Источники питательных веществ для микроорганизмов. Типы питания

Обмен веществ неразрывно связан с процессом питания микроорганизмов. Потребности микроорганизмов в питательных веществах разнообразны и, следовательно, в питательной среде должны находиться в достаточном количестве все элементы, из которых состоит или которые содержатся в клетке. Причем эти элементы должны находиться в усваиваемой микроорганизмом форме.

Ниже приводятся важнейшие компоненты клетки, составляющие ее основу и источники их поступления:

- Вода. Основной компонент клетки. Поступает из окружающей среды при голофитном типе питания. (Это тип питания, при котором питательные вещества поступают в клетку только в растворенном виде.)

- Углерод. Микробные клетки могут усваивать органические и неорганические соединения углерода.

По отношению к источникам углерода все микроорганизмы делятся на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы. Соответственно и тип питания этих микроорганизмов называется либо автотрофным, либо гетеротрофным.

Микроорганизмы, использующие для биосинтеза веществ клетки неорганический источник углерода - СО₂, называются автотрофами. К автотрофам относится сравнительно небольшая группа микроорганизмов, играющих важную роль в круговороте веществ в природе. Для пищевой промышленности они значения не имеют Микроорганизмы, которые не могут использовать СО₂ в качестве единственного источника углерода, и нуждаются в органических соединениях, называются гетеротрофами. К гетеротрофам относится большинство микроорганизмов. Многие гетеротрофные микроорганизмы для синтеза вещества клетки в качестве источника углерода используют в основном углеводы, а также спирты, но могут использовать и липиды, белки, углеродный скелет аминокислот и гораздо реже - органические кислоты.

Все гетеротрофы делятся на две группы сапрофиты и паразиты. Сапрофиты питаются органическим веществом отмерших животных и растений. К ним относятся гнилостные бактерии, мицелиальные грибы, актиномицеты, дрожжи, бактерии-возбудители процессов брожения и др. Одни из них имеют колоссальное значение в круговороте веществ в природе, другие используются в пищевой промышленности в процессах переработки растительного и животного сырья. Все они вызывают порчу пищевых продуктов. Паразиты питаются органическим веществом живого организма хозяина. В их число входят все болезнетворные микроорганизмы, включая вирусы, вызывающие заболевания человека, животных, растений.

Деление микроорганизмов по типам питания на автотрофов и гетеротрофов довольно условно, так как между ними имеется ряд переходных групп.

- Азот. Кроме углерода, важнейшим элементом для синтеза белковых веществ клетки является азот. Большинство микроорганизмов могут употреблять азот в органической и минеральной формах.

По отношению к источнику азота микроорганизмы делят на аминоавтотрофы и аминогетеротрофы. Аминоавтотрофы усваивают азот из минеральных соединений (нитратов, нитритов, аммонийных солей и т.п.). В природе есть бактерии, способные включать в обменные процессы атмосферный азот – это так называемые азотфиксаторы.

Аминогетеротрофы нуждаются в готовых органических азотсодержащих соединениях (белках, аминокислотах, пуринах, пиримидинах), которые они используют одновременно и как источник азота, и как источник углерода. Однако усваиваемость органических источников азота не одинакова. Белки, являющиеся высокомолекулярными соединениями, не проникают в микробную клетку, поэтому использовать их могут только микроорганизмы, выделяющие в окружающую среду протеолитические ферменты, расщепляющие белки до аминокислот. Аминокислоты проникают в клетку и используются ею в метаболизме.

- Кислород и водород. Источником этих элементов для всех микроорганизмов является вода. Кислород из воздуха способны усваивать только аэробные формы микроорганизмов.

- Сера. Большинство микроорганизмов использует минеральные источники серы - сульфаты, сульфиды и тиосульфаты, а также содержащие серу органические соединения.

- Источниками всех остальных элементов являются минеральные соли. Например, калийные соли фосфорной кислоты являются источником калия и фосфора, хлорид натрия – хлора и натрия и т.д.

Кроме основных питательных веществ многим гетеротрофным микроорганизмам необходимо наличие в среде в готовом виде специфических соединений, которые регулируют рост и называются «факторами роста». К ним относятся витамины и витаминоподобные вещества, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания и ряд других соединекний, которые сами микробные клетки не синтезируют.

Факторы роста нельзя рассматривать как стимуляторы роста микроорганизмов. Они необходимы микроорганизмам в очень малых дозах и используются для биосинтеза различных компонентов клетки. Витамины нужны для синтеза различных ферментов, аминокислоты - для синтеза белков, пуриновые и пиримидиновые основания - для синтеза ДНК и РНК.