Углеродное питание

По углеродному питанию м.о. разделяют на

2 большие группы:

1 Автотрофные

2 Гетеротрофные

Они различаются друг от друга по источнику углерода. У автотрофов источником углерода является СО₂, Н₂СО₃ или ее соли, а у гетеротрофов - источником являются готовые органические соединения - углеводы. Автотрофные м.о. или самостоятельно питаются. М.о. могут самостоятельно синтезировать углеводы из СО₂ и воды, затрачивая при этом определенное кол-во энергии. В зависимости от источника энергии автотрофные м.о. подразделяются на 2 подгруппы фототрофные и хемотрофные.

Фототрофные м.о. могут самостоятельно синтезировать углеводы из углекислого газа и воды за счет энергии солнечного света, которую они поглощают с помощью специальных пигментов - это бактерий хлорофил. бактериопурпурин, каратиноиды, сод-ся в хроматофорах, т.е. фототрофные м.о. осуществляют процесс близкий очень процессу фотосинтезу у растений.

Примерами фототрофов являются микроскопические зеленые водоросли, пурпурные серобактерии. Хемотрофные м.о. могут самостоятельно синтезировать углеДоды из углекислогогаза и воды, потребляя хиЖчёскую энергию окисления минеральных веществ. Такой процесс синтеза углеводов называется хемосинтезом, а бактерии осуществляющие этот процесс называются хемосинтезирующими. Впервые процесс был описан русским ученым Виноградским, который выделил из почвы возбудителей этого процесса. Примерами являются водородые бактерий (окисляют водород до воды)), бесцветные серобактерии -получают энергию при окислении сероводорода до серной кислоты, железобактерии (окисляют закисное железо в окисное).

Гетеротрофные м.о. не могут самостоятельно синтезировать углеводы и поэтому получают их в готовом виде из внешней среды. В зависимости от места получения готовых углеводов гетеротрофы подразделяются на 2 гр: Сапрофиты или метатрофы

паразиты или паратрофы»

Сапрофиты получают готовые углеводы из отмерших органических остатков (опавшие листья).

Сапрофитные м.о. живут в почве, воде. Они способны расти на искусственных питательных^ средах. Это гнилостные бактерии, разлагающие белки, дрожжи, множество плесневых грибов. ЗГаразиты получают готовые углеводы, внедряясь в клетку живущего организма, питаются веществами этой 1шетки~й~ зачастую приводят эту клетку к гибели. Паразитов нельзя вырастить на искусственных питательных средах. Примеры: спорынья, вирусы.

Азотное питание

По азотному питанию м.о. разделяются на 2 гр.: аминоавтотрофы и аминогетеротрофы

Они различаются по источнику азота. У аминоавтотрофов источником азота является минеральный азот нитратов, нитритов, молекулярный азот воздуха. А также простейший органический азот типа мочевины. Аминоавтотрофы способны самостоятельно синтезировать аминокислоты, белки, азотистые вещества из указанных источников. К таким микробам относятся нитрифицирующие бактерии способные окислять аммиак до нитритов и нитратов. Пример: нитрифицирующие бактерии ( аммиак до ) Азотфиксирующие

Источником азота у аминргетеротрофов_являются готовые азотистые вещества, т.к. они не могут синтезировать

эти в-ва, а получают их в готовом виде их внешней среды.

Подразделяют на 2 подгруппы в зависимости от места получения готовых азотистых

соединений: аминосапрофиты и аминопаразиты.

Аминосапрофиты получают готовые азотистые в-ва, разлагая отмершие органические останки. Пример. -

гнилостные бактерии.

Аминопаразиты получают готовые азотистые в-ва, внедряясь в живую клетку организма хозяина , паразитируя

в ней (вирусы, фаги, болезнетворные м.о.)

Минеральное питание

Минеральные в-ва нужны клетке в ничтожных количествах. Однако нехватка их или отсутствие хобя бы 1-го из них приводит либо к замедлению роста, либо к полной гибели м.о. Это объясняется большим значением минеральных веществ в жизни клетки (химический состав). Источником минеральных веществ являются различные соли, фосфор, (сернокислые, азотнокислые и т.д.), которые поступают в клетку, путем осмоса, будучи растворенными в воде.

