Обмен веществ у м/о

Любой живой организм находится в тесной взаимосвязи с окружающей внешней средой. Из нее он потребляет кислород, питательные вещества, выделяя продукты жизнедеятельности, т.е. между организмом и окружающей средой происходит постоянный обмен веществ.

Обмен веществ – неотъемлемое свойство живого организма, т.к. если организм изолирован от внешней среды, то обмен веществ прекращается, организм погибает.

Обмен веществ иначе называется метаболизм. Он состоит из взаимосвязей, взаимообуславливающих и взаимоисключающих друг друга процессов – анаболизма и катаболизма.

Анаболизм – это процесс синтеза сложных веществ, присущих самой клетке (ее белков, жиров, углеводов) из более простых предшественников (аминокислот, жиров, глицерина, сахаров), которые поступают, как правило, с пищей. Поэтому процесс анаболизма приравнивается к процессу питания.

Поскольку в ходе этих процессов увеличивается биомасса, происходит построение организма, то процесс питания иначе называют конструктивный обмен (строительный). Все процессы биосинтеза веществ требуют затрата энергии. Эта энергия поступает в клетку в виде АТФ из процессов катаболизма.

Катаболизм – это процессы расщепления и, главным образом, окисления сложных веществ пищи, который сопровождается выделение энергии АТФ. Основным процессом катаболизма является окисление веществ, которое осуществляется в ходе дыхания клетки, поэтому процессы катаболизма приравниваются к процессам дыхания или энергии обмена, т.к. основным назначением дыхания является получение энергии.

Одно и тоже вещество пищи может использоваться клеткой, как в процессе анаболизма, так и в процессе катаболизма, но большая часть всех питательных веществ расходуется на процесс катаболизма. Конечные продукты обмена веществ называются метаболитами. Накапливаясь в окружающей среде в больших количествах, они приводят к гибели м/о. Поэтому при выращивании хозяйственно полезных м/о метаболиты нужно удалять из зоны роста. Все живые организмы имеют свои особенности обмена веществ. Но для м/о описаны 2 основные общие особенности обмена веществ.

1. Необычно высокая скорость обмена веществ. 1 микробная клетка в благоприятных условиях за сутки может потреблять и перерабатывать питательных веществ в 30-40 раз больше собственного веса. Этим объясняется большая скорость роста м/о, а также порча пищевых продуктов, обсемененных микробами.

2. Многообразие путей анаболизма.

Химический состав м/о

По химическому составу микробная клетка очень близка к любой живой клетке (особенно к растительной). Микробная клетка на 75-85% состоит из воды. 15-25% - сухой остаток. Значительный процент воды говорит о ее большом физиологическом значении. Вода в микробной клетке может находится в 2-х видах: свободном и связанном.

Свободная вода является растворителем питательных веществ, создает водную фазу для протекания химических реакций, может сама участвовать в протекании биохимических реакций (гидролиз). При потере свободной воды м/о не гибнет, а переходит в состояние анабиоза – это состояние, когда клетка жизнеспособна, но не жизнедеятельна.

Связанная вода прочно связана со структурами клетки и поэтому ее потеря приводит к разрушению структуры и гибели клетки. Она не является растворителем питательных веществ, не участвует в реакциях, но необходима в формировании клеточных структур.

Сухой остаток состоит из органических и минеральных веществ.

Органические вещества на 98% построены из 4-х основных элементов: углерода, кислорода, азота, водорода. Эти элементы называются элементами органогенами (творящие органику). К важнейшим органогенным веществам относят белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты, пигменты.

1. Белки выполняют важные функции в клетке, входят в состав ЦПМ, рибосом, выполняют каталитическую функцию, являясь ферментами. Некоторые м/о могут накапливать большое количество белка (дрожжи). Это свойство используется для получения белково-витаминных концентратов.

2. Липиды входят в состав ЦПМ, а также могут накапливаться в виде в виде капелек жира как ЗПВ. Выполняют энергетическую функцию при голодании клетки.

3.Углеводы у бактерий чаще всего сосредоточены в капсуле, выполняют защитную функцию, у грибов, дрожжей – в виде гликогена, который выполняет энергетическую функцию при голодании клетки.

4. Нуклеиновые кислоты ДНК, РНК. ДНК входит в состав ядернего вещества, выполняют генетическую функцию. РНК находится в рибосомах, цитоплазме, участвует в биосинтезе белка.

