеткой пластического материала и энергии в результате преобразовательных реакций [4] .

Питание является неотъемлемой функцией каждого живого организма. В процессе питания организм получает вещества, идущие на синтез клеточных структур и служащие источником энергии для всех процессов жизнедеятельности. Для питания микроорганизмов необходимы те же элементы, что и для животных, и растений. Первоочередные элементы питания – углерод, азот, кислород, водород, являющиеся основой всех органических веществ, которые входят в состав живой клетки как прокариоритеческих так и эукариоэтических организмов [5] .

Типы питания бактерий чрезвычайно разнообразны. Различаются они в зависимости от способа поступления питательных веществ бактериальной клетки, источников углерода и азота, способа получения энергии, природы доноров электронов [4] .

Содержание:

Способы поступления питательных веществ

По способам поступления питательных веществ бактерии подразделяются на:

голофиты (греч. holos – полноценный и греч. phyticos – относящийся к растениям) – бактерии неспособные выделять в окружающую среду ферменты, расщепляющие субстраты, потребляют вещества только в растворенном, молекулярном виде;
голозои (греч. holos – полноценный и греч. zoikos – относящийся к животным) – бактерии, обладающие комплексом ферментов, обеспечивающие внешнее питание – расщепление субстратов до молекул вне бактериальной клетки, после чего молекулы питательных веществ транспортируются внутрь бактерии[4] .

Гетеротрофные бактерии: культура Erwinia amylovora

Источники углерода

По источникам углерода различают:

автотрофы (греч. autos– сам, trophe – пища) – бактерии, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (CO₂), из которого осуществляют синтез всех углеродосодержащих веществ;
гетеротрофы (греч.geteros– другой, trophe– пища) – бактерии, использующие в качестве источника углерода различные органические вещества в молекулярной форме (многоатомные спирты, углеводы, жирные кислоты, аминокислоты) [4] .

Наибольшая степень гетеротрофности отмечается у прокариот, живущих только внутри других живых клеток, в частности хламидий и риккетсий [4] .

Источники энергии

В зависимости от используемых источников энергии бактерии подразделяют на два типа:

фототрофы – бактерии способные использовать солнечную энергию;
хемотрофы – бактерии, получающие энергию при окислительно-восстановительных реакциях [4] .

Хемоорганотрофные бактерии

Pectobacterium carotovorum ssp. carotovorum вытекают из тканей капусты [6] .

Природа доноров электронов

литотрофы (греч. litos – камень) – бактерии, использующие в качестве доноров электронов неорганические вещества: водород (Н₂), сероводород (Н₂S), аммиак (NH₃), серу (S), углекислый газ(CО₂₎, ионы железа (Fe₂₊) и многие другие;
органотрофы – бактерии, использующие в качестве донора электронов органические соединения (углеводы, аминокислоты) [4] .

В зависимости от источника энергии и природы донора электронов возможно четыре основных типа энергетического метаболизма: хемолитотрофия, хемоорганотрофия, фотолитотрофия, фотоорганотрофия. Таки образом, бактерии разделяют на:

хемолитотрофы – бактерии, получающие энергию при окислительно-восстановительных реакциях и использующие в качестве доноров электронов неорганические вещества;
хемоорганотрофы – бактерии, получающие энергию при окислительно-восстановительных реакциях и использующие в качестве донора электронов органические соединения;
фотолитотрофы – бактерии, получающие энергию в результате фотосинтеза (солнечная энергия) и использующие в качестве доноров электронов неорганические вещества;
фотоорганотрофы – бактерии, получающие энергию в результате фотосинтеза (солнечная энергия) и использующие в качестве донора электронов органические соединения [2] .

Источники углерода, энергии и доноров электронов

Каждый тип энергетического метаболизма осуществляется на базе различных биосинтетических способностей организма. Как отмечалось выше, прокариоты, прежде всего, делятся на автрофов и гетеротрофов. В последствие, те же микроорганизмы распределяются ещё по группам: фототрофы, хемотрофы, литотрофы, органотрофы [3] .

