Источники углерода

Вода

Источники питания

Питание микроорганизмов

Процесс роста и развития микроорганизмов начинается с поглощения пищи. У микроорганизмов отсутствуют специальные органы принятия пищи, питательные вещества проникают в клетку через всю поверхность. Соединения с большой молекулярной массой предварительно расщепляются экзоферментами микроорганизмов.

Микроорганизмы чрезвычайно разнообразны по своим пищевым потребностям. Они могут существовать за счет усвоения самых различных субстратов. Одно и то же соединение для одних видов может быть хорошим продуктом питания, а для других не только недоступным, но даже ядовитым. Например, известны микроорганизмы, усваивающие фенол, парафин, нафталин, угарный газ и др. В зависимости от концентрации некоторые вещества могут быть для одного и того же микроорганизма либо ценным источником питания, либо ингибирующим веществом. Так, сахара в небольших концентрациях являются легко ассимилируемым продуктом для многих микроорганизмов, в то же время высокие концентрации сахара угнетают их рост.

Источники питания должны обеспечивать микроорганизмы всеми элементами для синтеза различных клеточных структур, а также источниками энергии, необходимой не только для биосинтетических процессов, но и для других энергозависимых процессов, характерных для микробной клетки, как в стадии активного роста, так и в покоящейся стадии. Микроорганизмам, как и другим организмам, нужна вода, углерод, азот, фосфор, сера и другие элементы в макро- и микродозах. Отдельным микроорганизмам необходимы некоторые органические соединения.

Около 75-90% массы микробных клеток составляет вода, в которой осуществляются все метаболические процессы. Вода должна находиться в жидкой фазе, так как только в такой фазе она доступна микроорганизмам. Благодаря способности образовывать водородные связи с полярными группами различных соединений вода обеспечивает гидратацию различных клеточных компонентов. Вода поддерживает определенное осмотическое давление – тугор клетки. В качестве химического реагента она вступает в реакции гидролиза, а также служит растворителем различных клеточных метаболитов. Необходимо постоянное поступление воды внутрь растущих клеток. В отсутствии воды задерживаются или полностью прекращаются метаболические процессы.

В строительном обмене микроорганизмов основная роль принадлежит углероду. По отношению к источникам углерода микроорганизмы принято делить на две группы – автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы (греч. autos – сам, trophe – пища) в качестве единственного источника углерода используют СО₂ и из этого простого неорганического соединения синтезируют все необходимые биополимеры. Способность к биосинтезу у автотрофов самая высокая. Гетеротрофы (греч. heteros – другой) нуждаются в готовых органических соединениях. Их пищевые потребности чрезвычайно разнообразны. Среди них встречаются микроорганизмы, использующие всего одно органическое вещество, и такие, которым необходим целый набор углеводов, аминокислот, дополнительных факторов. В зависимости от источника углерода и энергии микроорганизмы делят на шесть групп.

Фотоавтотрофы используют солнечную энергию для синтеза органических соединений из СО₂. В эту группу входит большинство фотосинтезирующих бактерий. Фотогетеротрофы используют солнечную энергию для усвоения углерода, связанного в органических соединениях. К ним относятся некоторые пурпурные и зеленые бактерии. Хемолитоавтотрофы используют энергию окисления минеральных веществ для синтеза органических веществ клетки из СО₂, т.е. могут расти только за счет неорганических соединений. К ним относятся нитрифицирующие бактерии, серобактерии, железоокисляющие бактерии. Хемоорганоавтотрофы для получения энергии окисляют органические соединения, а в качестве основного источника углерода используют СО₂. Это уникальная форма питания, например, характерна для бактерий, окисляющих муравьиную кислоту. Хемолитогетеротрофы для обеспечения себя энергией окисляют минеральные соединения, а в качестве питания используют углерод органических соединений. В эту группу входят немногие представители микробного мира – некоторые водородные и метанобразующие бактерии. Хемоорганогетеротрофы используют органическое вещество одновременно как источник питания и как источник углерода. К ним относится большинство бактерий - гнилостные, возбудители брожений, патогенные микроорганизмы, грибы.

Сапрофиты (греч. sapros – гнилой, phyton - растение), или метатрофы – это гетеротрофы, питающиеся продуктами жизнедеятельности других организмов, или использующие органические вещества отмерших растений и животных. Число органических соединений, используемых этими микроорганизмами в качестве источника питания, велико. К сапрофитам относятся гнилостные микроорганизмы, возбудители брожений. сапрофиты имеют большое значение в круговороте веществ в природе. Паразиты (паратрофы) – гетеротрофы, это организмы, питающиеся за счет органического вещества живого организма-хозяина. Такие микроорганизмы нарушают равновесие биохимических процессов в макроорганизме и вызывают его заболевание.

Олиготрофы (греч. oligos – малый, trophe – пища) –особая группа гетеротрофных микроорганизмов, которые могут расти только при низких концентрациях органических веществ в среде. Обычно такие микроорганизмы являющиеся обитателями водоемов. Миксотрофы – бактерии, обладающие способностью при изменении условий внешней среды переключаться с одного типа питания на другой. Многие виды бактерий являются миксотрофными.

Если данный тип метаболизма не является единственным и обязательным для данного микроорганизма, то такой микроорганизм относится к факультативному по типу питания. Многие виды микроорганизмов относятся к факультативным авто- и гетеротрофам. Факультативные паразиты в зависимости от условий существования могут быть либо паразитами, либо сапрофитами (например, возбудители многих кишечных инфекций). Строгие (облигатные) паразиты могут развиваться только в живых клетках.