Меню

Способы питания бактерий прокариотов



ПИТАНИЕ ПРОКАРИОТ

_____________________________________________________

1. Химический состав прокариотной клетки.

2. Пищевые потребности прокариот.

3. Факторы роста. Ауксотрофы, прототрофы.

4. Типы питания и группы микроорганизмов по типу питания.

5. Транспорт питательных веществ в микробную клетку.

6. Бактериальный фотосинтез и его типы. Отличие бактериального фотосинтеза от фотосинтеза растений.

Химический состав клеток прокариот близок к таковому (в принципе) эукариот. 70–80 % состава клеток прокариот составляет вода. На остальные вещества приходится 10–30 % сухого вещества клетки. Сухое вещество клетки составляют белки, липиды, полисахариды, НК, низкомолекулярные вещества органического происхождения, минеральные соли. На долю белков приходится 50–80% сухой массы, встречаются специфические аминокислоты – мезо-ДАП, дипиколиновая кислота и др.

В прокариотной клетке – 60 типов т-РНК, около 600 видов и-РНК, ДНК представлена одним видом, но может быть несколько копий. В клетке может быть около 1 млн молекул метаболитов, 2000–2500 видов белков.

Элементарный состав представлен 50% – углерод, 20% – кислород, 10–15% – азот, 10 – водород, 2–6% – фосфор, доли процента составляет наличие других элементов.

Пищевые потребности прокариот

Прокариоты нуждаются в питательных веществах. Пища, поступающая в клетку, служит источником энергии для поддержания жизни и строительным материалом для синтеза клеточных структур. Чем больше готовых соединений для поддержания жизни должен получить микроорганизм из внешней среды, тем соответственно ниже уровень его собственных биосинтетических способностей. Для биосинтеза основных макромолекул клетка в качестве источников питания должна получать углерод, кислород, водород, азот, фосфор, серу и другие элементы в виде более или менее сложных соединений.

Пищевые потребности и источники биогенных элементов.Углерод – наиболее важный элемент клетки. По отношению к источнику углерода для конструктивного обмена все прокариоты делятся на две группы: автотрофы, потребляющие в качестве главного источника углерода углекислый газ, и гетеротрофы, усваивающие углерод из органических соединений. Для большинства гетеротрофов оптимальным и наиболее доступным источником углерода служат углеводы. В форме углеводов одновременно с углеродом в клетку поступают кислород и водород.

Помимо углеводов, хорошим источником углерода для многих бактерий являются многоатомные спирты и аминокислоты. Некоторые виды прокариот способны усваивать углерод из органических кислот.

Ограниченное число бактерий потребляет восстановленные соединения углерода. Так, использование углеводородов характерно для коринебактерий, микобактерий и псевдомонад. Общее число органических соединений, потребляемых в качестве источника углерода различными гетеротрофными микроорганизмами, чрезвычайно велико. Этим и объясняется главенствующая роль прокариот в круговороте углерода.

Для синтеза аминокислот, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов бактериям необходим азот. В природе азот встречается в форме окисленных и восстановленных соединений, а также в виде молекулярного азота атмосферы.

Большинство прокариот потребляют азот в восстановленной форме в виде солей аммония и аммиака (NH3). Многие бактерии используют органические азотсодержащие вещества – белки, аминокислоты, мочевину, разрушая их с выделением аммиака. Окисленные формы азота – нитриты, нитраты – также усваиваются различными группами бактерий. Среди прокариот известно большое число организмов – бактерий, актиномицетов, цианобактерий, способных фиксировать молекулярный азот атмосферы для построения всех необходимых компонентов клетки.

Фосфор в клетках прокариот входит в состав важнейших органических соединений – нуклеиновых кислот, фосфолипидов, коферментов. Такие соединения фосфора, как АДФ и АТФ, являются аккумуляторами энергии клетки и играют важную роль в метаболизме. Источником фосфора для бактерий в основном служат фосфаты калия или натрия, а из органических соединений нуклеиновые кислоты.

