Способы питания микроорганизмов

Питание микроорганизмов

Питание — процесс поступления в организм химических веществ, содержащих пластический материал и энергию.

Для роста микроорганизмов необходимы:

– вода — обязательный химический компонент клеток бактерий. В вегетативных клетках она составляет около 80 % биомассы, в спорах — 18–20 %. Основная часть воды находится в свободном состоянии. Кроме свободной, имеется ионная фракция воды и вода, связанная с коллоидными веществами;

– питательные веще­ства — растворенные в воде соединения, из которых микроорганизмы строят свои клетки и получают энергию.

По потребностям в питательных веществах микроорганизмы делятся на 2 группы:

– прототрофные, самостоятельно син­тезирующие необходимые для жизнедеятельности вещества.

– ауксотрофные, неспособные синтезировать некоторые вещества и получающие их в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина (человека, животного). Часто ауксотрофность возникает в результате мутаций. Ауксотрофами чаще всего являются патогенные и условнопатоген­ные микроорганизмы.

1. Голозойный способ (голоз — группа, зоо — животное) — характерен для простейших и некоторых видов грибов. Микроорганизм поглощает высокомолекулярные соединения: растворимые макромолекулы (пиноцитоз) и твердые частички (фагоцитоз). Для голозойного способа характерна большая скорость, он энергозависим и контролируется генетически.

2. Голофитныйспособ (голоз — группа, фитос — растение) — характерен для растений, бактерий и грибов, которые используют низкомолекулярные вещества. Микробная клетка находится в среде высокомолекулярных веществ, которые внутрь клетки проникнуть не могут. В результате гидролиза высокомолекулярные соединения (белок, полисахариды, клетчатка) превращаются в низкомолекулярные. Гидролизует их сама микробная клетка в результате контактного пищеварения (ферменты находятся на поверхности микроорганизма, он прилипает к субстрату и осуществляет гидролиз) и внеклеточного пищеварения (микроорганизм выделяет пищеварительные ферменты во внешнюю среду).

Растворенные питательные вещества поступают внутрь микробной клетки через всю ее поверхность, преодолевая три барьера (капсулу, КС, ЦПМ), либо два (КС и ЦПМ), либо один (ЦПМ). Капсула и КС достаточно ригидны и пропускают достаточно крупные биомолекулы. КС Грам+ бактерий задерживает вещества с молекулярной массой 10 000 Кд, некоторых грибов — 5 000 Кд. Основным барьером и регулятором поступления веществ в клетку является полупроницаемая ЦПМ, которая избирательно пропускает и выводит химические вещества. Способность различных соединений проникать в ЦП клетки зависит от химической структуры питательного вещества.

Способы проникновения питательных веществ через ЦПМ в бактериальную клетку (табл. 19):

1) пассивная (простая) диффузия:

– протекает по градиенту концентрации (если концентрация вещества вне клетки выше, чем в клетке, то вещество проникает внутрь до достижения состояния равновесия; если концентрация вещества в клетке выше, то идет обратная диффузия);

– не контролируется геномом;

– не требует затрат энергии;

– не имеет субстратной специфичности; вещества поступают в клетку без взаимодействия с мембранными белками;

– так проникают в клетку молекулы воды и некоторых газов (O₂, СО₂, H₂, N₂); это не обеспечивает клетку всем необходимым для развития, поэтому есть другие механизмы транспорта.

2) облегченная (ускоренная) диффузия:

– протекает по градиенту концентрации;

– контролируется геномом;

– не требует затрат энергии, но сопряжена с реакциями, продуцирующими энергию в химической или электрохимической форме;

– субстратспецифична, перенос веществ осуществляется при участии мембранных белков-пермеаз;

– не получила широкого распространения у прокариот; так транспортируются в клетку полярные молекулы гидрофильных веществ (сахара, аминокислоты) в химически неизмененном виде.

3) активный транспорт:

– протекает против градиента концентрации;

– контролируется геномом;

– проходит с большими затратами энергии;

– субстратспецифичен; перенос веществ осуществляется при участии мембранных белков-пермеаз,

– это основной механизм избирательного переноса веществ через ЦПМ прокариот; так переносятся гидрофильные вещества (сахара, оксикислоты, нуклеотиды, нуклеозиды, жирные кислоты, аминокислоты) и антибиотики (пермеаза принимает антибиотик за питательное вещество, он проникает внутрь и клетка погибает) в химически неизмененном виде.

4) перенос химически модифицированных молекул (транслокация):

– протекает против градиента концентрации;

– контролируется геномом;

– проходит с большими затратами энергии;

– питательные вещества (сахара) поступают в клетку при участии мембранных белков-пермеаз;

– в процессе прохожде­ния через мембрану вещества модифицируются (фосфорилируются).

5) ионный транспорт —перенос ионизированных (заряженных) молекул через ионные каналы в мембране микроорганизма. Их прохождение осуществляется по градиенту концентрации и не требует затрат энергии.

6) ультрафильтрация — проникновение в клетку низкомолекулярных веществ путем растворения в белках мембраны (водорастворимые) или липидах (жирорастворимые).

Таблица 19

Дата добавления: 2015-04-25