Питание микроорганизмов

Процесс питания микроорганизмов имеет ряд особенностей:

- поступление питательных веществ происходит через всю поверхность клетки; - микробная клетка обладает исключительной быстротой метаболических реакций;

- микроорганизмы способны довольно быстро адаптироваться к изменяющимся условиям среды обитания.

Разнообразие условий существования микроорганизмов обуславливает различные типы питания.

Обязательными элементами, входящими в состав основного соединения (белка) служат четыре органогена – кислород, водород, углерод и азот.

Источником водорода и кислорода для микроорганизмов служит вода. Вода необходима микробным клеткам и для растворения питательных веществ, так как они могут проникать в клетку только в растворенном виде.

Источником азота и углерода для большинства микроорганизмов являются различные химические соединения (органические и неорганические). Некоторые виды микроорганизмов способны усваивать элементарный азот непосредственно из воздуха, а углерод – из углекислоты.

• По отношению к углероду микроорганизмы делят на: автотрофы, которые для создания новых клеток применяют диоксид углерода и гетеротрофы, которые для своего развития потребляют уже готовые органические соединения.

• К автотрофным относят бактерии, которые располагаются в почве, серобактерии, железобактерии, а также многие другие типы.

• Гетеротрофные микроорганизмы могут осуществлять утилизацию умерших организмов, поэтому их называют сапрофитами. Также встречаются в большом количестве бактерии, которые могут вызывать различные патологические заболевания, как у животных, так и у человека. Эти виды бактерий называются патогенными. Они в свою очередь делятся на облигатных и факультативных паразитов. Облигатные паразиты могут комфортно существовать только внутри клетки (вирусы).

• Все микроорганизмы, которые используют для жизнедеятельности неорганические соединения, называются литотрофные. А те микроорганизмы, которые питаются органическими веществами, называются орнатрофами.

Источники энергии

Микроорганизмы могут получать энергию из различных источников, благодаря чему их также можно поделить на фототрофы (водоросли) и хемотрофы, которые нуждаются в химическом способе получения энергии.

Организмы классифицируют по их основным источникам энергии: фотоавтотрофы и фотогетеротрофы получают энергию из солнечного света, в то время как хемоавтотрофы и хемогетеротрофы получают энергию из реакций окисления.

Типы дыхания (отношение к кислороду)

Способы получения энергии у микроорганизмов разнообразны.

В 1861 г. Французский ученый Л. Пастер впервые обратил внимание на уникальную способность микроорганизмов развиваться без доступа кислорода.

По этому признаку (типам дыхания) Л. Пастер разделил микроорганизмы на две группы - аэробы и анаэробы.

• Аэробы для получения энергии осуществляют окисление органического материала кислородом воздуха.

К ним относятся грибы, некоторые дрожжи, многие бактерии и водоросли. Многие аэробы окисляют органические вещества полностью, выделяя в виде конечных продуктов СО₂ и Н₂ О.

• Этот процесс в общем виде может быть представлен следующим уравнением:

С₆Н₁₂ О₆ + О₂ = СО₂ + Н₂О + 2822 кДж

• При неполном окислении энергетического материала высвобождается соответственно меньшее количество энергии. Часть потенциальной энергии окисляемого вещества остается в продуктах неполного окисления.

Например, уксуснокислые бактерии окисляют этиловый спирт до уксусной кислоты и воды:

С₂Н₅ОН + О₂ = СН₃СООН + Н₂О + 487 кДж.

• Анаэробы (от греч. an — отрицательная частица и аэробы), организмы, способные жить и развиваться при отсутствии свободного кислорода и получающие энергию для жизнедеятельности расщеплением органических и неорганических веществ. Термин «анаэробы» ввёл Л.Пастер, открывший в 1861 микробы маслянокислого брожения.

• Анаэробы - это микроорганизмы, способные к дыханию без использования свободного кислорода. Анаэробный процесс дыхания у микроорганизмов происходит за счет отнятия у субстрата водорода. Типичные анаэробные дыхательные процессы принято называть брожениями.

Примерами такого типа получения энергии могут служить спиртовое, молочнокислое и маслянокислое брожение.

С₆Н₁₂О₆ = С₂Н₅ОН + СО₂ + 118 кДж.

