Вопрос 36

Для того чтобы рост и жизнедеятельность микроорганизмов были возможны, в среде их обитания должны присутствовать питательные материалы для построения различных компонентов клетки и доступные источники энергии. Пищевые потребности являются общими для всех живых организмов. Все организмы нуждаются в достаточном количестве воды и в определенных элементах: углероде, кислороде, азоте, водороде, фосфоре, калии, натрии и др. Им требуются микроколичества некоторых металлов: железа, марганца, цинка, меди и др.— для построения ферментов. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов необходимы также различные факторы роста: витамины группы В и никотиновая кислота, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания. Источниками углерода, азота и водорода могут быть различные органические соединения (глюкоза, аминокислоты, молочная кислота и др.), а также неорганические вещества. В зависимости от характера источника углерода и азота микроорганизмы делятся на аутотрофов и гетеротрофов. Аутотрофы (от греч. autos — сам, trophic — питающийся) — бактерии, которые получают необходимый для их роста углерод из углекислоты (СО,2) или карбонатов. Для роста им вполне достаточно набора неорганических веществ: NaCl, К2НРО4, FeCl3, MgS04, NH4hS04. Пожалуй, это самые удивительные микроорганизмы — из простых неорганических они синтезируют сложные органические соединения: белки, жиры, углеводы, ферменты. Гетеротрофы (от греч. heteros — другой, trophic — питающийся) в качестве источника углерода используют сложные органические соединения: белки, жиры, сахара, мочевину и др. Среди гетеротрофных организмов различают сапрофитов (от греч. sapros — гнилой, phyton — растение) и паразитов, или патогенных микроорганизмов. Сапрофиты используют для своей жизнедеятельности мертвые органические вещества. Они широко распространены в природе и играют важную роль в разложении органических остатков в почве и сточных водах. Паразиты в отличие от сапрофитов приобрели способность размножаться в тканях животных и растений. Проникая в организм человека, паразиты могут вызывать у него заболевание. В этом случае их называют патогенными (вызывающие заболевание) микроорганизмами. В цитоплазму клеток могут проникать только небольшие молекулы аминокислот, глюкозы, жирных кислот. Твердые частички пищи, или макромолекулы, предварительно подвергаются обработке ферментами, которые клетка выделяет во внешнюю среду, и только после этого становятся доступными для использования. Проникновение питательных веществ в бактериальную клетку осуществляется путем диффузии, перемещения вещества через толщу мембраны, в «результате чего выравниваются осмотическое давление и концентрация веществ по обе стороны оболочки,— простая диффузия. Существует другой способ проникновения питательных веществ в клетку с помощью активного переноса их молекулами-переносчиками, так называемыми пермеазами, через цитоплазматическую мембрану. Различают облегченную диффузию, когда перенос вещества через толщу мембраны совершается пермеазами без использования энергии, и активный транспорт, требующий для этого затраты метаболически доступной энергии. Существует еще процесс переноса радикалов, сопровождающийся химической модификацией транспортируемого вещества. Некоторые простейшие питаются с помощью фагоцитоза, обволакивая цитоплазмой твердые частички пищи и переваривая их внутри цитоплазмы, и пиноцитоза, при котором они обволакивают жидкие капельки, заглатывают и переваривают их. Обмен веществ, или метаболизм, у микроорганизмов складывается из процессов ассимиляции, или анаболизма, и диссимиляции, или катаболизма. В результате ассимиляции, усвоения питательных веществ, происходит увеличение сложности соединений. Так, из аминокислот синтезируются белки, из моносахаридов — полисахариды. Это приводит к синтезу новых компонентов клеток. При процессах диссимиляции, распада питательных веществ, наоборот, происходит расщепление сложных соединений на более простые, низкомолекулярные соединения. Часть их является продуктами обмена и выделяется из клетки, другие простые вещества используются для биосинтетических реакций и включаются в процессы ассимиляции. В процессе диссимиляции освобождается также энергия, необходимая для процессов обмена. Избыток энергии, освобождающийся в этих реакциях, накапливается в специальных богатых энергией соединениях (АТФ). Любые превращения питательных веществ в клетке (процессы синтеза клеточных элементов или процессы расщепления питательных веществ) совершаются с участием ферментов,

Ферменты — сложные белковые вещества, которые образуются живыми клетками. Они ускоряют, катализируют, химические реакции как внутри клетки, так и вне ее. Ферменты абсолютно необходимы живым организмам, так как без них невозможен обмен веществ и энергии. Даже минимальное количество фермента может вызывать быстрое химическое превращение огромного количества вещества. После того как вещества (субстраты) изменились или прореагировали между собой, фермент возвращается к своему исходному состоянию. Молекула большинства ферментов состоит из двух частей, не имеющих самостоятельной активности. Белковая часть фермента называется апоферментом. Она очень чувствительна к действию температуры. Небелковая, устойчивая к температурному фактору часть — кофермент, или простетическая группа, обладает специфической активностью. Обе части вместе составляют полный фермент, или голофермент. Многие ферменты голопротеиновые, например пепсин, трипсин, папаин, уреаза, являются чистыми белками. В других ферментах белковая часть соединена с каким- либо металлом (металлопротеиновые ферменты), производными гемовой группы (гетеропротеиновые ферменты) или витаминами, например группы В. Именно поэтому наличие в пище некоторых металлов и витаминов жизненно необходимо. Характерным свойством ферментов является их специфичность, часто очень строгая. Каждый фермент реагирует лишь с определенным химическим соединением и участвует только в определенной реакции. Такая специфичность действия ферментов обусловлена структурными взаимоотношениями между молекулами субстрата и молекулой фермента по типу ключ-замок. Ферменты очень чувствительны к изменениям температуры, повышению осмотического давления, действию ультрафиолетовых лучей. Название ферменты получают путем добавления суффикса «аза» к термину, который определяет тип катализируемой реакции. В основу классификации ферментов положен тип химической реакции, которую они ускоряют, в сочетании с названием субстрата, на который они действуют. Различают шесть групп ферментов. Оксиредуктазы катализируют окислительно-восстановительные реакции, перенося атом водорода и обеспечивая связывание его молекулярным кислородом. Трансферазы катализируют перенос определенных атомов или их групп от одной молекулы к другой. Гидролазы разрушают связи между атомами углерода и атомом кислорода, азота, серы и пр. и одновременно связывают молекулы воды. Лиазы отщепляют от субстрата или присоединяют к нему различные группы. Изомеразы катализируют внутримолекулярный перенос различных групп. Лигазы катализируют присоединение двух молекул друг к другу. Каждая живая клетка имеет набор ферментов, который характерен для данного вида или типа микроорганизма. Такие ферменты называют конститутивными. В отличие от них адаптивные, или индуцированные, ферменты появляются в клетке при наличии в питательной среде определенного субстрата; при отсутствии его клетка перестает вырабатывать адаптивный фермент. Адаптивные ферменты позволяют ей приспособиться к изменяющимся условиям существования. Различные виды микроорганизмов весьма четко различаются между собой по набору ферментов, деятельность которых можно выявить при культивировании микробов на искусственных питательных средах, содержащих сахара (лактоза, глюкоза, мальтоза, сахароза и др.), протеины, желатин, глицерин. Наличие сахаролитических и протеолитических ферментов у различных микроорганизмов используют для их идентификации и определения вида бактерий.