Микробиология

 

Метаболические процессы в микробной клетке

 

 

Основные различия в строении эукариотической и прокариотической клетки существенно влияют на локализацию метаболических процессов в них при незыблемости принципа единства строения, функции и состава, основанного на положениях клеточной теории Т. Шванна ( 11).

 

Для осуществления метаболизма микробная клетка нуждается прежде всего в питательных веществах. Ими являются соединения, которые поглощаются микроорганизмами из окружающей среды для удовлетворения своих потребностей в исходных материалах для биосинтеза (синтеза макромолекул из более простых соединений) и получения энергии.

 

По своему назначению питательные вещества можно разделить на две группы. Первую составляют соединения, используемые для синтеза различных компонентов клетки, в основном цитоплазмы. Это пластический, или строительный, материал. Сюда, в первую очередь, относятся аминокислоты. Вторая группа представлена веществами, служащими источником энергии для клетки. При их окислении или расщеплении микробами выделяется энергия, необходимая клетке для роста и размножения. Типичным представителем этой группы веществ является глюкоза. Как известно, основным источником энергии на Земле является Солнце. Однако солнечную энергию способны использовать непосредственно лишь немногие микроорганизмы. Их называют фототрофами. К ним относятся цианобактерии, фотосин- тезирующие бактерии.

 

Большинство микроорганизмов, использующих энергию, заключенную в различных химических соединениях, являются хемотрофами. Они, в свою очередь, подразделяются на две группы: если используются неорганические соединения, то микроорганизмы относятся к хемолитотрофам, если органические - то к хемоорганотрофам.

Количество неорганических веществ, окисляемых хемоли- тотрофными микробами, невелико. Это сероводород, водород, тиосульфат, нитриты и некоторые другие. Наоборот, источники энергии, используемые хемоорганотрофами, более многочисленны ( 12).

 

Автотрофы, для которых единственным источником углерода является углекислота. Энергию для этого процесса потребления углерода микробы получают за счет окисления неорганических соединений - это хемосинтезирующие автотрофы. Например, у нитрифицирующих бактерий реакция идет следующим образом:

2NH3 + 3O2 ® 2HNO2 + 2H2O + 65 ккал или 2HNO2 + O2 ® 2HNO3 + 21 ккал.

 

Фотосинтезирующие автотрофы используют солнечную энергию. Эти бактерии содержат хлорофилл, каротиноиды.

 

Гетеротрофы, получающие углерод из органических соединений, также подразделяются на фотосинтезирующие и хемо- синтезирующие. Первые используют солнечную энергию за счет своих пигментов, вторые получают энергию благодаря окислению глюкозы или азотсодержащих соединений. Промежуточное положение между автотрофными и гетеротрофными микроорганизмами занимают прототрофные, которые усваивают углерод из органических соединений (как гетеротрофы), а азот - из минеральных веществ (как автотрофы).

 

По способу усвоения азота также различают несколько групп микроорганизмов: усваивающие молекулярный азот, азот из аммиачных солей, из нитратов и нитритов, из простых белков и из сложных белков. Микроорганизмы, способные фиксировать молекулярный азот, называют нитрогенбактериями.

 

Большинство микроорганизмов способны усваивать азот в восстановленной форме. Бактерии, усваивающие азот нитратов и нитритов, относятся к нитробактериям.

 

Соли аммония являются доступным источником азота для многих микроорганизмов, так как азот этих соединений может прямо использоваться при синтезе аминокислот. Бактерии, для которых источником азота являются аммиачные соли, называются аммонбактериями.

 

Многие бактерии усваивают азот из простых белков - это пеп- тонные бактерии. Наконец имеются бактерии, усваивающие азот из сложных белковых соединений.

 

Необходимые для питания вещества микроорганизмы получают из окружающей среды. Для культивирования бактерий в лабораторных или производственных условиях используются питательные среды, которые в зависимости от состава, консистенции, назначения являются достаточно разнообразными.

 

Питательные вещества могут проникать в организм двумя путями: путем заглатывания, захватывания плотных частиц с последующим их перевариванием - голозойный способ; путем использования небольших по размерам молекул питательных веществ - голофитный способ. У микроорганизмов, за исключением некоторых представителей простейших (например, амебы), преобладает голофитный способ питания.

 

Поступление питательных веществ в микробную клетку происходит через всю ее поверхность. Основным препятствием для этого является цитоплазматическая мембрана.

 

Различают два типа транспорта: пассивный и активный. Первый не требует затрат энергии, второй - энергозависимый. Пассивный транспорт незаряженных молекул осуществляется по градиенту концентрации, транспорт заряженных молекул зависит от градиента концентрации Н+ и трансмембранной разности потенциалов, которые объединяются в трансмембранный градиент Н+или электрохимический протонный градиент. Как правило, внутренняя цитоплазматическая поверхность мембраны несет отрицательный заряд, что облегчает проникновение в клетку положительно заряженных ионов.

 

В транспортных процессах прокариотической клетки основную роль играет электрохимический протонный градиент, при этом перенос идет против градиента концентрации веществ.

 

После попадания питательных веществ в клетку дальнейшие процессы идут у всех организмов одинаково. Прежде всего происходят процессы расщепления этих веществ на небольшие фрагменты с последующим превращением их в ряд низкомолекулярных соединений (катаболизм). Эти процессы протекают с освобождением энергии и запасанием ее в АТР или в других соединениях. Из образовавшихся веществ происходит синтез сначала мономеров (строительных блоков), а затем полимеров (макромолекул). Эти процессы протекают с поглощением энергии и представляют собой анаболизм.

 

 

 

 Смотрите также:

 

Основные методы лечения инфекционных больных

...с веществами, играющими основную роль в процессах метаболизма тех бактерий
энзимная система блокируется, становясь неспособной к выполнению нормальных метаболических функций.
их влиянием лишь на отдельные стороны жизнедеятельности микробной клетки.

 

Методы количественного учета микроорганизмов.

Сущность этого метода в том, что гибель микробных клеток в этих условиях наступает в результате коагуляции белков протоплазмы. Оно зависит от температуры обработки, вида микроорганизмов и их количества, химического состава продукта.

 

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ. Метаболизм. Обмен веществ...

Эти процессы обычно осуществляются с затратой энергии. Анаболические и катаболические процесс^ протекают в живой клетке.
Особенность метаболических процессов заключается также ®> их ступенчатости и сопряженности.

 

КЛЕТКА — элементарная структурная и функциональная единица...

Мембраны клеточных органелл обособляют в клетке относительно замкнутые пространства, в к-рых одновременно, не