По степени надобности организму минеральные в-ва делят на три группы:

1. - макроэлементы, к ним относят натрий, калий, кальций, фосфор, сера. Необходимы клетке в концентрации 1 г/л . калий необходим для нормального протекания процесса дыхания. Натрий регулирует поступление питательных веществ в клетку, фосфор - участвует в процессах синтеза нуклеиновых кислот АТФ, сера - участвует в синтезе серосодержащих аминокислот .

2 - микроэлементы (железо, медь, магний, )Эти элементы входят в состав небелковой части ферментов, участвующих в процессах дыхания. Эти элементы необходимы клетке в концентрации 1 мг/л.

3- ультрамикроэлементы ( В, фтор, иод и практически все элементы периодической системы Менделеева) 1мкг/л

м.о. паразиты портят все эти в-ва, внедряясь в живую клетку. А выращивание м.о. сапрофитов происходит в лабораторных условиях на специальных субстратах, называемых питательными средами

Требования, предъявляемые к питательным средам

1. Они должны быть полноценными по химическому составу. Содержать в себе источники углерода (крахмал, сахара), азота (белки, аминокислоты) и минеральные в-ва в необходимых концентрациях. Питательные среды должны содержать ростовые в-ва, которые ускоряют развитие бактерий (незаменимые аминокислоты, витамины, пуриновые и пиримидиновые основания) 1 мг/л.

2. Питательные среды должны иметь строго определенное рН. Для культивирования бактерий - нейтральная среда рН 7 и выше. Для плесневых грибов и дрожжей рН 3 - 6.

3. должны содержать много влаги (воды) для нормального хода процесса питания, т.е. поступления в-в в клетку.

1. Быть стерильными.

Классификация питательных сред см. в методичке лабораторная работа 4. Дыхание м.о. или процесс катаболизма или энергетического обмена.

Дыхание - это процессы окисления сложных веществ пищи с выделением энергии ранее затраченной на синтез этих сложных соединений, т.е. главное назначение – получение энергии. Дыхание иначе называется биологическим окислением. В природе окисление может осуществляться 3 путями:

1. - непосредственным присоединением кислорода к окисляемому в-ву.

2. - дегидрированием, т.е. путем переноса водорода от одного в-ва к другому

3. - путем переноса электронов.

Дыхание или биологическое окисление осуществляется вторым путем. Поскольку атом водорода можно представить как совокупность протона и электрона, то всякое перемещение водорода будет сопровождаться и перемещением электрона. Вещество, теряющее водород называется донором, оно окисляется, а вещество, принимающее водород называется акцептором , восстанавливается. Процесс этот протекает при участии ферментов переносчиков (дегидрогеназ).

В зависимости от конечного акцептора водорода различают 2 типа дыхания, присущее м.о.:

1. аэробное дыхание, когда конечным акцептором водорода является кислород воздуха и образуется вода.

2. Анаэробное, когда конечным акцептором водорода является любое другое вещество, способное воввтанавливаться, кроме кислорода.

В зависимости от типа дыхания, присущего м.о. микробы подразделяют на 3 группы:

1. облигатные или строгие аэробы. м.о, которым присуш только аэробный тип дыхания, поэтому они живут там, где есть воздух(пример –плесневые грибы)

2. облигатные или строгие анаэробы – м.о, которым присуще только анаэробное дыхвние. Они живут только в безвоздушном простронстве. Кислород для них яд (пример – клостридии).

3. Факультативные или нестрогие анаэробы. М.о, которым присущ анаэробный тип дыхания, но кислород не является для них ядом, т.е. они могут переключать тип дыхания с анаэробного на аэробный, если попадают в воздушную среду. (пример дрожжи, МКБ, кишечные м.о.)

