Вопросы для самоконтроля

1. Фотосинтез: характеристика светового и темнового процессов.

2. Составьте схему синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.

3. Охарактеризуйте основные стадии биосинтеза белка.

4. Перечислите основные механизмы регуляции метаболизма.

5. Что такое оперон? Каким образом осуществляется механизм регуляции синтеза ферментов?

6. Дайте общую характеристику первичным метаболитам.

7. Дайте общую характеристику вторичным метаболитам.

8. Антибиотики: общая характеристика, классификация, значение.

7. Питание микроорганизмов

Питание является неотъемлемой функцией каждого живого организма. В процессе питания организм получает вещества, необходимые для синтеза клеточных структур, а также служащие источником энергии для всех процессов жизнедеятельности.

Ферментное оснащение микроорганизмов

Питание микроорганизмов как физиолого-биохимический процесс осуществляется благодаря наличию в клетке различных ферментов, катализирующих все жизненно необходимые реакции. В соответствии с катализируемыми реакциями все ферменты разделяются на шесть классов: оксидоредуктазы (окислительно-восстановительные ферменты), трансферазы (транспортируют отдельные радикалы и атомы от одних соединений к другим), гидролазы (ускоряют реакции гидролиза), лиазы (отщепляют от субстрата химические группы негидролитическим путем), изомеразы (превращают органические соединения в их изомеры), лигазы (ускоряют синтез сложных соединений из более простых). В микробной клетке ферменты энергетического обмена и транспорта питательных веществ локализованы в цитоплазматической мембране и ее производных, ферменты белкового синтеза связаны с рибосомами. Многие ферменты не связаны с отдельными структурами клетки, а находятся в цитоплазме в растворенном виде.

Ферменты бактерий подразделяются на эндо- и экзоферменты. Эндоферменты функционируют только внутри клетки и катализируют реакции биосинтеза и энергетического обмена. Экзоферменты выделяются клеткой в окружающую среду, расщепляя макромолекулы питательных субстратов до простых соединений, усваиваемых клеткой в качестве источников энергии, углерода и др. К ним относятся гидролитические ферменты, играющие важную роль в питании микроорганизмов.

В зависимости от условий образования ферментов их разделяют на конститутивные и индуцибельные. Большинство гидролитических ферментов являются индуцибельными (подробнее см. «Регуляция метаболизма»).

Физиология питания

Основную часть микробной клетки составляет вода – 80-90% общей массы.

В состав клеток микроорганизмов входят следующие элементы:

Элемент	% массы сухого вещества
Углерод	50
Кислород	20
Азот	14
Водород	8
Фосфор	3
Сера	1
Калий	1
Натрий	1
Кальций	0,5
Магний	0,5
Хлор	0,5
Железо	0,2
другие элементы	0,3

Углерод имеет наибольшее значение для питания микроорганизмов. Потребности различных микроорганизмов в источниках углерода разнообразны. Фотосинтезирующие организмы потребляют наиболее окисленную форму углерода – СО₂. Другие организмы получают углерод главным образом из органических веществ. При этом питательная ценность органических источников углерода зависит от строения их молекул, и связана с легкостью их перехода в углеводы или близкие к ним соединения, которые затем превращаются в вещества с тремя атомами углерода (пируват). Высокой питательной ценностью обладают вещества, содержащие спиртовые группы (-СНОН, -СН₂ОН, -СОН).

Азот служит материалом для образования аминных (NH₂ ) и иминных (NH) групп в молекулах аминокислот, пуринов и пиримидинов, нуклеиновых кислот и других веществ клетки. Самый доступный источник азота для многих микроорганизмов – ионы аммония (NH₄⁺) и аммиак (NH₃). Большинство микроорганизмов способны использовать минеральные и органические соединения азота.

Сера, как и азот, является необходимым компонентом клеточного материала всех организмов, в которых она встречается главным образом в восстановленной форме (сульфидная группа). Большинство микроорганизмов может использовать сульфаты как питательное вещество, однако существуют бактерии, нуждающиеся для биосинтеза в источниках восстановленной серы.

Основные органические соединения, характерные для микроорганизмов всех типов, синтезируются клетками из веществ той среды, где развивается микроб.

Вещества, необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов и поступающие из окружающей среды, называются питательными, а среды, содержащие их – питательные среды.

Состав питательных сред определяется пищевыми потребностями микроорганизмов. Конструктивные и энергетические процессы у микроорганизмов очень разнообразны, поэтому также разнообразны их потребности в питательных веществах. Из этого следует, что универсальных сред, одинаково пригодных для роста всех без исключения микроорганизмов, нет.

Основными компонентами любой питательной среды для культивирования микроорганизмов являются соединения углерода и азота. Именно эти соединения определяют специфичность подавляющего большинства питательных сред.

Для каждого вида или группы близких видов микроорганизмов необходима своя среда. Среды, предназначенные для развития одного вида или группы микроорганизмов, называют элективными. Элективные среды обычно применяют на первом этапе выделения микроорганизмов из естественных субстратов (например, среда Эшби для Azotobacter). Дифференциально-диагностические среды дают возможность быстро отличить одни виды микроорганизмов от других или выявить некоторые их особенности (например, агаризованная среда Эндо для бактерий рода Escherichia).

По составу среды для культивирования микроорганизмов делят на натуральные (естественные) и синтетические. К натуральным относятся среды, состоящие из продуктов животного или растительного происхождения. Это могут быть клетки и ткани или экстракты из них. На таких средах хорошо развиваются многие микроорганизмы, т.к. в них содержатся в основном все необходимые компоненты. Синтетические среды представляют собой комплекс определенных химически чистых соединений, взятых в точно указанных концентрациях. Состав этих сред, в отличие от естественных, всегда известен. Выделяют группу полусинтетических сред, которые состоят из природных продуктов в комбинации с рядом определенных химических соединений.

Особенности питания микроорганизмов заключаются в следующем:

- питательные вещества поступают в клетку через всю ее поверхность, специальных органов питания нет;

- высокая скорость процессов метаболизма (например, бактериальная клетка за сутки потребляет питательных веществ в 20 раз больше веса своего тела);

- быстрая адаптация к меняющимся условиям окружающей среды.