Глава 1. Физиология бактерий

1.1. Классификация бактерий по типу питания и способу получения энергии

Метаболизм - совокупность процессов превращения веществ и энергии, направленных на сохранение и воспроизведение жизни. В процессе метаболизма у микробов выделяются те же этапы, что и у животных клеток: анаболизм - совокупность биохимических реакций, осуществляющих синтез компонентов клетки, и катаболизм – совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией, необходимой, в частности, для пластического обмена.

Метаболизм у бактерий отличается многообразием, пластичностью, высокой интенсивностью процессов, превосходящей таковую у животных клеток в сотни раз. Поскольку основными компонентами бактериальной клетки являются органические соединения, нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, липиды, остов которых построен из атомов углерода, то для роста требуется постоянное поступление его в клетку.

По способу углеродного питания бактерии относят к гетеротрофам (лат. heteros - другой, trophe - питание, т.е. «питающиеся за счет других») – организмам, которые не могут удовлетворять свои потребности в углероде только за счет СО2, а требуют для своего питания готовые органические соединения. В свою очередь, гетеротрофы делят на:

• сапрофиты (лат. sapras - гнилой, phytos - растение) – гетеротрофы, источником питания которых служат мертвые органические субстраты.

• паразиты (лат. para - при, sitas - пища) - гетеротрофы, живущие за счет живых организмов.

Для синтеза органических соединений бактериям необходима энергия. Единственным источником энергии для гетеротрофов является энергия, извлекаемая из органических соединениях с помощью биологического окисления. Данный процесс протекает в мезосомах цитоплазматической мембраны бактерий и аккумулируется в молекулах АТФ. Таким образом, патогенные бактерии относятся к хемоорганотрофам – организмам, получающим энергию за счет окислительно-восстановительных реакций, донорами электронов которых служат органические соединения. Бактерии, изучаемые медицинской микробиологией, являются гетерохемоорганотрофами.

1.2. Механизмы поступления питательных веществ в клетку бактерий

Для осуществления нормальной жизнедеятельности бактериям необходимо постоянно и тщательно регулировать обмен различных веществ между клеткой и внешней средой. Цитоплазматическая мембрана бактерий проницаема для многих веществ, поток их идет в обоих направлениях. Мембрана обладает избирательной проницаемостью, определяющей механизмы питания бактерий. Питательные вещества поглощаются бактериальной клеткой в молекулярной форме и поступают в нее тремя путями: пассивной диффузией, облегченной диффузией и активным транспортом.

Пассивная диффузия осуществляется за счет различного содержания питательных веществ в среде и в клетке и происходит по градиенту концентрации в направлении от большей концентрации к меньшей. Процесс не требует затраты энергии. Таким путем в клетку проникает и покидает вода вместе с растворенными различными мелкими молекулами, способными проходить через поры мембраны.

Для облегченной диффузии характерна выраженная субстратной специфичностью и протекает с участием специфичных белков – пермиаз, локализованных в мембране. Пермиазы распознают и связывают молекулу субстрата на внешней стороне мембраны и осуществляют ее перенос через мембрану. На внутренней стороне мембраны комплекс пермеаза-субстрат диссоциирует, освободившаяся молекула субстрата включается в общий метаболизм клетки, а пермеаза вновь готова повторить цикл переноса своего субстрата. Облегченная диффузия происходит только по градиенту концентрации, поэтому она не требует затраты энергии.

Активный транспорт осуществляется специфическими пермиазами против градиента концентрации, поэтому он требует затраты энергии. Большинство веществ проникает в клетку именно этим путем. В процессе переноса может происходить химическая модификация веществ – например фосфорилирование углеводов. Так, при участии фосфотрансферазной системы транспортируются многие сахара и их производные, в процессе переноса они фосфорилируются и поступают в клетку в виде сахарофосфатов.