Физиология микроорганизмов

Физиология микроорганизмов изучает процессы питания, дыхания, роста, размножения, взаимодействия микробов с внешней средой, т.е. их жизнедеятельность.

Химический состав клетки. В микробной клетке содержится в среднем 80-85 % воды и 15-20 % сухих веществ. Вода в клетке находится в свободном и связанном состоянии. В свободной воде происходит растворение наиболее важных органических и минеральных веществ. В водной среде протекают основные биохимические процессы. Связанная вода входит в состав белков, углеводов, жиров и других веществ.

В состав сухих веществ микробной клетки входят минеральные и органические вещества, основу которых составляют углерод, азот, кислород и водород. На долю минеральных (зольных) элементов приходится 3-10 %, а на долю органических - 90-97 % сухих веществ.

Важнейшей частью органического вещества микробов являются белки. Они составляют около 70-80 % сухих веществ. В состав клетки входят простые (протеины) и сложные (протеиды) белки. Простые белки при гидролизе (химическое расщепление в воде) дают аминокислоты: триптофан, тирозин, лейцин и др. Сложные белки являются строительным материалом для клетки, а также играют большую роль в росте и размножении. Хромопротеиды (цитохромы) являются катализаторами окислительных процессов в клетке.

В микробной клетке углеводы представлены в основном полисахаридным комплексом и продуктами их гидролиза. Углеводы входят в состав оболочки и капсул, участвуют в синтезе белков и жиров и являются основным энергетическим материалом, расходуемым в процессе дыхания.

Жиры и жироподобные вещества (липиды) входят в состав оболочки, придают клетке устойчивость при неблагоприятных условиях существования и играют роль запасных питательных веществ.

В микробной клетке содержатся витамины, микроэлементы, минеральные и другие вещества. Нуклеиновые кислоты представлены в виде ДНК и РНК. РНК управляет синтезом белка, ДНК является передатчиком наследственных свойств.

Микроэлементы (цинк, медь, молибден и др.) участвуют в синтезе ферментных белков, активизируют жизнедеятельность микроорганизмов.

Питание микроорганизмов. Между микробной клеткой и внешней средой происходит постоянный интенсивный процесс обмена. Поглощение питательных веществ и выделение продуктов жизнедеятельности происходит у микроорганизмов через всю поверхность полупроницаемой оболочки. В основе механизма проникновения питательных веществ через стенку клетки лежат сложные физико-химические явления. Через полупроницаемую оболочку в тело микробов поступают вода и растворенные в ней питательные вещества. В клетке накапливается материал, необходимый для ее роста.

В тело клетки через ее оболочку не могут проникать вещества, имеющие большие размеры молекул (коллоиды, белки и др.). Они проникают в клетку только после предварительного их расщепления ферментами, выделяемыми в питательную среду.

Для питания микроорганизмов необходимы азот и углерод. По типу усвоения углерода микробы принято делить на группы аутотрофов и гетеротрофов. Аутотрофные микроорганизмы способны усваивать углерод непосредственно из углекислоты и не нуждаются в готовых органических соединениях. К аутотрофам относятся железобактерии, серобактерии, нитрофицирующие бактерии и др. Гетеротрофы - микробы, которые для своего питания используют углерод из готовых органических соединений. К группе гетеротрофов относятся непатогенные (сапрофиты) и патогенные (паразиты) микробы. Сапрофиты живут за счет использования мертвых органических субстратов. К сапрофитам относят многие виды гнилостных микробов. Паразиты - сравнительно небольшая группа микробов, способных жить и размножаться в живых тканях животных, человека, растений и вызывать инфекционные заболевания.

По характеру усвоения азота микробы подразделяются на азотфиксирующие, способные питаться атмосферным азотом; протеолитические, расщепляющие белковые вещества, пептиды и аминокислоты; нитритно-нитратные, усваивающие окисленные формы азота.

Многие микроорганизмы для своего развития, кроме углерода и азота, нуждаются в факторах роста - витаминах, которые играют роль катализаторов биохимических процессов в клетке. Другие же виды микробов сами являются продуцентами ростовых веществ. Например, дрожжи продуцируют витамин В, биотин, пантотеновую кислоту.

