Питание. 
Питание микроорганизмов

Физиология микроорганизмов изучает жизнедеятельность микробных клеток, процессы их питания, дыхания, роста, размножения и закономерности взаимодействия с окружающей средой.

В связи с отсутствием у микроорганизмов специальных органов пищеварения питательные вещества поступают в клетку в виде растворимых соединений из внешней среды, из них синтезируются составные части клетки и высвобождается необходимая энергия для поддержания своей жизнедеятельности за счет превращения веществ.

Питательные вещества поступают в клетку через ее оболочку, а ненужные микробу продукты обмена веществ выводятся из нее наружу. Основу механизма этого явления составляет осмос — переход молекул из области более высокой концентрации в область более низкой. Оболочка клетки пропускает воду и растворенные в ней питательные вещества. Сложные коллоидные вещества, прежде чем попасть внутрь клетки, расщепляются ее ферментами.

Большое значение в питании микроорганизмов имеет разность концентрации питательных веществ. Разница в концентрации питательных веществ обеспечивает движение воды и растворенных в ней соединений, причем вода движется в сторону более высокой, а соли — в сторону менее высокой их концентрации. Приток воды в микробную клетку вызывает набухание коллоидов цитоплазмы.

По мере поступления в клетку воды в ней возникает внутреннее давление, именуемое тургором, что препятствует дальнейшему проникновению воды.

Большинство микроорганизмов живут в растворах с концентрацией поваренной соли 0,5—0,8%, что обеспечивает нормальное давление клеточного сока. Изменение осмотического давления в окружающей клетку среде ведет к ее гибели. Если поместить микроорганизмы в гипертонические растворы солей и Сахаров, то это приведет к тому, что вода втеснится из клетки. Это явление называют плазмолизом. При нахождении микроорганизмов в гипотонических растворах (дистиллированная вода) отмечают сильное набухание, разрыв и гибель клеток. Это явление именуют плазмоптизом.

Явление плазмолиза широко используют для длительного хранения продуктов при солении, консервировании, варении. Наряду с этим в природе встречаются осмофильные (галлофильные) микроорганизмы, которые растут при высоких концентрациях солей. К осмофильным микроорганизмам, которые растут при высоких концентрациях сахара, относят дрожжи Saccharomyces mellis и S. rouxii. Содержащиеся в меде дрожжи при откачке незрелого меда или неправильном его хранении вызывают брожение.

По типу питания микроорганизмы делят на аутотрофы (ауто — сам, трофе — питание), или прототрофы (протос — простой), и гетеротрофы (гетеро — другой).

Аутотрофы удовлетворяют потребность в углероде, необходимом для синтеза органических веществ, за счет диоксида углерода (углекислого газа) воздуха, а простые азотистые соединения и воду они получают из окружающей среды. К ним относят нитрифицирующие бактерии, серобактерии, железобактерии и др. Патогенные микроорганизмы в этой группе отсутствуют.

Гетеротрофы получают углерод для своего питания только из готовых органических соединений, но им также необходимы азотистые соединения, микроэлементы и витамины. Гетеротрофы — микроорганизмы, вызывающие брожение, гниение и различные болезни у растений, беспозвоночных и позвоночных. Среди гетеротрофов выделяют сапрофитов (метатрофов) и паразитов (паратрофов). Сапрофиты питаются мертвыми органическими субстратами. Паразиты размножаются в живых организмах и являются возбудителями болезней человека и животных, беспозвоночных и растений. В природе их значительно меньше, чем сапрофитов. Резкой грани между этими микроорганизмами нет. Так, отдельные виды патогенных микроорганизмов существуют во внешней среде как сапрофиты, а сапрофиты при определенных условиях могут вызывать заболевания.

В зависимости от окисляемого субстрата — донора водорода микроорганизмы делят на две группы: литотрофы (от греч. lithos— камень), использующие в качестве доноров водорода неорганические соединения; органотрофы, использующие в качестве доноров водорода органические соединения.

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

Микроорганизмам для роста на питательных средах необходимы дополнительные компоненты, так называемые факторы роста. К ним относят: аминокислоты, необходимые для построения белков; пурины и пиримидины, требующиеся для образования нуклеиновых кислот; витамины, входящие в состав ферментов.

Для роста и размножения патогенных микроорганизмов необходим азот белков животного происхождения. В качестве его в бактериологии используют пептон (ферментативно расщепленные белки мяса). Бактерии нуждаются в ростовых веществах, которые содержатся в дрожжах, экстрактах из семян растений и т. д. Наряду с ними они содержат витамины, аминокислоты и другие биологически важные вещества.

Белковый обмен. Под воздействием ферментов белки расщепляются до аминокислот, которые в дальнейшем подвергаются дезаминированию, декарбоксилированию. Одни микроорганизмы получают аминокислоты в готовом виде, другие синтезируют их из простых соединений азота.

Углеводный обмен. Углеводы расщепляются по типу гидролиза и фосфоролиза под воздействием ферментов. Органические вещества окисляются микроорганизмами не полностью, и в окружающей среде кроме диоксида углерода и воды остаются продукты неполного окисления. Расщепление углеводов обусловливает кислую реакцию (бродильные микробы), а расщепление белков — щелочную (гнилостные микробы). Этот биологический антагонизм широко используют в практических условиях — при силосовании зеленой массы, квашении овощей, молочнокислой продукции.

Липидный обмен. В микробной клетке липидный обмен идет под воздействием ферментов. Многие бактерии усваивают глицерин, служащий для получения энергии и построения структур клетки.

Механизм проникновения питательных веществ в клетку. Поступление различных веществ в бактериальную клетку зависит от величины и растворимости их молекул в липидах или воде, рН среды, концентрации веществ, различных факторов проницаемости мембран. Основной регулятор поступления веществ в клетку — цитоплазматическая мембрана.

Условно можно выделить четыре механизма проникновения питательных веществ в бактериальную клетку: простая диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт, транслокация групп.

Простая диффузия — перемещение веществ — вследствие разницы их концентрации по обе стороны цитоплазматической мембраны.

Облегченная диффузия происходит также в результате разницы концентрации веществ по обе стороны цитоплазматической мембраны, но процесс идет с помощью молекул-переносчиков, последние обладают специфичностью.

Активный транспорт с помощью пермеаз (белков-переносчиков) направлен на перенос веществ от меньшей концентрации к большей.

Механизм транслокации (перенос) групп очень близок к активному транспорту, отличается лишь тем, что молекула в процессе переноса изменяется (например, фосфорилируется).