5. Пигменты или красящие вещества входят в состав хроматоформ, обеспечивают окраску м/о.

Все органические вещества при сжигании клетки улетучиваются в виде оксидов, диоксидов, аммиака и др. газов.

Минеральные вещества при сжигании клетки не улетучиваются, а переходят в золу и поэтому называются иначе зольными элементами. Их количество невелико, составляет 2-5% от веса сухого остатка. К ним относятся: натрий, калий, кальций, сера, фосфор, железо, медь, магний, молибден.

Минеральные вещества выполняют ряд важных функций:

1. поддерживают осмотическое давление клетки;

2. входят в состав небелковой части ферментов;

3. могут оказывать влияние на активность ферментов, выступая либо в качестве активаторов, либо ингибиторов ферментов, т.е. тем самым регулируют обмен веществ в микробной клетке.

Процессы питания или анаболизма или строительного конструктивного обмена

1. Пути поступления питательных в-в в микробную клетку

2. Типы питания м.о.

1. У м.о. нет специальных органов для приема пищи и поэтому питательные в-ва поступают через всю поверхность тела. Чем больше поверхность тела, тем интенсивнее происходят процессы питания, а значит и всего обмена в-в, вот почему палочки наиболее распространенная группа бактерий.

2. Существует два основных способа поступления питательных в-в в клетку:

1 – осмос; 2 – адсорбция.

Осмос – в клетку поступают минеральные вещества, растворенные в воде. Движущей силой осмоса является разность концентрации растворов (осмотическое давление) по обе стороны полупроницаемой мембраны – ЦПМ. Микробная клетка живет на субстрате, в котором осмотическое давление несколько меньше осмотического давления клетки. Поэтому по законам осмоса для выравнивания осмоса по обе стороны ЦПМ в клетку будет направлен ток воды с растворенными в ней минеральными элементами, причем каждое в-во диффундирует в соответствии со своим порциальным осмотическим давлением. Из-за поступления тока воды в клетку цитоплазма будет нахходиться в набухшем , напряженном состоянии, плотно прижата к клеточной оболочке, оказывая постоянное давление. Такое жизненное состояние клетки называется тургором клетки. Потеря тургора приводит либо к замедляемости ж.д. клетки, либо к ее гибели.

Пример: 1) сли клетку поместить на среду, осмотическое давление которой больше осмотического давления в клетке (сильно соленый или сильно сладкий субстрат), то согласно законам осмоса вода начинает выходить из клетки. Цитоплазма обезвоживается, отстает от клеточной стенки, сворачивается в клубочек. Такое явление потери тургора называется явлением плазмолиза. Плазмолиз обратим, поэтому клетка не погибает, а переходит в состояние анабиоза.

2) Если клетку поместить на субстрат, осмотическое давление которого во много раз меньше осмотического давления клетки, например дистиллированную воду, то вода начинает неограниченно поступать в клетку, цитоплазма переводняется, оболочка не выдерживает – разрывается, клетка гибнет. Такое явление называется плазмоптизом. Он всегда приводит клетку к гибели.

Т.о. для нормального хода процесса питания клетки необходимо строгое соответствие между осмотическим давление клетки и субстрата, при котором клетка находится в состоянии тургора.

Адсорбция

Путем адсорбции в клетку поступают органические в-ва, растворенные в воде с молекулярной массой меньше 1000. При этом питательные вещества вначале сорбируются на клеточной оболочке, затем к ним изнутри подходят специальные белки ферменты –переносчики - пермеазы, которые связываются с этими веществами и протаскивают их в цитоплазму. Пермиазы обладают специфичностью действия. Т.е. каждый из них способствует прохождению в цитоплазму строго определенного вещества. Если адсорбция происходит по градиенту концентрации, то она не требует затраты энергии АТФ и поэтому называется облегченной диффузией. Если адсорбция происходит против градиента концентрации, то это требует затраты энергии АТФ и такой процесс называется активным транспортом. Решаюшую роль в процессе поступления питательных в-в в клетку принадлежит полупроницаемой ЦПМ, клеточная стенка выполняет лишь функцию механического сита.

2 Типы питания м.о.

Из химического состава клетки известно, что сухой остаток состоит из 4 элементов органогенов С, О, азота, Н и минеральных веществ. Потребность клетки в кислороде и водороде покрывается за счет воды и кислорода воздуха. А углерод и азот и минеральные в-ва поступают по разному. Поэтому различают

• углеродное питание

• азотное

• минеральное.