Следовательно, выделяется восемь сочетаний типов энергетического и конструктивного метаболизма, отражающие возможности способов питания прокариот:

хемолитоавтотрофы – хемотрофы+литотрофы+ автотрофы;
хемолитогетеротрофы – хемотрофы+литотрофы+ гетеротрофы;
хемоорганоавтотрофы – хемотрофы+ органотрофы+ автотрофы;
хемоорганогетеротрофы – хемотрофы+органотрофы+гетеротрофы;
фотолитоавтотрофы – фототрофы+ литотрофы+ автотрофы;
фотолитогетеротрофы – фототрофы + литотрофы+ гетеротрофы;
фотоорганоавторофы – фототрофы+органотрофы+автотрофы;
фотоорганогетеротрофы – фототрофы+органотрофы+гетеротрофы[3] .

Способы питания прокариот представлены в Таблице 1 [2] .

Всем перечисленным способам питания соответствуют реально существующие прокариоты. Однако число видов, относящихся к той или иной группе, далеко не одинаково. Большинство видов сосредоточено в группе с хемоорганогетеротрофным типом питания. В числе фотосинтезирующих прокариот (фототрофов) подавляющее число (все цианобактерии, большинство пурпурных и зеленых серобактерий) – фотолитотрофы [2] .

Кроме указанных восьми типов питания, отмечается существование миксотрофов – организмов, способных одновременно использовать различные возможности питания. Например, способные одновременно окислять органические и минеральные соединения или использующие в качестве источника углерода, как диоксид углерода, так и органические вещества [3] .

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.

Изучением жизненных функций микроорганизмов, таких как питание, дыхание, рост и размножение, занимается физиология.

Химический состав клетки микроорганизмов

По составу веществ клетки микроорганизмов мало чем отличаются от клеток животных и растений. В них содержится 75-85% воды, остальные 15-25% составляет сухое вещество.
Сухое вещество клетки состоит из органических и минеральных веществ. Если содержание сухого вещества принять за 100 %, то на долю минеральных веществ приходится 2-14%, остальная часть сухого вещества представлена органическими соединениями: белки - до 52%, полисахариды - до 17%, нуклеиновые кислоты: РНК до 16% и ДНК до 3% , липиды - до 9%.
Эти соединения входят в состав различных клеточных структур микроорганизмов и выполняют важные физиологические функции. В клетках микроорганизмов находятся и другие вещества - органические кислоты, их соли, пигменты, витамины и др.

Значение воды

Значение воды в жизнедеятельности клетки очень велико. Все вещества поступают в клетку с водой и с ней же из клетки удаляются продукты обмена.
Вода в микробной клетке находится в свободном состоянии как самостоятельное соединение, но большая ее часть связана с различными химическими компонентами клетки (белками, углеводами, липидами) и входит в состав клеточных структур.
Свободная вода принимает участие в реакциях, протекающих в клетке, является растворителем различных химических соединений, а также служит дисперсной средой для коллоидов. Содержание свободной воды в клетке может изменяться в зависимости от условий внешней среды, физиологического состояния клетки, ее возраста (у споровых форм микробов воды меньше, чем у вегетативных клеток, наибольшее количество воды отмечается у капсульных бактерий).

Значение белков

Белки составляют 50 – 80% сухого вещества и определяют важнейшие биологические свойства микроорганизмов. Это простые белки – протеины и сложные белки – протеиды. Большое значение в жизнедеятельности клетки имеют нуклеопротеиды – соединение белка с нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК). Кроме нуклеопротеидов в микробной клетке содержатся в незначительных количествах липопротеиды, гликопротеиды, хромопротеиды.
Белки распределены в цитоплазме, нуклеоиде. Они входят в состав структуры клеточной стенки. Белковую природу имеют ферменты, многие токсины (яды микроорганизмов).
От количественного и качественного состава белковых веществ зависит видовая специфичность микроорганизмов.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты в микробной клетке выполняют те же функции, что и в клетках животного происхождения.
ДНК содержится в нуклеоиде и обуславливает генетические свойства микроорганизмов. РНК принимает участие в биосинтезе клеточных белков, cодержится в ядерной субстанции и в цитоплазме. Общее количество нуклеиновых кислот колеблется от 10 до 30% сухого вещества микробной клетки и зависит от ее вида и возраста.

