Тема 13. «Питание микроорганизмов»
1. Питание микроорганизмов, физиологические группы питания
2. Химические вещества как питательные субстраты
3. Особенности ферментов микроорганизмов
1. Питание микроорганизмов, физиологические группы питания
-
Питание клеток микроорганизмов – это процесс включения в метаболические реакции любого характера тех или иных соединений внешней среды.
-
Питательным веществом следует считать любое химическое вещество, которое способно удовлетворять энергетические либо биосинтетические потребности клетки, либо те и другие.
-
К макроэлементам (биогенным) относятся десять элементов, которые содержатся в основных биополимерах всех организмов: С, O, H, N, S, P, K, Ca, Mg, Fe. Микроэлементы включают в себя Mn, Mo, Zn, Cu, Co, Ni, Ba, B, Na, Se, Si, W и другие, однако в них нуждаются не все организмы.
-
Физиологические группы питания:
- Ауксотрофные микроорганизмы - которые нуждаются в определенном факторе роста. Примером природных ауксотрофных микроорганизмов являются молочнокислые бактерии, которые зависят от наличия в среде почти всех аминокислот и витаминов.
- Прототрофные микроорганизмы способны синтезировать все необходимые для себя соединения.
- Автотрофы (от греч. autos – сам, trophe – пища, питание, т.е. питаются самостоятельно) – это микроорганизмы, способные усваивать или фиксировать углекислый газ воздуха в качестве единственного источника углерода и синтезировать из него органические вещества своих клеток. К автотрофам относится большинство фототрофных бактерий (но далеко не все из них).
- Гетеротрофы («питаются другими»)– организмы, которые нуждаются в готовых органических веществах.
Наибольшая степень гетеротрофности присуща облигатным внутриклеточным паразитам, т.е. организмам, которые могут жить только внутри других клеток. Примером таких бактерий являются риккетсии и хламидии, которые у человека обычно вызывают тяжелые патологические явления, в том числе и летальный исход.
Гетеротрофные организмы, которые непосредственно от других организмов не зависят, но нуждаются в готовых органических соединениях, называются сапрофиты (от греч.: гнилое растение). К сапрофитам относится большая часть бактерий, хотя степень требовательности к субстрату у сапрофитов различна.
- Фототрофы используют энергию света и трансформируют ее в химическую, хемотрофы используют энергию, которая освобождается при реакциях окисления-восстановления.
- Органотрофными являются организмы, которые используют в качестве доноров электронов органические соединения, к литотрофным относятся организмы, способные использовать в качестве доноров электронов неорганические вещества (H2, NH3, H2S, CO, Fe2+ и т. д.).
Таблица 1 - Классификация бактерий по типам питания
|
Тип питания |
Источник энергии |
Донор электронов |
Источник углерода |
Представители |
||
|
Хемолито- автотрофия |
Окислитель- но-восстано-вительные реакции |
Неоргани- ческие ве-щества |
СО2 |
Нитрифицирующие, тионовые, водородные бактерии, железобактерии |
||
|
Хемолитоге- теротрофия |
|
|
|
|
Органи- ческие вещества |
Метаногенные, сульфатредуцирующие бактерии |
|
» |
» |
» |
» |
|||
|
|
|
|
|
|||
|
Хемооргано- автотрофия |
|
|
Органиче- ские веще- ства |
СО2 |
Факультативные метилотрофные бактерии |
|
|
» |
» |
|||||
|
|
|
|||||
|
Хемооргано- гетеротрофия |
|
|
|
|
Органи- ческие вещества |
Большинство бактерий (энтеробактерии, молочнокислые бактерии, маслянокислые бактерии и др.) |
|
» |
» |
» |
» |
|||
|
|
|
|
|
|||
|
Фотолитоав- тотрофия |
Солнечный свет |
Неоргани- ческие ве- щества |
СО2 |
Некоторые виды пурпурных и зеленых бактерий, цианобактерий |
||
|
Фотолитоге- теротрофия |
|
|
|
|
Органи- ческие вещества |
Некоторые виды пурпурных и зеленых бактерий |
|
» |
» |
» |
» |
|||
|
|
|
|
|
|||
|
Фотооргано- автотрофия |
|
|
Органиче- ские веще- ства |
СО2 |
Некоторые виды пурпурных бактерий |
|
|
» |
» |
|||||
|
|
|
|||||
|
Фотооргано- гетеротрофия |
|
|
|
|
Органи- ческие вещества |
Некоторые виды пурпурных и зеленых бактерий, цианобактерий, галобактерий |
|
» |
» |
» |
» |
|||
|
|
|
|
|
|||
2. Химические вещества как питательные субстраты
-
Некоторые бактерии способны использовать атмосферный азот. Это уникальное свойство характерно для азотфиксирующих микроорганизмов. Среди них выделяют как свободноживущие (бактерии родов Azotobacter, Azomonas, Beijerinсkia, Azospirillum, некоторые виды родов Clostridium, Pseudomonas, некоторые цианобактерии, пурпурные бактерии и зеленые серные бактерии и др.), так и симбиотические (бактерии родов Rhizobium, Bradyrhizobium, Azorhizobium, Frankia, некоторые виды родов Chromatium, некоторые цианобактерии и др.). В процессе биологической фиксации молекулярный азот восстанавливается до аммиака. Азотфиксирующие бактерии обеспечивают один из необходимых этапов в круговороте азота в природе.
3. Особенности ферментов микроорганизмов
-
Ферменты - это вещества белковой природы, вырабатываемые живой клеткой; являются биологическими катализаторами; играют важную роль в обмене веществ. Микроорганизмы могут синтезировать разнообразные ферменты; они относятся к 6 известным классам: оксиредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы.
-
Активность ферментов измеряют в международных единицах (МЕ): 1 МЕ соответствует количеству фермента, которое превращает 1мкМ субстрата в 1 минуту в стандартных условиях.