Бактериальный фотосинтез и его типы. Отличие бактериального фотосинтеза от фотосинтеза растений

Типы питания и группы микроорганизмов по типу питания.

Факторы роста. Ауксотрофы, прототрофы.

Пищевые потребности прокариот.

Химический состав прокариотной клетки.

Питание прокариот

Непрерывные культуры микроорганизмов

В 50-е годы XX столетия разработан метод непрерывной, проточной, культуры микроорганизмов. Суть его заключается в следующем. В ферментер или биореактор, где выращивается культура микроорганизмов, постоянно подается свежая питательная среда и одновременно выводятся продукты обмена и накапливающаяся биомасса микробов. Так в ферментере создаются оптимальные условия для поддержания бактериальной культуры в фазе экспоненциального роста на неопределенно долгий период времени.

Для выращивания непрерывной культуры бактерий используются хемостаты и турбидостаты. В хемостатах рост бактериальной популяций контролируется концентрацией питательного раствора по источнику углерода или азота. Чем выше концентрация лимитирующего вещества, тем больше скорость роста бaктериальной популяции. Принцип работы турбидостата основан на регулировании скорости подачи питательной среды плотностью образующейся бактериальной популяции. Плотность последней контролируется фотоэлементом, соединенным с реле, которое регулируют подачу среды.

Метод непрерывной культуры микроорганизмов широко внедряется в различные производства микробиологической промышленности, связанные с получением максимальной биомассы микробов.

Показателем продуктивности культуры служит экономический коэффициент. Он выражается отношением полученной биомассы бактерий, урожая, к количеству потребленного субстрата.

Метод непрерывной культуры применяется в лабораторной практике для изучения физиологии прокариот в строго контролируемых условиях. Синхронные культуры прокариот характеризуются тем, что клетки.

Химический состав клеток прокариот близок к таковому (в принципе) эукариот. 70–80 % состава клеток прокариот составляет вода. На остальные вещества приходится 10–30 % сухого вещества клетки. Сухое вещество клетки составляют белки, липиды, полисахариды, НК, низкомолекулярные вещества органического происхождения, минеральные соли. На долю белков приходится 50–80% сухой массы, встречаются специфические аминокислоты – мезо-ДАП, дипиколиновая кислота и др.

В прокариотной клетке – 60 типов т-РНК, около 600 видов и-РНК, ДНК представлена одним видом, но может быть несколько копий. В клетке может быть около 1 млн молекул метаболитов, 2000–2500 видов белков.

Элементарный состав представлен 50% – углерод, 20% – кислород, 10–15% – азот, 10 – водород, 2–6% – фосфор, доли процента составляет наличие других элементов.

Пищевые потребности прокариот .

Прокариоты нуждаются в питательных веществах. Пища, поступающая в клетку, служит источником энергии для поддержания жизни и строительным материалом для синтеза клеточных структур. Чем больше готовых соединений для поддержания жизни должен получить микроорганизм из внешней среды, тем соответственно ниже уровень его собственных биосинтетических способностей. Для биосинтеза основных макромолекул клетка в качестве источников питания должна получать углерод, кислород, водород, азот, фосфор, серу и другие элементы в виде более или менее сложных соединений.

Пищевые потребности источники биогенных элементов. Углерод – наиболее важный элемент клетки. По отношению к источнику углерода для конструктивного обмена все прокариоты делятся на две группы: автотрофы, потребляющие в качестве главного источника углерода углекислый газ, и гетеротрофы, усваивающие углерод из органических соединений. Для большинства гетеротрофов оптимальным и наиболее доступным источником углерода служат углеводы. В форме углеводов одновременно с углеродом в клетку поступают кислород и водород.

Помимо углеводов, хорошим источником углерода для многих бактерий являются многоатомные спирты и аминокислоты. Некоторые виды прокариот способны усваивать углерод из органических кислот.

Ограниченное число бактерий потребляет восстановленные соединения углерода. Так, использование углеводородов характерно для коринебактерий, микобактерий и псевдомонад. Общее число органических соединений, потребляемых в качестве источника углерода различными гетеротрофными микроорганизмами, чрезвычайно велико. Этим и объясняется главенствующая роль прокариот в круговороте углерода.

