Лекция по микробиологии — Питание и особенности метаболизма бактерий

Дисциплина: Микробиология | Комментировать



1. Химические компоненты бактериальной клетки
2. Питание бактерий
3. Метаболизм бактерий
1. Процесс, в ходе которого бактериальная клетка получает из окружающей среды компоненты, необходимые для построения ее биополимеров (органоидов), называется питанием.
Основными химическими компонентами бактериальной клетки являются органогены — кислород, водород, углерод, азот, фосфор. По химическому составу и характеру биополимеров (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды) прокариотические клетки не отличаются от эукариотических.
2. Бактериальные клетки не имеют специальных органов питания, т. е. являются голофитными.
Поступление питательных веществ в микробную клетку может происходить за счет:
• осмоса и диффузии по градиенту концентрации без затрат энергии;
• пассивного транспорта, который также осуществляется по градиенту концентрации с помощью белков-переносчиков, но без затрат клеткой энергии, и отличается от диффузии большей скоростью;
• активного транспорта, который идет против градиента концентрации с затратой энергии и возможным частичным расщеплением субстрата, осуществляется белками-переносчиками или ферментами — пермеазами.
По источникам углерода, необходимого для построения биополимеров, бактерии делятся на следующие группы:
• автотрофы — микроорганизмы, которые используют как единственный источник углерода углекислый газ и не нуждаются в сложных органических соединениях;
• гетеротрофы — микроорганизмы, которые используют в качестве источника углерода разнообразные органические углеро-досодержащие соединения (углеводы, углеводороды, аминокислоты, органические кислоты) как биологического, так и небиологического происхождения.
В зависимости от источника получения энергии микроорганизмы делятся:
• на фототрофные, способные использовать солнечную энергию,
• хемотрофные, получающие энергию за счет окислительно-восстановительных реакций.
В зависимости от природы доноров электронов:
• фототрофные литотрофы;
• хемотрофные литотрофы — использующие в качестве доноров электронов неорганические соединения;
• фото- и хемоорганотрофы — использующие только органические соединения. К последним принадлежит значительное большинство бактерий, в том числе патогенные для человека виды. По источникам азота:
• азотфиксирующие микроорганизмы — способны усваивать молекулярный азот атмосферы;
• микроорганизмы, ассимилирующие неорганический азот:
• солей аммония — аммонифицирующие;
• нитратов — нитратредуцирующие;
• нитритов — нитритредуцирующие.
Однако большинство патогенных для человека микроорганизмов способны ассимилировать только азот органических соединений.
Микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения (углеводы, аминокислоты и др.) из указанных компонентов, называются прототрофами.
Микроорганизмы, неспособные синтезировать какое-либо из необходимых соединений и ассимилирующие их в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина (человека, животного), называются ауксотрофами по этому соединению. Чаще всего ими являются патогенные или условно-патогенные для человека микроорганизмы.
3. Метаболизм (обмен веществ) бактерий представляет собой совокупность 2 взаимосвязанных противоположных процессов: катаболизма и анаболизма.
Катаболизм (диссимиляция) — распад веществ в процессе ферментативных реакций и накопление выделяемой при этом энергии в молекулах АТФ.
Анаболизм (ассимиляция) — синтез веществ с затратой энергии. Особенности метаболизма у бактерий состоят в том, что:
• его интенсивность имеет достаточно высокий уровень, что возможно обусловлено гораздо большим соотношением поверхности к единице массы, чем у многоклеточных;
• процессы диссимиляции преобладают над процессами ассимиляции;
• субстратный спектр потребляемых бактериями веществ очень широк — от углекислого газа, азота, нитритов, нитратов до органических соединений, включая антропогенные вещества — загрязнители окружающей среды (обеспечивая тем самым процессы ее самоочищения);
• бактерии имеют очень широкий набор различных ферментов — это также способствует высокой интенсивности метаболических процессов и широте субстратного спектра.
Ферменты бактерий по локализации делятся на 2 группы:
• экзоферменты — ферменты бактерий, выделяемые во внешнюю среду и действующие на субстрат вне клетки (протеазы, полисахариды, олигосахаридазы);
• эндоферменты — ферменты бактерий, действующие на субстраты внутри клетки (расщепляющие аминокислоты, моносахара, синтетазы).
Синтез ферментов генетически детерминирован, но регуляция их синтеза идет за счет прямой и обратной связи, т. е. для одних — репрессируется, а для других — индуцируется субстратом. Ферменты, синтез которых зависит от наличия соответствующего субстрата в среде (бета-галактозидаза, бета-лактамаза), называются индуцибельными.
Другая группа ферментов, синтез которых не зависит от наличия субстрата в среде, называется конститутивными (ферменты гликолиза). Их синтез имеет место всегда, и они всегда содержатся в микробных клетках в определенных концентрациях. Изучают метаболизм бактерий с помощью физико-химических и биохимических методов исследования в процессе культивирования бактерий в определенных условиях на специальных питательных средах, содержащих то или иное соединение в качестве субстрата для трансформации.
Такой подход позволяет судить об обмене веществ путем более, детального изучения процессов различных видов обмена (белков, углеводов) у микроорганизмов.

Нет сходных материалов(