Дыхание микроорганизмов. Для своей жизнедеятельности каждая микробная клетка кроме питательных веществ нуждается в энергии. Эту энергию микроорганизмы получают в процессе дыхания. Сущность дыхания у микробов заключается в окислении сложных органических соединений до более простых веществ с выделением тепловой энергии, которая и используется микробами. В большинстве случаев микроорганизмы получают энергию путем окисления углеводов и других органических соединений. За счет полученной энергии происходит синтез сложных органических соединений в самой клетке.

По типу дыхания микроорганизмы делятся на аэробы и анаэробы. Аэробы - микроорганизмы, которые для дыхания и получения необходимой энергии нуждаются в свободном доступе кислорода из воздуха. У этой группы микробов процесс дыхания аэробный. Анаэробы - микроорганизмы, которые получают энергию при дыхании без доступа кислорода воздуха путем расщепления питательных веществ. Различают облигатные (строгие) и факультативные (нестрогие) анаэробы. Облигатные анаэробы проявляют свою жизнедеятельность только при отсутствии кислорода воздуха. Факультативные анаэробы могут развиваться в средах как в присутствии кислорода воздуха, так и без него.

В химизме дыхательных процессов у аэробов и анаэробов имеется много общего. Во всех случаях первым этапом дыхательных процессов является отщепление водорода от субстрата (дегидрирование) в присутствии специфических ферментов - дегидрогеназ. Происходящие процессы носят окислительно-восстановительный характер.

Сущность окисления состоит в потере электронов окисляющимся веществом, тогда как сущность восстановления состоит в присоединении этих электронов восстанавливающимся веществом. Та или иная последовательность биохимических реакций в течение обменных процессов возможна благодаря тонким изменениям окислительно-восстановительного потенциала, под которым понимают способность вещества отдавать или получать электроны.

При аэробном типе дыхания аэробные дегидрогеназы передают отнятый от субстрата водород или непосредственно кислороду воздуха, или цитохромной системе. Это так называемое аэробное дегидрирование, при котором происходит обычно полное окисление. При полном окислении конечными продуктами являются вода и углекислота, при этом освобождается вся энергия. При неполном окислении происходит образование продуктов, в которых заключается значительная часть энергии.

В анаэробных условиях биохимические процессы происходят при отсутствии кислорода воздуха. Анаэробные дегидрогеназы не могут отдавать водород кислороду воздуха, а передают его другим веществам, от которых сравнительно легко отщепляется кислород. Это так называемое анаэробное дегидрирование, при котором происходит неполное окисление субстрата.

Размножение микроорганизмов. Бактерии размножаются делением клетки. Цитоплазматическая мемрана врастает внутрь перпендикулярно оси. Образуется перегородка, которая разделяет одну клетку на две новые. Скорость размножения у различного вида бактерий различна. Например, клетка кишечной палочки делится каждые 20-30 мин, а клетка туберкулезных бактерий - через 20-24 ч. Скорость размножения зависит от наличия питательных веществ в среде, температуры, реакции среды и других факторов.

Дрожжи размножаются простым делением, почкованием, посредством спор, а некоторые виды - слиянием двух клеток. При размножении почкованием на материнской клетке образуется небольшой бугорок - почка, которая увеличивается. В нее из материнской клетки переходит часть цитоплазмы, ядра и других клеточных элементов, затем почка отделяется от материнской клетки.

Плесневые грибы размножаются бесполым и половым путем. При бесполом размножении у многоклеточных грибов на концах плодоносящих гиф развиваются споры (конидии). После созревания споры осыпаются и прорастают в новые гифы. У одноклеточных плесневых грибов споры находятся внутри спорангия (мешочек). При созревания плесени спорангии лопаются и споры рассеиваются во внешнюю среду. В благоприятных условиях они прорастают и образуются новые особи. Некоторые виды грибов размножаются путем распада мицелия на отдельные членики. При половом размножении происходит слияние двух клеток.

Дата добавления: 2013-12-12