Питание микроорганизмов

Основой конструктивного обмена является питание клетки. Пища необходима для конструктивных и энергетических процессов, протекающих в клетке. Поступает в клетку из внешней среды. Известны два способа питания - голозойный и голофитный. Голозойный встречается у животных. Частицы пищи подвергаются переварива­нию. Голофитный встречается у растений и микроорганизмов. Питательные вещест­ва в виде истинных растворов поступают через всю поверхность клетки. Важнейшую роль играет ЦПМ, она обладает полупроницаемыми свойствами - пропускает моле­кулы истинных растворов (сахара, соли) и задерживает макромолекулы и агрегаты (белки, полисахариды, липиды). Клетки микроорганизмов осуществляют внеклеточ­ное "переваривание" за счет определенных ферментов, выделяемых клеткой в окружающую среду. Поступление питательных веществ через ЦПМ осуществляется тремя путями.

Первый путь - пассивная или простая диффузия. Этим путем поступают только некоторые вещества, но главным образом вода. Транспорт (перенос) большинства питательных веществ, растворенных в воде, осуществляется с помощью специальных веществ - переносчиков (белки), пермеаз. Они циркулируют между внешними и внутренними поверхностями ЦПМ. Молекулы пермеаз переходят на наружную сторону ЦПМ, захватывают молекулу вещества и переносят на внутреннюю сторону, затем они возвращаются. Действие пермеаз строго специфично, они захватывают только вещества, усваиваемые клеткой. Про­цесс идет очень быстро. Существуют два пути поступления питательных веществ с помощью пермеаз.

Второй путь - облегченная диффузия. Движущей силой является разность кон­центраций в окружающей среде и в клетке, Перенос с помощью пермеаз идет по гра­диенту концентрации (от большей к меньшей) без затраты энергии. Проникают бо­лее разнообразные вещества по сравнению с простой диффузией.

Третий путь - активный перенос. Против градиента концентрации (от меньшей к большей). Требует затрат энергия. Потребность в питании связана с наличием тех или иных пермеаз. Например, Escherichia coli имеет 8000 пермеаз только перенося­щих лактозу. Механизм переноса в клетках разных микроорганизмов - однотипен. Большинство питательных веществ поступает в клетку путем активного переноса. Р и S клетка получает из органических соединений. К, Na и другие элементы - в виде солей. Кислород и водород клетка получает из воздуха и воды. Основной признак деления по типам питания - источник углерода. Животные усваивают углерод в органической форме - гетеротрофы, растения, усваивающие углерод в неорганиче­ской форме (СО₂) являются автотрофами. Однако микроорганизмы нельзя отнести ни к животным, ни к растениям. Микробный мир представлен как автотрофами, так и гетеротрофами, т. е. существует тот и другой тип питания. Бактерии, грибы, дрож­жи в большинстве гетеротрофы. Лучшим субстратом для них являются углеводы, но могут усваиваться белки, полисахариды, липиды, спирты и в меньшей мере органи­ческие кислоты. Микроорганизмы (их разные виды) способны усваивать почти все источники углерода, даже такие труднодоступные как продукты переработки нефти, мазут, гудрон и прочее. Наиболее усвояемы вещества с группами СН₂ОН, СНОН, СОН, но почти не усваиваются соединения с группой СООН, т. е. органические кислоты.

Гетеротрофы подразделяются на сапрофиты и паразиты. Сапрофиты питаются за счет "мертвых" субстратов, в том числе пищевых продуктов - органических мате­риалов. Они осуществляют круговорот органических веществ в природе. Паразиты -это виды, развивающиеся за счет живых организмов - человека, животных, расте­ний. В большинстве случаев паразиты являются условными, т. к. могут развиваться как в живой клетке, так и на искусственных средах. Могут менять свойства в зависи­мости от условий (пример - кишечная палочка). Безусловные паразиты - только вирусы.

Автотрофы - усваивают углерод в неорганической форме - С0₂. Это в основном бактерии (см. дальше). Играют большую положительную роль в природе, т. к. обо­гащают почву, водоемы необходимыми органическими веществами. Однако деле­ние микроорганизмов на автотрофы и гетеротрофы можно считать условным, т. к. между ними существуют переходные формы. Некоторые автотрофы способны усва­ивать простые органические вещества, некоторым гетеротрофам свойственна спо­собность фиксировать С0₂, что является весьма перспективным и выгодным с точки зрения практики. Типы питания микроорганизмов по источнику углерода представ­лены в таблице.