Сера в клетке прокариот в основном встречается в восстановленной форме и входит в состав аминокислот, витаминов и кофакторов (биотин, кофермент А и др.). Наиболее важным компонентом, содержащим серу, является цистеин. Атомы серы в большинстве других содержащих серу соединений клетки (метионин, биотин, тиамин) происходят из SH-группы цистеина. Источником серы для большинства микроорганизмов служат сульфаты, которые в клетке восстанавливаются в сульфиды. Некоторые бактерии нуждаются в соединениях, содержащих серу в восстановленной форме, таких, как сероводород, тиосульфат, цистеин и метионин.

Для нормального роста и развития прокариот необходимы ионы металлов, представленные макроэлементами, такими, как калий, кальций, магний, железо, и микроэлементами. К микроэлементам относятся марганец, молибден, цинк, медь, кобальт, никель, магний и др.

Читайте также:  Календарь питания великого поста 2017 для мирян

Ионы металлов входят в состав жизненно важных метаболитов бактериальной клетки. Так, кобальт является активатором ферментов транспорта электронов в окислительно-восстановительных реакциях цикла Кребса. Железо и молибден необходимы бактериям для синтеза ферментов, участвующих в процессе азотфиксации.

Существует антагонистическое действие некоторых ионов. Например, ионы натрия угнетают рост молочнокислых микробов. Галофильные бактерии, наоборот, нуждаются в ионах натрия.

Факторы роста.Факторами роста называются органические соединения, которые не синтезируются многими прокариотными организмами, но без которых жизнь клетки оказывается невозможна. К таким соединениям относятся аминокислоты, пурины, пиримидины, витамины и др. Эти соединения прокариоты должны получать из среды.

Бактерии, нуждающиеся в каком-либо факторе роста, называются ауксотрофными по отношению к этому соединению. Прототрофные организмы способны синтезировать данное вещество в клетке.

Прокариоты существенно различаются по потребностям в факторах роста. Например, молочнокислые бактерии ауксотрофны ко многим аминокислотам, пуринам, пиримидинам и 5–6 витаминам, в то время как различные штаммы Escherichia coli проявляют ауксотрофность к какому-либо одному, но разному фактору роста.

Особенно часто микроорганизмы ауксотрофны к аминокислотам. Так, для роста бактерии Leuconostoc mesenteroides необходимо не менее 17 аминокислот. Глутаминовая кислота является фактором роста для гемолитических стрептококков, гонококков и бацилл сибирской язвы.

Многие микроорганизмы проявляют ауксотрофность к витаминам, в частности к витаминам группы В. Витамины этой группы входят в состав жизненно важных ферментов. Ростовым фактором для многих патогенных бактерий – пневмококков, гонококков, возбудителей дизентерии является парааминобензойная кислота. Она необходима микробной клетке для синтеза пуриновых оснований и ряда аминокислот (серии, гистидин, тирозин, метионин). Как правило, факторы роста необходимы бактериям в ничтожно малых концентрациях.

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)

Источник

Питание бактерий

Питание бактерий – процесс поглощения и усвоения бактериальной клеткой пластического материала и энергии в результате преобразовательных реакций [4] .

Питание является неотъемлемой функцией каждого живого организма. В процессе питания организм получает вещества, идущие на синтез клеточных структур и служащие источником энергии для всех процессов жизнедеятельности. Для питания микроорганизмов необходимы те же элементы, что и для животных и растений. Первоочередные элементы питания – углерод, азот, кислород, водород, являющиеся основой всех органических веществ, которые входят в состав живой клетки как прокариоритеческихтак и эукариоэтическихорганизмов [5] .

Типы питания бактерий чрезвычайно разнообразны. Различаются они в зависимости от способа поступления питательных веществ бактериальной клетки, источников углерода и азота, способа получения энергии, природы доноров электронов [4] .

