 |
Метаболизм бактерий
|
|
|
|
В микробной клетке постоянно протекают реакции, обеспечивающие ее жизнедеятельность. При этом из мономеров формируются клеточные полимерные структуры. Мономеры поступают в клетку в готовом виде из внешней среды или синтезируются самой клеткой. Эти реакции катализируются ферментами. Обмен веществ бактериальной клетки с окружающей средой и превращение одних веществ в другие внутри микробной клетки под влиянием ферментов называется метаболизмом. Следовательно, метаболизм - это направленное преобразование веществ внутри клетки. При этом в клетке происходят последовательные ферментативные реакции разрушения и синтеза биомолекул. Промежуточные или конечные вещества, образующиеся в результате этих реакций, называются метаболитами. Метаболизм бактерий включает питание, получение энергии, рост и размножение бактерий, а также их взаимодействие с окружающей средой.
В обмене веществ выделяют два процесса, протекающих одновременно: катаболизм и анаболизм. Взаимосвязь процессов катаболизма и анаболизма в микробной клетке представлена на рисунке 21.
 |
Рисунок 21 – Взаимосвязь процессов катаболизма и анаболизма.
Катаболизм – это энергетический метаболизм, процесс расщепления, разло- жения, распада питательных веществ на составляющие фрагменты. Этот процесс характеризуется выделением свободной энергии и расходованием огромной массы питательного субстрата. Энергия в бактериальной клетке накапливается в форме молекул АТФ. Примером катаболизма является превращение глюкозы до углекислого газа и воды.
Анаболизм – это конструктивный (пластический) метаболизм, характеризующийся синтезом макромолекул и образованием структурных элементов бактериальной клетки. Анаболизм протекает с поглощением энергии при
|
|
|
расходовании небольшого объема питательных веществ. Синтез белков происходит из аминокислот, синтез нуклеиновых кислот – из пуриновых и пиримидиновых оснований, синтез липидов – из глицерина и жирных кислот, синтез полисахаридов – из моносахаров.
Таким образом, попавшие внутрь клетки питательные вещества в результате серии последовательных биохимических реакций под действием эндоферментов превращаются в низкомолекулярные соединения (катаболизм) или в сложные компоненты клеток (анаболизм). Схема обмена веществ у бактерий представлена на рисунке 22.
 |
Рисунок 22 – Схема обмена веществ у бактерий.
По типу питания все живые организмы подразделяются на две группы:
- организмы, имеющие голозойный тип питания (характерен для животных, имеющих органы для принятия пищи, ее переваривания и выведения);
- организмы, имеющие голофитный тип питания (характерен для микробов, не имеющих органов для принятия пищи). Питательные вещества у них проникают через всю поверхность тела. При помощи гидролитических экзоферментов они осуществляют внешнее переваривание, то есть расщепляют белки, жиры и углеводы до простых молекул, которые поступают внутрь клетки и подвергаются в дальнейшем при необходимости воздействию эндоферментов. Есть микроорганизмы, способные утилизировать некоторые элементы в газообразном состоянии или из неорганических соединений.
Для разных бактерий присущи свои способы усвоения химических соединений и свои источники энергии. Самым необходимым химическим элементом для бактерий является углерод, поскольку он служит каркасом биомолекул (белков, углеводов, жирных кислот). По источнику углерода бактерии подразделяются на 2 группы:
|
|
|
- аутотрофы (греч. autos – сам, trophe - питание) - микроорганизмы, усваивающие углерод из неорганических соединений (углекислоты воздуха или карбонатов);
- гетеротрофы (греч. heteros – другой, trophe – питание) - микроорганизмы, использующие углерод органических соединений.
Автотрофы, использующие для синтеза органических веществ энергию видимого света и инфракрасных лучей, называются фототрофами (фотосинтезирующими бактериями). Автотрофы, использующие для биосинтетических целей энергию, заключенную в химических связях неорганических веществ, называются хемотрофами (хемосинтезирующими бактериями).