Значение углеводов

Углеводы составляют 12 – 18% сухого вещества и используются микробной клеткой в качестве источника энергии и углерода. Из них состоят многие структурные компоненты клетки (клеточная оболочка, капсула и пр.).
Углеводы входят также в состав тейхоевой кислоты, характерной для грамположительных бактерий.
Клетки микроорганизмов содержат простые (моно- и дисахариды) и высокомолекулярные (полисахариды) углеводы. У некоторых бактерий могут быть включения, напоминающие по химическому составу гликоген и крахмал, играющих роль запасных веществ в клетке.
Углеводный состав у разных видов микроорганизмов различен и зависит от их возраста и условий развития.

Значение липидов

Липиды, составляющие 0,2 – 40% сухого вещества, являются необходимыми компонентами цитоплазматической мембраны и клеточной стенки. Они участвуют в энергетическом обмене. В некоторых микробных клетках липиды выполняют роль запасных веществ.
Липиды состоят в основном из нейтральных жиров, жирных кислот, фосфолипидов. Общее количество их зависит от возраста и вида микроорганизмов. В клетках микроорганизмов липиды могут быть связаны с углеводами и белками, составляя сложный комплекс, определяющий токсические свойства микроорганизмов.

Значение минеральных веществ

Минеральные вещества – фосфор, натрий, калий, магний, сера, железо, хлор и другие – в среднем составляют 2 – 14% сухого вещества.
Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, многих ферментов, а также в состав АТФ, которая является аккумулятором энергии в клетке. Железо содержится в дыхательных ферментах.
Микроэлементы участвуют в синтезе некоторых ферментов и активируют их. Соотношение отдельных химических элементов в микробной клетке может колебаться в зависимости от вида микроорганизмов, состава питательной среды, характера обмена и условий существования во внешней среде.

Ферменты, их свойства

Ферменты– это вещества сложной природы, вырабатываемые живой клеткой. Они являются биологическими катализаторами и играют важную роль в обмене веществ микроорганизмов.
Ферменты микробной клетки в основном локализуются в цитоплазме, некоторые же содержатся в клеточной оболочке.
Микроорганизмы синтезируют ферменты, относящиеся к шести классам: оксидоредуктазы, лиазы, трансферазы, лигазы, гидролазы, изомеразы.

1. Характерными свойствами ферментов является специфичность их действия, т.е. каждый фермент реагирует с определенным субстратом или катализирует одну или несколько близких химических реакций.

2. Ферменты микроорганизмов классифицируются на экзоферменты и эндоферменты, на конститутивные и адаптивные.

Экзоферменты, выделяясь в окружающую среду, расщепляют макромолекулы питательных веществ до более простых соединений, которые могут быть усвоены микробной клеткой. К экзоферментам относятся гидролазы, вызывающие гидролиз белков, жиров, углеводов. В результате гидролиза белки расщепляются на аминокислоты и пептоны, жиры – на жирные кислоты и глицерин, углеводы (полисахариды) – на дисахариды и моносахариды. Расщепление белков вызывают ферменты протеазы, жиров – липазы, углеводов – карбогидразы.
Эндоферменты участвуют в реакциях обмена веществ, происходящих внутри клетки.

3. Ферменты бывают конститутивные и адаптивные.

Конститутивные ферменты постоянно находятся в микробной клетке независимо от условий ее существования. Это в основном ферменты клеточного обмена – протеазы, липазы, карбогидразы и др.
Адаптивные ферменты синтезируются в клетке только под влиянием соответствующего субстрата, находящегося в питательной среде и когда микроорганизм вынужден усваивать этот субстрат. Индуктивные ферменты позволяют микробной клетке приспособиться к изменившимся условиям существования.