Содержание:

Способы поступления питательных веществ

По способам поступления питательных веществ бактерии подразделяются на:

  • голофиты (греч. holos – полноценный и греч. phyticos – относящийся к растениям)– бактерии неспособные выделять в окружающую среду ферменты, расщепляющие субстраты, потребляют вещества только в растворенном, молекулярном виде;
  • голозои (греч. holos – полноценный и греч. zoikos – относящийся к животным) – бактерии, обладающие комплексом ферментов, обеспечивающие внешнее питание – расщепление субстратов до молекул вне бактериальной клетки, после чего молекулы питательных веществ транспортируются внутрь бактерии [4] .

Гетеротрофные бактерии: культура Erwinia amylovora

Источники углерода

По источникам углерода различают:

  • автотрофы (греч. autos– сам, trophe – пища) – бактерии, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (CO2), из которого осуществляют синтез всех углеродосодержащих веществ;
  • гетеротрофы(греч.geteros– другой, trophe– пища) – бактерии, использующие в качестве источника углерода различные органические вещества в молекулярной форме (многоатомные спирты, углеводы, жирные кислоты, аминокислоты). Наибольшая степень гетеротрофности отмечается у прокариот, живущих только внутри других живых клеток, в частности хламидий и риккетсий [4] .

Источники энергии

В зависимости от используемых источников энергии бактерии подразделяют на два типа:

  • фототрофы – бактерии способные использовать солнечную энергию;
  • хемотрофы – бактерии, получающие энергию при окислительно-восстановительных реакциях [4] .

Хемоорганотрофные бактерии: Бактерии Pectobacterium carotovorum ssp. carotovorum вытекают из инфицированных тканей капусты.

Природа доноров электронов

По природе доноров электронов бактерии делят на:

  • литотрофы (греч. litos – камень)– бактерии, использующие в качестве доноров электронов неорганические вещества: водород (Н2), сероводород (Н2S), аммиак (NH3), сера (S), углекислый газ(CО2), ионы железа (Fe2+) и многие другие;
  • органотрофы – бактерии, использующие в качестве донора электронов органические соединения (углеводы, аминокислоты) [4] .
Читайте также:  Интуитивное питание как похудеть

В зависимости от источника энергии и природы донора электронов возможно четыре основных типа энергетического метаболизма: хемолитотрофия, хемоорганотрофия, фотолитотрофия, фотоорганотрофия. Таки образом, бактерии разделяют на:

  • хемолитотрофы – бактерии, получающие энергию при окислительно-восстановительных реакциях и использующие в качестве доноров электронов неорганические вещества;
  • хемоорганотрофы – бактерии, получающие энергию при окислительно-восстановительных реакциях и использующие в качестве донора электронов органические соединения;
  • фотолитотрофы – бактерии, получающие энергию в результате фотосинтеза (солнечная энергия) и использующие в качестве доноров электронов неорганические вещества;
  • фотоорганотрофы – бактерии, получающие энергию в результате фотосинтеза (солнечная энергия) и использующие в качестве донора электронов органические соединения [2] .

Источники углерода, энергии и доноров электронов

Каждый тип энергетического метаболизма осуществляется на базе различных биосинтетических способностей организма. Как отмечалось выше, прокариоты, прежде всего, делятся на автрофов и гетеротрофов. В последствие, те же микроорганизмы распределяются ещё по группам: фототрофы, хемотрофы, литотрофы, органотрофы [3] .

Следовательно, выделяется восемь сочетаний типов энергетического и конструктивного метаболизма, отражающие возможности способов питания прокариот:

  • хемолитоавтотрофы – хемотрофы+литотрофы+ автотрофы;
  • хемолитогетеротрофы – хемотрофы+литотрофы+ гетеротрофы;
  • хемоорганоавтотрофы – хемотрофы+ органотрофы+ автотрофы;
  • хемоорганогетеротрофы – хемотрофы+органотрофы+гетеротрофы;
  • фотолитоавтотрофы – фототрофы+ литотрофы+ автотрофы;
  • фотолитогетеротрофы – фототрофы + литотрофы+ гетеротрофы;
  • фотоорганоавторофы – фототрофы+органотрофы+автотрофы;
  • фотоорганогетеротрофы – фототрофы+органотрофы+гетеротрофы [3] .