Аэробные м.о. при дыхании могут окислять различные субстратные белки, жиры, но лучше всего углеводы, глюкозу. Одни м.о. могут полностью окислять субстраты (углеводы) до конечных продуктов распада, высвобождая при этом максимальное количество энергии, ровно столько, сколько было затрачено ее на синтез окисляемого вещества.

С₆Н₁₂О₂+ 6 О₂ 6СО₂+6Н₂О+2,87 *10⁶Дж.энерг.

Это уравнение полного окисления глюкозы или полного аэробного дыхания. Оно прямопротивоположно уравнению фотосинтеза. При этом образуются конечные продукты распада глюкозы: СО₂и Н₂О и выделилось максим. кол-во энергии, т.е. столько энергии, сколько было затрачено на синтез глюкозы из СО₂ и Н₂О.

Однако существуют некоторые аэробные м.о, которые могут окислять глюкозу в присутствиии кислорода не до конечных продуктов расщепления глюкозы СО₂ и Н₂О, а до каких то промежуточных в-в многие из которых имеют важное хозяйственное значение(уксусная и лимонная к-ты). При этом в окружающую среду выделяется гораздо меньше энергии, т.к. часть ее будет находится в недоокисленном продукте. Чем сложнее этот продукт по химической природе, тем меньше энергии выделяется при окислении. Такой процесс неполного окисления в-в в присутствии кислорода называется неполным аэробным дыханием или окислительным брожением. При окислительным брожении образуется в основном продукты, имеющие большое н/х значение- уксусная кислота, лимонная, яблочная.

(Классический пример – уксусно-кислое брожение, т.е. превращение этилового спирта под действием уксусно-кислых бактерий С₂Н₅ОН + О₂ = СН₃СООН + Н₂О + 0,48 *10⁶ Дж

Анаэробные м.о.

Они осуществляют процесс анаэробного дыхания или брожения. В зависимости от конечных продуктов различают спиртовое, глицериновое, молочнокислое, пропионовокислое и другие виды брожения. При этом образуются довольно сложные конечные продукты брожения и поэтому энергии в окружающую среду выделяется гораздо меньше, чем в случае аэробного дыхания. От 0,1 до 0,068 Дж энергии.

( Например, спиртовое брожение:

С₆Н₁₂О₆= 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 0,1 *10⁶ Дж

молочнокислое

С₆Н₁₂О₆= 2СН₃СНОНСООН + 0,075*10⁶ Дж

Маслянокислое брожение

С₆Н₁₂О₆= С₃Н₇СООН + 2СО₂ + 2Н₂ +0,068 *10⁶ Дж)

Энергетическая ценность процессов дыхания

Вся свободная энергия, выделившаяся в ходе дыхания, подразделяется на три вида:

1 – химическая 2 – тепловая 3 – световая

Химическая энергия. Она запасается клеткой в виде высокоэнергетических мол-л АТФ. Это единственный вид энергии, который в последствии может быть использован клеткой (процесс биосинтеза, поступление пит. В-в в клетку, передвижение требуют затрат энергии АТФ). Поэтому энергетическая ценность дыхания рассчитывается именно по образованию химической энергии (АТФ) Чем больше в ходе дыхания образуется химической энергии, тем выше энергетическая ценность и наоборот. Наиболее энергетически ценным являются процессы аэробного дыхания. На первом месте стоит процесс полного аэробного дыхания или окисления, т.к. из всей выделившейся энергии 50% накапливается в виде химической.

На втором месте – процессы неполного аэробного дыхания. 15-20% зап-ся в АТФ, при уксусно-кислом 17%.

Наименее энергетически выгодным явл процессы анаэробного дыхания или брожения. В зависимости от вида брожения в виде АТФ накапливается от 2 –4%. Остальная энергия при брожении выделяется в виде тепла или света.

Тепловая

Она не может запасаться клеткой впрок, т.к. выделяется в окружающую среду в виде тепла. В основном тепловая энергия образуется при анаэробном дыхании. Выделением этой энергии объясняется разогревание бродящих субстратов.