Обменные процессы микроорганизмов

Питание микроорганизмов

Для того чтобы микроорганизмы росли и размножались, в среде их обитания должны присутствовать питательные материалы и доступные источники энергии.

Питание — процесс, в ходе которого бактериальная клетка получает из окружающей среды компоненты, необходимые для построение ее биополимеров.

По источнику получения С микроорганизмы делятся на:

• 1. Аутотрофы (питающийся сам) или литотрофы (лито — камень) — микроорганизмы, которые способны из простых неорганических синтезировать сложные органические соединения (единственный источник углерода — СО₂)
• 2. Гетеротрофы (питающиеся за счет других) или органотрофы — не могут синтезировать сложные органические соединения из простых неорганических, они нуждаются в поступлении готовых органических соединений (добывают углерод из глюкозы, многоатомных спиртов, реже углеводородов, аминокислот, органических кислот). Гетеротрофы делятся на:
  • — Паразиты (нахлебник) — получают готовые органические соединения из живой природы, паразитируя на растениях, в организме человека и животных
  • — Сапрофиты (гнилой, растение) — получают готовые органические соединения из мертвой природы, разлагая органические отбросы, трупы животных и человека (санитары окружающей среды)

По способности усваивать азот микроорганизмы классифицируют:

• 1. Аминоаутотрофы — используют молекулярный азот воздуха (азотфиксирующие бактерии) или аммонийных солей, нитратов, нитритов (аммонифицирующие бактерии)
• 2. Аминогетеротрофы — получают азот из органических соединений (аминокислот, сложных белков)

В цитоплазму клеток могут проникать только небольшие молекулы аминокислот, глюкозы и др. поэтому макромалекулы предварительно подвергаются обработке ферментами, которые клетка выделяет во внешнюю среду (экзоферменты). Только после этого они доступны для использования.

Пути поступления питательных веществ:

• 1. Простая диффузия — идет без затрат энергии, питательные вещества поступают от мест с большей концентрацией в места с меньшей их концентрацией
• 2. Облегченная диффузия — перенос питательных веществ идет от мест с большей концентрацией к местам с меньшей концентрацией, но с участием молекул переносчиков (пермеаз) без затрат энергии, но с большей скоростью чем при простой диффузии
• 3. Активный транспорт — перенос осуществляется с помощью пермеаз, но с затратами энергии, при этом перенос может осуществляться от мест с меньшей концентрацией к местам с большей концентрацией.
• 4. Перенос радикалов — сопровождается транслокацией химических групп, в результате чего идет химическая модификация переносимого вещества. Перенос радикалов похож на активный транспорт.
• 5. Фагоцитоз и пиноцитоз — обволакивание цитоплазмой микробной клетки твёрдых и жидких питательных веществ с последующим их перевариванием.

Обмен веществ или метаболизм складывается из процессов:

• 1) ассимиляции (анаболизм) — сопровождается увеличением сложности соединений (синтез веществ с затратой энергии).
• 2) диссимиляция (катаболизм) — расщепление сложных соединений на простые, которые потом используются для последующего синтеза, а часть выделяется во внешнюю среду, при этом освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микробной клетки.

Особенности метаболизма микроорганизмов:

• 1. преобладание процессов диссимиляции над процессами ассимиляции
• 2. большая интенсивность процессов метаболизма, обусловленная тем, что соотношение поверхности к единице массы у бактерий больше, чем у многоклеточных (за сутки бактериальная клетка перерабатывает питательных веществ в 30−40 раз больше собственной массы)
• 3. очень широкий спектр потребляемых бактериями веществ
• 4. очень широкий набор ферментов, что способствует высокой интенсивности метаболических процессов

Обмен веществ у бактерий При сравнительно бедных морфологических признаках бактерии отличаются большим разнообразием осуществляемых ими в природе превращений веществ.

Бактерии в совокупности с другими группами микроорганизмов выполняют колоссальную химическую работу. При их участии происходит разложение сложных органических веществ — растительных и животных отстатков — до простых минеральных соединений: углекислоты, аммиака, нитратов, сульфатов и др., — которые вновь ассимилируются растениями, а затем поступают в организм животного. Таким образом на Земле осуществляется в колоссальном масштабе круговорот жизненно необходимых элементов: углерода, азота, серы, фосфора, железа и др., и бактерии являются важнейшим звеном в этом процессе.

Превращая различные соединения, бактерии получают необходимую для их жизнедеятельности энергию и питательные вещества. Процессы обмена веществ, способы добывания энергии и потребности в материалах для построения веществ своего тела у бактерий чрезвычайно разнообразны.

Одни из бактерий нуждаются в готовых органических веществах — аминокислотах, углеводах, витаминах, — которые должны присутствовать в среде, так как сами не могут их синтезировать. Такие микроорганизмы называются гетеротрофами. Другие бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют исключительно за счет углекислоты. Они называются автотрофами. По своим потребностям гетеротрофы очень разнообразны: некоторые из них нуждаются в большом наборе аминокислот, витаминов, углеводов и т. д.; другие требуют наличия в среде лишь небольшого числа готовых аминокислот, потребности в витаминах у них могут быть ограничены. Есть и такие формы, которые могут сами синтезировать все вещества: белки, сахара, жиры и т. д., если в среде, где происходит их развитие, присутствует всего одно или несколько простых органических соединений. Такие гетеротрофные организмы ближе стоят к автотрофам. Каждый организм для поддержания жизни и осуществления процессов, совокупность которых составляет обмен веществ, нуждается в постоянном и непрерывном притоке энергии. Гетеротрофные микроорганизмы получают энергию при окислении органических веществ кислородом или при сбраживании (без участия кислорода). Типы окислительных процессов в мире бактерий исключительно разнообразны. Эти микроорганизмы могут окислять любые имеющиеся в природе органические вещества. Если бы в природе существовало какое-либо органическое вещество (продукт животного или растительного происхождения), которое не могло бы быть окислено каким-либо микробом, то оно неизбежно накапливалось бы на поверхности Земли, а этого не происходит.

Только в недрах, изолированных от кислорода, могут сохраняться органические вещества — нефть, уголь. Против микробного окисления не могут устоять даже искусственно полученные синтетические вещества, отсутствующие в природе. Но не каждый вид бактерий может разлагать все органические вещества. Есть формы, приспособленные к использованию лишь небольшого числа веществ, есть и более универсальные. Более того, бактерии способны окислять не только органические, но и неорганические соединения. Окисление бактериями неорганических веществ — серы, аммиака, нитратов, соединений железа, водорода и др., в процессе которого происходит синтез органических веществ из углекислоты, называется хемосинтезом, а бактерии, осуществляющие этот процесс, — хемосинтетиками. Различные вещества могут окисляться не только кислородом воздуха, но и соединениями, богатыми кислородом: нитратами, сульфатами и карбонатами. Денитрифицирующие и такие специализированные бактерии, как десульфатирующие и метановые, в анаэробных условиях могут окислять органические, а также неорганические вещества при помощи этих соединений, которые при этом восстанавливаются соответственно до азота, аммиака, водорода и метана. Особенностью окисления органических веществ бактериями, как и другими микробами, является то, что оно не обязательно идет до конца как дыхание, т. е. до образования углекислого газа и воды, и в среде остаются продукты неполного окисления. Механизмы окислительных процессов у микроорганизмов часто включают те или иные стадии дыхания. Огромное разнообразие окисляемых веществ предполагает существование разных механизмов окисления.