Способы питания прокариот представлены в Таблице 1 [2] .

Всем перечисленным способам питания соответствуют реально существующие прокариоты. Однако число видов, относящихся к той или иной группе, далеко не одинаково. Большинство видов сосредоточено в группе с хемоорганогетеротрофным типом питания. В числе фотосинтезирующих прокариот (фототрофов) подавляющее число (все цианобактерии, большинство пурпурных и зеленых серобактерий) – фотолитотрофы [2] .

Кроме указанных восьми типов питания, отмечается существование миксотрофов – организмов, способных одновременно использовать различные возможности питания. Например, способные одновременно окислять органические и минеральные соединения или использующие в качестве источника углерода, как диоксид углерода, так и органические вещества [3] .

Источник

Способы питания бактерий прокариотов

Химические компоненты бактериальной клетки могут изменяться в зависимости от состава и качества питательной среды, возраста культуры и условий культивирования микроба. Микроорганизм может нормально функционировать лишь в том случае, если среда, в которой он находится, содержит необходимые факторы, обеспечивающие его энергетические и синтетические потребности. Из питательного субстрата микроб берет все необходимые элементы и в него возвращает отработанные продукты обмена.

Питание микроорганизмов имеет свои особенности. Микроорганизмы не имеют специальных органов пищеварения, и поступление питательных веществ происходит через всю оболочку. Следовательно, эти вещества должны быть растворены в окружающей микроорганизм среде. Отношение поверхности к объему у микроорганизмов очень велико. Это способствует быстрому поглощению питательных веществ из окружающей среды. Имеют значение величина молекул питательных веществ, их заряд, pH среды, химическая природа вещества и др. Некоторые вещества (белки, жиры, полисахариды) предварительно расщепляются с помощью экзоферментов на более простые соединения, которые и диффундируют внутрь клетки. Таким образом, процесс пищеварения у бактерий осуществляется в известной степени вне клетки. Макро- и микроэлементы поглощаются в виде анионов и катионов. Обычно вода движется в сторону большей, а соли — в сторону меньшей концентрации.

Тип питания определяется на основании усвоения двух главных органогенов — углерода и азота, тогда как источником водорода и кислорода служит вода.

По источнику углеродного питания выделяют:

— автотрофы (лат. autos — сам, trophe — пища, т. е. сами себя питающие), получающие углерод из неорганических соединений (карбонатов) и углекислоты воздуха. Такими микроорганизмами являются нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии и др.

— гетеротрофы (лат. heteros — другой, т. е. питающийся за счет других), в качестве источника углерода использующие органические соединения (аминокислоты, углеводы, многоатомные спирты и др.). Большинство гетеротрофных микроорганизмов живет за счет использования органических субстратов животного и растительного происхождения, они играют важную роль в уничтожении мертвых органических остатков. Такие бактерии называют сапрофитами (греч. sapros — гнилой, phyton — растение). Они безвредны для человека.

Читайте также:  Какое напряжение питания светодиодной ленты

Некоторые гетеротрофы живут на поверхности или внутри другого организма и питаются за счет последнего. Их называют паразитами (греч. parasites — нахлебник). К паразитам относятся возбудители заболеваний человека, животных и растений. Наибольшая степень гетеротрофности присуща облигатным (обязательным) внутриклеточным паразитам. К ним относятся риккетсии, хламидии, вирусы.

