Питание бактерий

Для роста и размножения микроорганизмов необходи­мы источники питания. Питание обеспечивает бактериальную клет|ку пластическим материалом для самовоспроизведения и энергией. Однако при наличии необходимых источников энергии и питания скорость размножения микроорганизмов в значительной мере

зависит от условий среды. Поэтому механизмы клеточной само­регуляции можно условно разделить на две основные группы: не­специфические механизмы регуляции роста и размножения; спе­цифические механизмы саморегуляции.

К группе неспецифических механизмов относится совокупность действия различных физико-химических факторов, регулирующих общую скорость всех основных процессов жизнедеятельности:

температура, рН, концентрация ионов, степень обеспечения сре­ды кислородом и т. д.

Таким образом, эту форму регуляции можно определить еще как неконтролируемую со стороны клетки, то есть характеризую­щую действие факторов внешней среды.

Специфические механизмы обменных процессов бактериаль­ной клетки возникли из неспецифических и обязательно включа­ют их в себя, однако, представляют более сложную форму взаи­мосвязи.

Основу специфической саморегуляции живых систем состав­ляет ферментсубстратная реакция.

Бактериальная клетка имеет обширный спектр ферментов. Например, в геноме Е.соli штамм К-128 содержится информа­ция, достаточная для кодирования около 4000 индивидуальных белков.

Способы питания микроорганизмов определяются в зависи­мости от источника энергии; донора водорода (электронов); ис­точника углерода.

Источник энергии. По этому показателю отмечают два глав­ных типа метаболизма:

1. Фототрофные бактерии, использующие в качестве источ­ника энергии для роста электромагнитное излучение (свет). Сре­ди них различают:

анаэробные фототрофные бактерии, не выделяющие молеку­лярный кислород;

аэробные фототрофные бактерии (водоросли), выделяющие на свету кислород.

2. Хемотрофные (хемосинтезирующие) бактерии, получающие энергию в результате окислительно-восстановительных реакций с участием субстратов, которые служат для них источником пи­тания.

Доноры водорода. По этому критерию бактерии подразделя­ются на:

метатрофные, использующие в качестве доноров электронов неорганические элементы (H₂, NH₃, НS, S, СО, Fe²⁺ и др.);

органотрофные, для которых донорами водорода (электронов) служат органические соединения.

Источники углерода. По этому показателю бактерии подраз­деляются на:

аутотрофные, получающие углерод путем фиксации СО₂ из воздуха;

гетеротрофные, которые усваивают углерод из органических соединений.

Гетеротрофы делятся на сапрофитов и паразитов.

Сапрофиты (от лат. saprophyticus) — произрастающие за счет мертвых субстратов.

Паразиты — живущие за счет органических соединений че­ловека и животного. Именно к ним относятся возбудители ин­фекционных заболеваний человека и животных. Признак пара­зитизма может быть абсолютным (облигатным) и относительным (условная патогенность).

Механизмы питания. Первооснову механизма питания бакте­рий составляет разница осмотического давления, основанная на различии концентраций между питательной средой и цитоплазматическим составом бактериальной клетки. Принципиальное значение для понимания механизмов питания имеет то, что их внутриклеточное осмотическое давление, как минимум, в два раза ниже, чем у клетки животного происхождения.

Согласно законам физической химии, при разнице осмоти­ческого давления жидкость движется в сторону более высокой концентрации, а растворенное в ней вещество — в сторону мень­шей концентрации.

Молекула растворенного вещества может пройти через ци-топлазматическую мембрану, если на нее действует какая-нибудь сила или существуют механизмы, которые обеспечивают перенос этой молекулы через мембрану. Поэтому различают следующие механизмы питания.

1. Пассивная диффузия — перенос питательных веществ в клетку за счет разности концентраций по обе стороны цитоплазматической мембраны. Наблюдается в основном при поступлении в бак­териальную клетку воды. Другие молекулы за счет пассивной диф­фузии практически не попадают.

2. Облегченная диффузия (перенос «по течению») — прохож­дение большинства растворенных веществ через цитоплазматическую мембрану осуществляется за счет их захвата на внешней и переноса к внутренней поверхности мембраны молекулами-пе­реносчиками, которые называются пермеазами. Они характери­зуются разной степенью специфичности к веществам.

3. Активный перенос — против градиента концентрации, то есть «против течения», осуществляется со значительным расходо­ванием энергии АТФ, выделяемой в процессе метаболизма.

Пример. Е.соli активно поглощает О₂. Прохождение одной молекулы кислорода через цитоплазматическую мембрану связа­но с расходом одной молекулы АТФ.

4. Транслокация радикалов — перенос химически измененных молекул, которые в целом виде не способны пройти через ци-топлазматическую мембрану. Экзоферменты фрагментируют их до единичных радикалов, каждый из которых по отдельности пермеазы переносят через цитоплазматическую мембрану внутрь клет­ки, где происходит ресинтез этого соединения.