2.1.5. Жизнедеятельность микроорганизмов

Питание микроорганизмов осуществляется путем поступле­ния питательных веществ и воды в клетку. Питательные вещества могут проникать в микробную клетку методом пассивной диффу­зии, когда перенос питательных веществ происходит от высокой концентрации до более низкой - до уравнивания концентра­ции - и не требует от клетки затрат энергии. Перенос питательных веществ в клетку также осуществляется через мембрану специфическими ферментами - пермеазами (от англ. permeable - проницаемый). Каждый такой фермент транспорти­рует определенное вещество. Пермеаза адсорбирует вещество (связывается с ним) и диффундирует с ним через мембрану. Вну­три клетки она отдает транспортируемое вещество другому фер­менту и возвращается назад.

Пища должна удовлетворять потребности организма в химиче­ских элементах, необходимых для синтеза веществ и структур тела. Микроорганизмы тоже должны получать те элементы, из ко­торых построены их клетки. Кислород и водород все микроорга­низмы получают из воды. Азот они могут извлекать из органиче­ских и неорганических азотсодержащих соединений. Многие са­профиты (бактерии, грибы, дрожжи) вообще не нуждаются в органических соединениях азота, используя неорганические его соединения, например, соли аммония. Существуют сапрофиты, ис­пользующие свободный азот атмосферы. Такие сапрофиты умеют переводить его в связанное состояние, т. е. восстанавливать в ам­миак. Их называют азотфиксаторами.

В зависимости от источников углерода все микроорганизмы де­лят на две группы: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы (от греч. autos - сам, trophe - пища) - микроор­ганизмы, которые в качестве единственного источника угле­рода используют углекислоту (СО₂).

Гетеротрофы (от греч. heteros - другой и trophe - пища) ­микроорганизмы, которые не могут использовать в качестве источника углерода углекислый газ и нуждаются в готовых органических соединениях.

Для превращения углекислоты в органические вещества микро­организмам необходим источник энергии. Энергию они могут по­лучить в процессе фотосинтеза (использование световой энергии) и в процессе хемосинтеза (использование химической энергии, высвобождающейся при окислении неорганических и органиче­ских соединений).

Большинство хемогетеротрофных микроорганизмов живет за счет использования органических веществ различных субстратов животного и растительного происхождения. Такие микроорганиз­мы называют сапрофитами. К ним относятся микроорганизмы, которые играют очень важную роль в круговороте веществ в при­роде, разлагая различные органические вещества в почве и воде. Но эти же микроорганизмы, попадая в пищевые продукты, вызы­вают их порчу.

В зависимости от способности использовать кислород воздуха микроорганизмы делят на две группы:

аэробные (аэробы) - это микроорганизмы, окисляющие орга­нические вещества с использованием молекулярного кислорода;

анаэробные (анаэробы) - это микроорганизмы, не использую­щие в энергетических процессах кислород воздуха.

К аэробным микроорганизмам относят грибы, некоторые дрожжи и многие бактерии. Эти микробы, подобно высшим орга­низмам (растениям, животным), окисляют органические вещества полностью до минеральных веществ - углекислого газа и воды. Процесс окисления микроорганизмами органических веществ до углекислого газа и воды называется дыханием. В процессе дыхания микроорганизмы часто используют углеводы, которые они окисляют. Это очень сложный многоэтапный процесс. Проте­кает он с участием большого количества ферментов. На разных этапах образуются различные промежуточные продукты. И самое главное, что на всех этих этапах выделяется большое количество энергии.

К анаэробным микроорганизмам относят различные бактерии и некоторые дрожжи. Они получают необходимую для жизнедея­тельности энергию в ходе процессов брожения. Эти процессы протекают также окислительно-восстановительным путем, но без участия кислорода воздуха.

Анаэробные микроорганизмы подразделяют на строгие (обли­гатные) и факультативные (условные) анаэробы. Для строгих анаэ­робов кислород не только не нужен, но и вреден. А факультатив­ные анаэробы могут жить как при доступе воздуха, так и без него. Энергетическим материалом при брожении чаще служат углеводы, из которых образуются различные промежуточные вещества, являющиеся конечными продуктами брожения и выделяющиеся в окружающую среду. Процесс брожения имеет соответствующее название в зависимости от того, какой основной продукт накапли­вается в среде (спиртовое брожение, молочнокислое брожение и др.). Многие бродильные процессы применяют в промышленно­сти, однако они происходят и при порче пищевых продуктов.

Таким образом, дыхание и брожение - это процессы, которые, с одной с:;тороны, обеспечивают микроорганизмы энергией, а с другой - продуктами питания. Этими продуктами являются раз­личные промежуточные продукты распада углеводов. Они служат исходным материалом для синтеза компонентов микробных кле­ток (белков, НК, липидов и др.).

Энергия, которая выделяется в процессах дыхания и брожения, не может непосредственно использоваться клеткой. Эта энергия преобразуется в химическую энергию фосфатных связей фосфор­органических соединений, главным из которых является адено­зинтрифосфат (АТФ). АТФ выступает универсальным переносчи­ком химической энергии, его называют «энергетической валю­той» клетки.

По отношению к температуре все микроорганизмы подразде­ляют на три группы: психрофилы термофилы и мезофилы.

Психрофилы (от греч. psychria - холод и phileo - люблю), или холодолюбивые микроорганизмы, хорошо растут при относитель­но низких температурах. д,ля них характерны минимум – 10...0 , оптимум 10...15 , и максимум около 30 ,. К психрофилам отно­сят, например, организмы, обитающие в почве полярных стран, в северных морях, на охлажденных и замороженных продуктах.

Термофилы (от греч. therme - теплота, жар и phileo - люблю), или теплолюбивые микроорганизмы, лучше развиваются при от­носительно высоких температурах. Температурный минимум для них не ниже 30 ,, оптимум 55...65 ,, максимум около 70...80 ,, а для некоторых и более. Термофилы встречаются в горячих вод­ных источниках, в самонагревающихся скоплениях различных ор­ганических материалов (зерне, сене, навозе и др.), в сооружениях по переработке осадков сточных вод, в поверхностных слоях по­чвы, в кишечнике человека и животных, а также в пищевых про­дуктах, прошедших тепловую обработку.

Мезофилы (от греч. mesos - средний и phileo - люблю) - ми­кроорганизмы, для которых температурный минимум около 5...10 ,, оптимум 25...35 ,, максимум в пределах 45...50 ,. Боль­шинство наиболее распространенных в природе бактерий, грибов и дрожжей, в том числе многие возбудители заболеваний и отрав­лений человека, относятся к мезофильным организмам.