Гетеротрофы в зависимости от субстрата подразделяются на 2 подгруппы:
- сапрофиты (греч. sapros – гнилой, phyton – растение) – микроорганизмы, живущие за счет использования углерода мертвых субстратов;
- паразиты (греч. parasites – нахлебник) – микроорганизмы, живущие на поверхности или внутри организма хозяина и питающиеся за его счет.
Таким образом по типу питания бактерии можно подразделить на группы (рисунок 23).
 |  |
Рисунок 23 – Распределение бактерий по источнику углерода.
Гетеротрофные бактерии, способные расти на питательных средах, в состав которых входит одно органическое вещество в качестве источника углерода, а остальные химические элементы содержатся в составе неорганических соединений, называются прототрофами.
Бактерии, для роста и размножения которых требуются дополнительные органические вещества, называются ауксотрофами. Такие дополнительные органические вещества называются факторами роста. К факторам роста относятся аминокислоты, витамины, пурины, пиримидины, пентозы, гексозы, липиды.
Микробы, способные размножаться только в живых клетках организма (например, вирусы, риккетсии), называются абсолютными внутриклеточными паразитами. Микроорганизмы, способные длительно переживать и размножаться в клетках хозяина и на искусственных питательных средах (например пастереллы, листерии, иерсинии и др. ), называются факультативными внутриклеточными паразитами. Некоторые микробы (например хламидии) обладают “энергетическим” паразитизмом. Они имеют собственный метаболизм, но зависят от энергетического обмена клеток хозяина.
|
|
|
В качестве источника углерода бактерии чаще всего используют углеводы,
спирты, различные органические кислоты. Наиболее полноценными источниками углерода для питания микробов являются сахара (особенно гексозы) и многоатомные спирты (глицерин, маннит, сорбит и др. ). Эти соединения включают в искусственные питательные среды для выращивания микроорганизмов.
По способу усвоения азотистых веществ микробы подразделяются на 4 группы:
- протеолитические - микробы, способные расщеплять нативные белки, пептиды и аминокислоты;
- дезаминирующие - микробы, способные отщеплять аминогруппы только у свободных аминокислот;
- нитритно-нитратные - микробы, усваивающие окисленные формы азота;
- азотфиксирующие микробы, обладающие свойством питаться атмосферным азотом.
Основным источником азота у микроорганизмов - автотрофов являются неор- ганические соединения азота, а у гетеротрофных микроорганизмов - аминокислоты, которые они получают из белков животного организма или из питательных сред.
Необходимые для жизни минеральные вещества микроорганизмы получают из естественной питательной среды. Серу бактерии получают из сульфатов или из некоторых аминокислот (цистин, цистеин). Фосфор входит в состав фосфорнокислых солей. Калий, магний и железо микроорганизмы также получают из различных солей.
Для восполнения биомассы бактериальной клетке требуется источник энергии. Бактериальная клетка запасает энергию в форме молекул АТФ. По источнику энергии микроорганизмы подразделяются на следующие группы:
- фототрофы – источником энергии является свет;
- хемотрофы – получают энергию за счет окислительно-восстановительных реакций. Среди хемотрофов выделяют литотрофы и органотрофы. Литотрофы в качестве доноров электронов используют неорганические вещества, а органотрофы в качестве доноров электронов используют органические соединения.
|
|
|
По источникам углерода и энергии выделяют следующие группы микроорганизмов:
- фотоаутотрофы – источником энергии является – свет, а источником углерода – углекислый газ. К этой группе относятся высшие растения, водоросли, многие фотосинтезирующие бактерии;
- фотогетеротрофы – источник энергии - свет, источник углерода – органическое вещество (пурпурные и зеленые бактерии);
- хемоаутотрофы – источник энергии – химическое вещество, источник углерода – углекислый газ (бактерии);
- хемогетеротрофы – источник энергии – химическое вещество, источник углерода – органическое вещество (простейшие, грибы, бактерии).
|
|
|
