Питание микроорганизмов

1. Химический состав клетки микроорганизма

2. Механизм поступления питательных веществ в клетку

3. Типы питания микроорганизмов

4. Характеристика питательных сред для идентификации микроорганизмов

1. Микробные, растительные и животные клетки по химическому составу похожи.

15-25% составляют сухие вещества

70-85% вода

Вода универсальный растворитель, может находиться в двух состояниях: свободном и связанном. Содержание воды свободной может меняться в зависимости от условия культивирования микроорганизма, она участвует в процессе поступления веществ в клетку, в выводе продуктов обмена, во всех гидролитических процессах, зависит о содержанием свободной, или доступной воды, в субстратах, на которых микроорганизмы размножаются. Связанная вода входит в состав клеточных структур, высвобождается только при их разрушении.

Сухие вещества состоят из различных молекул, а молекулы из элементов. По количественному вкладу в построение клетки все элементы делятся на макро, микро и ультромикроэлементы.

Макроэлементы

1. органогены 90-97% сухих веществ, С-50%, О-20%, Н-8%, N-14%.

2. зольные 3-10% сухих веществ: S, P, K, Ca, Mg, Fe, доля каждого колеблется от 0,2% до 3%. Играют большую роль в регуляции осмотического давления клетки, от них зависит состояние цитоплазмы, направление и скорость биохимических реакций.

Микроэлементы входят в виде следов: Mn, Zn, Co, Cu, Mo, V в питательную среду их не добавляют. Ульторомикроэлементы: концентрация не более 10^-6 (Se, Au).

Из всех этих элементов формируются биополимеры: белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты.

2. В природе существует несколько способов питания:

1) голозойный (для животных) – есть специальная пищеварительная система

2) голофитный (для растений) - происходит всасывание небольших молекул из водного раствора

3) внеклеточный (для микроорганизмов), или внешнее питание. Большинство органических соединений не могут быть поглощены и использованы в обмене веществ клеткой микроорганизмов. Микроорганизмы в ответ на присутствие этого вещества в среде (индуктора) синтезируют и выделяют в среду соответствующий индуцибельный фермент (экзофермент), который расщепляет макромолекулу полимера на мономеры, а последние поглощаются клеткой.

Механизм поступления

Поступление питательных веществ в клетку осуществляется через клеточную стенку, капсулу, ЦПМ и клеточные слои. Основная роль принадлежит ЦПМ. За небольшим исключением поглощаться могут только те вещества, для которых имеется специфическая транспортная система. Она представлена мембранными белками – ферментами – пермеазами, которые функционируют в двойном фосфолипидном слое.

1. Пассивная диффузия – единственный неспецифический перенос веществ. Существенней размер молекул, разность концентраций или потенциалов, по обе стороны мембраны. Вещество поступает «вниз» по своему градиенту концентрации. Так поступают низкомолекулярные соединения (вода, кислород, ионы, яды и ингибиторы)

2. Облегченная диффузия. Перенос вещества облегчается за счет белка-переносчика (пермеазы) вещество не может накапливаться в клетке против градиента концентрации. Скорость зависит от разности концентраций вещества в среде и в клетке.

3. Активный транспорт. Вещество поступает в клетку против градиента концентрация, участвует белок-переносчик и необходимая энергия в форме АТФ, которая образуется в процессе дыхания или брожения. Энергия нужна т.к. переносчик в своей работе претерпевает изменения. Обращенный к внешней стороне мембраны он обладает высоким сродством к субстрату, к внутренней – низким. Чтобы вновь приобрести сродство, нужна энергия.

4. Транслокация групп – механизм аналогичен активному транспорту. Разница состоит в том, что при активном транспорте переносимое вещество, поступив в клетку, не изменяется, а при транслокации групп, вещества поступают в измененном состоянии, например фосфорилируются.

3. До открытия микроорганизмов весь живой мир по типу питания делился на автотрофы и гетеротрофы. Критерием такого разделения служит источник клеточного углерода. У микроорганизмов это деление также присутствует, т.е. по источнику клеточного углерода микроорганизмы делятся на автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы усваивают С из СО₂ воздуха, восстанавливая его водородом, отщепленным от воды или другого органического вещества. Чтобы ассимилировать углерод, необходима энергия, по источнику которой автотрофы делятся на:

-фотосинтетики - аккумулируют энергию солнечных лучей, осуществляя типичную реакцию фотосинтеза:

СО₂ + Н₂О→С₆Н₁₂О₆ + О₂ + W

К ним относят цеанобактерии, пурпурные серобактерии, водоросли

- хемосинтетики также используют СО₂ воздуха, но ассимилирует его в темноте, используя химическую энергию, которая образуется при окислении различных неорганических веществ.

По донору водорода автотрофы делятся на:

- литотрофы используют неорганические соединения в качестве донора водорода

- органотрофы используют органические соединения в качестве донора водорода

Гетеротрофы получают необходимую энергию и углерод из органических соединений, окисляя их.

Таким образом, для микроорганизмов недостаточно деления на автотрофы и гетеротрофы. Для характеристики типа питания учитывают все три критерия и выделяют 8 типов питания, каждому из которых соответствует определенная группа микроорганизмов, более или менее многочисленная.

Хемоорганогетеротрофы – наиболее многочисленная группа микроорганизмов, среди них:

- сапрофиты

- паразиты

Сапрофиты, возбудители микробной порчи сырья, они живут за счет мертвых органических материалов.

Паразиты - это возбудители инфекционных заболеваний, они живут в живых тканях организмов.

Независимо от типов питания микроорганизмы делятся на: ауксотрофы и прототрофы.

Ауксотрофы нуждаются в факторах роста: витамины, пуриновые и пиримидиновые основания, аминокислоты. Это не катализаторы роста. Потребность в них не является постоянной, связана с нарушением биосинтетических процессов некоторых ферментных систем (молочнокислые бактерии, нуждаются в витаминах группы В).

Прототрофы не нуждаются в факторах роста, они сами их синтезируют (дрожжи синтезируют витамины группы В).

4. Среды, на которых выращивают микроорганизмы, должны быть стерильными и приспособленными для роста тех микроорганизмов, которые изучаются.

Среды характеризуются по 3 критериям:

1. По составу бывают искусственные и естественные. Искусственные составляются из определенным образом подобранных солей. В основе естественных используется природный субстрат или природное соединение (молоко, бульон, пиво, сусло).

2. По консистенции

– жидкие (МПБ) – мясопептонный бульон

– твердые с добавлением к жидкой среде 2,5-3% агар-агара (МПА – мясопептонный агар, СА – сусло -агар)

- полужидкие добавляется желатин (МПЖ – мясопептонная желатина)

3. По назначению

-универсальные используются для определения общей микробиальной обсемененности: ОМЧ – общее микробное число, КМАФАМ – количество мезофильных аэробных и факультативно- анаэробных микроорганизмов.

- элективные среды используют для выявления группы микроорганизмов (БГКП). На этих средах определенные микроорганизмы растут с характерными признаками.

- дифференциально-диагностические используются для определения конкретного вида микроорганизма.