Отношение анаэробных микроорганизмов к кислороду различно. Одни из них совсем не переносят кислорода и носят название облигатных, или строгих, анаэробов. К ним относят возбудители маслянокислого брожения, столбнячная палочка, возбудители ботулизма.

Другие микробы могут развиваться как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Их называют факультативными, или условными анаэробами, это молочнокислые бактерии, кишечная палочка, протей, дрожжи и др.

Микроорганизмы и окружающая среда

Наука о взаимоотношениях живых организмов с окружающей средой называется экологией.

Влияние экологических факторов на микроорганизмы

Отдельные свойства среды обитания, воздействующие на микроорганизмы, называются экологическими факторами. Некоторые из них необходимы клетке, а некоторые наоборот, вредны - могут приостановить их рост и размножение, а также привести клетки к гибели. Под воздействием экологических факторов возможен и мутагенез, т.е. изменение наследственных свойств клетки.

Абиотические факторы

К абиотическим факторам относятся физико-химические условия среды обитания. К ним относятся температура, влажность среды, осмотическое давление, различные виды лучистой энергии, концентрация водородных ионов, кислорода.

Влияние температуры на микроорганизмы

• Температура является важнейшим фактором внешней среды. Она определяет скорость размножения микроорганизмов, а также интенсивность протекания химических реакций в процессах обмена веществ в клетках. При переходе к крайним температурам жизненные процессы сначала замедляются, а затем или совсем приостанавливаются, и жизнь переходит в скрытую форму, или вообще прекращаются.

• По отношению к температуре различают три группы микроорганизмов: психрофилы, мезофилы и термофилы.

• Психрофилы (холодолюбивые) – это микроорганизмы, нормально развивающиеся при относительно низких температурах. Представителями этой группы являются некоторые палочковидные бактерии и мицелиальные грибы и др., вызывающие порчу пищевых продуктов в холодильниках.

• Мезофилы - наиболее распространенная в природе группа микроорганизмов, обитающих в воде, воздухе, почве, в живых организмах. К ним относятся представители дрожжей, мицелиальных грибов, молочно кислых бактерий, бактерий кишечной группы (стафилококки, фекальные стрептококки) и многие другие, а также возбудители порчи пищевых продуктов, пищевых отравлений и заболеваний человека.

• Термофилы (теплолюбивые) довольно широко распространены в природе. Они могут обитать в горячих источниках, в верхних слоях почвы, в горячих источниках, в песках пустынь, в кишечнике человека и животных, так как большинство термофилов образуют устойчивые споры.

• Регулируя температуру, можно управлять жизнедеятельностью микроорганизмов. Действие высоких температур на микроорганизмы является губительным, и это явление используется при консервировании пищевых продуктов с целью уничтожения вызывающих их порчу микроорганизмов.

• К тепловым методам обработки пищевых продуктов относятся пастеризация и стерилизация.

• Пастеризация - это процесс уничтожения вегетативных клеток микроорганизмов путем нагревания продукта до 50-60⁰С в течение 15-30 мин или до 70-80⁰С в течение 5-10 мин. Иногда пастеризацию производят кратковременным нагреванием до 90-100⁰С.

• При пастеризации остаются жизнеспособными некоторые термоустойчивые бактерии и споры многих микроорганизмов.

• Термическую стерилизацию осуществляют либо путем воздействия на объект «сухого жара» при 160-180⁰С в течение 1-2 ч в сушильных шкафах, либо насыщенным паром под избыточным атмосферным давлением при температуре 112-125⁰С в течение 20-60 мин в специальных приборах - автоклавах.

• Для обеспложивания объектов, портящихся под действием температуры выше 100⁰С, применяют дробную стерилизацию (тиндализацию). Этот прием был предложен английским ученым Тиндалем. Принцип тиндализации заключается в том, что продукт обрабатывают в парах кипящей воды - «текучим паром», при нормальном атмосферном давлении несколько раз. В период между прогреваниями обработанный продукт термостатируют с целью прорастания в нем жизнеспособных спор микроорганизмов. Предполагается, что проросшие из спор вегетативные клетки погибают при последующей обработке, не успев образовать новые споры.

• В тех случаях, когда субстраты не выдерживают нагревания (витамины, антибиотики, белоксодержащие среды и др.), применяют методы «холодной стерилизации». Это обеспложивание субстратов с применением мембранных фильтров, обработка разных видов электромагнитных излучений и применение химических дезинфицирующих средств.