Питание бактерий

Всем микроорганизмам для осуществления процессов питания, дыхания, размножения необходимы питательные вещества.

В качестве питательных веществ и источников энергии микроорганизмы используют различные органические и неорганические соединения, для нормальной жизнеде­ятельности им требуются также микроэлементы и факто­ры роста.

Процесс питания микроорганизмов имеет ряд особенно­стей: во-первых, поступление питательных веществ проис­ходит через всю поверхность клетки; во-вторых, микро­бная клетка обладает исключительной быстротой метабо­лических реакций; в-третьих, микроорганизмы способны довольно быстро адаптироваться к изменяющимся услови­ям среды обитания. Разнообразие условий существования микроорганизмов обусловливает различные типы питания.

Типы питания определяются по характеру усвоения углерода и азота. Источником других органогенов — водорода и кислорода служит вода. Вода необходима микроорганизмам и для растворения питательных ве­ществ, так как они могут проникать в клетку только в растворенном виде.

По усвоению углерода микроорганизмы делят на два типа: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы (от греч. autos— сам, trophe — питание) способны синтезирован, сложные органические вещества из простых неорганических соединений. Они могут ис­пользовать в качестве источника углерода углекислоту и другие неорганические соединения углерода. Автотрофами являются многие почвенные бактерии (нитрифицирующие, серобактерии и др.).

Гетеротрофы (от греч. heteros — другой, trophe — питание) "для своего роста и развития нуждаются в готовых органических соединениях. Они могут усваивать углерод из углеводов (чаще всего глюкозы), многоатомных спиртов, органических кислот, аминокислот и других органических веществ.

Гетеротрофы предоставляют обширную группу микро­организмов, среди которых различают сапрофитов и паразитов.

Сапрофиты (от греч. sapros — гнилой, phyton — растение) получают готовые органические соединения, от отмерших организмов. Они играют важную роль в разложении мертвых органических остатков, например бакте­рии гниения и др.

Па рази ты (от греч. parasitos — нахлебник) живут и размножаются за счет органических веществ живой клет-ки растений, животных или человека. К таким микроорга­низмам относятся риккетсии, вирусы и некоторые про­стейшие. По способности усваивать азот микроорганизмы делят­ся также на две группы: аминоавтотрофы и аминогетеротрофы. Аминоавтотрофы для синтеза белка клетки используют молекулярный азот воздуха (клубеньковые бактерии, азотобактер) или усваивают его из аммонийных солей. Аминогетеротрофы получают азот из органи­ческих соединений — аминокислот, сложных белков. К ним относят все патогенные микроорганизмы и большин­ство сапрофитов.

По источникам энергии среди микроорганизмов разли­чают фототрофы использующие для биосинтетических реакций энергию солнечного света (пурпурные серобакте­рии) и хемотрофы, которые получают энергию за счет окисления неорганических веществ (нитрифицирующие бактерии и др.) и органических соединений (большинство бактерий, в том числе и патогенные для человека виды).

Однако резкой границы между типами питания микро­бов провести нельзя, так как есть такие виды микроорга­низме, которые могут переходить от гетеротрофного типа питания к автотрофному, и наоборот.

В настоящее время для характеристики типов питания введена новая терминология: гетеротрофы называют органотрофами, а автотрофы — литотроф_а_м_и_, (от греч. litos — камень), так как подобные микроорганизмы способны расти в чисто минеральной среде.

Факторы роста. Микроорганизмы для своего роста и размножения нуждаются в особых веществах, которые сами синтезировать не могут и должны по.аунахь. их в готовом виде. Эти вещества называют факторами роста, и нужны они микробным клеткам в небольших количествах. К ним относят различные витамины, некоторые аминокис­лоты (необходимые для синтеза белка), пуриновые- и пиримидиновые основания (идущие на построение нуклеиновых кислот) и др. Многие факторы роста входят в состав различных ферментов и играют роль катализаторов в биохимических процессах.

Знание потребностей микроорганизмов в питательных веществах и факторах роста очень важно, в частности, для создания питательных сред, применяемых для их выращивания.

Транспорт питательных веществ. Питательные веще­ства могут проникать в цитоплазму микробных клеток только в виде небольших молекул и в растворенном виде.

Сложные органические вещества (белки, полисахариды и др.) предварительно подвергаются воздействию фермен­тов, выделяемых микробной клеткой, и после этого становятся доступными для использования. Транспорт питательных" веществ в клетку и выход из нее продуктов метаболизма осуществляется в основном через цитоплазматическую мембрану.

Питательные вещества проникают в клетку нескольки­ми способами:

1. Пассивная диффузия. т. е. перемещение ве­ществ через толщу мембраны, в результате чего выравни­ваются концентрация веществ и осмотическое давление по обе стороны оболочки. Таким путем могут проникать питательные вещества, когда концентрация в среде значи­тельно превышает концентрацию веществ в клетке.

2. Облегченная диффузия — проникновение пи­тательных веществ в клетку с помощью активного перено­са их особыми молекулами-переносчиками, называемыми пермеазами. Это вещества ферментной природы, кото­рые локализованы на цитоплазматической мембране и обладают специфичностью. Каждая пермеаза адсорбирует соответствующее питательное вещество на наружной сто­роне цитоплазматической мембраны, вступает с ним во временную связь и диффундирует комплексно через мем­брану, отдавая на внутренней стороне ее транспортиру­емое вещество в цитоплазму. Этот процесс совершается без использования энергии, так как перемещение веществ происходит от более высокой концентрации к более низкой.

3. Активный транспорт питательных веществ осуществляется также с помощью пермеаз, но этот процесс требует затраты энергии. В этом случае питатель­ное вещество может проникнуть в клетку, если концентра­ция его в клетке значительно превышает концентрацию в среде.

4. В ряде случаев транспортируемое вещество может подвергаться химической модификации, и такой способ переноса веществ получил название переноса радикалов или транслокации химических групп. По механиз­му передачи транспортируемого вещества этот процесс сходен с активным транспортом.

Выход веществ из микробной клетки осуществляется или в виде пассивной диффузии, или в процессе облегчен­ной диффузии с участием пермеаз.