Питание микроорганизмов

Процесс питания микроорганизмов имеет ряд особенностей:

- поступление питательных веществ происходит через всю поверхность клетки; - микробная клетка обладает исключительной быстротой метаболических реакций;

- микроорганизмы способны довольно быстро адаптироваться к изменяющимся условиям среды обитания.

Разнообразие условий существования микроорганизмов обуславливает различные типы питания.

Обязательными элементами, входящими в состав основного соединения (белка) служат четыре органогена – кислород, водород, углерод и азот.

Источником водорода и кислорода для микроорганизмов служит вода. Вода необходима микробным клеткам и для растворения питательных веществ, так как они могут проникать в клетку только в растворенном виде.

Источником азота и углерода для большинства микроорганизмов являются различные химические соединения (органические и неорганические). Некоторые виды микроорганизмов способны усваивать элементарный азот непосредственно из воздуха, а углерод – из углекислоты.

По отношению к углероду микроорганизмы делят на: автотрофы, которые для создания новых клеток применяют диоксид углерода и гетеротрофы, которые для своего развития потребляют уже готовые органические соединения.
К автотрофным относят бактерии, которые располагаются в почве, серобактерии, железобактерии, а также многие другие типы.
Гетеротрофные микроорганизмы могут осуществлять утилизацию умерших организмов, поэтому их называют сапрофитами. Также встречаются в большом количестве бактерии, которые могут вызывать различные патологические заболевания, как у животных, так и у человека. Эти виды бактерий называются патогенными. Они в свою очередь делятся на облигатных и факультативных паразитов. Облигатные паразиты могут комфортно существовать только внутри клетки (вирусы).
Все микроорганизмы, которые используют для жизнедеятельности неорганические соединения, называются литотрофные. А те микроорганизмы, которые питаются органическими веществами, называются орнатрофами.

Источники энергии

Микроорганизмы могут получать энергию из различных источников, благодаря чему их также можно поделить на фототрофы (водоросли) и хемотрофы, которые нуждаются в химическом способе получения энергии.

Организмы классифицируют по их основным источникам энергии: фотоавтотрофы и фотогетеротрофы получают энергию из солнечного света, в то время как хемоавтотрофы и хемогетеротрофы получают энергию из реакций окисления.

Типы дыхания (отношение к кислороду)

Способы получения энергии у микроорганизмов разнообразны.

В 1861 г . Французский ученый Л. Пастер впервые обратил внимание на уникальную способность микроорганизмов развиваться без доступа кислорода.

По этому признаку (типам дыхания) Л. Пастер разделил микроорганизмы на две группы - аэробы и анаэробы.

Аэробы для получения энергии осуществляют окисление органического материала кислородом воздуха.

К ним относятся грибы, некоторые дрожжи, многие бактерии и водоросли. Многие аэробы окисляют органические вещества полностью, выделяя в виде конечных продуктов СО₂ и Н₂ О.

Этот процесс в общем виде может быть представлен следующим уравнением:

При неполном окислении энергетического материала высвобождается соответственно меньшее количество энергии. Часть потенциальной энергии окисляемого вещества остается в продуктах неполного окисления.

Например, уксуснокислые бактерии окисляют этиловый спирт до уксусной кислоты и воды:

Примерами такого типа получения энергии могут служить спиртовое, молочнокислое и маслянокислое брожение.

Отношение анаэробных микроорганизмов к кислороду различно. Одни из них совсем не переносят кислорода и носят название облигатных, или строгих, анаэробов. К ним относят возбудители маслянокислого брожения, столбнячная палочка, возбудители ботулизма.

Другие микробы могут развиваться как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Их называют факультативными, или условными анаэробами, это молочнокислые бактерии, кишечная палочка, протей, дрожжи и др.

Читайте также: