Дыхание бактерий

По способу получения энергии бактерии можно разделить на две группы: аэробы и анаэробы. Аэробные бактерии для расщепления орга­нических веществ используют кислород. При расщеплении выделяется энергия, которая расходуется на процессы жизнедеятельности. Поэто­му аэробные бактерии могут жить только в кислородной среде, необ­ходимой для их дыхания.

Анаэробные бактерии получают энергию в результате бескислородного расщепления органических веществ — брожения или гниения.

Анаэробные бактерии были открыты французским биологом Луи Пастером в 1861 году. Это открытие ошеломило ученых-биологов, так как все считали, что жизнь обязательно связана с дыханием, то есть использованием кислорода. Первой анаэробной бактерией, открытой Л. Пастером, оказалась клостридиум бутирикум — бацилла, вызываю­щая брожение углеводов.

Брожением называют бескислородное ферментативное расщеп­ление углеводов.

Молочнокислые бактерии, например, расщепляют молекулу глюко­зы на две молекулы молочной кислоты. Выделяющуюся при этом энер­гию они используют для процессов жизнедеятельности. Химическими символами эту реакцию можно записать следующим образом:

С₆Н₁₂0₆ 2 С₃Н₆0₃ + ЭНЕРГИЯ

Такие реакции происходят при скисании молока, изготовлении кефира, при квашении капусты, мочении яблок, силосовании. Сахара, содержащиеся в молоке, овощах, фруктах, расщепляются до молочной кислоты, и бактерии получают необходимую для них энергию. Но при этом постепенно повышается кислотность среды, и она становится не­пригодной для жизни бактерий. Поэтому после брожения пищевые продукты могут сохраняться длительное время.

Анаэробные бактерии подразделяются на облигатные, которые не могут жить в присутствии кислорода, и факультативные, живущие как в кислородной среде, так и в бескислородной.

Питание бактерий. Автотрофы и гетеротрофы. Бактерии — паразиты и симбионты

По способу питания бактерии можно разделить на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофами называют бактерии, которые способны синтезиро­вать органические вещества из неорганических.

Если для синтеза используется солнечная энергия, то бактерии называют фотосинтетиками, а если энергия, выделяющаяся при различ­ных химических реакциях, — хемосинтетиками.

Все автотрофы имеют две большие группы ферментов. Одни обеспечивают синтез простых органических веществ из неорганиче­ских, а другие, используя эти вещества (глюкозу и др.), синтезируют сложные органические соединения (крахмал, муреин, белки и др.).

К бактериям-фотосинтетикам относятся Пурпурные и Зеленые бак­терии. В отличие от растений они получают водород (Н) не из воды (Н₂0), а из сероводорода (Н₂S). Химическими символами реакцию бактериаль­ного фотосинтеза можно записать следующим образом:

СО₂+ Н₂S С_nН_2nО_n + Н₂0 +S

При этой форме фотосинтеза кислород не выделяется, а в клет­ках бактерий накапливается сера. Такой тип фотосинтеза называют анаэробным.

Бактерии-фотосинтетики обитают чаще всего в водоемах на поверхности ила, а некоторые виды — в горячих источниках.

Иной характер фотосинтеза (аэробный) у цианобактерий. Это древнейшие организмы, появившиеся на нашей планете около 3 млрд. лет назад. Обитают преимущественно в пресных водоемах, вызывая иногда «цветение воды». Некоторые виды живут в морях и океанах, а также на суше, образуя на почве, камнях и коре деревьев зеленые налеты.

Фотосинтез цианобактерий подобен этому процессу у растений, и, используя химические символы, его можно выразить таким уравне­нием:

СO₂ + H₂O C_nH_2nO_{n +} O₂

Именно цианобактерии 800 млн. лет были единственными постав­щиками кислорода в атмосферу.

Бактерии-хемосинтетики были впервые обнаружены русским ученым С. Н. Виноградским в 1890 году. Эти бактерии используют энер­гию, выделяющуюся при окислении соединений аммиака, азота, же­леза, серы.

Бактерии-гетеротрофы используют для питания готовые орга­нические вещества, вырабатываемые организмами, либо остатками мертвых тел.

Способов получения необходимой энергии у этих бактерий два: брожение и гниение.

Гниением называют анаэробное ферментативное расщепление белков и жиров.

Если бактерии для жизнедеятельности используют остатки мерт­вых тел, то их называют сапротрофами. Знаменитый французский мик­робиолог Луи Пастер еще в конце XIX века указал на исключительно важную роль бактерий-сапротрофов в природе. Эти бактерии совмес­тно с плесневыми грибами являются редуцентами (от лат. Reduce — возвращать). Расщепляя органические остатки до минеральных солей, они очищают нашу планету от трупов животных и остатков растений, обеспечивая живые организмы минеральными солями, и замыкают круговорот веществ в природе.

В то же время бактерии гниения, попадая на продукты питания, вызывают их порчу. Для защиты продуктов питания от редуцентов их подвергают сушке, маринованию, копчению, засолке, замораживанию, квашению или специальным методам консервирования — пастериза­ции или стерилизации.

Луи Пастер разработал метод сохранения жидких пищевых про­дуктов (молока, вина, пива и др.), который назвали пастеризацией. Для уничтожения бактерий жидкость нагревают до температуры 65 — 70°С и выдерживают 15 — 30 минут.

Полное уничтожение бактерий достигается путем стерилизации. При этом продукты выдерживают при 140°С около 3 часов, либо обра­батывают их газами, жестким излучением и т. д.

Бактерии-паразиты питаются органическими веществами живых тел, вызывая заболевания у растений, животных и человека. Эти бакте­рии называют патогенными (греч. патос — болезнь, генос — происхож­дение).

Патогенные бактерии вызывают такие заболевания, как холера, чума, туберкулез, воспаление легких, сальмонеллез, возвратный тиф, ангина, дифтерия, столбняк и многие другие болезни человека, а также различ­ные заболевания животных и растений.

Изучение патогенных бактерий было начато еще Л. Пастером и получило развитие в работах Роберта Коха, Е. Смита, Данилы Самойловича, Ш. Китасато.

Издавна было известно, что бобовые растения повышают плодо­родие почвы. Об этом писали еще Теофраст и римский ученый Гай Плиний Старший.

В 1866 году известный русский ботаник и почвовед М. С. Воро­нин обратил внимание, что на корнях бобовых растений имеются ха­

рактерные вздутия — клубеньки, которые образуются в результате жизнедеятельности бактерий.

Лишь 20 лет спустя голландский микробиолог Мартин Бейеринк сумел доказать, что бактерии поселяются на корнях бобовых растений, получая от них готовые органические вещества, а взамен дают расте­нию столь необходимый для них азот, который усваивают из воздуха.

Так был открыт симбиоз бактерий с растениями. Дальнейшие ис­следования показали, что не только с растениями, но и с животными и даже с человеком. В кишечнике человека поселяется несколько видов бактерий, которые питаются остатками непереварившейся пищи, давая взамен витамины и некоторые другие вещества, необходимые для жиз­недеятельности человека.