Большинство микробов-паразитов растет на искусственных питательных средах сложного состава. Их относят к факультативным (необязательным) паразитам. Однако резкой грани между факультативными паразитами и сапрофитами провести нельзя. Паразиты составляют сравнительно небольшое количество видов микробов (0,1 %), приспособившихся в ходе эволюции к этому образу жизни. Отдельные виды патогенных для человека бактерий могут существовать во внешней среде как сапрофиты и, наоборот, некоторые сапрофиты при неблагоприятных условиях могут вызывать у людей и животных заболевания.

В зависимости от источника азота микроорганизмы подразделяют на аминоавтотрофы, которые способны синтезировать аминокислоты из неорганических соединений, и аминогетеротрофы, требующие получение аминокислот извне в готовом виде. К первой группе относятся азотфиксирующие почвенные и клубеньковые бактерии, способные усваивать свободный азот атмосферы. К аминогетеротрофам относятся все паразитарные виды и большинство сапрофитных. Они получают азот, расщепляя белки, аминокислоты, мочевину, пурины, пиримидины и другие соединения с выделением аммиака, который становится доступным для процессов биосинтеза.

Некоторые микроорганизмы нуждаются в особых органических питательных веществах, которые называют факторами роста. К ним относятся некоторые аминокислоты, азотистые основания (пурины и пиримидины) и витамины.

Микроорганизмы, которые потеряли способность самостоятельно синтезировать необходимые органические соединения и нуждаются в факторах роста, называют ауксотрофами.Они часто возникают в результате мутаций. Прототрофы свои потребности удовлетворяют за счет основного источника питания и не нуждаются в факторах роста. Их считают «диким» типом микроорганизмов.

По количественным потребностям питательного субстрата различают олиготрофы, растущие при низких концентрациях питательных веществ (от долей до 100 мг/л), и копиотрофы,к которым относятся паразитарные микроорганизмы, растущие при обычном содержании основных питательных веществ 1-100 г/л.

Питательные вещества используются микроорганизмами не только как строительный материал, но и как источник энергии. В соответствии с этим хемотрофы получают энергию в процессе окислительно-восстановительных реакций с участием питательных субстратов. Фототрофы (например, цианобактерии, пурпурные бактерии, зеленые бактерии) в качестве источника энергии используют лучистую энергию (свет).

При биохимическом окислении субстрата бактерии-органотрофы в качестве донора электронов используют органические вещества (например, углеводы), а бактерии-литотрофы(от греч. lithos — камень) — неорганические (Н, С, S , сульфиты, Н2 S , неорганические соединения азота и др.).

Поступление веществ в бактериальную клетку может происходить несколькими путями:

— пассивная диффузия, которая обеспечивается проникновением веществ по градиенту их концентрации и происходит до тех пор, пока не наступит равновесие между содержанием вещества вне и внутри клетки. Этот процесс идет с малой скоростью и не требует затрат энергии. Все незаряженные молекулы (вода, газы) поступают в клетку путем обычной (пассивной) диффузии;

— облегченная диффузия осуществляется при помощи специальных мембранных белков — пермеаз, которые связываются с субстратом, «протаскивают» его через мембрану в неизменном виде и высвобождают на внутренней ее стороне. Процесс не требует затрат энергии, т. к. не идет против градиента концентрации. Однако скорость транспорта значительно увеличивается. Этим путем поступает, например, глицерин у кишечной палочки;

— активный транспорт, при котором вещества поступают в клетку против градиента концентрации. Такие механизмы требуют затрат метаболической энергии;

— транслокация химических групп, которая отличается от предыдущих тем, что ряд соединений в процессе их переноса претерпевают изменения, т. е. транспорт сопровождается модификацией субстрата. Так транспортируются сахара (например, фосфорилированная глюкоза), пурины и пиримидины.

Многообразие потребностей микроорганизмов в питательных веществах необходимо учитывать при их культивировании на искусственных питательных средах. Для всех видов не может быть создано единой универсальной питательной среды. В бактериологической практике предложено огромное количество разнообразных питательных сред, обеспечивающих видовые потребности бактерий в необходимых органических и неорганических соединениях.

Источник