Для синтеза аминокислот, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов бактериям необходим азот. В природе азот встречается в форме окисленных и восстановленных соединений, а также в виде молекулярного азота атмосферы.

Большинство прокариот потребляют азот в восстановленной форме в виде солей аммония и аммиака (NH₃). Многие бактерии используют органические азотсодержащие вещества – белки, аминокислоты, мочевину, разрушая их с выделением аммиака. Окисленные формы азота – нитриты, нитраты – также усваиваются различными группами бактерий. Среди прокариот известно большое число организмов – бактерий, актиномицетов, цианобактерий, способных фиксировать молекулярный азот атмосферы для построения всех необходимых компонентов клетки.

Фосфор в клетках прокариот входит в состав важнейших органических соединений – нуклеиновых кислот, фосфолипидов, коферментов. Такие соединения фосфора, как АДФ и АТФ, являются аккумуляторами энергии клетки и играют важную роль в метаболизме. Источником фосфора для бактерий в основном служат фосфаты калия или натрия, а из органических соединений нуклеиновые кислоты.

Сера в клетке прокариот в основном встречается в восстановленной форме и входит в состав аминокислот, витаминов и кофакторов (биотин, кофермент А и др.). Наиболее важным компонентом, содержащим серу, является цистеин. Атомы серы в большинстве других содержащих серу соединений клетки (метионин, биотин, тиамин) происходят из SH-группы цистеина. Источником серы для большинства микроорганизмов служат сульфаты, которые в клетке восстанавливаются в сульфиды. Некоторые бактерии нуждаются в соединениях, содержащих серу в восстановленной форме, таких, как сероводород, тиосульфат, цистеин и метионин.

Для нормального роста и развития прокариот необходимы ионы металлов, представленные макроэлементами, такими, как калий, кальций, магний, железо, и микроэлементами. К микроэлементам относятся марганец, молибден, цинк, медь, кобальт, никель, магний и др.

Ионы металлов входят в состав жизненно важных метаболитов бактериальной клетки. Так, кобальт является активатором ферментов транспорта электронов в окислительно-восстановительных реакциях цикла Кребса. Железо и молибден необходимы бактериям для синтеза ферментов, участвующих в процессе азотфиксации.

Существует антагонистическое действие некоторых ионов. Например, ионы натрия угнетают рост молочнокислых микробов. Галофильные бактерии, наоборот, нуждаются в ионах натрия.

Факторы роста. Факторами роста называются органические соединения, которые не синтезируются многими прокариотными организмами, но без которых жизнь клетки оказывается невозможна. К таким соединениям относятся аминокислоты, пурины, пиримидины, витамины и др. Эти соединения прокариоты должны получать из среды.

Бактерии, нуждающиеся в каком-либо факторе роста, называются ауксотрофными по отношению к этому соединению. П рототрофные организмы способны синтезировать данное вещество в клетке.

Прокариоты существенно различаются по потребностям в факторах роста. Например, молочнокислые бактерии ауксотрофны ко многим аминокислотам, пуринам, пиримидинам и 5–6 витаминам, в то время как различные штаммы Escherichia coli проявляют ауксотрофность к какому-либо одному, но разному фактору роста.

Особенно часто микроорганизмы ауксотрофны к аминокислотам. Так, для роста бактерии Leuconostoc mesenteroides необходимо не менее 17 аминокислот. Глутаминовая кислота является фактором роста для гемолитических стрептококков, гонококков и бацилл сибирской язвы.

Многие микроорганизмы проявляют ауксотрофность к витаминам, в частности к витаминам группы В. Витамины этой группы входят в состав жизненно важных ферментов. Ростовым фактором для многих патогенных бактерий – пневмококков, гонококков, возбудителей дизентерии является парааминобензойная кислота. Она необходима микробной клетке для синтеза пуриновых оснований и ряда аминокислот (серии, гистидин, тирозин, метионин).

Дата добавления: 2014-11-06