Типы и механизмы питания бактерий
Химический состав микробных клеток. Особенности химического состава отдельных структур бактериальных клеток.
Основную часть микробной клетки составляет вода (80–90% общей массы клетки). Вода в клетке содержится в свободном и связанном состоянии.
Связанная вода входит в состав коллоидов клетки и с трудом высвобождается из них. С потерей связанной воды нарушаются клеточные структуры и наступает гибель клетки. Свободная вода участвует в биохимических реакциях, служит растворителем для различных соединений, образующихся в клетке в процессе обмена веществ. При удалении свободной воды гибели клетки не происходит.
Важнейшими химическими элементами, преобладающими в клетках микроорганизмов, являются органогенные элементы – кислород, углерод, азот и водород. Из этих элементов состоят органические вещества (составляют до 85–95% сухих веществ клетки).
В состав клетки также входят макроэлементы: сера, фосфор, калий, магний, кальций, железо, натрий, хлор. Эти химические элементы образуют минеральные или зольные вещества, которые составляют 3–10% от массы сухих веществ клетки.
В малых количествах в клетках микроорганизмов содержатся микроэлементы, которые входят в состав активных центров некоторых ферментов (медь, цинк, марганец, молибден, никель и многие другие элементы периодической системы Менделеева).
Органические вещества клетки представлены:
• белковыми веществами. Они состоят из тех же аминокислот, что и белки животных и растений. Наибольшее значение из них имеют нуклеопротеиды – белки, связанные с нуклеиновыми кислотами, которые являются обязательными компонентами ядра и рибосом. Некоторые белки являются ферментами – катализаторами биохимических реакций;
• нуклеиновыми кислотами. ДНК содержится в ядре или нуклеотиде, РНК – в ядре, цитоплазме и рибосомах;
• углеводами. Они входят в состав различных мембран клетки. Используются для синтеза различных веществ в клетке и в качестве энергетического материала. В клетках микроорганизмов углеводы встречаются преимущественно в виде полисахаридов – гликогена, гранулёзы, декстринов, клетчатки. Имеются полисахариды, связанные с белками, липидами;
• липидами. Входят в состав цитоплазматической мембраны, а также откладываются в виде запасных питательных веществ. Кроме того, в клетках микроорганизмов содержатся витамины, пигменты и другие органические вещества.
Минеральные вещества клетки представлены сульфатами, фосфатами, карбонатами, хлоридами и др.
типы и механизмы питания бактерий
Типы питания.Микроорганизмы нуждаются в углеводе, азоте, сере, фосфоре, калии и других элементах. В зависимости от источников углерода для питания бактерии делятся на аутотрофы, использующие для построения своих клеток диоксид углерода СO2 и другие неорганические соединения, и гетеротрофы, питающиеся за счет готовых органических соединений. Аутотрофными бактериями являются нитрифицирующие бактерии, находящиеся в почве; серобактерии, обитающие в воде с сероводородом; железобактерии, живущие в воде с закисным железом, и др.
Гетеротрофы, утилизирующие органические остатки отмерших организмов в окружающей среде, называются сапрофитами. Гетеротрофы, вызывающие заболевания у человека или животных, относят к патогенным и условно-патогенным. Среди патогенных микроорганизмов встречаются облигатные и факультативные паразиты (от греч. parasitos— нахлебник). Облигатные паразиты способны существовать только внутри клетки, например риккетсии, вирусы и некоторые простейшие.
В зависимости от окисляемого субстрата, называемого донором электронов или водорода, микроорганизмы делят на две группы. Микроорганизмы, использующие в качестве доноров водорода неорганические соединения, называют литотрофными (от греч. lithos— камень), а микроорганизмы, использующие в качестве доноров водорода органические соединения, — органотрофами.
Учитывая источник энергии, среди бактерий различают фототрофы, т.е. фотосинтезирующие (например, сине-зелёные водоросли, использующие энергию света), и хемотрофы, которые нуждаются в химических источниках энергии.
Механизмы питания.Поступление различных веществ в бактериальную клетку зависит от величины и растворимости их молекул в липидах или воде, рН среды, концентрации веществ, различных факторов проницаемости мембран и др. Клеточная стенка пропускает небольшие молекулы и ионы, задерживая макромолекулы массой более 600 Д. Основным регулятором поступления веществ в клетку является цитоплазматическая мембрана. Условно можно выделить четыре механизма проникновения питательных веществ в бактериальную клетку: это простая диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт, транслокация групп.
Наиболее простой механизм поступления веществ в клетку — простая диффузия, при которой перемещение веществ происходит вследствие разницы их концентрации по обе стороны цитоплазматической мембраны. Вещества проходят через липидную часть цитоплазматической мембраны (органические молекулы, лекарственные препараты) и реже по заполненным водой каналам в цитоплазматической мембране. Пассивная диффузия осуществляется без затраты энергии.
Облегченная диффузияпроисходит также в результате разницы концентрации веществ по обе стороны цитоплазматической мембраны. Однако этот процесс осуществляется с помощью молекул-переносчиков, локализующихся в цитоплазматической мембране и обладающих специфичностью. Каждый переносчик транспортирует через мембрану соответствующее вещество или передает другому компоненту цитоплазматической мембраны — собственно переносчику. Белками-переносчиками могут быть пермеазы, место синтеза которых — цитоплазматическая мембрана. Облегченная диффузия протекает без затраты энергии, вещества перемещаются от более высокой концентрации к более низкой.
Активный транспортпроисходит с помощью пермеаз и направлен на перенос веществ от меньшей концентрации в сторону большей, т.е. как бы против течения, поэтому данный процесс сопровождается затратой метаболической энергии (АТФ), образующейся в результате окислительно-восстановительных реакций в клетке.
Перенос (транслокация)групп сходен с активным транспортом, отличаясь тем, что переносимая молекула видоизменяется в процессе переноса, например, фосфорилируется.
Выход веществ из клетки осуществляется за счет диффузии и при участии транспортных систем.